1. Компьютерные измерительные приборы

Компьютер, оснащенный интерфейсом, который позволяет преобразовывать электрические величины в цифровой код сам становиться измерительным прибором. Таким образом, дополнив компьютер специализированным устройством можно превратить его в вольтметр, амперметр, осциллограф, измеритель других физических величин.

Интерфейсные приборы, подключаемые к компьютеру, почему-то называются виртуальными измерительными приборами. Хотя название виртуальные приборы в данном случае не самое удачное. Поскольку сам по себе интерфейсный прибор вполне реально существует в виде электронного устройства. В отличие от по-настоящему виртуальных приборов, которые реализуются только в виде компьютерных программ симулирующих работу реальных приборов. Так же подобные устройства производители еще называют USB-приборами или компьютерными приборами. В дальнейшем будет использоваться последнее название

Существует два типа компьютерных приборов. Приборы первого типа представляют собой плату, которая вставляется в слот материнской платы компьютера. По формальным признакам компьютерный прибор первого типа весьма похож на звуковую или видео карту и точно также имеет на задней панели разъемы для подключения к внешним устройствам или измерительным цепям. Часто подобные устройства называются: плата-осциллограф, плата сбора данных, плата ввода-вывода аналоговой и цифровой информации и т.п.

Компьютерный приборы второго типа представляют собой выносные устройства, которые соединяются с компьютером через USB или RS-232 (СОМ) порт. Приборы данного типа более универсальны, так как могут быть подключены к любому компьютеру, например, к ноутбуку. Встречаются и иные варианты связи прибора с компьютером, например, такие как Bluetooth.

На панели компьютерного прибора обычно расположены только входные разъемы, а все управление прибором, в том числе установка режимов и переключение пределов осуществляется с помощью графической программы отображаемой на экране монитора. Поэтому обязательно на компьютере должны быть инсталлированы соответствующие пакеты программ и драйвера.

В данной лабораторной работе используется компьютерный мультиметр, который был разработан и изготовлен на кафедре ФТТ.

1.1.Принцип работы мультметра

К онструкция мультиметра основана на использовании возможностей специализированного микроконтроллера фирмы AVR типа ATmega8. Микроконтроллеры AVR кроме собственно 8-разрядного микрокомпьютера имеют в своем составе многоканальные аналого-цифровые преобразователи (АЦП), таймеры и другие устройства. Компьютер использует до 130 команд. В микросхеме ATmega8 используется 10-разрядный АЦП с быстродействием 65 мкс. Причем имеется возможность реализовать одновременное измерение электрических сигналов по нескольким входам. Работа микроконтроллера осуществляется под управлением специальной программы, которая предварительна записывается в память микроконтроллера.

Блок-схема компьютерного мультиметра приведена на рис. 13.1, схематический внешний вид на рис. 13.2.

Рис. 13.1. Блок-схема компьютерного мультиметра.

1. Входной делитель вольтметра.

2. Входные шунты амперметра.

3. Входной усилитель гальванометра.

4. Встроенный звуковой генератор.

Кроме того обозначено: f – вход частотомера, ФГ- выход функционального генератора. АЦП – аналого-цифровой преобразователь, Р1… - порты ввода-вывода микроконтроллера.

Основные технические характеристики:

Пределы измерения напряжения: 25мВ, 250 мВ, 2,5 мВ, 250 В;

Пределы измерения тока: 0.25мА, 2.5 мА, 25 мА, 250 мА, 1 А;

Диапазон измерения температуры определяется используемой термопарой;

Погрешность: ~ 1% на всех диапазонах;

Диапазон рабочих частот НЧ генератора: 120 – 3000 Гц;

Интерфейс: RS-232 или USB;

Напряжение питания: + 5 В (стаб.), +12 В (не стаб.);

Габаритные размеры: 18.5х14.5х4 см.

Р ис. 13.2. Передняя панель мультиметра.

На передней панели компьютерного мультиметра расположены гнезда под винтовой зажим (клеммы) слева – вход вольтметра, справа – вход амперметра. Здесь же находятся ручки переключения пределов вольтметра и амперметра. В отличие от промышленных виртуальных приборов в данном случае пределы переключаются в ручную, но установленный предел отображается на экране компьютера. Так же на экране компьютера отображается результат измерения.

Мультиметр позволяет измерять как постоянные, так и переменные токи. Переключение осуществляет тумблером на передней панели. К компьютеру мультиметр подключается через СОМ-порт.

После включения компьютера и загрузки Windows необходимо запустить программу виртуального мультиметра ASD. На верхней панели открыть список измерительных приборов и в меню выбрать нужный прибор. Здесь приняты международные стандарты. DC – обозначает постоянный ток. АС – переменный ток.

В открывшемся окошке отображается цифровой индикатор и диск с указанием включенного в данный момент предела измерений. До начала измерений и подачи питания на схему необходимо на панели мультиметра установить нужный предел измерения. В остальном, процедура измерения не отличается от работы с обычным цифровым прибором.

Компьютер предоставляет дополнительные возможности для обработки измерений. Данные измерений можно сразу записывать в виде текстового файла в Блокноте или в Word и сохранить на флешке для дальнейшей обработки. Запустив программу Excel или Origin можно непосредственно вводить данные в программу для построения графика или выполнения математической обработки результатов измерения.

В данной работе мультимер включается в режим измерения напряжений и токов. Изменяя напряжение на схеме, снимают зависимость тока в нелинейном элементе от приложенного напряжения. Полученные данные с помощью программ Excel или Origin представляют в виде графика.

С целью обучения студентов навыкам работы с паяльником часть измерительной схемы собирают в помощь пайки.