LabVIEW DAQ Interface

Universelle Datenerfassungs-Schnittstelle für NI-DAQ Hardware.

Version

• LabVIEW 2017 (17.0)
• NI-DAQmx 17.0

Funktionen

• Analog-Eingang (AI)
• Analog-Ausgang (AO)
• Digital-Eingang (DI)
• Digital-Ausgang (DO)
• Zähler/Timer
• Hardware-Trigger
• Kontinuierliche Erfassung
• Multi-Channel Unterstützung

VIs

DAQ_AI_Single.vi

Einzelne analoge Messung

Eingänge:

• Geräte-Name (z.B. "Dev1")
• Kanal (z.B. "ai0")
• Messbereich (±10V, ±5V, ±1V)
• Terminal-Konfiguration (RSE, NRSE, Diff)

Ausgänge:

• Messwert (V)
• Timestamp
• Error

DAQ_AI_Continuous.vi

Kontinuierliche analoge Erfassung

Eingänge:

• Geräte-Name
• Kanäle (z.B. "ai0:3")
• Abtastrate (Hz)
• Samples pro Kanal
• Messbereich
• Trigger-Quelle (optional)

Ausgänge:

• Waveform Array
• Überlauf-Flag
• Error

DAQ_AO_Single.vi

Einzelner Analogausgang

Eingänge:

• Geräte-Name
• Kanal (z.B. "ao0")
• Spannung (V)
• Timeout (s)

Ausgänge:

• Erfolg (Boolean)
• Error

DAQ_AO_Waveform.vi

Waveform-Ausgabe

Eingänge:

• Geräte-Name
• Kanal
• Waveform
• Regeneration (Boolean)
• Trigger-Quelle (optional)

Ausgänge:

• Samples geschrieben
• Error

DAQ_DI_Port.vi

Digitaler Port einlesen

Eingänge:

• Geräte-Name
• Port (z.B. "port0")
• Anzahl Samples
• Rate (Hz) - optional

Ausgänge:

• Daten (U8/U16/U32 Array)
• Error

DAQ_DO_Port.vi

Digitaler Port schreiben

Eingänge:

• Geräte-Name
• Port
• Daten (U8/U16/U32 Array)
• Auto-Start

Ausgänge:

• Geschriebene Samples
• Error

DAQ_Counter.vi

Zähler/Frequenzmessung

Eingänge:

• Geräte-Name
• Counter (z.B. "ctr0")
• Messtyp (Frequenz/Periode/Pulse)
• Messzeit (s)

Ausgänge:

• Messwert
• Error

DAQ_Encoder.vi

Encoder-Schnittstelle

Eingänge:

• Geräte-Name
• Counter
• Encoder-Typ (X1/X2/X4)
• Pulses pro Revolution
• Initial-Position

Ausgänge:

• Position
• Geschwindigkeit
• Error

Unterstützte Hardware

NI USB-DAQ

• USB-6001, 6002, 6003
• USB-6008, 6009
• USB-6211, 6212, 6215, 6216
• USB-6341, 6343, 6356, 6361

NI PCIe-DAQ

• PCIe-6320, 6321, 6323
• PCIe-6341, 6343, 6351, 6353, 6361, 6363

NI CompactDAQ

• cDAQ-9171, 9172, 9174, 9178, 9179, 9188, 9189
• C-Series Module (Hunderte verfügbar)

NI CompactRIO

• cRIO-9030, 9035, 9036, 9037, 9038, 9039

Terminal-Konfigurationen

RSE (Referenced Single-Ended)

AI+ ──────────┐
              │ Messgerät
AI- (GND) ────┘

• Gemeinsame Masse
• Max. Kanäle
• Empfindlich für Rauschen

NRSE (Non-Referenced Single-Ended)

AI+ ──────────┐
              │ Messgerät
AISENSE ──────┘

• Floating Ground Reference
• Besser als RSE
• Gleiche Kanalzahl

Differential

AI+ ──────────┐
              │ Messgerät
AI- ──────────┘

• Beste Rauschunterdrückung
• Halbe Kanalzahl
• Für niedrige Signale

Messbereiche

Analog-Eingang

• ±10 V (Standard)
• ±5 V
• ±2 V
• ±1 V
• ±0.5 V
• ±0.2 V

Auflösung vs. Bereich:

16-bit DAQ @ ±10V: 305 µV/Bit
16-bit DAQ @ ±1V:  30.5 µV/Bit

Analog-Ausgang

• ±10 V (typisch)
• ±5 V
• 0-10 V
• 0-5 V
• 4-20 mA (mit Shunt)

Abtastraten

Hardware-Limits

Gerät	Max. Rate (Single)	Max. Rate (Multi)	Aggregate
USB-6001	20 kS/s	20 kS/s	20 kS/s
USB-6211	250 kS/s	250 kS/s	250 kS/s
USB-6341	500 kS/s	500 kS/s	500 kS/s
PCIe-6321	250 kS/s	250 kS/s	250 kS/s
PCIe-6361	2 MS/s	1 MS/s	2 MS/s

Multiplexing

Reale Rate pro Kanal = Aggregate Rate / Anzahl Kanäle

Beispiel:
USB-6211, 4 Kanäle
250 kS/s / 4 = 62.5 kS/s pro Kanal

Trigger-Modi

Analog Edge

Trigger bei Schwellwert-Überschreitung

Eigenschaften:
- Level (V)
- Steigung (steigend/fallend)
- Hysterese
- Quelle (AI Kanal)

Digital Edge

Trigger bei digitaler Flanke

Eigenschaften:
- Quelle (PFI, Terminal)
- Flanke (steigend/fallend)

Start Trigger

• Beginnt Erfassung
• Pre-Trigger möglich
• Reference-Trigger

Reference Trigger

    Pre-Trigger    |    Post-Trigger
────────────────────▲──────────────────
                 Trigger

Buffer-Management

Continuous Mode

┌─────────────────────────┐
│   Hardware Buffer       │
│  ┌──────┬──────┬──────┐ │
│  │ Done │ Read │ Wait │ │
│  └──────┴──────┴──────┘ │
└─────────────────────────┘
         ▲           │
         └───────────┘
        Zirkulärer Buffer

Buffer Size

Empfohlene Größe = Rate × Leseintervall × 2

Beispiel:
10 kS/s × 0.1s × 2 = 2000 Samples

Kalibrierung

Selbstkalibrierung

1. DAQmx Control Task
2. Action: Perform Self-Calibration
3. Automatische Offset/Gain-Korrektur

Externe Kalibrierung

• Mit Referenzquelle
• 1× pro Jahr empfohlen
• Dokumentation erforderlich
• Zertifikat

Fehlerbehandlung

Häufige Fehler

-200279: Attempted to read samples that are no longer available

• Buffer-Überlauf
• Lösung: Buffer vergrößern oder schneller lesen

-200288: Sample rate exceeds maximum

• Rate zu hoch
• Lösung: Kanalzahl reduzieren oder Rate senken

-200077: Requested value is not supported

• Ungültige Konfiguration
• Lösung: Hardware-Datenblatt prüfen

-200220: Physical channel not specified

• Kanal-Name fehlt
• Lösung: Gültigen Kanal angeben

Performance-Optimierung

Schnellere Erfassung

• Hardware-Timing verwenden (nicht Software)
• Buffer-Größe optimieren
• DMA Transfer aktivieren
• Kanäle reduzieren

Niedrige Latenz

• Kleine Buffer verwenden
• Hohe Priorität setzen
• On-Demand Timing vermeiden

CPU-Last reduzieren

• Größere Buffer
• Weniger häufig lesen
• Hardware-Trigger verwenden

Anwendungen

Messdatenerfassung

• Temperatur-Logging
• Vibrations-Analyse
• Druck-Überwachung
• Spannungs-Monitoring

Test & Automation

• Funktionstest
• Produktionstest
• Kalibrierung
• Qualitätskontrolle

Steuerung

• PID-Regelung
• Prozess-Steuerung
• Motor-Ansteuerung
• Ventil-Kontrolle

Forschung

• Sensor-Charakterisierung
• Signal-Analyse
• Experimentsteuerung
• Daten-Akquisition

Beispiel: Kontinuierliche Erfassung

1. DAQ_AI_Continuous.vi konfigurieren
   - Device: "Dev1"
   - Kanäle: "ai0:3" (4 Kanäle)
   - Rate: 10000 Hz
   - Samples: 1000

2. In While-Schleife:
   - Daten lesen
   - Verarbeiten
   - Anzeigen/Speichern

3. Bei Stop:
   - Task stoppen
   - Task löschen

Beispiel: Triggered Acquisition

1. Analog Trigger konfigurieren
   - Quelle: "ai0"
   - Level: 2.5 V
   - Steigung: steigend

2. Pre-Trigger Samples: 500
3. Post-Trigger Samples: 1500

Result: 2000 Samples total
        500 vor Trigger
        1500 nach Trigger

Counter/Timer

Frequenzmessung

Messzeit: 1 Sekunde
Eingangsfrequenz: 1000 Hz
Ergebnis: 1000.0 ± 0.1 Hz

Genauigkeit: ± 1 Count / Messzeit

Pulsbreitenmessung

Misst:
- Hohe Zeit (High Time)
- Niedrige Zeit (Low Time)
- Periode
- Duty Cycle

Encoder

X1: 1 Count pro Puls
X2: 2 Counts pro Puls
X4: 4 Counts pro Puls (Quadratur)

Revolution Berechnung:
Position / Pulses_per_Rev

Synchronisation

Mehrere Geräte

• PXI-Backplane Sync
• RTSI-Kabel
• PFI-Verbindung

Software-Timed

• Ungenaue Synchronisation
• ± ms Jitter

Hardware-Timed

• µs Genauigkeit
• Gemeinsamer Clock

Best Practices

Verkabelung

• Twisted-Pair für AI
• Kurze Leitungen
• Schirmung bei Bedarf
• Saubere Masse

Konfiguration

• Kleinster Messbereich wählen
• Differential für < 1V
• Passende Abtastrate
• Buffer ausreichend groß

Software

• Error Handling
• Task-Cleanup
• Ressourcen freigeben
• Timeouts setzen

Einschränkungen

• Maximale Abtastrate: Hardware-abhängig
• Buffer-Größe: Speicher-begrenzt
• Kanäle: Hardware-abhängig
• Gleichzeitigkeit: Hardware-Timing erforderlich

Systemanforderungen

• LabVIEW 2017 oder höher
• NI-DAQmx 17.0 oder höher
• Kompatible NI-Hardware
• Windows 7/8/10
• USB 2.0 oder besser (für USB-DAQ)

Troubleshooting

Keine Geräte gefunden

• NI-MAX öffnen, Gerät prüfen
• Treiber installiert?
• USB-Kabel/Verbindung OK?

Falsche Werte

• Kalibrierung prüfen
• Verkabelung kontrollieren
• Messbereich anpassen
• Terminal-Config prüfen

Überlauf

• Buffer vergrößern
• Schneller lesen
• Weniger Kanäle
• Rate reduzieren

Weiterführend

• NI-DAQmx Hilfe
• Hardware-Datenblätter
• Measurement Fundamentals
• Signal Conditioning

Erweiterungen

• TDMS-Logging
• Triggering erweitert
• Kalibrierungs-Datenbank
• Hardware-Abstraktion
• Konfigurations-Import/Export