Dans les domaines de l'automatisation industrielle et des tests de recherche scientifique, les performances des équipements d'acquisition de données ont un impact direct sur la précision des systèmes et l'efficacité du développement. Les cartes d'acquisition de données de la série USB de National Instruments (NI), avec leur conception modulaire, leurs spécifications hautes performances et leur écosystème logiciel robuste, sont devenues des outils indispensables dans les laboratoires et les chaînes de production. Cet article se penche sur les modèles courants tels que l'USB-7845, l'USB-6211 et l'USB-6343.

I. Paramètres techniques : configurations matérielles pour divers scénarios

Capacités de traitement du signal analogique

Échantillonnage haute résolution : l'USB-7845 est équipé d'un convertisseur analogique-numérique (CAN) 16 bits prenant en charge la commutation entre modes asymétrique et différentiel pour les canaux d'entrée analogiques. Avec une fréquence d'échantillonnage maximale de 500 kéch./s (kilo-échantillons par seconde), il capture des signaux dynamiques jusqu'à 25 kHz.

· Sortie large plage : ses canaux de sortie analogiques atteignent une fréquence de rafraîchissement de 1 Méch./s (méga-échantillon par seconde), couvrant une plage de tension de sortie de ± 10 V. Associé à la programmabilité FPGA, il permet la génération de formes d'onde personnalisées.

Synchronisation multicanal : l'USB-6343 prend en charge 32 entrées asymétriques ou 16 entrées différentielles, toutes partageant une fréquence d'échantillonnage de 500 kéch. Grâce à la technologie de synchronisation NI-STC3, il atteint une précision de synchronisation de l'ordre de la nanoseconde, idéale pour l'acquisition multicapteurs.

Fonctions numériques et de compteur

· E/S numériques bidirectionnelles : l'USB-7845 fournit 48 canaux numériques compatibles TTL/CMOS, avec des niveaux logiques programmables (3,3 V/5 V) pour piloter directement des relais ou lire des signaux de commutation.

· Compteurs de haute précision : l'USB-6211 intègre deux compteurs 32 bits, prenant en charge une fréquence de signal maximale de 80 MHz, une sortie PWM et des interfaces d'encodeur, ce qui le rend adapté aux systèmes de contrôle de moteur et de retour de position.

Adaptabilité environnementale

· Protection de qualité industrielle : l'USB-7845 dispose d'un boîtier métallique scellé, fonctionne entre -20 °C et 70 °C, résiste aux chocs de 50 g et est conforme aux normes militaires MIL-STD-810G.

· Compatibilité électromagnétique : certifiée CE et FCC, elle comprend une protection de serrage de diode TVS sur les canaux analogiques, supportant une décharge électrostatique (ESD) de ± 200 V.

II. Principales caractéristiques : architecture flexible compatible FPGA

FPGA programmable par l'utilisateur

L'USB-7845 intègre une puce FPGA hautes performances, permettant aux utilisateurs d'implémenter une logique personnalisée via le module FPGA LabVIEW. Par exemple, lors des tests HIL (Hardware-In-the-Loop), il peut créer des modèles de simulation temps réel, intégrant de manière transparente les E/S physiques aux systèmes virtuels, réduisant ainsi les cycles de test de plus de 60 %.

Systèmes de synchronisation et de déclenchement

· Synchronisation multi-appareils : la technologie NI-TClk permet une synchronisation de l'horloge d'échantillonnage entre appareils avec des erreurs inférieures à 100 ps.

· Conditions de déclenchement complexes : Prise en charge du déclenchement par front numérique, par fenêtre analogique et par événement externe. L'USB-6211 atteint un délai de déclenchement de seulement 50 ns, idéal pour la capture de séquences d'impulsions à grande vitesse.

Intégration de l'écosystème logiciel

· Pilotes et API : le pilote NI-DAQmx fournit une interface de programmation unifiée prenant en charge LabVIEW, Python, C/C++, etc.

· Outils d'analyse avancés : associé à la boîte à outils de traitement du signal de LabVIEW, il permet des algorithmes complexes tels que l'analyse spectrale FFT et le suivi des commandes sans codage supplémentaire.

III. Scénarios d'application typiques

Systèmes de test automatisés

· Cas : Test de contrôleur électronique automobile

· Configuration : l'USB-7845 gère l'acquisition analogique (par exemple, surveillance de la tension/du courant), tandis que l'USB-6211 traite les signaux numériques (détection de commutateur). Le logiciel TestStand automatise le contrôle du flux de travail.

· Avantages : Remplace les configurations multi-instruments traditionnelles, augmentant la couverture des tests de 40 % et réduisant le temps de diagnostic des pannes à un tiers des méthodes conventionnelles.

Simulation Hardware-In-the-Loop (HIL)

· Application : Développement de pilotes de moteur

· Mise en œuvre : le FPGA de l'USB-7845 exécute un modèle de moteur en temps réel pour simuler les changements de charge, tandis que l'USB-6343 capture les signaux de sortie du pilote pour le contrôle en boucle fermée.

· Avantages : Réduit le délai d'interaction matérielle de 80 % par rapport aux simulations uniquement logicielles, accélérant ainsi la validation de l'algorithme du contrôleur.

Acquisition de capteurs de qualité recherche

· Scénario : Surveillance des vibrations des ponts

· Solution : L'USB-4431 (conçu pour les applications acoustiques/vibratoires) acquiert de manière synchrone quatre signaux d'accéléromètre à 102,4 kS/s, combinés au conditionnement du signal IEPE pour piloter directement les capteurs piézoélectriques.

· Données : atteint une plage dynamique de 100 dB et un plancher de bruit < 5 μV, répondant aux exigences strictes de surveillance de la santé structurelle.

Plateformes d'éducation et de formation

· Outil : Carte d'acquisition de données à faible coût USB-6009

· Application : Associé au kit expérimental TLA-004/U6, il prend en charge des cours tels que « Principes des capteurs » et « Commande automatique ». Les étudiants peuvent programmer des oscilloscopes virtuels et des générateurs de fonctions via LabVIEW.

· Valeur : Réduit les coûts d’équipement de 70 % et réduit le temps de préparation des expériences à moins de 10 minutes.

IV. Guide de sélection et tendances futures

La série USB de NI propose désormais une matrice de produits complète :

· Modèles de base : USB-6001/6003 (8 entrées analogiques, résolution 14 bits, adapté à l'enseignement et aux tests simples)

· Modèles grand public : USB-6211/6251 (précision 16 bits, intégration multifonction, équilibre entre performances et coût)

· Modèles hautes performances : USB-7845/6343 (extension FPGA, synchronisation multicanal, adapté aux systèmes complexes)

Site Web du produit :

https://www.3splc.com/NI-USB_c0_ss

Avec l'évolution de l'Industrie 4.0 et de l'AIoT, NI fait évoluer la série USB vers l'edge computing. Les nouveaux modèles intègrent des processeurs ARM pour le prétraitement local des données et la prise de décision en périphérie, réduisant ainsi la dépendance aux ordinateurs hôtes. Pour les projets exigeant une précision élevée, une flexibilité et un développement rapide, la série NI USB reste un choix de confiance.