Como embarcar o hardware RIO e aquisição de dados no seu sistema

Transcrição

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2 Como embarcar o hardware RIO e aquisição de dados no seu sistema Fernando Cassão Engenheiro de Vendas Anderson Takemoto Engenheiro de Campo

3 Agenda Considerações no projeto de sistemas embarcados DAQ versus RIO Integração com hardware Desenvolvimento de software Outras considerações 3

4 Considerações no projeto de sistemas embarcados

5 Sistemas embarcados Um computador para aplicação específica em sistemas com processamento e E/S Dispositivos médicos Eletrônica de consumo Captura de imagens científicas Muito mais 5

6 Fatores Relevantes Necessidade de E/S Modelo Interface de usuário (UI) Desempenho Integração com outros HW/SW Custo Tempo de lançamento no mercado 6

7 1ª Consideração de projeto: Customização Concepção de um sistema a partir do zero, adaptados às necessidades específicas Normalmente requer projeto e layout PCB Alto investimento em desenvolvimento Menor custo para grandes quantidades 7

8 A complexidade de um projeto customizado Custo em hardware e software Componentes mecânicos (não eletrônicos) Custo de ferramentas de desenvolvimento EDA Especificação de projeto e seleção dos componentes Prototipagem Projeto de hardware Verificação e teste de hardware Desenvolvimento de software Verificação e teste de software Projeto mecânico Ferramental e configuração de manufatura Teste de manufatura Engenharia de conformidade e ambiental Documentação, treinamento e suporte a clientes Gestão de estoque e questões EOL Engenharia Sustentável Custo da Oportunidade 8

9 2ª Consideração de projeto: Tecnologias comerciais prontas (COTS) Compra e montagem de produtos de uso comprovado Rápido lançamento no mercado devido a flexibilidade e rápida prototipagem Baixo custo de desenvolvimento e manutenção Fácil migração para novas tecnologias 9

10 Custo Visão da NI: Construir versus comprar Construir (customizar) Comprar (COTS) Volume por ano 10

11 3ª Consideração de projeto: Terceirizar NI Alliance partners podem desenvolver um sistema específico às suas necessidades Rede global com mais de 600 consultores, integradores de sistema, desenvolvedores e especialistas da indústria Ni.com/alliance 11

12 Aquisição de dados (DAQ) versus E/S reconfiguráveis (RIO)

13 Opções de arquiteturas embarcadas Aquisição de dados E/S reconfiguráveis (PC ou IHM - opcionais) Processador RT FPGA Entrada/Saída (E/S) E/S 13

14 Preço Dispositivos DAQ OEM Desempenho 14

15 E/S reconfiguráveis (RIO) Usando o LabVIEW para projeto de hardware Benefícios do FPGA Controle de alta velocidade (contador e temporizador digital de 1 MHz - Controle de movimento e PID analógico de 200 khz) Lógica dedicada em silício, maior confiabilidade DAQ inteligente (customização de temporização, trigger, sincronismo, contadores, PWM) Processamento de sinal digital (decodificação e processamento de sinais de sensores industriais) 15

16 Curva da tecnologia NI RIO PXI / FlexRIO Processador FPGA E/S E/S E/S E/S customizado PC RIO / R Series Novo Single-Board RIO CompactRIO CompactRIO multicore Novo

17 Novo! - Dispositivo NI Single-Board RIO Metade do tamanho, metade do custo Dimensões pequenas: 10.3 x 9.65 cm. 2 Acesso direto ao processador e às E/S do FPGA através do conector RIO Mezzanine Card (RMC) Periféricos (RS232, USB e CAN) Modelo Processador Temp. de operação Memória Armazenamento FPGA USB CAN Alimenta ção sbrio MHz -40 to M 256M sbrio MHz -40 to M 512M Spartan-6 LX25 Spartan-6 LX45 Não Não 9-30V Hi-Speed (x1) Sim 9-30V 17

18 DAQ versus RIO DAQ RIO Driver NI-DAQmx LabVIEW FPGA: mais flexível, maior esforço inicial de programação Sistema operacional Windows ou LabVIEW RT LabVIEW RT e FPGA (sem SO) Configuração da controladora Controlado via PC Independente ou comunicando com PC Tipo de E/S Controle de alta velocidade e processamento de sinais em linha Tensão, sensores, automotivo Bom Tensão, sensores, automotivo, motor, protocolos digitais customizados, módulos de terceiros Ótimo 18

19 Estudo de caso #1: FedEx sistema de controle para supressão de Fogo Monitoramento e controle da temperatura do sistema de supressão Proteção do piloto, mercadorias, e avião contra fogo Prototipagem e implantação rápida com hardware RIO e o LabVIEW Fomos capazes de prototipar a aplicação com LabVIEW e o crio e facilmente migrar o código para a nova plataforma NI Single-Board RIO quando na implantação tudo em menos de um ano. -Jeremy Snow, Presidente da Ventura Aerospace 19

20 Estudo de caso #2: Monitoramento e detecção antecipada de problemas dentários Digitalização dos dentes para exame de imagem Adquire dados de radiometria e luminescência Placa DAQ multifunção USB-6221 (OEM) e LabVIEW Dois caros e pesados amplificadores lock-in substituídos por um único módulo OEM de aquisição de dados da National Instruments e o software LabVIEW instalados no notebook para tornar ainda menor o sistema Quantum Dental 20

21 Integração com hardware

22 Desenho dimensional /dimensions para dimensões mecânicas PDF em 2D e modelos 3D para software CAD: Pro/ENGINEER, SolidWorks e AutoCAD 22

23 Considerações de ligação Geralmente usamos conectores IDC de 34 ou 50 pinos Cabos flat para curtas distâncias Criar o seu próprio encaixe direto com a placa-filha 23

24 Placa-filha Diferentes condicionamentos de sinal e diferentes conectores (ex: BNC, MIL-SPEC) Multisim e o Ultiboard são ferramentas NI para projeto de circuito e de placa PCB Diversos pacotes de SW de 3º aplicados a Projetos de Circuitos Eletrônicos (EDA) Grande quantidade de fabricante de PCBs 24

25 Invólucro Dependente da aplicação Certificar que a temperatura permanece dentro de uma faixa apropriada: resfriamento pode ser necessário Fabricantes de invólucros: Hoffman, Emcor, Adalet Virginia e MAC fornecem soluções para conexões 25

26 Interface homem máquina (IHM) Aquisição de dados E/S reconfigurável Ethernet Serial/SPI Web Services 26

27 Desenvolvimento de software

28 Pilha de software Ambiente de desenvolvimento Driver Sistema operacional 28

29 Ambiente de desenvolvimento Projeto gráfico de sistema com LabVIEW Produtividade do software comprovada Integração com hardware e abstração de tecnologias comerciais Funções de análise, E/S de arquivos e de rede Linguagem de programação baseada em texto Dispositivos DAQ suportam C/C++ e.net Fornecemos uma interface em C para CompactRIO e sbrio 29

30 Desenvolvimento da aplicação Muitos fatores de desenvolvimento Desempenho e requisitos de recurso Metodologia (ex: interativa, em equipe) /softwareengineering Explicações de práticas de engenharia de software Toolkits como: Unit Test Framework, Execution Trace e o Requirements Gateway 30

31 Driver NI-DAQmx Suporta todos os dispositivos NI de aquisição de dados com uma API única (AI, AO, DIO, CTR) Otimizado para largura de banda e latência: multithread Windows 7/Vista/XP No caso de XP Embedded e Linux, versões específicas Aproximadamente 150 MB de Runtime Engine 31

32 NI-DAQmx API em LabVIEW Configura canal Configura temporização Configura trigger Inicia aquisição Lê dados Apaga tarefa 32

33 NI-DAQmx API em C DAQmxCreateAIVoltageChan( taskhandle, Dev1/ai0,, DAQmx_Val_Cfg_Default, -10.0, 10.0, DAQmx_Val_Volts, NULL ); DAQmxCfgSampClkTiming( taskhandle,, , DAQmx_Val_Rising, DAQmx_Val_FiniteSamps, 1000 ); DAQmxCfgDigEdgeStartTrig( taskhandle, /Dev1/PFI0, DAQmx_Val_Rising ); DAQmxStartTask( taskhandle ); Configura canal Configura temporização Configura trigger Inicia aquisição DAQmxReadAnalogF64( taskhandle, -1, 10.0, 0, data, 1000, &read, NULL ); printf( Acquired %d samples. %d, read ); Lê dados DAQmxClearTask( taskhandle ); Apaga tarefa 33

34 Kit de desenvolvimento de driver (MHDDK) Escreva seu próprio driver programando em register-level Documentação e exemplos Ótima opção para: Permuta de SO Um driver de código fonte aberto Driver de menor dimensão possível Driver de desenvolvimento e RLP requer experiência 34

35 Programando CompactRIO - Scan LabVIEW Mode FPGA Interface FPGA E/S FPGA Físico LabVIEW LabVIEW Real-Time LabVIEW FPGA 35

36 Programando CompactRIO - Scan Mode E/S FPGA Físico LabVIEW LabVIEW Real-Time LabVIEW FPGA 36

37 Sistema operacional Sistemas operacional (SO) Propósito geral Windows, Mac, Linux Embarcado VxWorks, Phar Lap, QNX, Windows Embedded, Linux Dimensão Grande Pequeno Overhead de Processamento Médio Grande Pequeno Opção real-time? Não Sim Melhor para (contexto: embarcado) Prototipagem, integração com software de 3º Implementação 37

38 Implantar e replicar sistema Criar instaladores com LabVIEW Utilitário Real-time Application Deployment (RTAD) Implementar imagens RT e FPGA em múltiplos targets Baixe a partir do Dev Zone API de configuração de sistema Programaticamente carrega driver, formata targets, etc. 38

39 Outras considerações

40 Solicitações de customização Para aplicações OEM de grande volume, a NI avalia personalizar a engenharia para modificar nosso hardware Personalização do produto Personalização do projeto Exemplos Relançamento Validação adicional Conectores customizados Cabos customizados Mudança no modelo (apenas na placa) Drivers especiais Instaladores personalizados Modificação elétrica Modificação de um produto existente Desenvolvimento de um novo produto 40

41 Regulamentos e certificações Diferentes certificações: EMC e CE Médica (ex: FDA) Segurança (ex: Área perigosa, IP e UL) Outras empresas proveem serviços para se obter certificações (ex: Regulatory Compliance Associates) 41

42 Avaliações e certificações CompactRIO Descrição Compatibilidade eletromagnética (Emissão, Imunidade, EMC/EMI) Tempo médio entre falhas (MTBF) Segurança do produto Áreas perigosas, Classe I, Divisão 2 Certificação EN Class A at 10 m FCC Part 15A above 1 GHz Industrial levels per EN : A2:2001, Table A.1 CE, C-Tick, and FCC Part 15 (Class A) Compliant 89/336/EEC Bellcore Issue 6, Method 1, Case 3 MIL-HDBK-217F 73/23/EEC EN , IEC UL , UL 61010B-1 CAN/CSA C22.2 No Class I, Division 2, Groups A, B, C, D, T4; Class I, Zone 2, AEx nc IIC T4 Choque e Vibração IEC IEC IEC

43 Gerenciamento do ciclo de vida Notificamos clientes OEM quando ocorrem atualizações de hardware Normalmente enviamos notificação de EOL entre os 6 a12 últimos meses que antecedem a última data de venda Oferecemos serviços de hardware, incluindo garantia entendida, reparos e calibrações 43

44 Resumo Considerações: necessidade de E/S, modele, IU, desempenho, integração com outros HW/SW, custo, tempo de lançamento no mercado Selecionar as ferramentas certas para o desempenho do trabalho ou solicitar ajuda de empresas parceiras Dispositivos NI DAQ e RIO possuem E/S flexíveis para uma variedade de aplicações embarcadas LabVIEW acelera o tempo de lançamento para aplicações embarcadas 44