Transcript 6. Číslicové meracie systémy

6. ČÍSLICOVÉ MERACIE SYSTÉMY
Pod pojmom číslicový merací systém rozumieme takú zostavu zariadení a
ich prepojení, ktorá umožňuje komplexné riešenie meracích úloh včítane ich
automatizovaných realizácií.
Najjednoduchšia zostava meracieho systému môže pozostávať z číslicového
meracieho prístroja a riadiaceho počítača, ktorá umožňuje iba automatické
odmeranie danej meranej veličiny, prenos výsledkov merania do počítača, a
následné číslicové spracovanie, vrátane prezentácie výsledkov.
Zložitý merací systém je vhodný napr. pre úplné testovanie komplikovaných
zariadení v priemysle, kedy sa jedná o riadenie komplexného meracieho
postupu vrátane nastavenia potrebných akčných veličín na základe už
nameraných hodnôt.
1
1
6. Číslicové meracie systémy
Zložitý merací systém pre meranie a skúšanie
distribučných transformátorov po oprave
2
2
6. Číslicové meracie systémy
Pre moderné laboratórne meracie systémy je typické:
• jednoduchá rekonfigurovateľnosť,
• väčšia odolnosť voči rušivým vonkajším vplyvom (ako klimatickým
vplyvom, tak rušivým elektromagnetickým poliam),
• krátke komunikačné vzdialenosti,
• vyššie nároky z hľadiska dynamiky meraných veličín,
• jednoduché a zrozumiteľné ovládanie pomocou vhodného softwaru
S požiadavkami, ktoré na merací systém kladieme, úzko súvisí aj výber:
• vhodnej štruktúry meracieho systému,
• vhodného programovacieho prostriedku.
S tým súvisí aj používaná štruktúra systému:
•
•
•
•
hviezdicová ,
zbernicová
stromová,
kruhový typ.
3
3
6. Číslicové meracie systémy
Obsah kapitoly
6.1 ROZDELENIE MERACÍCH SYSTÉMOV A ICH ŠTRUKTÚRA
6.1.1 Používané štruktúry systému:
hviezdicová , zbernicová, stromová, kruhový typ
6.1.2 Meracie systémy so zbernicou IEEE 488 (GP-IB)
6.1.3 Meracie systémy využívajúce rozhranie RS-232-C
6.1.4 Meracie systémy so zbernicou USB
6.1.5 Prepojenie meracích systémov zbernicou RS-485
6.1.6 Meracie systémy na báze zásuvných meracích dosiek
6.2 PROGRAMOVÉ PROSTRIEDKY
6.2.1 Vývojové prostredie pre tvorbu aplikačných programov
6.2.2 Virtuálna inštrumentácia
4
4
6. Číslicové meracie systémy
6.1 Používané štruktúry systému
Hviezdicová štruktúra systému:
• jednotlivé funkčné jednotky sú pripojené sériovými linkami RS-232-C
k samostatným sériovým portom počítača označovaným obvykle COM1,
COM2,... .
• to výrazne obmedzuje ako možný počet pripojených funkčných jednotiek,
tak rýchlosť prenosu dát.
Riadiaca
jednotka
R
R
R
R
Funkčná
jednotka
Funkčná
jednotka
Funkčná
jednotka
5
5
6. Číslicové meracie systémy
Zbernicová štruktúra systému:
Pre pripojenie číslicových meracích prístrojov k PC sa častejšie používa
s normalizovanou paralelnou zbernicou IEEE 488 (označovanou tiež IEC 625,
IMS2, HP-IB, GP-IB), umožňujúcu ako pripojenie väčšieho počtu funkčných
jednotiek, tak väčšej rýchlosti prenosu dát.
Riadiaca
jednotka
R
R
R
R
Funkčná
jednotka
Funkčná
jednotka
Funkčná
jednotka
6
6
6. Číslicové meracie systémy
Pri niektorých typoch meracích prístrojov môže byť vonkajšia zbernica
prepájajúca jednotlivé funkčné jednotky nahradená vnútornou zbernicou
kompaktného modulárneho meracieho systému či priamo vnútornú
zbernicu riadiaceho počítača.
Týmto spôsobom je možné realizovať jedny z najlacnejších typov meracích
systémov - systémy na báze zásuvných meracích dosiek do PC.
Pre nasadenie týchto systémov v priemyselných aplikáciách je nutné pre
zaistenie dostatočnej spoľahlivosti a odolnosti voči vonkajším vplyvom
použiť priemyselnú verziu PC.
Veľkosť týchto systémov však značne obmedzuje počet voľných pozícií v PC
pre zásuvné meracie dosky.
7
7
6. Číslicové meracie systémy
Pre náročnejšie aplikácie (najmä z hľadiska počtu meracích miest, nároku na
rozsah spracovávaných dát apod.) sa preto používajú kompaktné
modulárne meracie systémy na báze zbernice VME, VXI príp. PXI.
8
8
6. Číslicové meracie systémy
Pri použití vyššie uvedených systémov sa predpokladá, že meracie miesta
nebudú príliš vzdialené od riadiacej jednotky či kompaktného modulárneho
systému.
Pri prenose analógových veličín (najmä malého napätia) od senzora do
meracieho systému na väčšiu vzdialenosť je totiž odolnosť proti
vonkajšiemu rušeniu typickému pre priemyselné prostredie veľmi nízka.
Z tohto dôvodu je podstatne výhodnejší prenos informácie v číslicovej
forme.
Pri realizácií z hľadiska vzdialenosti rozsiahlejších systémov sa preto
používa obvykle tzv. inteligentných senzorov s číslicovým výstupom
a sériového prenosu dát v sietiach zbernicového typu
so stromovou štruktúrou (c) či kruhového typu (d).
9
9
6. Číslicové meracie systémy
Riadiaca
jednotka
R
Riadiaca
jednotka
R
R
R
Funkčná
jednotka
Funkčná
jednotka
Riadiaca
jednotka
R
R
R
R
Funkčná
jednotka
Funkčná
jednotka
Funkčná
jednotka
R
R
R
R
Funkčná
jednotka
Funkčná
jednotka
Funkčná
jednotka
Tieto distribuované meracie systémy sa označujú v zahraničnej literatúre obvykle
názvom FIELDBUS (FELDBUS). Jedná sa napríklad o systémy s jednou alebo
viac riadiacimi jednotkami (MASTER) a radou podriadených jednotiek (SLAVE).
Vo väčšine prípadov sú tieto jednotky prepojené sériovou zbernicou
štandardu RS-485, v niektorých prípadoch využívajú tiež prenosu po
10
optických vláknach.
10
6. Číslicové meracie systémy
V súčasnosti sa čoraz viac využíva v meracích prístrojoch obľúbená
sériová zbernica USB.
U nej je možné použiť tak jednoduchú hviezdicovú štruktúru ako aj
štruktúru zbernicovú s použitím USB rozbočovačov (je možné tak pripojiť
až 127 meracích prístrojov).
Okrem toho zbernica má jednotný kábel obsahujúci okrem dátových liniek
i napájacie vodiče (odber až 500 mA).
11
11
6. Číslicové meracie systémy
1.1 Meracie systémy so zbenicou IEEE 488 (GP-IB)
Štandard IEEE 488 vznikol v roku 1972 na základe firemnej prepojovacej sústavy
HP-IB firmy Hewlett Packard a medzinárodne bol normalizovaný v r. 1975. V
technickej a firemnej literatúre je možné sa stretnúť i s inými názvami tohto
štandardu, ako napr. HP-IB, IMS2, GP-IB.
Maximálna rýchlosť prenosu dát po tejto zbernici môže dosahovať až 1 Mbyte/s.
Tejto rýchlosti je možné dosiahnuť iba vtedy, pokiaľ celková dĺžka zbernice
nepresiahne 20 m a vzdialenosť medzi jednotlivými funkčnými jednotkami 2 m.
12
12
6. Číslicové meracie systémy
Funkčné jednotky (meracie prístroje a ďalšie potrebné zariadenia - prepínače
meracích miest, programovateľné zdroje apod.) sú podľa obr. pripojené paralelne
špeciálnymi dvojitými konektormi s 24 kontaktmi.
To umožňuje pripojiť na zbernicu väčší počet funkčných jednotiek (max. 15)
a zbernica má pritom voči riadiacemu počítači charakter jednej periférie.
Funkčné jednotky i riadiaci počítač môžu byť podľa potreby naadresované buď na
vysielanie dát, alebo na ich príjem. Vlastná zbernica sa skladá z 24 vodičov, z nich
16 je aktívnych a 8 je uzemnených.
13
13
6. Číslicové meracie systémy
• Ku zbernici je možné pripojiť priamo maximálne 15
funkčných jednotiek.
• Každej z funkčných jednotiek je priradená 5 bitová
adresa, ktorá je nastavená buď miniaturným
prepínačom, umiestneným na zadnom panely
prístroja, alebo sa u prístroja so vstavaným
procesorom nastavuje z ovládacieho panela.
• Táto hodnota je uložená v zálohovej pamäti
spoločne napr. s kalibračnými konštantami.
14
14
6. Číslicové meracie systémy
1.2 Meracie systémy využívajúce rozhranie RS-232-C
Medzi najbežnejšie rozhranie pre komunikáciu medzi zariadeniami na krátku
vzdialenosť je sériové rozhranie RS-232-C (štandardizované Electronic Industries
Association EIA).
Používa sa pre pripojenie dátových zariadení komunikujúcich maximálnou
rýchlosťou 115,2 kBd na vzdialenosť maximálne 15 m.
Komunikujú po ňom hlavne periférie rozširujúce počítač, napr. externé modemy,
myši, tlačiarne a pod.
15
15
6. Číslicové meracie systémy
V súčasnosti, napriek všetkým jeho nedostatkom (obmedzená komunikačná
vzdialenosť, dvojbodové spojenie, nízka prenosová rýchlosť), má veľmi výrazné
postavenie aj v meracej technike.
Je aplikovaný najmä pri lacnejších meracích prístrojoch, špeciálnych meracích
moduloch, inteligentných snímačov a plotterov.
Pri sériovej komunikácií sú dáta vysielané ako postupnosti jednotlivých
bitov, pričom v jednom časovom okamihu je prenášaný vždy jediný bit.
Prenášané bity nadobúdajú logických hodnôt 0 alebo 1.
V prípade RS-232-C odpovedá log.1 napäťovej úrovni –3 až –15 V,
log.0 úrovní +3 až +15 V.
Obvody rozhraní sú nesymetrické, preto sa uvedené úrovne vzťahujú voči potenciálu
nulového signálového vodiča.
16
16
6. Číslicové meracie systémy
Pri používaní sériovej komunikácie RS-232 je potrebné zhodne nastaviť
formát prenosu dát a prenosovú rýchlosť u komunikujúcich zariadení:
• prenosovú rýchlosť (...1200, 2400, 4800, 9600, 19200 Baud),
• počet dátových bitov (5, 6, 7, 8, 9),
• paritu: N – none (bez parity), E – even (párna), O – odd (nepárna), M – mark
(značka), S – space (medzera),
• počet stop bitov (1; 1,5; 2),
• spôsob riadenia toku (žiadne, hardvérové, Xon/Xof).
17
17
6. Číslicové meracie systémy
V prípade meracích prístrojov a osobných počítačov sa používa 9 základných signálov
a jeden z dvoch typov štandardných dvojradových konektorov – D9 a D25 (viď.tab.).
Symbol
Signál
Protective GrouNd
Č.kont.
v konekt.
D 25
D9
Funkcia
1
-
Ochranný zemný vodič
Transmitted Data
TxD
2
3
Dáta vysielané z DTE
Received Data
RxD
3
2
Dáta prijímané do DTE
Request To send
RTS
4
7
Signál vysielaný z DTE, oznamuje DCE, že
DTE je pripravené prijímať dáta
Clear To Send
CTS
5
8
Signál vysielaný z DCE, oznamuje DTE, že
DCE je pripravené prijímať dáta od DTE
Data Set read
DSR
6
6
Signál vyslaný z DCE oznamuje DTE, že
DCE je funkčné a pripravené komunikovať
Signal Ground
GND
7
5
Signálový zemný vodič
Data Carrier Detected
DCD
8
1
Signál vyslaný z DCE, oznamuje DTE, že
bol detekovaný signál vysielaný druhým
modemom
Data Terminal Ready
DTR
20
4
Signál vyslaný z DTE, oznamuje DCE, že
DTE je funkčné a pripravené komunikovať
Ring Indicator
RI
22
9
Signál vysielaný z DCE, indikuje
„vyzváňanie“ v komunikačnom kanály
(napr. tel. linke)
18
18
6. Číslicové meracie systémy
Blokové zapojenie dvoch prístrojov pri štandardnej modemovej komunikácií zobrazuje obr.
19
19
6. Číslicové meracie systémy
V prevažnej väčšine aplikácií RS-232-C v meracej technike sú prepojované
dve zariadenia typu DTE (spravidla osobný počítač a merací prístroj alebo
merací prístroj a tlačiareň) na krátku vzdialenosť (rádové jednotky, maximálne
desiatky metrov).
Príklady bezmodemových prepojení sú na obr.
Najjednoduchšie je tzv. trojvodičové zapojenie (obr.a), v ktorom sú použité
len dátové vodiče a signálová zem.
Riadenie prenosu dát je v tomto zapojení možné len programovo (angl.
software handshaking).
Často používanou metódou programového
riadenia je tzv. protokol Xon/Xoff, kedy
prístroj prijímajúci dáta ovláda komunikáciu
vysielaním špeciálnych riadiacich znakov.
Nevýhodou uvedenej metódy je jej
obmedzenie na dáta kódované v ASCII
kóde a relatívne dlhá reakčná doba.
20
20
6. Číslicové meracie systémy
Hardwarovo riadený prenos dát (angl. hardware handshaking) umožňuje napr.
zapojenie na obr.b
V konkrétnej aplikácií je vždy nutné preštudovať dokumentáciu obidvoch
zariadení a až potom použiť vhodné prepojenie.
21
21
6. Číslicové meracie systémy
1.3 Meracie systémy so zbernicou USB
Zbernica USB je sériovou zbernicou, ktorá sa vyznačuje týmito základnými
výhodami v oblasti merania:
• jednotný zbernicový kábel obsahuje okrem dátových liniek i napájacie
vodiče (odber až 500 mA),
• zbernica má relatívne veľkú prenosovú rýchlosť (12 Mb/s v štandarde ASB 1.1
alebo 480 Mb/s v štandarde USB 2.0),
• je možné pripojiť veľký počet pripojiteľných meracích prístrojov (pri
použití rozbočovačov až 127),
• obsahuje skutočný plug&play (po pripojení vyhľadá operačný systém žiadaný
ovládač; možnosť odpojovať a pripojovať zariadenie za chodu počítača).
Pomerne podstatnou zvláštnosťou je skutočnosť, že sa jedná o sériovú zbernicu.
Dáta sa prenášajú po linkách D+ a D- vo vzájomne invertovanej podobe.
Jedná sa teda o diferenčné signály.
Týmto spôsobom sa výrazne zmenší rušenie prenášaných dát, takže prípojná
vzdialenosť môže byť až 5 m.
22
Napäťové úrovne na dátových linkách sú v rozmedzí 0 až 3,3 V.
22
6. Číslicové meracie systémy
Konektory USB sa vyrábajú v dvoch variantoch – obr.
Konektor typu A nájdeme v počítači, konektor B je možné nájsť na strane
zariadenia.
Oba konektory majú 4 vývody.
Číslo vývodu
Typ A
Význam
Typ B
1
+5 V (UCC)
2
Dáta + (priame dáta)
3
Dáta - (negované dáta)
4
GND (zem)
2 1
1 2 3
4
3 4
Okrem dátových signálov sú k dispozícii napájacie vodiče GND a UCC.
Napätie sa podľa špecifikácie môže pohybovať v rozmedzí 4,4 V až 5,25 V.
23
23
6. Číslicové meracie systémy
Hostiteľ je pán (Host is Master)
Heslo „Hostiteľ je pán“ je základná koncepcia funkcie USB.
Zbernica USB má jediný riadiaci obvod (pán, master), t.j. od neho vychádzajú
všetky aktivity.
V prípade meracích prístrojov pripojených k počítaču je „pánom zbernice“
radič USB v počítači.
Takže žiadne zariadenie pripojené na zbernicu USB nemôže vysielať samo,
ale až na pokyn, ktorý vyjde z počítača.
Tento spôsob komunikácie dosť mení klasický pohľad na ovládanie zariadení.
Na rozdiel od zariadení pripojených na sériové alebo paralelné porty, nie je možné
používať prerušenia.
Merací prístroj so zbernicou USB si nemôže vyžiadať prednostnú pozornosť
zo strany počítača.
24
24
6. Číslicové meracie systémy
Enumerácia
Enumerácia (vyčítanie charakteristík zariadenia) je jedným z „magických
prvkov“ funkcie zbernice USB.
Po pripojení zariadenia sa najprv zistí prenosová rýchlosť a tou sa zo strany
počítača vyšle požiadavka na zistenie charakteristík zariadenia.
Podľa zistených informácií potom systém nahrá do pamäte počítača
odpovedajúci ovládač.
Pokiaľ nie je ovládač nainštalovaný, vyzve operačný systém k jeho inštalácii.
Po odpojení zariadenia je ovládač uvoľnený z pamäti.
Skutočnosť, že systém zisťuje typ zariadenia, potom dovoľuje pripojovať/odpojovať
zariadenia USB na ľubovolný port počítača kedykoľvek potrebujeme.
25
25
6. Číslicové meracie systémy
1.4 Prepojenie meracích systémov zbernicou RS-485
Zbernica RS-485 je priemyslová zbernica pre sériový prenos dát.
Prenosovým médiom je krútený dvojvodič s prípadným tienením (twisted pair).
Na zbernici môže byť pripojených až 32 prijímačov, počet vysielačov norma
neobmedzuje.
Nízka impedancia a symetrické usporiadanie zvyšuje odolnosť proti rušeniu v
priemyslových prevádzkach.
• zbernica môže byť vedená až na vzdialenosť 1600 m (vodiče s kapacitou do 65
pF/m),
• maximálna prenosová rýchlosť je 10 Mbit/s.
26
26
6. Číslicové meracie systémy
Oproti rozhraniu RS-232-C je rozhranie RS-485 odlišné.
Pre každý signál sa používajú dva vodiče.
Ak je signál aktívny, je na prvom vodiči záporné a na druhom vodiči kladné
napätie.
Ak je signál neaktívny je to naopak.
Jedná sa teda o rozdiely medzi vodičmi 1 a 2, ktoré udávajú logické úrovne.
U rozhrania RS-485 môže byť na jedno vedenie pripojených viac zariadení (obr.)
obdobne ako u koaxiálnych ethernet sietí.
Pri tomto rozhraní sa využívajú Master a Slave (riadiace a riadené) zariadenia.
Master odosiela periodicky pakety pre jednotlivé Slave zariadenia.
Pre každý signál sa používa krútený dvojvodič. Tento typ vedenia eliminuje šum,
ktorý sa vytvára hlavne na dlhších vzdialenostiach a v priemyselnom prostredí.
27
27
6. Číslicové meracie systémy
1.5 Meracie systémy na báze zásuvných meracích dosiek
Štruktúra systému
Vonkajšie zbernice pre prepojenie jednotlivých funkčných jednotiek môže byť v
niektorých prípadoch nahradená vnútornou zbernicou modulárneho systému či
dokonca vnútornou zbernicou riadiaceho počítača.
Týmto spôsobom je možné realizovať napr. jeden z najjednoduchších meracích
systémov na báze zásuvných meracích dosiek do osobných počítačov (angl.
personal computer – PC) resp. ich priemyselných verzií.
V ponuke rady výrobcov sú rôzne zásuvné meracie dosky pre zbernice ISA, EISA,
PCI, NuBus, atď. a karty s rozhraním PC-card (PCMCIA).
Do voľných slotov PC (konektorov vnútornej zbernice počítača) je možné zasunúť
dosky obsahujúce napr. analógovo- číslicové či číslicovo-analógove prevodníky
(ďalej AČP či ČAP), čítače, filtre apod.
S príslušnými obvodmi rozhraní a tak vytvoriť jednoduchý merací systém.
28
28
6. Číslicové meracie systémy
Multifunkčné zásuvné meracie dosky
- najrozšírenejším typom zásuvných meracích dosiek do PC
Obvykle v sebe spájajú funkcie viackanálového vstupu, analógového výstupu,
čítača impulzov TTL úrovne a číslicové vstupy a výstupy (ďalej ako DIO).
Typická bloková schéma multifunkčnej dosky
29
29
6. Číslicové meracie systémy
Vstupný multiplexor (MUX)
umožňuje pripojiť ku
vstupu diferenčného
prístrojového zosilňovača
s programovateľným
zosilnením viac zdrojov
meraného signálu (obvykle
8 až 16).
(S/H) - vzorkovací obvod
s pamäťou
Vzorkovací obvod s pamäťou definuje okamih odberu vzorky vstupného napätia a
zisťuje, aby behom prevodu bolo na vstupe AČP s postupnou aproximáciou
konštantné napätie.
30
30
6. Číslicové meracie systémy
Základné časovanie je riadené čítačo-časovačom, ktorý je v rade prípadov možno
využiť pre meranie:
• frekvencie impulzov TTL úrovne,
• meranie doby trvania impulzov
• generovanie impulzu definov. dĺžky či postupnosti impulzov definovanej frekvencie.
Referenčné frekvencie časovača (obvykle v rozmedzí 100 kHz až 10 MHz) je dodávané
z interného kryštálom riadeného oscilátora.
Pre prípad, že je nutné riadiť (externé) prepínače v meracej sústave, ovládať výkonové
spínače, čítať číslicové výstupy z premeriavaného zariadenia, je na multifunkčnej doske
31
k dispozícii kanál číslicových vstupov a výstupov (DIO).
31
6. Číslicové meracie systémy
6.2 PROGRAMOVÉ PROSTRIEDKY PRE
MERANIE, ZBER A SPRACOVANIE DÁT
2.1 Vývojové prostredie pre tvorbu užívateľských aplikačných programov
Vývojové prostredia pre tvorbu užívateľských aplikačných programov sú
programové prostriedky schopné generovať jednotlivé inštrukcie, sekvencie
inštrukcii alebo celé programy pre zber alebo spracovanie dát v meracích
systémoch.
Je možné ich rozdeliť do dvoch základných skupín:
• vývojové prostredie pre generovanie zdrojového textu programov
• grafické vývojové prostredie.
32
32
6. Číslicové meracie systémy
LabWindows/CVI
• Vývojové prostredie pre generovanie zdrojového programu
• produkt americkej firmy National Instruments
•
je určený pre vývoj aplikačného programového vybavenia v jazyku
C/C++ pre meracie systémy riadené počítačom rady IBM PC.
Knižnice LabWindows/CVI :
• podstatne zjednodušujú vytváranie programového vybavenia pre
všetky zložky meracieho procesu – riadenie meraní, zber dát, ich
spracovanie a interpretácia výsledkov,
• majú grafické užívateľské rozhrania – „funkčné stromy“ a „grafické
panely“, do ktorých programátor len zadáva potrebné parametre,
• výsledkom je príslušný podprogram v jazyku C
Týmto spôsobom je možné naprogramovať aj grafické užívateľské rozhranie –
virtuálny panel meracieho prístroja či celého systému.
33
33
6. Číslicové meracie systémy
Grafické vývojové prostredia
Sú určené predovšetkým pre užívateľov s nízkou úrovňou znalostí
Programovania.
Vývoj meracieho či testovacieho programu v podstate spočíva v
zostavení blokového diagramu z preddefinovaných objektov a ich
prepojenia cestami signálových tokov.
To oproti klasickému spôsobu programovania na úrovní vyšších
programovacích jazykov umožňuje podstatným spôsobom urýchliť aj
vývoj odladenia aplikačného programu.
Jednotlivé objekty umožňujú:
•
•
•
•
•
generovanie a zber dát,
matematické spracovanie a analýzu nameraných hodnôt,
ukladanie či predávanie dát na rôzne výstupné zariadenia,
riadenie behu programu,
vlastnú grafickú prezentáciu výsledkov.
Typickým predstaviteľom môže byť napr. grafické vývojové
prostredie LabVIEW firmy National Instruments
34
34
6. Číslicové meracie systémy
2.2 Virtuálna inštrumentácia
Meracie systémy a systémy zberu dát, vytvorené pomocou moderných technických
a programových prostriedkov, sú pre užívateľa mimoriadne pohodlné.
Využíva sa pri tom obrovský výkon, ktorý výrobcovia výpočtovej techniky vložili do
počítačov a obslužného softvéru.
Za tohto stavu stačí užívateľovi vybaviť jeho výpočtové prostriedky rozhraniami s
fyzikálnym prostredím a z počítača sa stane virtuálny merací prístroj,
dispečerské pracovisko technologickej linky alebo monitorovací pult stavu
sledovaných veličín.
Výrobcovia ponúkajú širokú škálu zariadení a vývojových programovacích
prostredí, ktoré zjednodušujú návrh a realizáciu virtuálneho meracieho systému.
Hlavným kritériom je pomôcť užívateľovi zostaviť systém vzájomne kompatibilný.
35
35
6. Číslicové meracie systémy
Virtuálny merací prístroj, (v ďalšom označovaný medzinárodne zaužívanou
skratkou "VI" z anglického "Virtual Instrument") je prístroj, ktorého všeobecné
funkcie a schopnosti sú definované do značnej miery softwarom.
Inými slovami virtuálny prístroj je prístroj, ktorý v skutočnosti "neexistuje".
Napríklad jednoduchý multimeter vo forme samostatného meracieho
prístroja je potrebné zapnúť, nastaviť meraciu veličinu a merací rozsah a iba
potom môže prístroj vykonať samotné meranie.
Tú istú meraciu úlohu je však možné vykonať pomocou osobného počítača
(PC), vybaveného vhodným har-dwarom a softwarom, jednoducho vybratím
príslušnej ikony v grafickom prostredí pomocou klávesnice alebo myši.
Teda počítač pracuje ako merací prístroj hoci ním v skutočnosti nie je.
36
36
6. Číslicové meracie systémy
Implementáciou viacerých súčasne alebo následne vykonávaných meracích
funkcií v PC vzniká virtuálny merací systém, ako je napr. podľa obr.1 a 2
generátor VI vytvorenom v programe LabVIEW
Front Panel generátora VI
Blokový diagram
generátora VI (zobrazí sa
stlačením CTRL+T)
37
37
6. Číslicové meracie systémy
Za autorov konceptu virtuálnych prístrojov je možné považovať dvoch Američanov
J. J. Tuchar-da a J. L. Kodovskeho - prezidenta a viceprezidenta firmy National
Instruments Corp., Austin, Texas, ktorí v roku 1987 vytvorili projekt grafického
programovacieho prostredia nazvaného LabVIEW ("Laboratory Virtual Instrument
Engineering Workbench").
Toto prostredie pomocou jednoduchých grafických symbolov umožňovalo
vytvoriť a riadiť rôzne virtuálne prístroje počítačom.
Mnohé práce nevyhnutné pre vznik LabVIEW boli vykonávané už dlho predtým v
rôznych firmách a výskumných pracoviskách, napr. Hewlett Packard, IBM,
Microsoft, štandardizačný inštitút IEEE
38
38
6. Číslicové meracie systémy
Za hlavnú výhodu VI je možné považovať veľmi efektívne využité realizačné
náklady - ten istý počítač môže okrem zvyčajných úloh vykonávať aj meranie.
Ďalšou nemenej významnou výhodou je flexibilita, napríklad ten istý hardvér môže
byť použitý raz ako voltmeter alebo teplomer inokedy ako osciloskop či spektrálny
analyzátor atď. a to jednoducho len malou zmenou v softvére.
Osobný počítač svojimi veľkými výpočtovými výkonmi umožňuje následne
vykonať ľubovoľnú analýzu získaných meracích dát.
Veľmi efektívne a jednoducho je pritom možné využiť metódy číslicového
spracovania signálov.
Výber použitých metód ako aj celkové ovládanie meracieho procesu je možné
jednoducho a rýchlo vykonávať pomocou štandardných ovládacích prostriedkov
počítača - klávesnice, polohovacieho zariadenia (myš), a pod.
Výsledky spracovania dát je možné prehľadne v grafickom formáte
prezentovať na obrazovke PC, vytlačiť vo forme protokolu merania na
tlačiarni alebo súradnicovom zapisovači či uschovať pre budúce potreby na
pamäťovom médiu
39
39