Сарафанов А.В. Компьютерные технологии в приборостроении

2. РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Лабораторная работа № 3 Знакомство с приборами, разработанными с применением технологий National Instruments



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -21-

Корпорация NI оказывает поддержку реализации образовательных

программ различного уровня в виде существенных скидок на приобретение

учебными заведениями лицензионных программных средств LabVIEW,

а также предоставления им недорогих инструментальных модулей

и специализированных учебных лабораторий и комплексов

[http://digital.ni.com/worldwide/russia.nsf/sb/E

ducation+Item?OpenDocument?n

ode=200129_ru]. Это аппаратно-программные средства для изучения ма-

шинного зрения, виброакустического анализа, исследования электрических

и электронных цепей (лабораторный комплекс NI ELVIS), измерительных

технологий, систем цифровой связи, устройств приема и анализа радиосиг-

налов, цифровых сигнальных процессоров и микроконтроллеров, програм-

мирования ПЛИС и др.

К измерительным задачам ряда систем АЛП УД относятся генерация

тестовых воздействий на исс

ледуемый объект и измерения действующих на

нем напряжений и токов путем считывания их мгновенных значений, оциф-

ровывания, ввода в ПЭВМ и оценки считанных значений с помощью про-

граммной обработки. При программировании этих задач можно использо-

вать стандартные функции LabVIEW генерации тестовых сигналов и ввода

цифровых кодов с УСД. Вид бл

ок-диаграммы генерации линейно нарас-

тающего сигнала показан на рис. 2.4, а

, а на рис. 2.4, б – соответствующая

ей лицевая панель генератора.

Важное место при разработке измерительных систем занимают задачи

отображения измерительной информации. Система LabVIEW предоставляет

мощные и легко реализуемые средства графического отображения результа-

тов измерения и их статистической обработки.

Представление о графических возможностях системы LabVIEW дают раз-

работанные с ее помощью лицевые панели виртуальных лабораторных стендов

измерительных приборов, входящих в состав аппаратно-программных комплек-

сов с удаленным доступом, описанных в [7

; 8]. Там же изложены основные

принципы и технология удаленного доступа по сетям Internet/Intranet к таким

АПК.

З

а

д

а

н

и

е

д

л

я

в

ы

п

о

л

н

е

н

и

я

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

Для выполнения задания преподавателем определяется студенту один

из АПК, п

редставленных в [7; 8], или другой, доступный через сетевую лабо-

раторию (рис. 2.5

) [10] или портал АЛП/ВЛП СФУ [22].

2. РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Лабораторная работа № 3 Знакомство с приборами, разработанными с применением технологий National Instruments



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -22-

+сетевая лаборатория

портал

Рис. 2.5. Интерфейсы пользователей сетевой лаборатории

2. РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Лабораторная работа № 3 Знакомство с приборами, разработанными с применением технологий National Instruments



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -23-

П

о

р

я

д

о

к

в

ы

п

о

л

н

е

н

и

я

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

Выполнение лабораторной работы рассмотрим на примере работы с

АПК УД «Тракт усиления звуковой частоты».

1. Ознакомиться с интерактивным электронным техническим руково-

дством на аппаратно-программный комплекс с удаленным доступом «Тракт

усиления звуковой частоты» [7

]. При помощи ИЭТР изучить структуру, со-

став и основные принципы работы АПК УД «Тракт усиления звуковой час-

тоты».

2. Запустить клиентское программное обеспечение.

3. Выполнить соединение с сервером (адрес сервера указывается пре-

подавателем или соединение осуществляется средствами сетевой лаборато-

рии [10

]). В результате на экране монитора появляется рабочее поле вирту-

ального лабораторного стенда (рис. 2.6

).

Рис. 2.6. Рабочее поле виртуального лабораторного стенда

4. Ознакомиться с лицевой панелью виртуального лабораторного стенда.

5. Используя комплекс виртуальных измерительных приборов, осуще-

ствить настройку АПК и провести измерение основных параметров и харак-

теристик тракта усиления звуковой частоты (АЧХ, коэффициент усиления,

спектр выходного сигнала, коэффициент нелинейных искажений), при сле-

дующих значениях входных параметров:

U

ВХ ПУ

= 0,25 В, f = 1000 Гц;

U

ВХ УНЧ

= 0,7 - 0,75 В, f = 1000 Гц.

6. Используя функции АПК, сохранить полученные результаты изме-

рения в файле.

7. Завершить работу с АПК.

2. РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Лабораторная работа № 3 Знакомство с приборами, разработанными с применением технологий National Instruments



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -24-

Т

р

е

б

о

в

а

н

и

я

к

о

ф

о

р

м

л

е

н

и

ю

о

т

ч

е

т

а

п

о

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

е

Отчет должен быть подготовлен в виде файла, сформированного в ре-

дакторе MS Word, и содержать следующие обязательные разделы: цель и за-

дачи лабораторной работы, задание для выполнения лабораторной работы,

краткую информацию о порядке выполнения лабораторн

ой работы, описание

результатов лабораторных исследований (копия лицевой панели виртуально-

го лабораторного стенда с описанием его компонентов, результаты исследо-

вания характеристик и параметров предварительного усилителя и УНЧ,

включающие: осц

иллограммы входного и выходного сигналов, графики

спектров входного и выходного сигналов, значение коэффициента нелиней-

ных искажений, график амплитудно-частотной характеристики).

К

о

н

т

р

о

л

ь

н

ы

е

в

о

п

р

о

с

ы

1. Каки

е функции выполняет ПЭВМ в компьютерных измерительных

технологиях?

2. Какие виды унифицированного оборудования поставляются на ры-

нок корпорацией NI?

3. Какие основные элементы включает в себя плата сбора данных NI?

4. Какие основные функциональные возможности имеет исследуемый

АПК УД?

5. Какие виртуальные измер

ительные приборы используются в иссле-

дуемом АПК?

6. Представьте схему измерения сигнала(ов) в исследуемом АПК.

7. В чем отличия схем заземления: дифференциальных, RSE и NRSE?

8. Каковы численные значения коэффициентов усиления: предвари-

тельного усилителя, усилителя низкой частоты и ТУЗЧ в целом?

Л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

а

я

р

а

б

о

т

а

№

4

Р

а

з

р

а

б

о

т

к

а

в

и

р

т

у

а

л

ь

н

о

г

о

и

з

м

е

р

и

т

е

л

ь

н

о

г

о

п

р

и

б

о

р

а

с

п

р

и

м

е

н

е

н

и

е

м

т

е

х

н

о

л

о

г

и

й

N

a

t

i

o

n

a

l

I

n

s

t

r

u

m

e

n

t

s

Ц

е

л

ь

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

Целью лабораторн

ой работы является приобретение практических на-

выков в разработке виртуальных измерительных приборов с применением

технологий National Instruments.

2. РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Лабораторная работа № 4 Разработка виртуального измерительного прибора с применением технологий National Instruments



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -25-

З

а

д

а

ч

и

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

К задачам лабораторной работы относятся:

• освоение основных принципов работы в системе LabVIEW в части

разработки виртуальных измерительных приборов;

• разработка виртуального измерительного прибора.

К

р

а

т

к

и

е

т

е

о

р

е

т

и

ч

е

с

к

и

е

с

в

е

д

е

н

и

я

Основные сведения по работ

е в среде графического программирования

LabVIEW приводятся в [9

].

З

а

д

а

н

и

е

д

л

я

в

ы

п

о

л

н

е

н

и

я

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

Часть 1. Средств

ами LabVIEW спроектировать комплекс виртуальных

приборов, представленный на рис. 2.7–2.9

.

Часть 2. Выполнить соединение и настройку аппаратной части разра-

ботанных виртуальных приборов с использованием следующего оборудова-

ния NI: плата сбора данных М-серии, соединительный кабель

SHC68-68-EPM,

терминальный блок BNC-2120, соединительный BNC-кабель.

Рис. 2.7. Лицевая панель виртуального генератора сигналов:

1 – регулятор амплитудного значения сигнала; 2 – регулятор значения смещения;

3 – регулятор значения частоты; 4 – окно ввода значения фазы;

5 – окно отображения генерируемого сигнала

1

2

3

4

5

2. РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Лабораторная работа № 4 Разработка виртуального измерительного прибора с применением технологий National Instruments



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -26-

Рис. 2.8. Лицевая панель виртуального осциллографа:

1 – переключатель временной развертки осциллографа;

2 – переключатель усиления по уровню сигнала; 3– имитатор экрана осциллографа;

4 – окно отображения минимального и максимального значений сигналов

Рис. 2.9. Лицевая панель анализатора спектра: 1 – экран анализатора спектра;

2 – окно вывода коэффициента нелинейных искажений;

3 – меню выбора масштаба по амплитуде

3

4

1

2

1

2

3

2. РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Лабораторная работа № 4 Разработка виртуального измерительного прибора с применением технологий National Instruments



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -27-

П

о

р

я

д

о

к

в

ы

п

о

л

н

е

н

и

я

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

Первая часть лабораторной работы

1. Запустить LabVIEW. На экране монитора отобразится диалоговое

окно (рис. 2.10

).

Рис. 2.10. Диалоговое окно системы LabVIEW

Диалоговое окно LabVIEW содержит следующие компоненты:

• панель меню со стандартными пунктами, например, File, Exit и т. п.;

• набор кнопок для создания и открытия виртуального прибора (ВП),

конфигурации устройств DAQ [9

], поиска полезной информации:

• кнопка New – создание нового ВП. Стрелка рядом с кнопкой ис-

пользуется для открытия пустого ВП или диалогового окна New;

• кнопка Open – открытие созданного ранее ВП. Стрелка рядом с

кнопкой предназначена для открытия недавно использовавшегося ВП;

• кнопка Сonfigure – настройка устройств DAQ. Стрелка рядом с

кнопкой – конфигурация LabVIEW;

• кнопка Help – запуск LabVIEW Help (встроенная помощь).

Стрелка рядом с кнопкой – для выбора опций помощи.

2. Активизировать кнопку New для создания нового ВП. Выбрать шаб-

лон Blank VI и нажать кнопку OK для создания ВП.

3. В открывшемся окне лицевой панели (Front Panel), используя палит-

ру инструментов (Tools Palette) и элементов лицевой панели (Controls Palette)

[9, лекция 1

], разместить необходимые объекты в соответствии с заданной

панелью прибора.

Рассмотрим в качестве примера генератор сигналов, лицевая панель

которого приведена на рис. 2.11

.

2. РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Лабораторная работа № 4 Разработка виртуального измерительного прибора с применением технологий National Instruments



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -28-

4. Разместить элементы Dial, Numeric, Horizontal Pointer Slide из под-

палитры Numeric и Waveform Graph из подпалитры Graph в соответствии с

рис. 2.6

. Задать каждому элементу лицевой панели соответствующее имя и

пределы изменения [9, лекция 1

].

5. Перейти на блок-диаграмму (Block Diagram). После помещения эле-

ментов управления и отображения данных на лицевую панель они получают

свое графическое отображение на блок-диаграмме. Поместить экспресс-ВП

Simulate Signal из подпалитры Express – Signal Analysis на блок-диаграмму.

При этом автоматически откроется диалоговое окно Configure Simulate Signal

(рис. 2.10

). Установить необходимые параметры формирования сигнала:

• выбрать Sine (синус) из выпадающего меню Signal Type (тип сигнала);

• в текстовом поле Frequency (Hz) ввести значение частоты;

• в текстовом поле Amplitude ввести значение амплитуды;

• в текстовом поле Phase (deg) ввести значение фазы;

• в текстовом поле Offset ввести значение смещения;

• в разделе Timing (с

инхронизация) выбрать опцию Run as fast as poss-

ible (выполнять максимально быстро).

В сегменте Result Preview (предварительный просмотр результата) ото-

бражается генерируемый сигнал.

Активизировать кнопку OK, чтобы сохранить текущие настройки, и за-

крыть диалоговое окно.

Рис. 2.11. Диалоговое окно настройки параметров формирования сигнала

2. РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Лабораторная работа № 4 Разработка виртуального измерительного прибора с применением технологий National Instruments



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -29-

6. Соединить входы экспресс-ВП Simulate Signal с соответствующими

элементами управления (выход с элементом индикации). В результате блок-

диаграмма должна принять вид, представленный на рис. 2.12

.

Рис. 2.12. Блок-диаграмма простейшего генератора сигналов

7. Запустить прибор на непрерывное исполнение (Run Continuously),

применяя инструментальную панель. Используя манипулятор «мышь», изме-

нить значение элементов управления.

8. Сохранить разработанный виртуальный прибор.

9. Открыть новый шаблон, создать остальные виртуальные приборы

аналогично методике, описанной в п. 3–6

данной лабораторной работы.

При построении анализатора спектра целесообразно использовать экспресс-

ВП Amplitude and Level Measurement [11

].

Вторая часть лабораторной работы

10. Подсоединить к плате сбора данных терминальный блок BNC-2120.

Соединить при помощи BNC-кабеля каналы AI0 и AO0.

11. Разместить на блок-диаграмме генератора сигналов экспресс-ВП

DAQ-Assistant из подпалитры Express – Output, автоматически откроется диа-

логовое окно (рис. 2.13

).

2. РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Лабораторная работа № 4 Разработка виртуального измерительного прибора с применением технологий National Instruments



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -30-

Рис. 2.13. Диалоговое окно экспресс-ВП DAQ-Assistant

12. Щелкнуть на Analog Output (аналоговый вывод) и выбрать Voltage

(напряжение). На экране появится список каналов аналогового вывода плат

устройств, установленных на ПЭВМ (рис. 2.14

).

.

Рис. 2.14. Список каналов аналогового вывода

Сарафанов А.В. Компьютерные технологии в приборостроении

Подождите немного. Документ загружается.