Dalam dunia otomasi industri dan pengujian penelitian ilmiah, kinerja peralatan akuisisi data berdampak langsung pada akurasi dan efisiensi pengembangan sistem. Kartu akuisisi data seri USB dari National Instruments (NI), dengan desain modular, spesifikasi berkinerja tinggi, dan ekosistem perangkat lunak yang tangguh, telah menjadi perangkat yang sangat diperlukan di laboratorium dan lini produksi. Artikel ini membahas model-model umum seperti USB-7845, USB-6211, dan USB-6343.

I. Parameter Teknis: Konfigurasi Perangkat Keras untuk Berbagai Skenario

Kemampuan Pemrosesan Sinyal Analog

· Pengambilan Sampel Resolusi Tinggi: USB-7845 dilengkapi konverter analog-ke-digital (ADC) 16-bit yang mendukung pengalihan mode diferensial/single-ended untuk kanal input analog. Dengan laju pengambilan sampel maksimum 500 kS/s (kilosamples per second), perangkat ini dapat menangkap sinyal dinamis hingga 25 kHz.

· Output Jangkauan Luas: Saluran output analognya mencapai laju pembaruan 1 MS/s (megasample per detik), yang mencakup rentang tegangan output ±10V. Dikombinasikan dengan kemampuan pemrograman FPGA, produk ini memungkinkan pembangkitan bentuk gelombang yang dapat disesuaikan.

· Sinkronisasi Multi-Kanal: USB-6343 mendukung 32 input single-ended atau 16 input diferensial, semuanya berbagi laju pengambilan sampel 500 kS/s. Dengan memanfaatkan teknologi pengaturan waktu NI-STC3, perangkat ini mencapai akurasi sinkronisasi tingkat nanodetik, ideal untuk akuisisi array multi-sensor.

Fungsi Digital dan Penghitung

· I/O Digital Dua Arah: USB-7845 menyediakan 48 saluran digital yang kompatibel dengan TTL/CMOS, dengan level logika yang dapat diprogram (3,3V/5V) untuk langsung menggerakkan relai atau membaca sinyal sakelar.

· Penghitung Presisi Tinggi: USB-6211 mengintegrasikan dua penghitung 32-bit, mendukung frekuensi sinyal maksimum 80 MHz, keluaran PWM, dan antarmuka enkoder, membuatnya cocok untuk sistem kontrol motor dan umpan balik posisi.

Kemampuan Beradaptasi Lingkungan

· Perlindungan Kelas Industri: USB-7845 dilengkapi dengan penutup logam tertutup, beroperasi dalam suhu -20°C hingga 70°C, tahan terhadap guncangan 50g, dan mematuhi standar militer MIL-STD-810G.

· Kompatibilitas Elektromagnetik: Disertifikasi oleh CE dan FCC, mencakup perlindungan penjepitan dioda TVS pada saluran analog, yang tahan terhadap pelepasan muatan elektrostatik (ESD) ±200V.

II. Fitur Inti: Arsitektur Fleksibel Berbasis FPGA

FPGA yang Dapat Diprogram Pengguna

USB-7845 menggabungkan chip FPGA berkinerja tinggi, yang memungkinkan pengguna untuk mengimplementasikan logika khusus melalui modul LabVIEW FPGA. Misalnya, dalam pengujian perangkat keras dalam loop (HIL), perangkat ini dapat membangun model simulasi waktu nyata, mengintegrasikan I/O fisik dengan sistem virtual secara mulus untuk mengurangi siklus pengujian hingga lebih dari 60%.

Sistem Sinkronisasi dan Pemicu

· Sinkronisasi Multi-Perangkat: Teknologi NI-TClk memungkinkan sinkronisasi jam pengambilan sampel lintas-perangkat dengan kesalahan di bawah 100ps.

· Kondisi Pemicu Kompleks: Mendukung pemicu tepi digital, pemicu jendela analog, dan pemicu peristiwa eksternal. USB-6211 mencapai penundaan pemicu serendah 50 ns, cocok untuk penangkapan sekuens pulsa berkecepatan tinggi.

Integrasi Ekosistem Perangkat Lunak

· Driver dan API: Driver NI-DAQmx menyediakan antarmuka pemrograman terpadu yang mendukung LabVIEW, Python, C/C++, dan banyak lagi.

· Alat Analisis Lanjutan: Dipasangkan dengan perangkat pemrosesan sinyal LabVIEW, memungkinkan algoritma kompleks seperti analisis spektral FFT dan pelacakan pesanan tanpa pengkodean tambahan.

III. Skenario Aplikasi Khas

Sistem Uji Otomatis

· Kasus: Pengujian Pengendali Elektronik Otomotif

· Konfigurasi: USB-7845 menangani akuisisi analog (misalnya, pemantauan tegangan/arus), sementara USB-6211 memproses sinyal digital (deteksi sakelar). Perangkat lunak TestStand mengotomatiskan kontrol alur kerja.

· Keuntungan: Menggantikan pengaturan multi-instrumen tradisional, meningkatkan cakupan pengujian hingga 40% dan mengurangi waktu diagnosis kesalahan hingga sepertiga dari metode konvensional.

Simulasi Perangkat Keras dalam Lingkaran (HIL)

· Aplikasi: Pengembangan Driver Motor

· Implementasi: FPGA USB-7845 menjalankan model motor waktu nyata untuk mensimulasikan perubahan beban, sementara USB-6343 menangkap sinyal keluaran driver untuk kontrol loop tertutup.

· Manfaat: Mengurangi penundaan interaksi perangkat keras hingga 80% dibandingkan dengan simulasi perangkat lunak saja, mempercepat validasi algoritma pengontrol.

Akuisisi Sensor Tingkat Riset

· Skenario: Pemantauan Getaran Jembatan

· Solusi: USB-4431 (dirancang untuk aplikasi akustik/getaran) secara sinkron memperoleh empat sinyal akselerometer pada 102,4 kS/s, dikombinasikan dengan pengkondisian sinyal IEPE untuk langsung menggerakkan sensor piezoelektrik.

· Data: Mencapai rentang dinamis 100 dB dan tingkat kebisingan <5μV, memenuhi persyaratan pemantauan kesehatan struktural yang ketat.

Platform Pendidikan dan Pelatihan

· Alat: Kartu Akuisisi Data Biaya Rendah USB-6009

· Aplikasi: Dipasangkan dengan kit eksperimen TLA-004/U6, kit ini mendukung mata kuliah seperti Prinsip Sensor dan Kontrol Otomatis. Mahasiswa dapat memprogram osiloskop virtual dan generator fungsi melalui LabVIEW.

· Nilai: Mengurangi biaya peralatan hingga 70% dan memangkas waktu persiapan eksperimen hingga di bawah 10 menit.

IV. Panduan Seleksi dan Tren Masa Depan

Seri USB NI kini menawarkan matriks produk yang lengkap:

· Model Dasar: USB-6001/6003 (8 input analog, resolusi 14-bit, cocok untuk pengajaran dan tes sederhana)

· Model Utama: USB-6211/6251 (presisi 16-bit, integrasi multifungsi, keseimbangan kinerja dan biaya)

· Model Berkinerja Tinggi: USB-7845/6343 (ekspansi FPGA, sinkronisasi multi-saluran, dirancang khusus untuk sistem kompleks)

Situs web produk:

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

Seiring perkembangan Industri 4.0 dan AIoT, NI mengembangkan seri USB menuju komputasi tepi. Model-model terbaru mengintegrasikan prosesor ARM untuk prapemrosesan data lokal dan pengambilan keputusan tepi, sehingga mengurangi ketergantungan pada komputer host. Untuk proyek yang menuntut presisi tinggi, fleksibilitas, dan pengembangan cepat, seri USB NI tetap menjadi pilihan terpercaya.