 |
Лекция №11. Системы сбора данных на базе LabVIEW
|
|
|
|
Содержание лекции:системы сбора данных; классификация систем сбора данных; программное обеспечение для систем сбора данных.
Цель лекции:изучение систем сбора данных и возможностей их создания на базе LabVIEW
Система сбора данных (ССД) или DAQ - устройство — комплекс средств, предназначенный для работы совместно с персональным компьютером, либо специализированной ЭВМ и осуществляющий автоматизированный сбор информации о значениях физических параметров в заданных точках объекта исследования с аналоговых и/или цифровых источников сигнала, а также первичную обработку, накопление и передачу данных.
Среда LabVIEW включает в себя набор подпрограмм ВП, позволяющих конфигурировать, собирать и посылать данные на DAQ-устройства. Сама аббревиатура DAQ расшифровывается как Data Acquisition и переводится на русский язык как сбор данных. DAQ-устройства могут выполнять разнообразные функции: аналого-цифровое преобразование (A/D), цифро-аналоговое преобразование (D/A), цифровой ввод/вывод (I/O) и управление счетчиком/таймером. Каждое устройство имеет свой набор возможностей, у каждого устройства своя скорость обработки данных.
DAQ-устройство позволяет осуществлять сбор и генерирование данных. Его с одной стороны подключают к компьютеру, а с другой - к реальной электрической цепи. Получая сигнал от этой цепи в компьютер, DAQ-устройство обрабатывает его и передает компьютеру.
На базе персонального компьютера можно создать целую измерительную систему, в которую необходимо включить DAQ-устройство. При этом DAQ-устройство только преобразует входящий сигнал в дискретную форму, читаемую компьютером. Это означает, что одно и то же DAQ-устройство может производить множество различных измерений с помощью различных программ, которые считывают и обрабатывают данные. Хотя подобная гибкость позволяет вам использовать всего одно техническое устройство для множества видов измерений, вам потребуется значительное время для разработки соответствующих программ. Помочь с этой проблемой может LabVIEW, которая включает в себя множество функций для сбора данных и их последующего анализа
|
|
|
Через DAQ устройство компьютер получает исходные данные. Далее они обрабатываются в приложении, которое вы можете написать сами, используя возможности LabVIEW.
Классификация ССД. По способу сопряжения с компьютером системы сбора данных делятся:
1) ССД на основе встраиваемых плат сбора данных со стандартным системным интерфейсом (наиболее распространен — интерфейс PCI).
2) ССД на основе модулей сбора данных с внешним интерфейсом (RS-232, RS-485, USB).
3) ССД, выполненные в виде крейтов (магистрально-модульные ССД) (КАМАК,VXI).
4) Группы цифровых измерительных приборов (ЦИП) или интеллектуальных датчиков (для их организации применяются интерфейсы: GPIB (IEEE-488), 1-wire, CAN, HART).
По способу получения информации ССД делятся:
- сканирующие;
- мультиплексные (мультиплексорные или «многоточечные»);
- параллельные;
- мультиплицированные.
Последний тип ССД практически не используется в силу своего исключительно низкого быстродействия. Единственное достоинство ССД этого типа — относительная простота — полностью нивелируется современными технологиями изготовления интегральных схем.
Сканирующий принцип построения ССД используется для измерения поля распределения параметров: тепловизор, аппарат УЗИ, томограф используют для получения первичной информации именно ССД сканирующего типа. Параллельными системами сбора данных следует считать ССД на основе интеллектуальных датчиков (ИД), каждый ИД суть одноканальная ССД со специализированным интерфейсом. Исторически же первыми параллельными ССД были ССД, где у каждого датчика «личным» был только АЦП, а сбор и обработка данных осуществлялась многопроцессорной ЭВМ. Параллельные системы пока еще не вытесняют мультиплексорные, в силу своей аппаратурной избыточности. Однако в ряде случаев параллельный принцип привлекателен: когда есть недорогие готовые ИД и недорогой канал связи (система на интерфейсе 1-Wire), либо при небольшом числе каналов (выпускаются счетверенные сигма-дельта АЦП) и т. п.
|
|
|
Мультиплексная (мультиплексорная) ССД имеет на каждый измерительный канал индивидуальные средства аналоговой обработки сигнала и общий для всех каналов блок аналого-цифрового преобразования (помимо самого АЦП в него обязательно входит «антиалиасинговый» ФНЧ, устройство выборки хранения, опционально — схема защиты и схема формирования знакового разряда). Наибольшее распространение в настоящее время имеют именно мультиплексные системы сбора данных.
Типовая система сбора данных является мультиплексной и содержит в себе следующие узлы: сигналы, датчики, исполнительные механизмы, согласование сигнала, приборы для сбора данных, и программное обеспечение (см. рисунок 11.1).
Сбор данных начинается с физического явления, которое надо измерить. Таким физическим явлением является комнатная температура, интенсивность светового потока, давление внутри сосуда, сила, с которой воздействуют на объект и многие другие вещи. Преобразователь, или датчик, - это прибор, который конвертирует физическое явление в измеримый электрический сигнал, такой как напряжение или сила тока. Существуют специфические преобразователи для различных приложений, такие как термопары для измерения температур, тензодатчики - для давления, или микрофоны - для звука.
Рисунок 11.1 – Стандартная система сбора данных
Обозначения: 1 – сигнал, 2 – терминальный узел, 3 – кабель, 4 – устройство сбора данных, 5 – компьютер.
Иногда преобразователи генерируют сигналы слишком сложные или слишком опасные для измерения их напрямую с помощью прибора для сбора данных. Например, при работе с высокими напряжениями, помехонасыщенной средой, или экстремально высокими или низкими сигналами, согласование сигнала очень важно для эффективной системы сбора
|
|
|
данных.
Согласование сигнала увеличивает до максимума точность системы, дает возможность датчикам правильно функционировать, и гарантирует безопасность системы. Некоторое оборудование для сбора данных имеет встроенное согласование сигнала таким образом, что можно соединить датчик напрямую с каналом ввода данных.
Оборудование для сбора данных действует как интерфейс между компьютером и внешним миром. Первоначально оно функционирует как прибор, который оцифровывает входящие аналоговые сигналы таким образом, чтобы компьютер мог их интерпретировать. Прочий функционал оборудования для сбора данных включает аналоговый выход, цифровой ввод/вывод, счетчики/таймеры, триггеринг и графики синхронизации.
Программное обеспечение для систем сбора данных. Программное обеспечение трансформирует ПК и оборудование для сбора данных в полностью завершенный механизм по сбору данных, их анализу, и визуализации. Обычно программное обеспечение для DAQ систем содержит драйвера и прикладное программное обеспечение.
Драйвера – уникальное программное обеспечение для данного устройства или типа устройств, включающее набор команд, принимаемых данным устройством. Программный драйвер представляет собой канал коммуникации между прикладным ПО и оборудованием.
Прикладное ПО является средой разработки, в которой можно создать приложение, отвечающее специфическим требованиям клиента, или программу, основанную на механизмах конфигурации системы с помощью заданных функциональных инструментов. Прикладное ПО добавляет возможности для анализа и визуализации к программному драйверу. Прикладное программное обеспечение, такое как LabVIEW, посылает драйверные команды, например, получить и возвратить значение напряжения термопары. Прикладное программное обеспечение служит также для отображения и анализа полученных данных.
Измерительные устройства компании NI включают инструментальный драйвер NI-DAQ – набор виртуальных приборов, используемых для настройки, сбора и отправки данных в измерительные устройства.
|
|
|
Измерительная система содержит следующее программное обеспечение:
- NI-DAQ – программное обеспечение для управления DAQ устройством.
- Проводник по средствам измерений и автоматизации (Measurement & Automation Explorer – MAX) – программное обеспечение для взаимодействия LabVIEW и NI-DAQ.
- LabVIEW – программное обеспечение, используемое для создания приложения, которое отправляет команды драйверу и получает, анализирует и представляет данные.
Совместно с персональной ЭВМ, оснащенной специализированным программным обеспечением, система сбора данных образует информационно-измерительную систему (ИИС). Попросту говоря — это многоканальный измерительный прибор с широкими возможностями обработки и анализа данных. На основе ИИС могут быть построены различные автоматизированные системы управления (АСУ), среди которых: информационно-логические комплексы (то, что называют еще АСУ технологическими процессами), информационно-вычислительные комплексы (автоматизированная система научных исследований - АСНИ), информационно-диагностические комплексы и информационно-контролирующие системы.
Список литературы
1 Бутырин П. А., Васьковская Т. Ф., Каратаев В. В., Материкин С. В. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе LabVIEW 7 (30 лекций) / Под ред. П. А. Бутырина. – М.: ДМК Пресс, 2005. – 264 с. (2 экз.).
2 Трэвис Д., Кринг Д. LabVIEW для всех – М.: ДМК Пресс, 2011 – 904с.
3 Суранов А. Я. LabVIEW 7: справочник по функциям – М., ДМК Пресс, 2005. – 512 с. (2 экз.).
4 Евдокимов Ю. К., Линдваль В. Р., Щербаков Г. И. LabVIEW для радиоинженера: от виртуальной модели до реального прибора. Практическое руководстводля работы в программной среде LabVIEW. – М.: ДМК Пресс, 2007. - 400 с.
5 Замолодчиков В.Н. Моделирование радиотехнических устройств в среде LabVIEW: методическое пособие по курсам «Информационные технологии», «Компьютерные методы анализа цепей».- М.: Издательский дом МЭИ, 2008.
6 Богатырёв Е.А., Гребенко Ю.А., Лишак М.Ю. Схемотехническое моделирование радио-электронных устройств. Лабораторные работы № 1-7: учебное пособие. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007.
Содержание
1 Лекция №1. Введение в моделирование приборов в среде LabVIEW... 3
2 Лекция №2. Основные понятия программной среды LabVIEW и ВП.. 7
3 Лекция №3. Создание, редактирование и отладка ВП.. 13
|
|
|
4 Лекция №4. Создание подпрограмм ВП.. 15
5 Лекция №5. Многократные повторения и циклы при создании ВП.. 17
6 Лекция №6. Работа с массивами в среде LabVIEW... 22
7 Лекция №7. Создание кластеров, работа с кластерами. 26
8 Лекция №8. Графическое отображение данных. 28
9 Лекция №9. Строки и таблицы.. 32
10 Лекция №10. Файловый ввод и вывод. 36
11 Лекция №11. Системы сбора данных на базе LabVIEW... 40
Список литературы.. 45
Сводный план 2015 г., поз.
Данияр Равилович Шагиахметов
Зарина Варисовна Абдулина
ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИБОРОВ В LABVIEW
Конспект лекций для студентов специальности
5В071600 – Приборостроение
Редактор А.Т. Сластихина
Специалист по стандартизации Н.К. Молдабекова
Подписано в печать __«__»_ Формат 60х84 1/16
Тираж 75 экз. Бумага типографская №1
Объем 3,5 уч.- изд. л. Заказ _____ Цена тг
Копировально-множительное бюро
Некоммерческого акционерного общества
«Алматинский университет энергетики и связи»
050013, Алматы, ул. Байтурсынова, 126
|
|
|
