Nowoczesne, wspomagane techniką komputerową systemy

Transkrypt

Nowoczesne, wspomagane techniką komputerową
systemy pomiarowe
Materiały uzupełniające do laboratorium z przedmiotu:
Systemy komputerowego wspomagania
Temat:
Cyfrowa technika pomiarowa i przetwarzanie danych
doświadczalnych
Opracowanie:
Mgr inż. Krzysztof Zarębski
Nowoczesne, wspomagane techniką komputerową systemy pomiarowe
SPIS TREŚCI
1. Znaczenie oraz zasadność stosowania systemów pomiarowych w nowoczesnej
technice pomiarowej.......................................................................................................... - 3 2. Współczesne komputerowe systemy pomiarowe ...................................................... - 5 3. Charakterystyka cyfrowych systemów pomiarowych ............................................... - 8 4. Oprogramowanie systemów pomiarowych ............................................................. - 16 Literatura: .................................................................................................................................23
-2-
1.
Znaczenie oraz zasadność stosowania systemów pomiarowych w nowoczesnej
technice pomiarowej
Wynik pomiaru jako identyfikacja interesującego nas obiektu czy zjawiska fizycznego
może mieć charakter jakościowy, będący zbiorem subiektywnych odczuć zależnych od
zdolności i wrażliwości obserwatora, lub ilościowy, obiektywny, wykorzystujący procedury
pomiarowe pozwalające w efekcie na opis danej własności czy zjawiska za pomocą liczb.
Powszechnie znana definicja pomiaru określa go jako proces poznawczy, na który składa się
ciąg czynności mający na celu doprowadzenie do wyznaczenia wartości pewnej wielkości
fizycznej. Częstokroć w celu scharakteryzowania jakiegoś obiektu zmuszeni jesteśmy
dokonać wielokrotnego pomiaru jednej wielkości, lub pomiaru kilku różnych wielkości
fizycznych, co powoduje, że pomiar staje się czynnością złożoną, wymagającą wstępnego
przygotowania i precyzyjnego zaplanowania.
Projektowanie procesu pomiarowego obejmuje:
− wybranie właściwości obiektu koniecznych do zbadania, czyli ustalenie modelu
fizycznego,
− poddanie powyższych właściwości regułom matematycznym tzn. zbudowanie modelu
matematycznego obiektu,
− określenie cech metrologicznych opartych na modelu matematyczno-fizycznym, czyli
zbudowanie modelu metrologicznego,
− dobranie odpowiedniej metody i środków służących do realizacji pomiaru.
Po zaprojektowaniu procesu pomiarowego następuje proces jego realizacji, polegający na
wykonaniu operacji pomiaru, oraz opracowaniu i interpretacji wyników.
Wykonanie złożonego pomiaru pociąga za sobą rozbudowanie torów pomiarowych w układy
i systemy wielu funkcjonalnych przyrządów pomiarowych stanowiących jedną całość, a
czynności pomiarowe stanowią ciąg złożonych działań zawartych w jednej lub kilku
procedurach pomiarowych.
Złożoność tych procedur jest spowodowana koniecznością wykonania wielu pomiarów
jednocześnie, albo pomiaru kilku wielkości, stałych lub zmiennych w czasie. Bardzo często
wielkości mierzone przyjmują w trakcie trwania jednego procesu pomiarowego wartości
zmieniające się od bardzo dużych do bardzo małych, a nierzadko, szczególnie w metrologii
przemysłowej wielkości mierzone występują na tle zakłóceń znacznie je przewyższających.
Wspomniane powyżej uwarunkowania wskazują na konieczność budowania systemów
pomiarowych, które w najogólniejszej definicji stanowią odpowiednio zestawione i
zorganizowane zespoły przyrządów, czujników i przetworników pomiarowych, objętych
wspólnym sterowaniem wewnętrznym lub zewnętrznym, których zadaniem jest zbieranie
informacji pomiarowych, przetwarzanie ich, archiwizacja a niekiedy również interpretacja.
Zamieszczona poniżej tabela 1.1 przedstawia klasyfikację systemów pomiarowych oraz
zakres i sposób ich działania.
-3-
Tabela 0.1
Klasyfikacja systemów pomiarowych [11]
Klasyfikacja systemów pomiarowych
Kryterium podziału
Przeznaczenie
Zasięg terytorialny
Oddziaływanie na
badany obiekt.
Określenie
Zakres i sposób działania
Badawczy
Stosowany głównie w pomiarach naukowych,
których celem jest empiryczna weryfikacja hipotez
Pomiarowokontrolny
Stanowi integralną część każdego procesu
technologicznego,
umożliwiającą
jego
automatyzację i pozwala na pomiar znacznej liczby
parametrów
Pomiarowodiagnostyczny
Służy wykrywaniu, lokalizacji, identyfikacji lub
przewidywaniu
uszkodzeń
obiektów
(np. diagnostyka techniczna czy medyczna)
Skupiony
Umiejscowiony w jednym pomieszczeniu
Rozproszony
Zlokalizowany w wielu pomieszczeniach, a nawet
kilku budynkach
Aktywny
System może oddziaływać na badany obiekt w celu
stworzenia odpowiednich warunków do wykonania
doświadczenia.
Pasywny
Jest pozbawiony możliwości oddziaływania na
badany obiekt
Rozwój metrologii można podzielić na trzy charakterystyczne etapy.
Pierwszy obejmował okres stosowania metod bezpośrednich w pomiarach i użyciu mierników
wskaźnikowych. Dodatkowo okres ten wyróżniał się tym, że niemal każda dziedzina
inżynierii posiadała swoje własne miernictwo, np. miernictwo wielkości mechanicznych,
nieelektrycznych czy elektrycznych.
Drugi etap rozwoju polegał na zastąpieniu pomiaru większości wielkości nieelektrycznych
pomiarami wielkości elektrycznych, wykonywanych coraz bardziej nowoczesnymi,
dokładnymi i niezawodnymi przyrządami pomiarowymi. Pomiary stały się bardziej
obiektywne, ograniczyły wpływ osoby dokonującej pomiar na wynik. Upowszechnił się
również sposób rejestracji wyników w formie zapisu na taśmie magnetycznej.
Trzecia faza rozwoju metrologii charakteryzuje się wprowadzeniem do techniki pomiarowej
komputerów, które zostały sprzęgnięte z urządzeniami pomiarowymi. Pozwoliło to na
zapoczątkowanie automatycznego sterowaniem procesem pomiaru oraz wprowadziło nowy
element – przetwarzanie i analizę danych pomiarowych [10].
-4-
2.
Współczesne komputerowe systemy pomiarowe
Koniec XX wieku przyniósł rewolucyjne zmiany w technice cyfrowej. Potężne
wymiarami komputery zajmujące kilka pomieszczeń i zużywające ogromne ilości energii
zostały zastąpione minikomputerem w postaci pojedynczego „chipu”. Element ten oznaczony
symbolem 8080 stanowił komputer sam w sobie i składał się centralnego procesora, pamięci,
zegara taktującego oraz układu wejścia-wyjścia, a zasilany był napięciem w wysokości 5[V].
Oprogramowanie pozwalało na bezproblemową współpracę z innymi urządzeniami. Te
właśnie cechy pozwoliły na powstanie nowej generacji przyrządów, czujników oraz
przetworników pomiarowych, których elementem składowym stał się nowy chip
umożliwiający bezpośrednie przetwarzanie sygnałów pomiarowych oraz sterowanie procesem
pomiarowym.
K a rt y zb i e ra n i a
da n yc h
O p ro g ra m o w a n i e
n p . T e s t Po i n t
L a b V ie w
M i k ro k o m p u t e
K o n t ro l e r
R e je
a n
zo b ra
Przyrządy
a u t o n o m i c zn e
V X I -b u s
M o du ł y
k o n dyc j o n o w a n i a
RS-2 3 2
G PI B
r
s t ra c j a
a l i za
zo w a n i e
Przyrządy
p o m i a ro w e
Przyrządy
m o du ł o w e
C zu j n i k i p o m i a ro w e
O b i e k t p o m i a ro w y
Rysunek 2.1
Współcześnie stosowane systemy pomiarowe [9]
Od tej właśnie chwili przyjęło się mówić o Komputerowych lub inaczej Inteligentnych
Systemach Pomiarowych, a wynikało to z ich możliwości adaptacyjnych, które stały się
możliwe dzięki zastosowaniu mikrokomputerów. W tym miejscu należy wspomnieć, że
znaczenie pojęcia inteligencja jest tu ograniczone swym zakresem do możliwości
udostępnionych przez konstruktora sprzętu i twórcę oprogramowania. Na każdym etapie
pracy systemu pomiarowego wykorzystywany jest sprzęt komputerowy. Wielkości fizyczne
mierzone są przy pomocy czujników zaopatrzonych w minikomputer. Otrzymany w ten
sposób sygnał dopasowywany jest w układach kondycjonowania, gdzie komputer ustala
poziom wzmocnienia, dokonuje filtrowania szumów oraz zakłóceń i przekazuje go do
-5-
układów akwizycji, gdzie jest on przekształcany na postać cyfrową. W tej formie sygnał
przesyłany jest do komputera, którego zadaniem jest obróbka, wizualizacja, analiza i
interpretacja danych pomiarowych. Również archiwizacja odbywa się w postaci cyfrowej na
nośnikach charakteryzujących się większą pojemnością i trwałością (rys. 2.1).
Technika cyfrowa doprowadziła do powstania i rozwoju technologii sieciowych. Przy
przesyłaniu sygnałów pomiarowych coraz częściej wykorzystywane są sieci komputerowe.
Stosowanie sieci Ethernet, a szczególnie sieci Internet sprawia, że możliwe jest tworzenie
systemów komputerowych o prawie nieograniczonym zasięgu.
Systemy pomiarowe wykorzystujące Internet można podzielić na trzy podstawowe
grupy. Do pierwszej należą systemy, w których centralny komputer zbiera informację z
węzłów pomiarowych, w których mogą być np. komputery wyposażone w układy akwizycji
sygnałów lub aparatura pomiarowa z interfejsami GPIB. Centralny komputer steruje całym
procesem pomiarowym, wszystkimi przyrządami znajdującymi się w poszczególnych
węzłach i przejmuje od nich wyniki pomiarów.
Druga grupa obejmuje systemy pomiarowe składające się z jednego węzła pomiarowego
udostępniającego wyniki pomiarów przez Internet jednocześnie wielu użytkownikom.
Trzecia grupa jest kombinacją dwóch poprzednich tzn. wyniki pomiarów z wielu węzłów
pomiarów są udostępniane jednocześnie wielu użytkownikom.
Często zdarza się, że obiekt badany znajduje się w ruchu lub budowa linii przewodowej
wiąże się z wysokimi kosztami. W takich przypadkach wykorzystuje się bezprzewodowe
przesyłanie danych pomiarowych. Można wyróżnić trzy metody bezprzewodowej transmisji
danych; przy wykorzystaniu telefonii komórkowej, fal radiowych lub promieniowania
podczerwonego.
Układy pomiarowe oparte na cyfrowym systemie telefonii ruchomej GSM (ang. Global
System of Mobile Communications) stosuje się wówczas, kiedy obiekt pomiaru lub odbiorca
wyników znajdują się w ruchu np. w samochodzie, lub węzeł pomiarowy i odbiorca sygnałów
pomiarowych dzieli duża odległość (rys. 2.2).
GSM przeznaczony jest głównie do transmisji mowy, można go jednak wykorzystać
również do transmisji danych, w tym danych pomiarowych cyfrowych, a realizować to można
różnymi metodami np.:
- SMS (ang. Short Message Service) - przesyłanie danych alfanumerycznych o
ograniczonej długości,
- SDT (ang. Switched Data Transfer) – przesyłanie danych przez kanał rozmowny,
- GPRS (ang. General Packed Radio Service) – przesyłanie danych w postaci zbiorów
danych, zwanych pakietami,
-6-
Miernik
I nt erf ej s
p o m ia ro w y
Rysunek 2.2
K o m p u t er
( ko nt ro l er
s y s t em u )
R S -2 3 2
l u b I rD A
T erm ina l
b ez p rz ew o d o w y
P o ł ą c z enie
b ez p rz ew o d o w e
S ta c ja
b a z o w a i
c ent ra l a
G S M
S ieć
t el ef o nii
c y f ro w ej
K o m p u t er
z
m o d em em
Struktura systemu z transmisją danych pomiarowych przez sieć GSM [8]
Ze względu na zdolność do nadawania i odbierania danych telefony cyfrowe zostały
podzielone na trzy grupy;
- MT0, które umożliwiają jedynie transmisję mowy i przesyłanie komunikatów SMS z
klawiatury, nie nadające się do transmisji danych,
- MT1, wyposażone w interfejs ISDN (ang. Integrated Services Digital Network), dzięki
któremu po wyposażeniu w dodatkowe urządzenie (tzw. adapter terminalowy) mogą
być połączone z komputerem i transmitować dane cyfrowe,
- MT2 wyposażone w łącze RS-232C oraz port na promienie podczerwone IrDA [8].
W transmisji danych przez telefonię cyfrową może być wykorzystywany również protokół
WAP (ang. Wireless Application Protocol) bazujący na technologiach internetowych, lecz
wiąże się to z ograniczeniami wynikającymi z wielkości ekranu telefonu i małych prędkości
takich transmisji. Protokół WAP nadaje się doskonale do przesyłanie danych
meteorologicznych, jak temperatura, wilgotność, siła i kierunek wiatru (rys. 2.3).
Miernik
I nt erf ej s
s t a nd a rt o w y
Rysunek 2.3
WAP [8]
K o m p u t er
( ko nt ro l er
s y s t em u )
S ieć
l o ka l na
K o m p u t er
( s erw er
W A P )
S ieć
I nt ernet
B ra m ka
W A P
P o ł ą c z enie
b ez p rz ew o d o w e
T erm ina l
b ez p rz ew o d o w y
Struktura systemu z przesyłaniem danych pomiarowych z użyciem protokołu
Przesyłanie danych przez wydzielone kanały radiowe stosuje się w przypadku, kiedy
obiekt pomiaru znajduje się w trudno dostępnym miejscu lub jest tak położony, że budowa
linii przewodowej byłaby nieopłacalna. Metoda ta pozwala przesyłać dane pomiarowe na
odległość od około 100 m do 100 km. W systemach takich wykorzystywane są urządzenia
zwane radiomodemami, których zadaniem jest emitowanie i odbieranie sygnałów,
przetwarzanie danych cyfrowych na emitowane sygnały oraz przetwarzanie odebranych
sygnałów na dane cyfrowe. Radiomodemy najczęściej konwertują sygnał radiowy na sygnał
szeregowy zgodny ze standardem RS-232.
Przy łączności bezprzewodowej na bliskie odległości (ok. 1m) można stosować łącze na
promienie podczerwone. Rozwiązania takie stosuje się, kiedy wykorzystujemy komputery
-7-
przenośne do zbierania danych pomiarowych i nie jest wskazane lub możliwe łączenie
przewodów do łącza stykowego komputera. Transmisja danych przy użyciu promieni
podczerwonych polega na zamianie w święcącej diodzie optycznej sygnału elektrycznego na
modulowany sygnał optyczny, który z kolei w diodzie odbiorczej ponownie zamieniany jest
na sygnał elektryczny. Po zastosowaniu w systemie konwertera sygnałów RS-232/IrDA może
w nim pracować dowolny przyrząd wyposażony w złącze RS-232 i przesyłać wyniki
pomiarów do komputera.
Podczas transmisji danych pomiarowych na małe odległości zamiast łącza na promienie
podczerwone można stosować łącza radiowe o małej mocy. Ma to zalety związane z brakiem
konieczności widzenia się odbiornika z przyrządem pomiarowym oraz daje możliwość
wykorzystania większej liczby odbiorników. Przykładem takiego systemu jest sieć typu
Bluetooth, złożona z kilku urządzeń pomiarowych (maksymalnie osiem), tworząca tzw.
pikosieć (ang. piconet). Każde urządzenie może pełnić rolę zarówno nadrzędną (master), jak i
podrzędną (slave) i należeć do kilku pikosieci, dzięki czemu mogą one ze sobą
współpracować.
3.
Charakterystyka cyfrowych systemów pomiarowych
Cechą charakterystyczną cyfrowych układów pomiarowych jest sposób zbierania
informacji o badanym obiekcie pomiarowym. Pierwszym etapem jest pozyskanie sygnałów
elektrycznych w postaci analogowej a następnie przetworzenie ich na kod cyfrowy i poddanie
dalszej obróbce cyfrowej, w celu przedstawienia wyników w postaci wizualnej.
u(t)
U/C
Przetwarzanie
napięcia na kod
cyfrowy
t
x(t)
A/A
C/C
Przetwarzanie
analogowe
sygnału
T/C
Przetwarzanie
odstępów czasu
na kod cyfrowy
Rysunek 3.1
y(t)
Przetwarzanie
cyfrowe
Schemat cyfrowego pomiaru sygnałów [14]
-8-
C/A
Przetwarzanie
cyfrowo analogowe
Rysunek 3.1 przedstawia schemat pomiaru cyfrowego dowolnej wielkości fizycznej u(t)
przetworzonej wstępnie na sygnał elektryczny x(t). Blok oznaczony symbolem A/A
odpowiada za dopasowanie poziomem zmiennego w czasie sygnału x(t) do zakresu
przetwornika analogowo-cyfrowego. Następnie sygnał poddawany jest kwantyzacji i
dyskretyzacji w blokach oznaczonych odpowiednio U/C i T/C, skąd przekazywany jest do
dalszej obróbki cyfrowej w bloku C/C. W wyniku otrzymujemy wyjściowy sygnał cyfrowy w
postaci kodu cyfrowego zapisanego jako słowo bitowe. Dodatkowo, w układach
adaptacyjnych oraz systemach pomiarowych będących częścią układów sterowania procesami
lub współpracujących z nimi, sygnał cyfrowy może ponownie być zamieniony na analogowy
sygnał napięciowy.
Systemy pomiarowe stanowiące złożony zespół przyrządów i przetworników różnią się
sposobem przełączania, czyli multipleksowania sygnałów pomiarowych w celu
wprowadzenia ich do wspólnego układu akwizycji danych. W przypadku sygnałów
wolnozmiennych stosowane są dwa rodzaje systemów pomiarowych: z multiplekserem
analogowym lub z multiplekserem cyfrowym.
1
2
1
2
Z
Rysunek 3.2
3
7
4
5
UPP
6
A/C
8
US
Urządzenia pomiarowe
2
9
Mikrokomputer
1
Schemat blokowy systemu pomiarowego z multiplekserem analogowym [9]
1-czujnik, 2-kondycjoner sygnałów, 3-multiplekser, 4-wzmacniacz, 5-układ próbkująco -pamiętający,
6-przetwornik analogowo –cyfrowy, 7-zegar, 8-układ sterowania, 9-pamięć
Podstawowymi elementami systemu z multiplekserem analogowym są (rys.3.2):
− czujniki pomiarowe,
− układy do kondycjonowania sygnałów (wzmacniacze, układy standaryzujące, izolujące
itp.),
− multiplekser,
− wzmacniacz,
− układ próbkująco – pamiętający,
-9-
− przetwornik A/C,
− jednostka centralna z zegarem, układem sterującym i pamięcią.
W systemie pomiarowym z multiplekserem analogowym wprowadzone do niego sygnały
pomiarowe są kolejno przełączane do wzmacniacza i układu próbkująco – pamiętającego.
Zapamiętane próbki są przetwarzane na sygnał cyfrowy i przesyłane do jednostki centralnej.
Mikrokomputer
Pamięć
1
2
3
UP
P
UP
P
4
4
5
6
7
USSD
A/C
5
DK
6
7
USSD
A/C
DK
Szyna danych
1
2
3
8
1
2
3
UP
P
4
5
6
USSD
A/C
7
DK
Multiplekser cyfrowy
Rysunek 3.3
Schemat blokowy systemu pomiarowego z multiplekserem cyfrowym [9]
1-czujniki, 2-kondycjonery sygnałów, 3-wzmacniacze pomiarowe, 4-układy próbkująco-pamiętające,
5-przetworniki analogowo-cyfrowe, 6- układy sterowania szyn danych, 7-dekodery kanałów, 8-pamięć
Zaletą takiego układu jest użycie tylko jednego przetwornika analogowo – cyfrowego, w
związku z czym może to być przetwornik bardzo kosztowny i dokładny. Wady natomiast są
następujące:
− ograniczenie liczby kanałów do 256 (ze względu na trudności technologiczne w
wykonaniu większej liczby kanałów),
− duża wrażliwość na zakłócenia,
- 10 -
− mała szybkość działania.
Systemy z multiplekserem cyfrowym charakteryzuje się tym, że systemem kieruje
mikrokomputer, a w jego pamięci zapisywane są wyniki pomiarów, które mogą być
odtwarzane w zależności od potrzeb. Zaletami takiego systemu są:
− duża szybkość pomiarów,
− zmniejszona wrażliwość na zakłócenia
W skład systemów z multiplekserem cyfrowym (rys.3.3) wchodzą:
− tory pomiarowe składające się z czujników, układów kondycjonowania sygnałów,
wzmacniaczy, układów próbkująco – pamiętających przetworników A/C,
− multiplekser cyfrowy złożony z układów sterowania szyn danych (USDD) i dekoderów
kanałów, umożliwiających doprowadzanie sygnałów poszczególnych torów do szyn
danych [9].
Niezależnie od stosowanych technologii każdy system pomiarowy można przedstawić
za pomocą uogólnionego schematu blokowego (rys.3.4). Podział na poszczególne bloki
wynika z różnych funkcji, jakie mają one do spełnienia, a zadaniem systemu pomiarowego
jest połączenie tych bloków w jedną całość. Organizacja fizyczna systemu nie zawsze
pokrywa się z jego podziałem funkcjonalnym. Bloki funkcjonalne mogą być realizowane w
sposób sprzętowy, programowy lub mieszany, sprzętowo – programowy.
C /A ,C /C
Blok
g e n e r a c ji
s y g n a łó w
S y g n a ł y p om i a r ow e
O BI E K T
P O M IA R O W Y
A /A
A /C
C z u j n i ki
p om i a r ow e
Blok
a kw i z y c j i
s y g n a łó w
C /C
Blok
p rz e tw a rz a n ia
d a n y c h
Blok s t e r u j ą c y ( kon t r ole r )
Blok
kom u n i ka c j i
z u ż y t kow n i ki e m
O p e r a t or s y s t e m u
Rysunek 3.4 Schemat funkcjonalny systemu pomiarowego (cienkie linie ze strzałkami
oznaczają sygnały analogowe, grube linie – sygnały cyfrowe.[14]
- 11 -
Podstawowe bloki funkcjonalne systemu pomiarowego są następujące:
-
blok komunikacji z użytkownikiem pozwalający na wprowadzanie i wyprowadzanie
informacji; w systemach komputerowych wprowadzanie informacji odbywa się przy
pomocy klawiatury, myszki lub innych urządzeń służących do komunikacji z
komputerem, a wyprowadzanie informacji najczęściej przy pomocy ekranu monitora,
ale też przy pomocy rejestratorów cyfrowych,
-
blok sterujący jest odpowiedzialny za realizację złożonego algorytmu działania
systemu pomiarowego; może on działać według stałego algorytmu pomiarowego
(sterowniki układowe) lub według programu realizowanego przez procesor cyfrowy,
-
blok generacji sygnałów może być wykorzystany w przypadku, gdy zachodzi
konieczność wytworzenia sygnałów wymuszających, odniesienia, sterujących lub
wyprowadzenia wyników pomiarów w formie analogowej,
-
czujniki pomiarowe umożliwiające odbiór informacji z obiektu fizycznego, którego
parametry podlegają identyfikacji w procesie pomiarowym,
-
blok akwizycji sygnałów pośredniczy pomiędzy czujnikami pomiarowymi a blokiem
przetwarzania danych, odpowiada za zbieranie sygnałów pomiarowych i ich
dyskretyzację, realizuje funkcje wstępnej normalizacji sygnału oraz przetwarzania
analogowo – cyfrowego,
-
blok przetwarzania danych, którego zadaniem jest cyfrowa obróbka sygnałów
pomiarowych zgodnie z przyjętym algorytmem.
Układy pomiarowe wchodzące w skład systemów mogą być umieszczone bezpośrednio w
obudowie komputera lub połączone z nim za pomocą interfejsu. Karty pomiarowe
umieszczone w komputerze wykorzystują jego zasoby posługując się jedną z magistrali
wewnętrznych (tab.3.1), natomiast do komunikacji kart zewnętrznych stosowane są specjalne
połączenia tzw. interfejsy, o różnym standardzie, szybkości przesyłania danych i możliwym
zasięgu przesyłu.
Tabela 3.1
Magistrale komputera umożliwiające podłączenie sprzętu pomiarowego [8]
Nazwa magistarli
ISA
PCI
PXI
PCMCIA
Zastosowanie
w starszych komputerach.
powszechne w PC.
w komputerach przemysłowych
w komputerach przenośnych.
Systemy pomiarowe, w których skład wchodzą mikrokomputery z wbudowanymi kartami
pomiarowymi stanowią udoskonaloną kontynuację omówionych wcześniej układów z
przetwornikiem analogowym, a systemy oparte na magistralach zewnętrznych (GPIB),
modułowe (VXI), oraz przemysłowe należ do typu systemów z multiplekserem cyfrowym.
W dalszym ciągu podano krótkie charakterystyki wybranych systemów pomiarowych.
- 12 -
Systemy z kartami pomiarowymi. Podstawowymi elementami systemów opartych na
kartach pomiarowych są tzw. karty zbierania (akwizycji) danych (ang. data acquisition cards).
W związku z tym, że do karty należy doprowadzić sygnał elektryczny o określonym
poziomie, w skład systemów muszą wchodzić następujące elementy:
-
komputer osobisty,
-
przetworniki pierwotne (czujniki),
-
moduły kondycjonowania sygnałów,
-
karty analizy danych,
-
oprogramowanie,
Znaczenie i zadania, jakie mają do spełnienia poszczególne elementy w systemach
opartych na kartach pozyskiwania danych, omówione zostaną w rozdziale 2.1.
Zaletami tych systemów są:
-
szybki, dostęp, tzw. rejestrowy
-
możliwość szybkiej komunikacji z pamięcią przy pomocy mechanizmu DMA (ang.
direct memory access), co pozwala na ciągły zapis na dysk danych pomiarowych z
szybkością odpowiadającą częstotliwości próbkowania 1,5 MB/s,
-
rozdzielczość od 12 ÷24 bitów,
-
prosta obsługa programowa przy wykorzystania sterowników dostarczanych przez
producentów kart,
-
możliwość multipleksowania wielu kanałów wejściowych, najczęściej 4 ÷ 16.
Do wad należy zaliczyć:
-
zakłócenia pochodzące z wnętrza komputera,
-
brak filtrów antyaliasingowych,
-
brak możliwości próbkowania kilku kanałów jednocześnie [14].
Wymienione powyżej zalety i wady systemów opartych na kartach pomiarowych dotyczą
jedynie tych, które wykorzystują karty wielofunkcyjne, uniwersalne. Obecnie producenci
oferują karty o wysokiej specjalizacji; bardzo szybkie (ang. high speed, o częstotliwości
próbkowania mierzonej w MHz), o wysokiej rozdzielczości (ang. high resolution) lub
wielowejściowe (do kilkudziesięciu wejść pomiarowych).
Systemy z magistralą GPIB. Systemy oparte na magistrali GPIB (ang. general purpose
interface bus) wykorzystują równoległy port pomiarowy (8 - bitowy + 5 linii sterujących + 3
linie kontroli transmisji), znany również pod nazwami IEC 625, IDEE 488 lub HPIB, w który
wyposażane są praktycznie wszystkie obecnie produkowane cyfrowe przyrządy pomiarowe.
Dzięki temu, że urządzenia podłączane są do magistrali równoległej systemy oparte na tej
technologii mają charakter otwarty i elastyczny, gdyż w prosty sposób można podłączyć do
nich nowe urządzenia.
- 13 -
a)
b)
Komputer
Komputer
U rz ą d z en i e A
U rz ą d z en i e A
U rz ą d z en i e D
U rz ą d z en i a B
U rz ą d z en i a B
U rz ą d z en i a C
U rz ą d z en i a c
Rysunek 3.5 Przykłady konfiguracji systemu pomiarowego z interfejsem IEC-625:
a) liniowa, b) gwiazdowa
Przesyłanie informacji odbywa się asynchronicznie w postaci bajtów, ze zwrotnym
potwierdzaniem odbioru. Programowanie systemu ma miejsce przy pomocy rozkazów w
formie wyrażeń tekstowych. Do magistrali IEC-625 można podpiąć jednocześnie do 15
urządzeń, odległość między najbliższymi sąsiadami nie powinna przekraczać 2m, natomiast
całkowita długość wszystkich kabli - 20m. Magistrala systemu składa się z 16
kompatybilnych ze standardem TTL linii sygnałowych (8 linii danych i 8 sterowania) oraz z 8
linii uziemienia.
Urządzenia połączone za pomocą magistrali IEC-625 można podzielić na cztery grupy;
-
odbiorcy, mających jedynie możliwość odbierania danych (np. generatory, drukarki),
-
nadawcy, jedynie wysyłający dane (np. liczniki, termometry),
-
nadawcy/odbiorcy, którzy mogą zarówno odbierać jak i wysyłać dane (np. multimetr,
oscyloskop),
-
kontroler, jednostka sterująca, która może również spełniać rolę nadawcy i odbiorcy.
Urządzenia wchodzące w skład systemu wykorzystującego magistralę IEC-625 mogą być
łączone w konfiguracji liniowej lub gwiaździście (rys. 3.5). Głównym zadaniem magistrali
jest przesyłanie informacji pomiędzy dwoma lub więcej urządzeniami. Przed rozpoczęciem
przesyłania przez kontrolera ustalany jest adres konkretnego odbiorcy, który został wcześniej
nadany każdemu z urządzeń przez użytkownika systemu.
Wadami systemu są:
-
lokalny zasięg,
-
ograniczona liczba urządzeń,
-
stosunkowo wolna praca, wynikająca z konieczności interpretacji komend przez
przyrządy pomiarowe.
- 14 -
Wymienione wady można zniwelować stosując specjalne urządzenia. Ilość podłączanych
przyrządów zwiększa z 15 do 28 tzw. ekspander magistrali, przezroczysty dla przechodzące
przez niego sygnały. W systemie można umieścić większą liczbę ekspanderów. Mały zasięg
zwiększa się po zastosowaniu tzw. ekstendera, urządzenia dokonującego konwersji sygnału z
magistrali IEC-625 na sygnał szeregowy możliwy do przesyłania kablem elektrycznym lub
światłowodowym. W zależności od typu zastosowanego ekstendera długość przewodów może
ulec zwiększeniu nawet do 2km. Dodatkowo ekstender spełnia funkcję podobną jak
ekspander magistrali.
Systemy modułowe oparte na interfejsie VXI. Modułowe systemy pomiarowe VXI
powstały wskutek konieczności znormalizowania wymiarów i interfejsów elementów
systemów pomiarowych wielu firm i umożliwienia budowy systemów złożonych,
zapewniających pełną wymienność i prawie nieograniczony dobór poszczególnych
przyrządów pomiarowych. Interfejs VXI (ang. VME eXtensions for Instrumentation) powstał
na bazie magistrali systemu modułowego, oznaczonego skrótem VME (ang. Versamodule
Eurocard Bus), który charakteryzował się znormalizowanymi wymiarami poszczególnych
modułów i kaset, typami złącz, wartościami napięć zasilających, sygnałami sterującymi oraz
sposobem przesyłania danych.
Systemy VXI wyposażone są w specjalnie rozszerzoną magistralę komputerową do
potrzeb pomiarowych – zawierającą maksymalnie 3 x 96 styków. Są ekranowane
wewnętrznie i posiadają lokalne (między układowe) interfejsy
Szybkość transmisji
VXI
M X I-2
K its
V X I-PC 8 0 x x
V X Ip c -8 5 0
E m b e d d e d
V X Ip c -4 8 6
E m b e d d e d
M X I-2
K its
V X I-A T 4 0
M X I-1
K its
GPIB-V X I
Rodzaj kontrolera
Rysunek 3.6 Porównanie różnych sposobów kontroli modułów VXI pod kątem szybkości
transmisji [9]
Rozróżnia się trzy rodzaje sterownia systemem:
-
wbudowane w komputer (embedded – zagnieżdżone) – jest ono najszybsze,
- 15 -
-
przez sprzęg MXI (ang. Multisystem eXtension Interface) – na zasadzie przeniesienia
bezpośredniego magistrali PC na VXI,
-
przez magistralę GPIB i kontroler GPIB/VXI.
Zaletami takich systemów są: duża szybkość oraz możliwość wykorzystania w ich strukturze
profesjonalnych przyrządów pomiarowych bez płyt czołowych z interfejsem GPIB. Są to
obecnie najbardziej zaawansowane technologicznie systemy pomiarowe i właściwie ich
jedyną wadą jest bardzo wysoka cena.
Systemy przemysłowe. Systemy przemysłowe odznaczają się dużą niezawodnością i są
przystosowane do pracy równoległej (jeden pracuje, drugi czuwa lub kontroluje) oraz w
konfiguracji sieciowej – z kontrolerami instalowanymi w węzłach pomiarowych. Są one na
ogół przeznaczone do badania wolnych przebiegów (kilka pomiarów na sekundę) i przy
odległościach punktu pomiarowego od systemu do 23 km.
Systemy z czujnikami inteligentnymi. Przedstawione wcześniej systemy pomiarowe oparte
na wykorzystaniu kart pomiarowych wymagały kosztownego, często trudnego, a w
niektórych warunkach nawet niemożliwego do wykonania okablowania odpornego na
zakłócenia i mechaniczne uszkodzenia. Konieczność umieszczenia modułów
kondycjonowania sygnałów jak najbliżej czujników pomiarowych, w celu ograniczenia
wpływów zewnętrznych na wynik pomiaru, spowodowało rozwój nowej dziedziny techniki
pomiarowej polegającej na tzw. rozpraszaniu inteligencji. Polega ona na umieszczaniu –
możliwie najbliżej czujników – dodatkowych mikroprocesorów, które przejmują od głównego
kontrolera (komputera) realizację wszystkich działań programowych związanych z bieżącym
funkcjonowaniem tych czujników. Czujnik, obok procesora, wyposażony jest w standardowy
interfejs, co pozwala na zastosowanie topologii szyny ze wszystkimi zaletami tego
rozwiązania, jak choćby komunikacji z innymi przetwornikami. Obecnie poszukiwany jest
standard protokołu transmisji danych dla takiego rozwiązania. Najbardziej atrakcyjny wydaje
się tu interfejs RS-485 (charakteryzujący się transmisją szeregową i prostym okablowaniem),
w połączeniu z osobną linią zasilającą.
4.
Oprogramowanie systemów pomiarowych
Technika komputerowa wprowadziła do projektowanego systemu pomiarowego jeszcze
jeden ważny element, który w istotny sposób decyduje o jego możliwościach i
funkcjonalności. Jest to oprogramowanie, czyli zapisany w odpowiednim języku
programowania algorytm działania systemu pomiarowego, który obejmuje częstotliwość i
kolejność wykonywania pomiarów, akwizycję danych, analizę, przetworzenie i
przedstawienie wyników w wygodnej dla użytkownika formie wykresów lub tabel.
Oprogramowanie decyduje też o sposobie archiwizacji zebranych informacji, a w systemach
regulacji automatycznej jego znaczenie jest podstawowe.
- 16 -
Pierwszym i niemalże pierwotnym sposobem oprogramowywania systemów
pomiarowych jest wykorzystanie języka niskiego poziomu posługującego się instrukcjami
mnemonicznymi. Język ten, jaki i program przekładający mnemoniki na zrozumiały przez
procesor kod maszynowy, nosi nazwą - asembler. Kod programu napisanego w asemblerze
odwołuje się wprost do konkretnych fragmentów pamięci i instrukcji procesora, decydując
dokładnie o czasie i kolejności ich wykonania. Zaletą takiego oprogramowania jest szybkość
oraz niezawodność działania i dlatego jest ono głównie wykorzystywane do systemów
pracujących w czasie rzeczywistym. Wadą programowania w języku niskiego poziomu jest
długi czas przygotowania oprogramowania i brak jego przejrzystości, co utrudnia
wprowadzanie poprawek i modyfikacji oraz trudność w przenoszeniu oprogramowania do
pracy w systemach pracujących z innymi procesorami.
Drugi, klasyczny sposób projektowania systemów pomiarowych polegał na
opracowywaniu od podstaw programu sterującego przy wykorzystaniu do tego celu języków
wysokiego poziomu (np. Basic, Pascal czy też C), wzbogaconych o zestaw poleceń do
komunikacji z przyrządami pomiarowymi umożliwiających wysyłanie i odbiór informacji. W
kolejnych wierszach programu przygotowanego w jednym z tych języków (tzw.
programowanie liniowe), umieszcza się kolejne instrukcje. Przygotowanie złożonego
oprogramowania w językach wysokiego poziomu jest również bardzo pracochłonne i
skomplikowane.
Kolejnym dużym krokiem na drodze ku ujednoliceniu i uproszczeniu procesu
projektowania oraz uruchamiania systemów pomiarowych było stworzenie przez
największych producentów aparatury pomiarowej dla systemów przemysłowych, standardu
określającego metody programowania. Zgodnie z tym standardem urządzenia
pomiarowo - kontrolne programuje się jednakowymi komunikatami i instrukcjami
programującymi. Metoda ta nosi nazwę SCPI (ang. Standard Commands for Programmable
Instruments) i pozwala na pełne zaprogramowanie każdego przyrządu pomiarowego,
niezależnie od rodzaju, modelu czy producenta. Rysunek 4.1 przedstawia uogólniony model
przyrządu zgodnego ze standardem SCPI, w którym przedstawiono podstawowe operacje w
postaci bloków funkcjonalnych obejmujących grupy poleceń. Nie są to oczywiście wszystkie
możliwe bloki, gdyż każdy z przyrządów w zależności od swego przeznaczenia może
posiadać swoje charakterystyczne bloki funkcjonalne, inne dla np. oscyloskopu a inne dla
generatora.
Oto skrótowe omówienie poszczególnych bloków pokazanych na rysunku 4.1 oraz
dodatkowo kilku innych istotnych, lecz nie uwzględnionym na podanym schemacie:
- ROUTe – w urządzeniach pomiarowych – dołączenie sygnałów wprowadzanych na
podane wejścia urządzenia do bloku INPut, w urządzeniach generacyjnych –
wyprowadzenie wytworzonego sygnału na zadany port wyjściowy,
- INPut – określenie właściwości portu wejściowego takich jak tłumienie, wzmocnienie,
filtracja, impedancja wejściowa, konfiguracja wejścia itd.,
- OUTput - określenie właściwości portu wyjściowego np. tłumienie, filtracja sygnału,
offset, sposób zabezpieczenia wyjścia,
- SENSe – przetwarzanie sygnału na dane wewnętrzne przyrządu, określenie zakresu,
rozdzielczości itd.,
- 17 -
-
SOURce – generacja sygnału zgodnie z zadaną charakterystyką, określenie amplitudy,
częstotliwości, parametrów modulacji itd.,
CALCulate – wykonanie operacji obliczeniowych, np., wyznaczenie wartości średniej,
ekstremów, dokonanie konwersji na żądane jednostki,
FORMat – przetwarzanie danych do postaci, w której można je przesłać przez wybrany
interfejs, lub przetwarzanie danych odebranych z danego interfejsu,
TRIGer – synchronizacja działania przyrządu ze zdarzeniami wewnętrznymi lub
zewnętrznymi,
MEMory – operacje związane z zapamiętywaniem danych w wewnętrznej pamięci
przyrządu, np. zapisywanie, odczytywanie, usuwanie danych,
DISPlay – funkcje związane z prezentacją danych w postaci graficznej lub tekstowej,
SYSTem – ustawienie parametrów konfiguracyjnych takich jak czas, data, ochrona
zasobów urządzenia, konfiguracji interfejsów, a także uzyskiwanie informacji o błędach,
STATus – zawiera polecenia umożliwiające uzyskanie informacji o stanie urządzenia,
INSTrument – umożliwia identyfikację i wybór jednego z przyrządów, kiedy urządzenie
składa się z kilku oddzielnych modułów.
ROUTe
ROUTe
IN P u t
S E N S e
C A L C u la te
F ORM a t
S Y S Tem
TRI G er
M E M o ry
D IS P la y
OUTp u t
S OURc e
C A L C u la te
F ORM a t
Ma g i s t r a l a d a n y c h
P om iar
Generowanie sygnałów
Rysunek 4.1
Uogólniony model przyrządu zgodnego z SCPI [8]
Do każdej grupy poleceń należy grupa rozkazów związanych z realizacją określonej
funkcji, a każda grupa posiada swoją podgrupę umożliwiającą dokładne sprecyzowanie
operacji. Jako przykład urządzenia zgodnego ze standardem SCPI można wymienić multimetr
HP34401A służący do pomiaru parametrów elektrycznych: napięcia, prądu, rezystancji,
częstotliwości i okresu. Po wykonaniu serii pomiarów umożliwia on wyznaczenie z
uzyskanych wyników wartości średniej, maksymalnej oraz minimalnej. Multimetr może być
obsługiwany za pomocą jego klawiatury lub za pośrednictwem interfejsu RS-232.
Na początku lat dziewięćdziesiątych wielkie firmy produkujące aparaturę pomiarową
zajęły się pracami nad systemami wspomagającymi projektowanie, które reprezentowałyby
duże możliwości i łatwość obsługi. Wpływ na powstanie nowych pakietów programowych
- 18 -
miały dwa czynniki. Z jednej strony powszechność języków programowania wyższego
poziomu, takich jak Pascal czy C, z drugiej nowy, graficzny system operacyjny firmy
Microsoft, popularne okienka w kolejnych udoskonalanych wersjach.
Oprogramowanie współczesnych systemów pomiarowych wykonuje się przy pomocy
specjalistycznych środowisk programowania, przyjaznych dla użytkownika (ang. user
friendly), umożliwiające osobom bez przygotowania informatycznego opracowanie
oprogramowania złożonych systemów. Najważniejszą zaletą tych środowisk
programistycznych jest komunikatywna grafika, umożliwiająca przygotowanie graficznego
interfejsu użytkownika (GUI – ang. Graphical User Interface) w postaci umożliwiającej łatwą
obsługę systemu pomiarowego i przejrzystą wizualizację stanu, w jakim się znajduje przyrząd
pomiarowy oraz obiekt pomiarów. Komunikacja z urządzeniami zewnętrznymi, np. kartami
pomiarowymi odbywa się za pomocą przygotowanych przez producenta sprzętu specjalnymi
podprogramami obsługującymi te urządzenia. Podprogramy te noszą nazwę sterowników
(ang. driver) i są przygotowywane do współpracy z większością powszechnie stosowanych
systemów operacyjnych, co gwarantuje wytwórcom aparatury pomiarowej szerokie
zainteresowanie ich produktami.
Ponieważ konkurencja w branży producentów sprzętu pomiarowego jest obecnie ogromna
i powstająca aparatura nie różni się w istotny sposób swoimi możliwościami oraz jakością,
najwięksi z wytwórców oferują przygotowane przez siebie własne środowiska
programistyczne. Firmowe systemy programowania zawierają dołączone sterowniki do
wszystkich produkowanych przez daną firmę urządzeń pomiarowych oraz dodatkowo
umożliwiają instalowanie i wykorzystywanie sterowników do aparatury innych producentów
gdyż w większości przypadków są one ogólnie dostępne np. w Internecie.
Przodującym
producentem systemów
pomiarowych
oraz
specjalistycznego
oprogramowania od wielu lat jest firma National Instruments. Jej dziełem jest chyba
najwszechstronniejsze, o największych możliwościach, oprogramowanie wspomagające
proces projektowania oraz użytkowania złożonych systemów pomiarowych. Jednym z
najbardziej popularnych jest środowisko programowania systemów pomiarowych o nazwie
LabWindows oraz LabWindows/CVI. Pierwsze z nich przygotowane było do współpracy z
systemem operacyjnym DOS i opierał się na języku C oraz Quick Basic, natomiast drugie
wykorzystuje środowisko Windows i obecnie w związku z powszechnością stosowania tego
systemu operacyjnego jest bardziej popularne. LabWindows/CVI jest chętnie stosowane przez
informatyków ze względu na możliwość bezpośredniej ingerencji w kod programu, który
powstaje niejako automatycznie podczas procesu projektowania.
Podstawowe cechy środowiska LabWindows/CVI to:
-
programowanie tylko w języku ANSI C, ale za to możliwość korzystania z bibliotek
DLL (Dynamic Link Libraries), modułów obiektowych w języku C,
rozbudowane biblioteki akwizycji, analizy i prezentacji danych oraz nowe biblioteki
umożliwiające pracę w sieci (TCP/IP, DataSocket, ActiveX Automation) i
międzyprocesową wymianę danych DDE (Dynamic Data Exchange),
- 19 -
-
-
narzędzia do tworzenia sterowników przyrządów oraz tworzenia przyrządów
wirtualnych,
możliwość tworzenia aplikacji oraz pakietów pracujących poza środowiskiem,
kompatybilność ze standardem bibliotecznym wejścia/wyjścia standardu VISA
(Virtual Instruments Software Architecture), do sterowania instrumentami z
interfejsem np.RS-232,
wielozadaniowość,
automatyczna alokacja i dealokacja pamięci [10].
Projektowanie systemu pomiarowego można podzielić na kilka etapów:
1) etap wstępny, polegający na określeniu podstawowych funkcji i parametrów systemu,
dobór sprzętu oraz analiza sterownika pod kątem przydatności, ewentualnie
zaprojektowanie własnego,
2) projekt panelu czołowego, a w tym wybór i rozmieszczenie na panelu potrzebnych do
realizacji odpowiednich funkcji obiektów sterujących i wykonanie szaty graficznej,
3) projekt oprogramowania, a więc wygenerowanie szkieletu programu i ewentualne
uzupełnienie procedurami obsługi zdarzeń,
4) etap ostatni – uruchomienie oprogramowania.
Pracę w środowisku LabWindows/CVI można zamknąć w dwóch etapach: tworzenie
panelu czołowego oraz tworzenie i ewentualnie uzupełnianie kodu obsługi zdarzeń.
W kilka lat po powstaniu LabWindows stworzone zostało pierwsze, w pełni graficzne
środowisko tworzenie oprogramowania polegające na łączeniu tzw. ikon noszące nazwę
LabView. U podstaw powstania LabView legło uproszczenie procedur i odejście od
tradycyjnego sposobu programowania oraz umożliwienie pracy w środowisku użytkownikom
nie mającym nigdy nic wspólnego z językami programowania wyższego rzędu.
Podstawowe cechy środowiska LabView to:
- graficzne projektowanie aplikacji systemowej składającej się z panelu czołowego
będącego graficznym interfejsem użytkownika, diagramu blokowego, stanowiącego
kod źródłowy oprogramowania opracowany w języku G, oraz schematu połączeń
wskazujących kierunek przepływu danych między blokami funkcjonalnymi, które
posiadają swoje wejścia oraz wyjścia danych (podejście hierarchiczno-modułowe),
- graficzny kompilator języka G,
- możliwość pracy w sieci komputerowej (wykorzystanie protokołów transmisji
TCP/IP, DDE oraz bibliotek ActiveX,
- kompatybilność ze standardem bibliotecznym wejścia/wyjscia standardu VISA
(Virtual Instruments Software Architecture), do sterowania instrumentami z
interfejsem np.RS-232,
- wielozadaniowość wewnętrzna i zewnętrzna,
- rozbudowana biblioteka funkcji dołączonych, np. matematycznych i statystycznych.
- 20 -
Poszczególne etapy projektowania w środowisku LabView to:
1) etap wstępny polegający na określeniu podstawowych funkcji i parametrów, dobór
części sprzętowej, analiza sterownika;
2) tworzenie panelu graficznego: umieszczenie na panelu niezbędnych elementów,
przełączników, wskaźników, suwaków i elementów graficznych;
3) tworzenie graficznego kodu źródłowego: rozmieszczenie i połączenie na diagramie
ikon reprezentujących obiekty umieszczone na panelu graficznym oraz wstawienie
wymaganych dodatkowych elementów i procedur takich jak: pętle, instrukcje
warunkowe i sekwencje;
4) uruchomienie i testowanie programu.
Opracowywanie systemu pomiarowego w środowisku LabView obejmuje tworzenie
panelu graficznego jako interfejsu użytkownika oraz graficznego kodu źródłowego. Podczas
programowania wykorzystuje się narzędzia i funkcje nie mające bezpośredniego związku z
projektowaniem. LabView posiada rozbudowaną pomoc kontekstową oraz praktyczne
narzędzia do debugowania, jednak programista nie może w pełni panować nad kodem
programu, to znaczy modyfikować dowolnie wykorzystywanych w opracowywanej aplikacji
funkcji. Ze względu na przydatność oprogramowania w laboratoriach pomiarowych należy
wspomnieć o rozbudowanej bibliotece funkcji matematycznych, a w szczególności funkcji
służących obróbce i analizie sygnałów pomiarowych
Idąc w ślady swoich konkurentów, również inni znani producenci aparatury pomiarowej
stworzyli własne środowiska programistyczne. Postąpiła tak w latach dziewięćdziesiątych
firma Hewlett-Packard i stworzyła środowisko o nazwie VEE 6 oferowane obecnie przez
firmę Agilent Technologies, która powstała po rozłamie firmy na dwie części: pomiarową i
komputerową. Zasada działania oprogramowania oparta jest na podobnych przesłankach, co
LabView i programista pracuje w środowisku graficznym. Podobne założenia przyjęli
podczas tworzenia swojego oprogramowania twórcy środowiska DasyLab, firma Dasytec.
Również tutaj programista wykorzystuje język graficzny do tworzenia aplikacji, lecz w
porównaniu ze swoim pierwowzorem - środowiskiem LabView - posiada znacznie słabiej
rozbudowaną bibliotekę funkcji matematycznych i obiektów.
W 1993 roku kolejny potentat w produkcji sprzętu pomiarowego firma Keithley
Instruments zdecydowała się na stworzenie własnego środowiska programowania systemów
pomiarowych – TestPoint. Środowisko to łączy ze sobą elementy projektowania zarówno
graficznego jak i tekstowego. Opracowywanie oprogramowania systemu pomiarowego
odbywa się w niekonwencjonalny sposób poprzez wybór odpowiednich obiektów, nadanie im
wymaganych cech i określenie wzajemnych relacji. Środowisko TestPoint będzie dokładnie
omówione w rozdziale 2 niniejszego opracowania.
Na zakończenie części poświęconej metodom oprogramowywania systemów
pomiarowych należy wspomnieć o systemach czasu rzeczywistego. Program powstaje tu w
trzech etapach. Najpierw w środowisku programistycznym pod systemem Windows
połączonym ze sprzętem, np. LabView RealTime. Następnie program jest ładowany do
urządzenia czasu rzeczywistego przez połączenie Ethernet lub magistralę PCI. Po
załadowaniu programu wybór odpowiedniego polecenia powoduje, że system rozpoczyna
- 21 -
pracę. Charakterystyczną cechą tych systemów jest to, że posiadają one własny procesor i
program po załadowaniu do niego będzie pracował niezależnie od komputera, nawet po jego
wyłączeniu lub przerwaniu połączenia.
- 22 -
Literatura:
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
D. Świsulski: Laboratorium z systemów pomiarowych, Wyd. Politechniki
Gdańskiej, Gdańsk 1998
J. W. Wyrzykowski, E.Pleszakow, J.Sieniawski: Odkształcanie i pękanie metali,
WNT, Warszawa 1999
Metody doświadczalne mechaniki ciała stałego, Praca zbiorowa pod redakcją
W Szczecińskiego, Mechanika Techniczna Tom X, PWN, Warszawa 1984
S. Katarzyński, S. Kocańda, M. Zakrzewski: Badanie własności mechanicznych
metali, WNT, Warszawa 1967
J Kostro: Elementy, urządzenia i układy automatyki, Wyd. Szkolne i
Pedagogiczne, Warszawa 1983
C. Kalista, Karty I/O do systemów akwizycji danych, Automatyka 4/2000
Z. Kulka, A. Libura M, Nadachowski: Przetworniki analogowo-cyfrowe i
cyfrowo-analogowe, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa 1987.
P. Lesiak, D. Świsulski: Komputerowa technika pomiarowa w przykładach,
Pomiary Automatyka Kontrola- czasopismo techniczne, Warszawa 2002
A. Chwaleba, M. Poniński, A. Siedlecki: Metrologia elektryczna, WNT, Warszawa
2000
W. Winiecki, J. Nowak, S. Stanik: Graficznie zintegrowane środowiska
programowe do projektowania Komputerowych systemów pomiarowokontrolnych, Wydawnictwo MIKOM, Warszawa 2001
M. Jakubowska, Organizacja komputerowych systemów pomiarowych, Strona
internetowa: http://galaxy.agh.edu.pl/~kca/
M. Jakubowska, Technika cyfrowa w instrumentalnych metodach, Strona
M. Jakubowska, Przetworniki cyfrowo – analogowe oraz analogowo – cyfrowe,
Strona internetowa:http://galaxy.agh.edu.pl/~kca/
M. Jakubowska, Organizacja komputerowych systemów pomiarowych, Strona
W. Tłaczała Środowisko LabView w eksperymencie wspomaganym
komputerowo, WNT, Warszawa 2002.
M. M Stabrowski, Miernictwo elektryczne, Cyfrowa technika pomiarowa, Oficyna
Wydawnicza PW, Warszawa 1999
W. S. Kwiatkowski, Miernictwo elektryczne, Analogowa technika pomiarowa,
Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 1999
23

Nowoczesne, wspomagane techniką komputerową systemy

Transkrypt

Podobne dokumenty

Szkolenie Techniczne: NADZÓR nad