Các công nghệ và thiết kế mới nhất thường cần phải có những cấu hình và loại đo lường mới yêu cầu bạn phải mua thiết bị đo mới hoặc đáp ứng phương pháp đo lường hiện tại của bạn. Tuy nhiên, việc mua công cụ đo lường mới thường xuyên thì hạn chế về chi phí và việc đáp ứng các giải pháp hiện tại có thể làm lãng phí thời gian. Chẳng hạn, công cụ đo lường tính năng được cố định như digital multimeters hoặc oscilloscopes thường đòi hỏi phần cứng theo yêu cầu để đáp ứng nhu cầu đo lường mới. Sự tùy biến như thế này có thể tốn nhiều thời gian để hoàn thành nên sẽ trì hoãn dự án mới là điều không thể tránh khỏi. Để giữ sự cạnh tranh, bạn cần công cụ đo lường mà đáp ứng nhanh chóng nhu cầu đo lường trong tương lai. Bằng cách sử dụng thiết kế hệ thống đồ họa với phần mềm mô đun và công cụ phần cứng, bạn có thể tạo ra hệ thống đo lường linh hoạt mà bạn có thể cập nhật dễ dàng và hiệu quả.
Tiện ích của phần mềm mô đun
Với hơn 30 năm, các kỹ sư đã sử dụng máy tính để phát triển công cụ đo lường dựa trên phần mềm đặc trưng cho các ứng dụng của họ. Việc sử dụng thiết kế hệ thống đồ họa sớm đã được chuyển đến như “công cụ đo lường thực thụ”, khi các kỹ sư sử dụng phần mềm để nhận dạng data acquisition, phân tích hoạt động và hiển thị kết quả trên máy tính. Bằng cách phân tích và thực sự hóa các công cụ đo lường của mình trong phần mềm, các kỹ sư có thể đáp ứng hệ thống đo lường của họ cho tương lai bằng cách cập nhật đơn giản phần mềm. So với trước đây, thiết kế hệ thống đồ họa nâng cao cho các công cụ đo lường cung cấp sự linh hoạt hơn các công cụ đo lường có tính năng cố định và phần mềm nhận diện người bán.
Với hệ thống đo lương dựa trên phần mềm, bạn có thể dễ dàng cập nhật để có được tiện ích của công nghệ mới. Chẳng hạn, bạn có thể phát triển công suất quá trình của công cụ đo lường thực trong 1 bước bằng cách thay thế thiết bị máy tính của hệ thống đo lường trong khi vẫn bảo trì phần mềm và phần cứng hiện tại. Nói cách khác, đôi lúc công nghệ máy tính mới quá gãy khúc đến nỗi khó mà bảo trì sự đầu tư trước đó trong phần cứng và phần mềm. Khi các PCs bắt đầu tích hợp các bộ xử lý đa lõi, yêu cầu cấu trúc lập trình song song để chia các nhiệm vụ và xử lý chúng trong các lõi khác nhau đã là 1 kiến trúc khác biệt hơn lập trình thông thường. Bạn phải viết lại số lượng code nhiều để có được tiện ích làm tăng công suất xử lý.
Ngày nay, quan điểm trừu tượng và tính tương đương của hệ thống vốn có thiết kế phần mềm như NI LabVIEW giúp cho bạn sử dụng năng lượng của bộ xử lý đa lõi bằng cách ấn định vòng lặp cho các lõi của bộ xử lý với những thay đổi nhỏ nhất cho chương trình đồ họa. Hình 1 mô tả cách mà quan điểm kỹ thuật trừu tượng với công cụ phần mềm mô đun dành riêng cho sự đầu tư phát triển phần mềm sớm hơn. Trong ví dụ này, bạn có thể cấu hình chương trình như 1 thông số của vòng lặp vì thế không cần thay đổi gì đến cấu trúc hoặc mã chương trình.
Hình 1. Trong block diagram này, mã chương rình trong vòng lặp thời gian tới hạn chạy trong lõi của bộ xử lý để tránh tải chậm hoặc bị khóa bởi mã chương trình chưa tới hạn.
Các dự án đo lường mới giống như vậy có thể đòi hỏi 1 phần cứng mới. Nếu muốn đo trên 5m từ máy tính, bạn cần 1 thiết bị đo lường truyền thông qua 1 dải bus rộng như Ethernet hoặc 802.11 Wi-Fi hơn là USB. Với việc sử dụng 1 bộ driver làm việc với 1 dải phần cứng rộng, bạn có thể giảm thời gian phát triển dự án vì không phải thay đổi mã chương trình thu nhận tín hiệu để đáp ứng cho phần cứng. Với sự tương thích này, bạn có thể tăng việc sản xuất từ dự án đến dự án bằng mã hiện tại và tương tác với API như kết quả sử dụng bộ truyền động đơn lẻ.
Những tiện ích của phần cứng mô đun
Mặc dù có sự tương tự trong nhu cầu tín hiệu I/O của các ứng dụng đo lường, các dự án khác có những nhu cầu đáng chú ý khác. Thiết bị thu thập dữ liệu cung cấp các loại tín hiệu trong 1 công cụ riêng biệt là 1 giá trị tốt được so sánh để mua các thiết bị rời hỗ trợ chỉ cho 1 loại tín hiệu. Các thiết bị đa chức năng này có giá thành và hiệu suất khác nhau trên các bus khác nhau và có thể co giãn theo dự án để thêm các loại tín hiệu mà không cần đầu tư thêm phần cứng.
Trong nhiều ứng dụng đo lường, tín hiệu thu được từ các cảm biến cần được quy định như khuếch đại, kích thích, cách ly, chọn lọc, trước khi ngõ ra phân chia chính xác. Bạn có thể tạo điện từ trường kích thích tín hiệu nhưng điều đó tốn kém nhiều thời gian. Ngoài ra, điện tử điều khiển tín hiệu theo yêu cầu không được tạo tốt như các sản phẩm thương mại vì chung không được sản xuất theo chuẩn hoặc kiểm định với cùng độ chính xác như các giải pháp công nghiệp.
Các giải pháp linh hoạt sử dụng phần cứng đo lường theo mô đun. Các hệ thống đa năng này cung cấp khung khác nhau với các tùy chọn cho các bus truyền thông khác nhau và số lượng các khe khác nhau cho các mô đun đo lường. Phần lớn sự linh hoạt của hệ thống đo lường mô đun là kết quả của sự lựa chọn các mô đun rộng cho yêu cầu của các ứng dụng khác nhau. Bất kể là loại thiết bị đo lường nào, 1 hệ thống đo lường kiểu mô đun cho phép tương thích nhanh với các nhu cầu trong tương lai vì kỹ sư chỉ phải thêm hoặc thay thế các mô đun độc lập.
Sử dụng thiết kế hệ thống đồ họa tiến đến đo lường bão xoáy
TWISTEX, 1 nhóm các nhà khí tượng học đứng đầu là nhà nghiêng cứu bão Tim Samaras, chuyên về nắm bắt tình hình bão xoáy. Từ năm2001, họ đã triển khai sự khảo sát hướng đi của bão, thu thập dữ liệu chi tiết bên trong lòng bão. Dữ liệu đo lường mà họ có được sử dụng bởi nhà nghiên cứu ở trường đại học Iowa State University – những người đang làm việc để hiểu rõ hơn các điều kiện khí hậu, dự báo vị trí và thời điểm xuất hiện thời tiết xấu, và bảo vệ cuộc sống con người 1 cách cơ bản.
Qua thời gian, dữ liệu đo lường và các máy khảo sát trở nên phức tạp hơn. Hệ thống phải phát cao đến 8 dặm, thiết bị đo lường 600-pound quay phim và cung cấp dữ liệu về nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, âm thanh, tốc độ gió và hướng gió. Như yêu cầu đo lường, nhóm dã phải tìm ra 1 cơ sở đo luongf linh hoạt đủ để hoạt động độc lập, thử tất cả các loại đo lường cần thiết và lưu trữ các bộ dữ liệu lớn. Để vượt qua những thách thức này, TWISTEX đã cập nhật hệ thống bao gồm phần cứng và phần mềm mô đun. Sử dụng LabVIEW và nền tảng mô đun của NI CompactDAQ , nhóm đã xây dựng 1 hệ thống đo lường có thể đáp ứng nhanh chóng nhu cầu mở rộng trong tương lai của máy khảo sát bão.
Hình 2. Tim Samaras, nhà nghiêng cứu bão xấu và ngôi sao của Discovery Channel’s “Storm Chasers”, vị trí chủ chốt ở NIWeek 2011.
Samaras sử dụng LabVIEW, NI CompactDAQ, và DIAdem để thu thậpvà phân tích dữ liệu thành công từ bão lốc trên các ban của Mỹ.
Thúc đẩy sự cải tiến
Để giữ sự cạnh tranh, bạn cần phải tiếp tục đáp ứng hệ thống đo lường của mình 1 cách nhanh chóng trong khi tối thiểu hóa việc mua phần cứng mới và đầu tư trong việc phát triển phần mềm bổ sung. Việc thiết kế hệ thống đồ họa dẫn đến sự cải tiến thúc đẩy sử dụng phần cứng và phần mềm mô đun vì nó giúp cho các kỹ sư phát triển 1 cách hiệu quả hệ thống có thể được cấu hình lại để đáp ứng nhu cầu của nhiều ứng dụng khác nhau với việc thay đổi đơn giản 1 hoặc nhiều linh kiện đơn lẻ. Sự linh hoạt, hiệu suất sản xuất, và khả năng đáp ứng làm cho nó trở thành cách hiệu quả chi phí để phát triển hệ thống đo lường.