systemy akwizycji danych pomiarowych -...
Post on 03-Aug-2019
217 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Laboratorium SADP
- 1 -
Laboratorium - Systemy akwizycji danych pomiarowych semestr zimowy 2017/18
Wykaz ćwiczeń laboratoryjnych:
1. Wprowadzenie. Zapoznanie ze środowiskiem sprzętowym i programowym laboratorium A208.
2. Rejestracja sygnałów pomiarowych systemowych przyrządów kontrolno pomiarowych pracujących pod kontrolą interfejsów IEEE-488 i Ethernet
3. Rejestracja sygnałów pomiarowych w systemie Personal DAQ3000 w środowisku oprogramowania IOTech, MatLab i LabVIEW
4. Rejestracja sygnałów pomiarowych w systemie DAQ LAB 2000 w środowisku oprogramowania IOTech, MatLab i LabVIEW
5. Rejestracja sygnałów analogowych w środowisku LabView przy wykorzystaniu modułu kontrolno-pomiarowego z interfejsem USB (NI DAQ-6015, USB X series)
6. System kontrolo-pomiarowy real-time z magistralą PXI i SCXI 7. Zaliczenie
Laboratorium SADP
- 2 -
Ćw. 2. Rejestracja sygnałów pomiarowych systemowych przyrządów kontrolno
pomiarowych pracujących pod kontrolą interfejsów IEEE-488 i
Ethernet
Cel ćwiczenia:
Zapoznanie się z zasadami obsługi systemowych przyrządów kontrolno-pomiarowych, ich
interfejsami (RS232C, USB, GPIB, TCP/IP) i językami programowania przyrządów systemowych
(SCPI)
Program ćwiczenia:
1. Zapoznać się z parametrami technicznymi multimetru Agilent 34410A:
a. parametry metrologiczne (ogólne dane techniczne, związane z przetwarzaniem
napięć stałych DC, napięć zmiennych AC, rezystancji, pojemności, częstotliwości),
b. schematy blokowe i zasada współpracy przyrządów systemowych pracujących z
wykorzystaniem interfejsów komunikacyjnych,
c. protokołami komunikacyjnymi przyrządów (SCPI)
2. Zapoznać się z parametrami technicznymi generatora Agilent 33220A:
a. parametry metrologiczne, funkcje przyrządu,
b. schematy blokowe i zasada współpracy przyrządów systemowych pracujących z
wykorzystaniem interfejsów komunikacyjnych,
c. protokołami komunikacyjnymi przyrządów (SCPI)
3. Zapoznać się z obsługą przyrządów w trybie sterowania lokalnego.
4. zaprogramować ustawienia generatora A33220A do generacji serii N impulsów
wyzwalających (np. 5) o odpowiednim poziomie napięciowym (wyzwalanie multimetru
A34410A) ze stałym interwałem czasowym repetycji Tr (2s). OPrzebiegi zaobserwować i
udokomuntować przy pomocy oscyloskopu cyfrowego.
5. Uruchomić interaktywną zdalną obsługę przyrządów przy wykorzystaniu protokołu SCPI
w standardzie Telnet wykorzystując port komunikacyjny 5024
a. wykonać i zarejestrować odpowiedź przyrządów na podstawowe polecenia SCPI z
pojedynczym wyzwalaniem
b. wykonać i zarejestrować odpowiedź przyrządów na podstawowe polecenia SCPI z
wyzwalaniem pomiaru sygnałem zewnętrznym (generator 33220A:
6. Zweryfikować zdalną obsługę przyrządów pomiarowych w środowisku Agilent Suite
(zaobserwować i przyporządkować odpowiednie interfejsy przyrządów)
7. Zweryfikować zdalną obsługę przyrządów pomiarowych przy wykorzystaniu interfejsu
sieciowego WEB Interface.
8. Przeprowadzić akwizycję danych pomiarowych uzyskanych z przetwarzania sygnału
pomiarowego (rezystancyjny sygnał czujnika oświetlenia):
a. ustalić warunki wyzwalania, jeżeli chwilowa wartość sygnału przekroczy zadaną
wartość R0
b. ustalić warunki przetwarzania (częstotliwość, źródło sygnałów synchroniza-
cyjnych, czas rejestracji) (zadaje prowadzący)
c. ustalić format rejestrowanych danych,
d. ustalić warunki przechowywania danych w przyrządzie pomiarowym
9. Przeprowadzić analizę zarejestrowanych danych (okres, częstotliwość, Umax, Umin …)
10. Wnioski
Laboratorium SADP
- 3 -
Literatura: 1. User’s Guide Agilent 34410A/11A 6 ½ Digit Multimeter 2. Agilent 34410A/11A Command Quick Reference 3. User’s Guide Agilent 33220A
4. P.Lesiak, D.Świsulski: Komputerowa Technika Pomiarowa, Agenda Wydawnicza PAK,
Marzec 2002
5. D.Świsulski: Laboratorium z Systemów Pomiarowych, Politechnika Gdańska, 1998.
6. Materiały pomocnicze do laboratorium
7. Instrukcja techniczna obsługi przyrządów
Laboratorium SADP
- 4 -
Ćw. 3. Rejestracja sygnałów pomiarowych w systemie Personal DAQ3000 w
środowisku oprogramowania IOTech, MatLab i LabVIEW
Cel ćwiczenia:
Zapoznanie się z zasadami obsługi systemowych przyrządów kontrolno-pomiarowych
pracujących pod kontrolą interfejsu USB.
Program ćwiczenia:
1. Zapoznać się z dokumentacją techniczną modułu pomiarowego Personal DAQ3000:
a. budowa, schemat blokowy i funkcjonalny
b. parametry techniczne:
i. liczba i rodzaj kanałów pomiarowych
ii. warunki wyzwalania pomiarów
2. Zapoznać się z obsługą programu DaqView (środowisko producenta IoTech)
a. ustalanie kanałów pomiarowych i sterujących
b. warunki wyzwalania pomiarów
c. sygnał i częstotliwość zegara wyzwalania (próbkowanie)
d. warunki rejestracji
3. Przeprowadzić rejestrację danych pomiarowych sygnału napięciowego uzyskanego z
generatora (np. FG503 fg=25kHz, A=1V, UDC=2V) dla dwóch częstotliwości próbkowania
f1=50kHz i f2=150kHz przy Tobs=2s. a. proces rejestracji przeprowadzić z zapisem do pliku w postaci binarnej i tekstowej,
b. porównać wartości z obu plików dla próbki Nr=100 i Nr=200 zarejestrowanych
danych
4. Zapoznać się z obsługą modułu pomiarowego w środowisku MatLab R2012a toolbox Data
Acquisition
% Data Acquisition Toolbox clear all fprintf('------------- Data Acq (iotech.m)-----------------------'); daqreset out = daqhwinfo out.InstalledAdaptors
out = daqhwinfo('iotdaq') out.BoardNames ai = analoginput('iotdaq', 2)
out = daqhwinfo(ai) ai.InputType='Differential';
% addchannel(ai, [0:0]); addchannel(ai, 0:1) ai.Channel.InputRange(1)=[-5;5]; ai.SamplesPerTrigger = 4000;
% ai.InputType='SingleEnded'; ai.SampleRate = 100000; ai start(ai) data = getdata(ai); plot(data)
delete(ai) clear ai
Laboratorium SADP
- 5 -
5. Przeprowadzić weryfikację konfiguracji, ustalić warunki przetwarzania (kanały
pomiarowe, rodzaj przetwarzania, zasady wyzwalania, częstotliwość przetwarzania, czas
obserwacji, format przechowywanych danych, zapis wyników przetwarzania bezpośrednio
do zadanego obszaru RAM (zmienna programowa) i do pliku w zadanym formacie)
6. Przeprowadzić proces akwizycji danych dla sygnału napięciowego uzyskanego z
generatora (warunki ustala prowadzący ćwiczenia) i przeprowadzić wstępną interpretację
uzyskanych danych pomiarowych
Laboratorium SADP
- 6 -
Ćw. 4. Rejestracja sygnałów pomiarowych w systemie DAQ LAB 2000
w środowisku oprogramowania IOTech, MatLab i LabVIEW
Cel ćwiczenia: Przeprowadzenie wielokanałowej (2 –kanałowej) akwizycji sygnałów
analogowych z jednoczesnym próbkowaniem. Sprzęt, oprogramowanie, warunki przeprowadzenia
rejestracji.
Akcesoria: System akwizycji danych pomiarowych DaqLab/2000 Series (DBK17 4-Channel
Simultaneous Sample and Hold Card)
Program ćwiczenia:
Zapoznać się z budową i podstawowymi parametrami systemu DaqLab/2000 Series;
Zapoznać się z budową i podstawowymi parametrami modułu DBK17 (4-kanałowego
modułu jednoczesnego próbkowania);
Zapoznać się z obsługą programu obsługi DAQVIEW;
Przeprowadzić procedurę konfiguracji oraz weryfikacji pracy modułów;
Zestawić układ pomiarowy do badań DaqLab/2000 wykorzystując generator sygnałów
testowych;
Przeprowadzić analizę sygnałów wejściowych przy pomocy oscyloskopu analogowego,
określić warunki podłączenia sygnałów do modułu pomiarowego (wybór wejścia
symetrycznego/niesymetrycznego, polaryzacja sygnałów wejściowych, zakres
wzmocnienia sygnałów);
Określić warunki przeprowadzenie rejestracji sygnałów: czas obserwacji, częstotliwość
próbkowania, liczba próbek na kanał obserwacji, dobór zegara systemowego;
Określić warunki wyzwolenia pomiaru (tryger), ustalić założenia związane z
wyprzedzeniem lub opóźnieniem procesu wyzwolenia;
Określić warunki wstępnego przetwarzania sygnałów – uśrednianie, decymacja
jak zmienią się warunki próbkowania jeżeli założymy proces wstępnego uśredniania
N=100 ?
Określić warunki rejestracji sygnałów do plików – wybór formatu danych, określenie
wstępne rozmiarów plików (rejestrację przeprowadzić w 2 trybach:
a) rejestracja do pliku w formacie tekstowym (ASCII);
b) rejestracja do pliku w wybranym formacie binarnym;
Ustalenie warunków wizualizacji kontrolnej;
Uruchomienie oprogramowania do oceny i wizualizacji zarejestrowanych danych w post-
procesie (POSTVIEW), prezentacja i analiza wyników pomiaru;
Przygotowanie protokołu z wynikami pomiarów;
Laboratorium SADP
- 7 -
Ćw. 5. Rejestracja sygnałów analogowych w środowisku LabView przy
wykorzystaniu modułu kontrolno-pomiarowego z interfejsem USB (NI
DAQ-6015, USB X series)
Cel ćwiczenia:
Zapoznanie z podstawowymi własnościami precyzyjnych kart (modułów)
kontrolno-pomiarowych oraz wykorzystanie ich w środowisku
programistycznym LabVIEW f-my National Instruments do akwizycji wolno i
szybkozmiennych sygnałów pomiarowych, procedur skalowania wyników
pomiarowych, definiowania zadań pomiarowych, zaawansowanych metod
obsługi kart pomiarowych (przesłania DMA, obsługa przerwań, przetwarzanie
wielokanałowe).
Problemy teoretyczne:
Podstawy architektury kart kontrolno-pomiarowych z interfejsem USB na przykładzie
modułu NIDAQ-6015 lub USB X series
Teoria próbkowania i kwantowania sygnałów analogowych,
Zasada działania przetwornika A/C z równoważeniem wagowym (sukcesywna
aproksymacja).
1. Zapoznać się z budową oraz podstawowymi parametrami technicznymi modułu kontrolno-
pomiarowego NIDAQ-6015 ze szczególnym zwróceniem uwagi na:
1. interfejs magistrali komputerowej, adres bazowy karty, kanały DMA, kanały przerwań,
2. schemat blokowy karty kontrolno-pomiarowej,
3. wejście sygnałów analogowych, konfiguracja trybów pracy układów wejściowych,
polaryzacja sygnałów wejściowych, zakres zmian sygnałów wejściowych,
multipleksowanie sygnałów analogowych, metody wyzwalania przetwornika, ...
4. listwa zaciskowa sygnałów we/wy karty. Rozpoznać sposób podłączenia sygnałów do
listwy zaciskowej, schemat podłączeń zamieścić w sprawozdaniu.
5. charakterystyka sygnałów wejściowych
liczba i typ kanałów pomiarowych, typ przetwornika A/C, rozdzielczość
przetwarzania, szybkość próbkowania (gwarantowana), zakres znamionowych i
maksymalnych zmian analogowych sygnałów wejściowych, rodzaj sprzężenia
wejścia, zabezpieczenie przeciw-przepięciowe, rozmiar bufora FIFO, organizacja
transferu danych (DMA, przerwania, programowe operacje WE/WY), konfiguracja
i rozmiar pamięci RAM
charakterystyki przetwarzania: dokładność przetwarzania, błąd wzmocnienia i
przesunięcia zera itp.
charakterystyki wzmacniaczy wejściowych,
charakterystyki dynamiczne,
stabilność.
6. charakterystyka sygnałów wyjściowych,
2. Podstawowe własności kart typu AT-MIO:
1. konfiguracja obwodów wejściowych dla sygnałów analogowych (tryby pracy: DIFF,
RSE i NRSE),
2. polaryzacja i zakres zmian sygnałów analogowych,
3. dithering – zwiększanie rozdzielczości przetwarzania przez dodawanie białego szumu
Gausowskiego do sygnału wejściowego o wartości 0.5 LSB RMS
4. problematyka przetwarzania wielokanałowego – scaning,
Laboratorium SADP
- 8 -
5. konfiguracja obwodów wyjściowych analogowego wyjścia,
6. problematyka wyzwalania przetwarzania – analog triggering, funkje modułu DAQ-
STC, sterowanie poziomem i czasowe sygnałów wyzwalających (DAQ-STC i RTSI)
3. Zapoznanie się z program konfiguracji środowiska pomiarowego: Measurement &
Automation Explorer w skrócie MAX 4.x
Nasz system – My system
Konfiguracja karty w środowisku systemu operacyjnego Windows XP/7
Definicja kanałów pomiarowych - Data Neighborhood
o Opis wirtualnego kanału pomiarowego
Wprowadź nazwę kanału pomiarowego i jego krótki opis,
Wybierz typ czujnika pomiarowego który najlepiej Ci odpowiada
(Voltage),
Zdefiniuj jednostki i zakres pomiarowy (możliwość wyboru notacji
naukowej lub stałopozycyjnej)
Zdefiniuj metodę skalowania wyników pomiarowych (bez skalowania,
mapa zakresów, nowa skala pomiarowa -> nazwa skali, krótki opis, rodzaj
skali (liniowa, wielomianowa, tablicowa)
Określ typ urządzenia akwizycji danych pomiarowych (Dev_1: AT-MIO-
16XE-50), wybierz numer kanału pomiarowego związany z numerem
zacisku oraz tryb pracy obwodów wejściowych (wejście różnicowe
(differential), niesymetryczne jednoprzewodowe (referenced single ended),
niesymetryczne dwuprzewodowe (nonreferenced single ended)
Urządzenia i interfejsy - Devices and Interfaces
Przyrządy wirtualne - IVI Instruments, (pomijamy)
Skale pomiarowe – Scales
o w ćwiczeniu należy zdefiniować skalę pomiarową związaną z tłumieniem sygnału
wejściowego z przesunięciem skali o stałą wartość DC=-1V oraz tłumiącego
sygnał 2-krotnie,
dobrać parametry dla skali liniowej: y=mx+b,
Oprogramowanie – Software (pomijamy)
Zdalne systemy - Remote Systems (pomijamy)
3. Procedury testu urządzenia na poziomie programu MAX 5.x. Funkcje: TEST Panel
Wybrać zakładkę Analog output i dokonać ustawień:
o tryb wyjścia: generator sinusoidy,
o selekcja kanału: 0
o amplituda sinusoidy: 5V,
o szybkość uaktualniania kanału: 1000prb/sek
o uruchomić proces generacji sinusoidy: Start sine generator
o zweryfikować status działania generatora: last error
Wybrać zakładkę Analog input i dokonać ustawień:
o wybrać numer testowanego kanału pomiarowego (zrealizować testy dla sygnału
zewnętrznego – kanał 0, oraz kanału analogowego nr 7 i nr 15 (dlaczego akurat
takie numery kanałów ?)
o przetestować tryby pracy przetwornika: wykres pasmowy – strip chart,
jednorazowy - one shot, ciągły – continuous, tryb skali Y, dobór szybkości
próbkowania do bieżących warunków, ogranicznik amplitudy sygnałów – input
limits,
o opisać wyżej zaobserwowane stany pracy przetwornika.
Laboratorium SADP
- 9 -
4. Prosta rejestracja sygnałów analogowych w aplikacji LabVIEW. Uruchomić program
LabVIEW, wybrać opcję: Find examples, następnie w trybie browse wybrać zakładki:
Hardware Input and Output,
DAQ –
Analog Input
General
Acquire N Scans.vi
zapoznać się z konstrukcja budowy oprogramowania w LabWIEW: widok panelu i
widok diagramu zmieniamy klawiszem CTRL-E,
w widoku panelu wybrać urządzenie (zgodnie z zadeklarowanym wcześniej systemie
MAX), wybrać numer/nazwę kanału pomiarowego (zgodnie z deklaracją w programie
MAX), liczbę próbek do akwizycji - number of scans to acquire (100-1000), szybkość
próbkowania – scan rate (dobrać tak aby zabezpieczyć w nszych założeniach około 100
próbek na okres zmienności sygnału wejściowego), uruchomić aplikację: klawisz ,
zaobserwować przebieg zmienności zarejestrowanego sygnału, porównać z
przebiegami obserwowanymi na ekranie oscyloskopu, poprzez schowek przenieść
wartości numeryczne kilkunastu próbek badanego sygnału do pliku notatnika,
zapoznać się z diagramem programu, schemat i opis diagramu zamieścić w
sprawozdaniu,
5. System rejestracji wolnozmiennych sygnałów do pliku. W tym celu uruchomić aplikację
LabVIEW, potem DAQ Solutions, kontynuuj: Program the input scaling and conversion
myself, kontynuuj: Solutions Gallery (Recommendd),
a) z poziomu: Galery Categories wybierz: Data Logging
b) z poziomu: Common Solutions wybierz kolejno: Advanced Data Logged a w następnej
kolejności: Advanced Data Reader.
c) po zaakceptowaniu rodzaju urządzeń i numerów/ nazw kanałów pomiarowych otwórz
apilkację:
d) Advanced Data Logged: wybierz numer urządzenia odpowiadający badanej karcie
kontrolno-pomiarowej, liczbę znaków po przecinku rejestrowanej próbki pomiarowej -
Digits of Precision, szybkość próbkowania zadaną następująco: Time Between Points
(HH:MM:SS), rejestrowane kanały pomiarowe – Channels, unikalny nagłówek pliku -
File Header Text,
e) dokonać rejestracji 2-minutowej wolnozmiennego sygnału pomiarowego (np. sygnał
sinusoidalny o częstotliwości 100mHz), wybrać unikalną nazwę rejestrowanego pliku i
skierować go do folderu: ...\SADP\Lxx\ (Lxx- numer grupy laboratoryjnej),
f) otworzyć aplikację: Advanced Data Reader i pod jej kontrolą dokonać weryfikacji
zarejestrowanych danych.
g) dokonać próby otwarcia zarejestrowanego pliku w innych aplikacjach systemu
Windows,
h) opisać format zarejestrowanych danych.
6. Przy wykorzystaniu systemu LabVIEW przeprowadzić analizę sygnałów wyjściowych
generatora sygnałowego G-432,
a) uruchomić system LabVIEW
b) wybrać opcję DAQ Solution – Analizator widma (Spectrum analyzer)
c) ocenić parametry sygnału sinusoidalnego o f=1Hz U=5Vp-p
d) ocenić parametry sygnału sinusoidalnego o f=1kHz U=5Vp-p
e) dostosować szybkość próbkowania, długość bufora cyklicznego transformaty FFT,
rodzaj okna czasowego transformaty FFT i ocenić wpływ w/w parametrów na wyniki
pomiarów.
Laboratorium SADP
- 10 -
f) Przeprowadzić analizę diagramów i algorytmów pomiarowych zastosowanych
ćwiczeniu.
Materiały pomocnicze:
1. P.Lesiak, D.Świsulski: Komputerowa Technika Pomiarowa, Agenda Wydawnicza PAK,
Marzec 2002
2. D.Świsulski: Laboratorium z Systemów Pomiarowych, Politechnika Gdańska, 1998.
3. DAQ AT E Series User Manuals (370507a.pdf )
4. LabVIEW – User Manuals (lvuser.pdf)
5. LabVIEW – Measurements Manual (lvmeas.pdf)
Rysunek 1. Metody podłączania sygnałów analogowych.
Laboratorium SADP
- 11 -
Rysunek 2. Schemat blokowy badanej karty kontrolno-pomiarowej.
Rysunek 3. Widok diagramu rejestratora N-próbek: Acquire N Scans.vi
Laboratorium SADP
- 12 -
Ćw. 6. System kontrolo-pomiarowy real-time z magistralą PXI i SCXI
Cel ćwiczenia:
Zapoznanie z podstawowymi własnościami systemów kontrolno-pomiarowych
z magistralą PXI i SCXI f-my National Instruments oraz wykorzystanie ich w
środowisku programistycznym LabVIEW f-my National Instruments do
akwizycji wolno i szybkozmiennych sygnałów pomiarowych, procedur
skalowania wyników pomiarowych, definiowania zadań pomiarowych,
zaawansowanych metod obsługi kart pomiarowych (przesłania DMA, obsługa
przerwań, przetwarzanie wielokanałowe).
kart (modułów) kontrolno-pomiarowych
1. Zweryfikuj w środowisku NI-MAX rodzaje zainstalowanych w systemie NI PXI-1052
modułów pomiarowych.
a) podaj nazwy i symbole urządzeń,
b) wymień ich główne własności
2. Przygotuj w środowisku LabVIEW krótki program do akwizycji danych pomiarowych
uzyskanych z modułu pomiarowego NI PXI-6259.
top related