简化数据采集系统 ——从传感器到计算机的完全即插即用（Plug and Play）功能 Kristi Fairchild NI 数据采集产品经理 前言 自 20 世纪 90 年代末出现以来，USB（通用串行总线）简化了键盘及鼠标等计算机外部设备的连接与安装。 现在，随着 USB 数据采集设备的出现，开发测量系统的工程师们也可以充分利用 USB 即插即用的好处了。 另外，20 余家传感器公司根据 IEEE 1451.4 规定合作开发了传感器的即插即用标准，此标准大幅减少了传 感器测量系统的搭建、配置及编程工作。结合使用这两种技术，工程师们可以方便地开发从传感器到计算机 的即插即用数据采集（DAQ）系统，这样的组合不仅将硬件安装的时间缩至一半，还减少了应用程序的开发 时间，从而极大降低了测量系统的总成本。 USB 加快了安装和配置效率 因为工程师们能轻松地将设备连接到 USB，所以它成为最受欢迎的计算机外部设备总线。但是，这样的连 接方式为何如此简单？首先，USB 的易用性来自于设备的自动识别和安装性能。虽然每条 USB 总线只能有 一个主机（一般是您的计算机），但是它可以同时连接多达 127 台设备。主机初始化并控制所有总线通信， 所以它拥有大多数协议信息。根据 USB 规格的规定，总线信号在一对数据线（D+和 D-）上产生。在将任何 一台设备插入到 USB 端口上之后，它的默认地址为 0。在连接完毕后，设备将 D+线拉到 3.3 V 的“高”状 态。主机检测到此变化，给设备重新分配一个新地址，然后启动一个安装任务，在此任务中，它要求获得设 备的各种信息，例如它的类型（集线器或具有特定功能的终端设备）等。当主机安装好了总线上的设备之 后，操作系统将立即接管并安装所有需要的驱动程序，从而用户可以与该设备进行交流。这一相对简单的过 程 就是“即插即用（Plug and Play）”技术。 PCI 等内部总线要求用户关机并重新开启计算机后才能安装硬件。而即插即用 USB 连接功能为需要频繁断 开、然后重新连接硬件的便携性的用户带来极大的益处。大型工程公司经常在各个部门之间共享测量设备， 这样，USB 的连接能力就避免了花费大量时间安装和设定硬件，极大地方便了硬件共享。这一共享能力不仅 节省了公司购买设备的费用，而且花费在安装上的时间也缩短了很多，从而节省了总成本，并提高了效率。 图 1：内置 TEDS 的智能传感器 021-65557838 • 800-820-3622 • china.info@ni.com • ni.com/china National Instruments 

传感器即插即用技术大大缩短了安装与编程时间 IEEE 标准协会最新通过的标准——IEEE 1451.4 智能传感器混合模式接口，定义了一种为传统模拟传感器 和激励源添加自我识别能力的机制，实际上就是使其成为可即插即用的传感器。IEEE 1451.4 由传感器制造 商、仪器及软件供应商，以及用户联合开发，定义了混合模式传感器的概念，同时提供模拟和数字接口。模 拟电气接口以传统方式提供反映出物理现象的信号（例如温度、压力及重力等）。 另外，IEEE 1451.4 智能 TEDS 传感器还提供了一个数字接口，与传感器内部的内置存储设备进行通信。此 存储器包含二进制的 TEDS 信息，识别和描述传感器或激励源，例如制造商、传感器型号、序列号、测量范 围、敏感度及校准数据等。 图 2：可以在网上获得虚拟 TEDS 文档 NI 对中国 631 家客户及潜在客户进行的研究显示：工程师们平均花费在软硬件配置上的时间成本占测量系 统总成本的 22% 。根据以往的实践，测量系统的设定和配置需要手动输入传感器参数，例如量程、敏感度 及比例系数等，以便软件可以正确地转换并解析传感器数据。现在，配备智能 TEDS 传感器和传感器即插即 用的数据采集系统就可以自动完成配置工作，不仅将硬件与软件搭建时间缩至一半，它还提高了系统总体的 集成性和可靠性。 除了缩短设定时间之外，TEDS 还缩短了工程师开发应用软件所花费的时间。若使用传统的传感器，工程师 们需要花费大量的时间编制传感器标定程序。由于标定信息已知，智能 TEDS 传感器就可以省去这个步骤。 LabVIEW 传感器即插即用应用程序开发环境（如 LabVIEW）可以自动导入 TEDS 数据，并将传感器电压换 成适当的工程单位，而无需开发者的任何额外工作。对于数百个传感器安装在飞机各个位置的飞机机翼应力 测试等多通道传感器应用，这些节省的安装和编程时间具有重大的意义。 即使是使用传统传感器的工程师也可以通过 Virtual TEDS（虚拟 TEDS）获得 TEDS 所具有的诸多好处。不 同于传感器内置的 EEPROM，虚拟 TEDS 文件存储在本地计算机或网络访问数据库中， 。这样，模拟传感 器可以在不改变内置 EEPROM 的情况下利用 TEDS 的诸多好处。对于传感器工作环境禁止使用 EEPROM （或任何电子元件）的情况下，虚拟 TEDS 文件就非常有帮助。 021-65557838 • 800-820-3622 • china.info@ni.com • ni.com/china National Instruments 

组合技术降低测量应用总成本 在设计测量系统时，通过组合即插即用传感器与 USB 接口的数据采集卡，您可以建立起从传感器到计算机 的完整即插即用数据采集系统。NI 提供 USB 数据采集卡与传感器即插即用信号调理硬件。另外，NI 的最新 测量驱动服务软件——NI-DAQmx，支持传感器即插即用功能，现在，开发者可以使用 LabVIEW、Visual Basic 和 C，利用 USB 数据采集硬件和即插即用传感器，即可轻松完成测量。所有这些硬件和软件产品都是 整个即插即用数据采集系统的一部分。在组合后，您不仅可以降低安装和配置成本，还可以减少应用程序开 发成本。根据一项针对工程师们展开的调查，使用即插即用数据采集系统可以使每个系统安装与应用程序开 发阶段的成本降低 1/2，而总成本降低 13％。在我们的调查中，测量系统开发平均总成本（包括硬件的软件 成本及其它所有相关时间成本）大约为 560,000 RMB，即平均节省 72,800 RMB。 图 3：完整的即插即用数据采集系统 021-65557838 • 800 820 3622 • china.info@ni.com • ni.com/china 021-65557838 • 800-820-3622 • china.info@ni.com • ni.com/china National Instruments