3.5.3. Виртуальные приборы и компьютерные измерительные системы

Одной из современных тенденций в области автоматизации измерений является внедрение в практику измерений виртуальных сред сбора и обработки информации.

Это стало возможным благодаря интенсивному развитию современных информационных компьютерных технологий.

Виртуальные среды позволяют создавать программные модули обработки данных, т.е. виртуальные приборы (инструменты), которые могут использоваться (при выполнении определенных условий) в практике измерений наравне с реальными приборами.

Практическим воплощением концепции виртуального инструмента стала среда разработки программ LabVIEW.

Существенным отличием этой среды программирования от большинства существующих, где используются тестоориентированные языки, является использование в ней языка графического программирования.

Кроме того, в LabVIEW имеется большая библиотека функций и процедур, универсальных для большинства прикладных задач управления средствами измерения, сбора и обработки данных.

В целом LabVIEW вобрала в себя наиболее перспективные подходы и решения современной технологии автоматизации измерений.

Программы, созданные в среде LabVIEW, имеют три основные составные части:

- переднюю панель,

- блок-диаграмму и

- пиктограмму.

Передняя (лицевая панель) виртуального инструмента (ВИ) может содержать графическое изображение кнопок, клавиш, регуляторов и других органов управления и индикации.

Конструирование лицевой панели в среде LabVIEW сводится к составлению картинки из различных индикаторов и управляющих элементов, находящихся в меню.

Управление системой осуществляется изменением положений переключателей, поворотом ручек управления и введением значений с клавиатуры.

Блок-диаграмма представляет собой графическое решение задачи.

Она составляется на графическом языке программирования.

Затем встроенный в LabVIEW компилятор транслирует программу в машинный код.

Функциональными блоками, выбираемыми из меню, могут быть блоки элементарных алгебраических операций, функции сбора и анализа данных, сетевые операции и др.

Пиктограмма является графическим представлением ВИ в блок-диаграмме.

Пиктограмма позволяет "свернуть" ВИ в "объект", который можно использовать в блок-диаграммах других ВИ в качестве функций.

Аппаратная составляющая виртуальных измерительных приборов, обеспечивающая ввод реальных сигналов измерительной информации, может реализоваться в виде встраиваемых в компьютер сменных плат или в виде внешних устройств.

Сменная встраиваемая плата сбора данных и управления (ПСДУ) содержит обычно следующие основные элементы (см. рисунок):

- мультиплексор, обеспечивающий параллельный ввод сигналов;

- устройство выборки и хранения УВХ;

- аналого-цифровой преобразователь АЦП;

- цифровой сигнальный микропроцессор МП.

Обмен данными между ПСДУ и компьютером происходит либо через механизм прерываний, либо в режиме прямого доступа к памяти.

Информационный сигнал поступает с датчиков Дат. на ПСДУ через устройства согласования сигналов УСС, которые могут выполнять различные функции: усиление, питание датчиков, переключение реле, электрическую изоляцию, фильтрацию сигналов и др.

Внешние устройства сбора данных и управления (УСДУ) (см. рисунок) начали разрабатывать и внедрять с появлением переносных портативных компьютеров.

В таких устройствах преобразование сигнала в цифровую форму проводится несколькими полностью синхронизированными АЦП, реализованными обычно в виде единой матрицы логических элементов.

Такие устройства наиболее удобны для использования в полевых условиях.

Таким образом, набор аппаратных и программных средств, добавленных к обычному компьютеру и образующие ВИ, можно рассматривать как основу компьютерных измерительных технологий (КИС).

Взаимодействие между отдельными элементами системы в КИС осуществляется с использованием внутренней шины персонального компьютера, а стандартные измерительные приборы могут заменяться виртуальными приборами.

Характерной особенностью КИС является их открытость.

Так, при использовании среды программирования LabVIEW имеется возможность создавать ВИ, работающие с реальным сигналом не только через плату сбора данных, но и с функционально-модульными интерфейсами VXI, САМАС, RS-232.

Для работы с указанными интерфейсами используют приборные драйверы, т.е. программы, которые управляют отдельными приборами.

LabVIEW имеет свою библиотеку приборных драйверов. но это не исключает возможности создания любых других необходимых драйверов.