Развитието на компютърните, микроелектронните и информационните технологии предизвикаха значителни промени във всички сфери на човешката дейност. Не остават незасегнати и областите, в които участват тестването, измерването и контролът на производствени процеси. Значителното повишаване на функционалните възможности на персоналните компютри, съпътствано с относителното им поевтиняване, бурните темпове, с които се развиват софтуерните продукти и информационния бум, който предизвикаха Web-технологиите, допринесоха за значителни промени в тенденциите за изграждане на автоматизирани измервателни системи. Все повече нараства ролята на управляващия системата софтуер, като се залага на централизирано гъвкаво и ефикасно управление на цялата система чрез удобен графичен потребителски интерфейс (монитора на компютъра). Тази концепция неминуемо рефлектира и върху тенденциите за развитие и на хардуерната част на компютърно-интегрираната система. В настоящата дипломна работа ще бъде направен преглед на развитието на измервателните средства за последните няколко години, съвременното им състояние и евентуалните насоки за развитие, като се акцентира основно върху участието на тези средства в автоматизирани системи за измерване и контрол.

Бързото развитие на PC (Personal Computer – персонален компютър) през последните 20 години ускори промените в инструментите за измерване, изпитване и автоматизация. Един от най-важните резултати е създаването на концепцията за виртуални инструменти, които предлагат редица предимства като повишена производителност при разработване, по-висока точност и по-добро представяне. Виртуалните инструменти се състоят от индустриален компютър или работна станция, снабдена с мощно програмно осигуряване, хардуер и драйвери. Заедно всички тези компоненти изпълняват функции на традиционните инструменти. Виртуалните инструменти (ВИ) представляват фундаментална промяна от традиционните хардуерно ориентирани инструментални системи към софтуерно ориентирани, използващи компютърната мощ, продуктивност и възможности за визуализация.

Независимо, че персоналния компютър и интегралните схеми са много важни при реализацията на ВИ, софтуерът е този, който осигурява действителната реализация на ВИ. Докато при традиционните инструменти потребителите са ограничени от решенията на производителя, то при ВИ се създават инструменти, които отговарят точно на потребностите.

Целта на настоящата дипломна работа е създаване на виртуални измервателни инструменти и създаване на тестове за окачествяване на правилното изграждане на виртуални инструменти. В нея ще бъдат разгледани детайлно основите на проектирането на виртуални инструменти, използваните програмни езици, вградените функции и начините за изграждане на виртуални измервателни инструменти.

В Глава 1 е направен обзор на виртуалните инструменти – методите за изграждането им, хардуерната им реализация, видовете инструменти за измерване и автоматизация и софтуерните среди за изграждането на виртуалните инструменти.

В Глава 2 е предложено теоретичното решение на интерактивен виртуален инструмент, като са разработени предния му панел и блоковата му схема.

В Глава 3 е реализирано описание на софтуерната и апаратната част на разработения виртуален инструмент, като подробно са разгледани използвания терминален блок, DAQ модул и програмната среда за разработването на инструмента (LABVIEW).

В Глава 4 е извършено функционално тестване на интерактивния виртуален инструмент, като са определени стойностите на елементите на входното стъпало (схема за защита от пренапрежение) за осигуряване на стабилната работа на хардуерната част.

В Глава 5 е предложена икономическа оценка на необходимото хардуерно оборудване и софтуерно осигуряване за изграждане на виртуалния инструмент на базата на пазарната им стойност.

В Глава 6 е разгледано възможното приложение на виртуалните инструменти, като е обоснована необходимостта от създаване на подобен вид инструменти от гледна точка на тяхната функционалност и цена.

В Глава 7 са направени изводи относно работата на разработения инструмент и са разгледани самостоятелно постигнатите резултати в дипломната работа.

…………………………….

1.1. Изграждане на виртуални системи за измерване на сигнали и автоматизация

Измерванията на сигнали се извършват с помощта на специализирани инструменти. Първите аналогови инструменти за измерване са се появили през 19 век, когато производството на часовници е било водеща технология. Виртуалните инструменти представляват комбинация от хардуер и софтуер с индустриални компютърни технологии. Това позволява създаването на потребителски дефинирани решения. Като хардуерна част от виртуалните инструменти могат да бъдат използвани DAQ устройства, GPIB инструменти, VXI инструменти и инструменти за сериен интерфейс. За софтуерна част могат да бъдат използвани програмни пакети, като LabVIEW, LabWindows/CVI, Component Works и др. Комуникацията между хардуера и софтуерните платформи се осъществява от специализирани драйвери. С използването на виртуални инструменти е възможно бързо създаване на системи за измерване, тестване и автоматизация чрез комбинация от хардуер и софтуер по желание на клиента. При промяна на изследваната система виртуалният инструмент може да бъде допълнен с хардуер и софтуер.

………………………………

Връзка и управление на инструменти – LabVIEW притежава готови библиотеки за интегриране на: самостоятелни инструменти, DAQ устройства, инструменти за контрол на движение и работа с изображения, GPIB и серийни устройства. С помощта на тези библиотеки могат да бъдат създавани цялостни системи за измерване и автоматизация. LabVIEW включва поддръжка на основни инструментални стандарти като: GPIB, VXI, PXI и стандарта за сериен интерфейс.

Отворена среда – Въпреки, че LabVIEW притежава средства за решаване на по-голяма част от възникващите задачи, тя е отворена среда. Стандартизацията в софтуера оказва основно влияние върху възможността на избраната програмна среда да работи добре с друг софтуер и хардуер за измерване и управление. Чрез избиране на софтуер като LabVIEW, който отговаря на тези критерии потребителите имат възможност да използват решения и на други производители. Днес съществуват стотици библиотеки за LabVIEW, разработени от различни производители. Но това не е единственият начин за свързване с LabVIEW базирани приложения. LabVIEW дава възможност за бързо интегриране с AcitveX софтуер, DLL, и библиотеки от други софтуерни продукти. LabVIEW предлага и възможност за запазване на програмния код като самостоятелно изпълним, DLL или ActiveX. LabVIEW предлага и пълен набор от възможности за комуникация и работа с бази данни като: TCP/IP, SQL, XML и др.

Мултиплатформеност – По-голяма част от компютърните системи (около 85%) използват операционната система Microsoft Windows, като в същото време се използват и специализирани високопроизводителни операционни системи. LabVIEW намалява проблемите при прехвърлянето на приложения от една операционна система на друга, тъй като може да работи с всички версии на Windows, както и с Mac OS, Sun Solaris и Linux. Тъй като приложенията на LabVIEW са преносими между платформите, това осигурява голяма гъвкавост и икономия на ресурси и време.

Разработване на разпределени приложения – С помощта на LabVIEW могат да се разработват разпределени приложения, дори между различни платформи. С цел по-бързо изпълнение на процедури, изискващи интензивен изчислителен процес те могат лесно да бъдат зареждани на други компютри. Могат да бъдат създавани и разпределени приложения за наблюдение и управление.

Модулност и йерархия – LabVIEW е проектиран на модулен принцип. По този начин ВИ могат да бъдат използвани като вътрешни ВИ в блоковите диаграми на други ВИ. Всяка софтуерна система може да бъде разбита на вътрешни ВИ, които първо да бъдат тествани поотделно, а след това да бъдат използвани като възли в основната диаграма. По този начин като се използва модулната йерархия може да се проектират, променят и комбинират ВИ, за да бъдат задоволени променящите се потребителски нужди. Йерархията разширява възможностите на ВИ. Чрез създаване на икона на потребителски ВИ и използването му в диаграмата на друг ВИ, могат да не се показват подробности от схемата на диаграмите от по-ниско ниво. Панелите на тези вътрешни ВИ могат да бъдат конфигурирани да се отварят автоматично, като се създадат анимирани, контекстно-чувствителни потребителски интерфейси. Тези възможности позволяват да се извършва т.нар. модулно програмиране – една задача се разбива на множество подзадачи, които се реализират като отделни ВИ. След това тези ВИ се обединяват в един общ ВИ представящ задачата.

………………………………………

Предимствата на тази инструментална среда се състоят в интегрирането на интерактивни измервателни инструменти, интуитивни графични средства за разработка и високоефективни програмни средства за приложения с повишена сложност. Тези качества на инструменталната среда позволява значително да бъде увеличена ефективността при разработването на различни типове измервателни, управляващи и тестващи системи. Принципът на графично програмиране в LABVIEW преодолява проблемите, свързани с простотата при използване и ефективността на съвременните програмни технологии с помощта на виртуални инструменти (Express VI), помощника по измервателни задачи и входно/изходни операции (Measurement I/O Assistant) и при разширяването на броя платформи, на които могат да се стартират създадените виртуални инструменти. В LABVIEW са интегрирани както функции за комуникация със стандартни интерфейси за предаване на данни (GPIB, VXI, PXI, RS-232, RS-485), така и библиотеки за използване на софтуерни стандарти като TCP/IP и ActiveX.

Основното предимство на развойната среда LABVIEW е възможността за работа с голям брой функции, вградени в отделни палитри съгласно тяхното предназначение (Фиг. 3.5), както и контролни инструменти за управление на входно/изходните операции (Фиг. 3.6).

Потребителските интерфейси изпълняват две функции. Първо тази на виртуален инструмент, който може да се стартира като програма, при който предния панел играе ролята на потребителски интерфейс. Второ, когато виртуалният инструмент се постави като модул в блокова диаграма, елементите на предният панел играят ролята на входове и изходи за модула. По този начин VI-тата могат лесно да се тестват като малки програми, преди да бъдат вградени като подфункция в голямото приложение.

……………………………………

Глава 6. Приложимост на дипломната работа

Настоящата дипломна работа може да намери приложение при разработване на съвременни виртуални инструменти с използването на развойна среда LABVIEW на фирмата National Instruments, които да бъдат използвани като измервателни инструменти при измервания на аналогови сигнали с широк динамичен диапазон, висока скорост на дискретизация и висока разделителна способност, определена от използвания тип DAQ модул. Гъвкавостта, възможностите и областта на приложение, които предлага една такава система, е очевидна. Тъй като цената на такива виртуални инструменти е значително по-ниска от традиционните измервателни уреди, то в бъдеще се очаква значително разширяване на сферата им на приложение в индустрията, комуникациите, учебните лаборатории и любителските измервания.

Едно от съществените предимства, които предлагат виртуалните инструменти, е реализирането на дистанционно управляеми инструменти през Интернет, което позволява изграждането и използването на Web базирани инструменти за дистанционни измервания и контрол или сървър базирани приложения, което може значително да намали цената на измервателните уреди.

Бъдещото широко разпространение на виртуалните инструменти ще бъде на основата на основното предимство на LabVIEW спрямо другите среди за разработка – богатата поддръжка на инструментална техника, тъй като достъпни или дори включени в основния пакет са драйвери и абстракционни слоеве за множество видове инструменти и шини. Също така абстракционните слоеве предоставят изолация между конкретната хардуерна реализация и софтуерното решение. Без тези предоставени софтуерни драйвери и интерфейси това би струвало неимоверно много време и усилия.

Тъй като една от целевите групи на National Instruments са хората с малко или никакъв опит в програмирането, то те ще могат да пишат програми и да внедряват тестващи системи за по-малко време в сравнение с обикновените или конкурентните продукти. Това ценно свойство е особено полезно в образователния процес.

Ето защо такъв тип приложения са вече актуални и много скоро ще се превърнат в основен начин на обучение. Естествено, прекият контакт с преподавателя винаги ще е необходим, но начинът за осъществяването му ще претърпява промени в бъдещето.

…………………………………

Използвана литература

1. Стоянов, И. И. Измервания в електрониката. София, 2000.

2. Стоянов, И. И. Измервания и контрол в микроелектронното производство. ТУ-София, 1993.

3. Jamal, R., Н. Pichnik. LabView Applications and Solutions. Prentice Hall, 1999.

4. Hewlett-Packard. Feeling Comfortable Width VXIbus. Guide to Technology, 1987.

5. Racal Instruments. VXlbus. Applications, Technical Notes and Articles, 1999.

6. National Instruments. The Measurement and Automation.Catalog 2000.

7. Hewlett-Packard. Test & Measurement Catalog. 1998.

8. LeCroy. Test & Measurement Products Catalog. 1998.

9. Tektronix. Measurement Products Catalog. 1998/99.

10. Keithley. Computer-Based Measurement Products. Full Line Product Catalog 2000/01.

11. Keithley. KPCI-3101, -3102, -3103, -3104 Series PCI Bus Data Acquisition Boards. User's Manual, 1999.

12. David Rftmy. CompactPCI offers high performance for real time systems. Gespac S.A., 2000. [13] Rowe Martin. USB Proves Ready for T&M Tasks. Gespac S.A., 2000. T&M World, January 1999, p. 28-38.

13. Learning with LabVIEW™, Express, Bishop, R.H., Prentice Hall, 2004

14. http://www.ni.com/academic/resources_how_teach_lv.htm

15. Vernier LabPro User’s Guide, Vernier, First Edition 2000

16. Digital Control Unit, Vernier, Third Edition 2001

Темата е изготвена 2006 г.

Темата съдържа таблици, графики, схеми, формули, изчисления.

Ключови думи:

виртуални системи за измерване на сигнали и автоматизация, хардуерна организация на виртуални измервателни системи, модулни измервателни системи, платки за събиране и обработка на информация, среди за разработване на приложения (LabVIEW, LabWindows/CVI), среда за обработка и анализ на данни (DIAdem), апаратна част на измервателните системи, преден панел и блокова диаграма на интерактивен виртуален инструмент, софруер на измервателни системи, икономическа и техническа ефективност

Увод

1.1. Изграждане на виртуални системи за измерване на сигнали и автоматизация

Глава 6. Приложимост на дипломната работа

Използвана литература

Copyright © 2002 - 2024 Helpos.comАрхив от реферати, курсови работи, дипломни работи, есета

Copyright © 2002 - 2024 Helpos.com
Архив от реферати, курсови работи, дипломни работи, есета