LS-Sb89567

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

¾¾¾¾¾¾¾

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

____________________________________________________

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

Методические указания к лабораторным работам

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2013

УДК 502.3/.5:681.785

Интеллектуальные измерительные технологии и средства измерений: Методические указания к лабораторным работам / сост.: Э. И. Цветков, А. А. Минина. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013. 32 с.

Представлены сведения для выполнения лабораторных работ по курсам «Интеллектуальные измерительные технологии» и «Интеллектуальные средства измерений». Практический курс состоит из семи лабораторных работ.

Предназначены для магистрантов, обучающихся по направлению 551500 «Приборостроение», специализация 551506 «Локальные измеритель- но-вычислительные системы» и «Адаптивные измерительно-вычислительные системы», а также могут быть использованы при реализации программ дополнительного образования.

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний

© СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013

Введение

Цикл лабораторных работ по дисциплинам «Интеллектуальные измерительные технологии» и «Интеллектуальные средства измерений» [1] состоит из семи работ. В основу первых шести лабораторных работ входит работа со схемой, реализованной на макетной плате рабочей станции NI ELVIS, включающей ЦАП (16-разрядный), входящий в состав базовой станции, и дополнительную микросхему, АЦП (10-разрядный, используется только 8 разрядов)

К1112ПВ1.

Первая работа цикла посвящена исследованию метрологических характеристик используемого АЦП; вторая − коррекции стабильной погрешности; в третьей и четвертой исследуются возможности фильтрации аддитивной помехи, воздействующей на постоянный и на линейно изменяющийся сигналы. Пятая и шестая работы связаны с различными видами алгоритмической адаптации. Седьмая работа посвящена реализации процедуры сличения эталонов в среде графического программирования LabView, формированию постериорных знаний для дальнейшего принятия решения.

Описание установки. На рис. В.1 представлена схема размещения лабо-

раторного стенда NI ELVIS (National Instruments Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite) [2] и DAQ-устройства (модуль ввода-вывода), вместе образующих завершенную лабораторную установку. На рисунке обозначены: 1 – настольный компьютер; 2 – DAQустройство серии M с 68-контактным разъемом; 3 – экранированный кабель для устройств серии М; 4 – настольная рабочая станция NI ELVIS, в которой используется программное обеспечение, разработанное в среде LabView, и аппаратура сбора данных NI для создания виртуальной измерительной системы, обладающей функциональными возможностями комплекта привычных измерительных приборов.

Функциональные возможности набора типовых лабораторных измерительных приборов в NI ELVIS реализованы на основе многофункционального устройства ввода-вывода (DAQ), специальной настольной рабочей станции, макетной платы и программ, разработанных в среде LabView.

Макетная плата NI ELVIS устанавливается в настольную рабочую станцию и предназначена для монтажа электронной схемы и подключения ее через соответствующие разъемы к приборам. С одной рабочей станцией можно использовать несколько сменных макетных плат.

В настольную рабочую станцию NI ELVIS встроены аппаратнореализованные функциональный генератор и регулируемые блоки питания. Cпроектированные в LabView лицевые панели (Soft FrontPanel – SFP) измерительных приборов объединяют функциональность DAQ-устройства (модуля

3

ввода-вывода) и рабочей станции NI ELVIS, предоставляя возможность работы c различными приборами.

В NI ELVIS имеется набор высокоуровневых функций LabView, которые можно использовать для усовершенствования средств отображения данных и организации экспериментов, а также для управления рабочей станцией

NI ELVIS из LabView.

Рис. В.1. Схема размещения лабораторного стенда

Настольная рабочая станция NI ELVIS. Схема расположения компо-

нентов на панели управления рабочей станции приведена на рис. В.2, где обозначены: 1 – System Power – индикатор питания системы; 2 – Prototyping Board Power – выключатель питания макетной платы; 3 – Communication – переключатель связи; 4 – Variable Power Supplies – элементы управления регулируемыми блоками питания; 5 – Function Generator – элементы управления функциональным генератором; 6 – DMM – клеммы для подключения к мультиметру; 7 – SCOPE – разъемы для подключения к осциллографу.

На задней панели NI ELVIS (рис. В.3) расположены следующие компоненты: 1 – выключатель питания рабочей станции; 2 – разъем для подключения источника питания постоянного/переменного тока; 3 – 68контактный разъем для подключения кабеля от модуля ввода-вывода.

Макетная плата NI ELVIS подключается к рабочей станции с помощью стандартного разъёма PCI, поэтому есть возможность разрабатывать собственные печатные платы и подключать их к NI ELVIS.

4

2)блок-диаграммы (Block Diagram), которая является исходным программным кодом ВП, созданным на языке графического программирования LabView, G (Джей). Блок-диаграмма представляет собой реально исполняемое приложение. Компонентами блок-диаграммы являются: виртуальные приборы более низкого уровня, встроенные функции LabView, константы и структуры управления выполнением программы. Для того чтобы задать поток данных между определенными объектами или, что то же самое, создать связь между ними, вы должны нарисовать соответствующие проводники (wires). Объекты на лицевой панели представлены на блок-диаграмме в виде соответствующих терминалов (terminals), через которые данные могут поступать от пользователя в программу и обратно;

3)для того чтобы использовать некоторый ВП в качестве подпрограммы (подприбора) в блок-диаграмме другого ВП, необходимо определить его иконку (icon) и соединительную панель (connector). Виртуальный прибор, который применяется внутри другого ВП, называется виртуальным подприбором (ВПП, SubVI), который аналогичен подпрограмме в традиционных алгоритмических языках. Иконка является однозначным графическим представлением ВП и может использоваться в качестве объекта на блок-диаграмме другого ВП. Соединительная панель представляет собой механизм передачи данных в ВП из другой блок-диаграммы, когда он применяется в качестве под-

прибора − ВПП. Подобно аргументам и параметрам подпрограммы, соединительная панель определяет входные и выходные данные виртуального прибора.

LabView является мощным инструментом программирования, пригодным для решения практически любых задач, например компьютерного моделирования, тем не менее он чаще всего используется для сбора экспериментальных данных и управления приборами и установками и поэтому содержит множество виртуальных приборов, разработанных специально для этой цели. Например, LabView может управлять встраиваемыми многофункциональными устройствами сбора данных (plug-in data acquisition − DAQ), которые предназначены для ввода и/или вывода аналоговых и цифровых сигналов. Например, вы можете совместно использовать многофункциональные платы и LabView для мониторинга температуры, формирования управляющих сигналов для экспериментальной установки или определения частоты неизвестного сигнала. LabView также обеспечивает передачу команд и данных по каналу общего пользования (КОП) или через стандартный последовательный порт компьютера. Канал общего пользования часто применяется для взаимодействия с осциллографами, сканерами и мультиметрами, а также для дистанционного управления подобными приборами. Получив со встроенной платы или

7

внешнего прибора массив данных, вы можете использовать множество содержащихся в LabView виртуальных приборов анализа для всесторонней обработки этих данных и их преобразования.

Схема эксперимента. Для выполнения лабораторных работ на макетной плате рабочей станции NI ELVIS собрана принципиальная эклектическая схема эксперимента, включающая ЦАП (16-разрядный), входящий в состав базовой станции, и дополнительную микросхему, АЦП (10-разрядный, используется только 8 разрядов) К1112ПВ1 [4] (рис. В.5).

Рис. В.5. Схема эксперимента

Используется аналого-цифровой преобразователь (АЦП) поразрядного уравновешивания, выполненный на интегральной схеме (ИС) К1113ПВ1.

ИС предназначена для преобразования однополярного или биполярного аналогового напряжения (Uвх = 0…10 В или Uвх = −5... + 5 В) в десятираз-

рядный двоичный код. Нелинейность преобразования ±0.1 %, время преобразования 30 мкс. Для работы ИС требуется два источника питания +5 В и −5 В. В микросхему встроен внутренний источник опорного напряжения и генератор тактовых импульсов. Запуск АЦП производится " лог. 0" Tпр = 30 мкс.

8

В10-разрядном АЦП К1112ПВ1 используется только 8 разрядов, так как рабочая станция NI ELVIS имеет только 8 цифровых входов, в связи с этим на рис. В.6 представлены две схемы подключения для младших разрядов, при входном напряжении от 0 до 2.5 В (рис. В.6, а), и для старших разрядов, при входном напряжении от 0 до 10 В (рис. В.6, б). Для проверки метрологических характеристик АЦП в работах необходимо снять измерения как на младших, так и на старших разрядах.

а

б

Рис. В.6. Принципиальная электрическая схема эксперимента с 8 разрядами: а – младшими; б – старшими

Для визуализации работы цифроаналогового преобразователя (ЦАП) и АЦП на компьютере при помощи среды LabView созданы виртуальные инструменты, которые будут отображать сигналы, поступающие от АЦП и ЦАП (что-то вроде экрана осциллографа), и записывать результаты работы в текстовой файл отдельно для АЦП и ЦАП. Данные, полученные в результате работы ЦАП и АЦП, будут использованы для дальнейшей обработки. Блокдиаграмма разработанной в LabView программы для обработки данных, поступающих от АЦП, приведена на рис. В.7.

9