Home Лаборатория
Назад Оглавление Вперед

6. Сбор данных с реального объекта

       В настоящее время использование компьютеров в научных исследованиях не ограничивается имитационным моделированием на основе математических моделей. Все чаще современная вычислительная техника применяется для приема, обработки и анализа сигналов от реальных физических объектов и управления ими [2]. При этом возникает потребность в электрических датчиках, преобразователях сигналов и специальном программном обеспечении. Среда программирования LabVIEW является удобным программно-аппаратным комплексом для разработки приложений, позволяющих осуществлять опрос датчиков, установленных на объекте исследования, обработку полученной информации, генерацию сигналов для его управления в диапазоне 10 В (от –5В до +5 В для знакопеременных сигналов; от 0 до 10 В для однополярных).
       При обработке сигналов и их преобразовании из аналоговых в цифровые и наоборот могут быть использованы платы ЦАП/АЦП. Рассмотрим основные приемы сбора и обработки сигналов с помощью среды программирования Lab-VIEW на примере многофункциональной платы компании National Instruments
PCI-MIO-16E-1. Плата устанавливается в свободный слот компьютера и при помощи соединительного кабеля (TYPE SH68-68-EP) подключается к коннектору (TBX-68). Датчики, установленные на объекте исследования, подключаются к компьютеру через коннектор в соответствии с настройкой каналов. В таблице 1 приведено соответствие основных каналов клеммам коннектора.
       Для настройки каналов ЦАП/АЦП необходимо запустить приложение Measurement & Automation Explorer (рис. 17) и убедиться, что плата установлена и определена верно. При этом в папке Devices and Interfaces появится ЦАП/АЦП, а в скобках будет указан номер данного устройства (например, Device 1). В папке Data Neighborhood содержится список настроенных каналов. Выделив ЛКМ интересующий канал, можно запустить его тест (кнопка Test), просмотреть свойства (кнопка Properties…) или удалить его (кнопка Delete). Для настройки нового канала необходимо кликнуть ПКМ на папке Data Neigh-borhood, выбрать пункт Create New…, пункт Virtual Channel и затем нажать кнопку Finish. Далее будет предложено выбрать тип настраиваемого канала: аналоговый вход (Analog Input); аналоговый выход (Analog Output); цифровой вход/выход (Digital I/O).

Таблица 1

Настройка каналов платы PCI-MIO-16E-1для коннектора TBX-68

Аналоговый вход ACH <0…15>

Аналоговый выход

ACH 0

68

DAC0OUT

22

ACH 1

33

DAC1OUT

21

ACH 2

65

Цифровой вход/выход DIO <0…7>

ACH 3

30

DIO 0

52

ACH 4

28

DIO 1

17

ACH 5

60

DIO 2

49

ACH 6

25

DIO 3

47

ACH 7

57

DIO 4

19

ACH 8

34

DIO 5

51

ACH 9

66

DIO 6

16

ACH 10

31

DIO 7

48

ACH 11

63

Аналоговый вход заземление

24, 27, 29, 32, 56, 59, 64, 67

ACH 12

61

ACH 13

26

Аналоговый выход заземление

54,55

ACH 14

58

ACH 15

23

Цифровой вход/выход заземление

4,7,12,13,15,18,35,36,39,44,50,53

Общая незаземленная клемма

62



Рис. 17. Приложение Measurement & Automation Explorer


       В следующем окне необходимо указать имя канала (Channel Name) и краткое его описание (Channel Description).
       Для Analog Input и Analog Output указываются далее:

  • тип датчика (напряжение, температура, частота и др.);
  • единицы измерения (Units) и диапазон измерения (Range);
  • возможное масштабирование (Scaling);
  • устройство, для которого данный канал настраивается (What DAQ hardware will be used?);
  • номер канала и его соответствие по таблице 1 (Which channel on your DAQ hardware? и Pins);
  • тип Analog Input (Which analog input mode will be used?)
    • дифференциальный (Differential);
    • с общим проводом, заземленным в конце (Referenced Single Ended);
    • с общим проводом, незаземленным в конце (Nonreferenced Single Ended).
Для Digital I/O указываются:
  • тип цифрового входа/выхода (Read from Port, Read from Line, Write to Port, Write to Line);
  • устройство, порт и номер линии с соответствием по таблице 1;
  • линии, по которым осуществляется инвертирование цифрового сигнала (Invert Line).
       После настройки канала его можно использовать при создании виртуальных инструментов. Функции для получения и формирования аналоговых и цифровых сигналов располагаются в панели Function–Data Acquisition. Перечислим основные из них:
       Аналоговый вход (указываются номер устройства, имя одного или нескольких каналов):
  • однократное считывание по одному из каналов (AI Sample Channel) – выдает значение полученного сигнала по одному каналу в виде числа;
  • однократное считывание из группы каналов (AI Sample Channels) – выдает значения полученных сигналов по группе каналов в виде одномерного массива чисел;
  • синхронное считывание по одному из каналов (AI Acquire Waveform) – выдает значения полученного сигнала по одному каналу в виде одномерного массива чисел (указывается число выборок и частота сканирования за секунду (1/с));
  • синхронное считывание из группы каналов (AI Acquire Waveforms) выдает значения полученных сигналов по группе каналов в виде двумерного массива чисел (указывается число выборок и частота сканирования (1/с)).
Для изменения диапазона измерения используются терминалы high limit и low limit, которые автоматически изменяют коэффициент усиления сигнала (таблица 2).

Таблица 2

Коэффициенты усиления

  Диапазон сигнала  

  Коэффициент усиления  

 10 V

0.5

 5 V

1

2.5 V

2

1V

5

 500 mV

10

250 mV

20

 100 mV

50

 50 mV

100


       Аналоговый выход. Набор функций подобен аналоговому входу (соответственно – AO Update Channel, AO Update Channels, AO Generate Waveform, AO Generate Waveforms). Также указывается номер устройства и имя канала (каналов). При их выполнении на соответствующие каналы подается заданное выходное напряжение в виде одного числа (AO Update Channel, AO Update Channels) или массива чисел (AO Generate Waveform, AO Generate Waveforms).
       Цифровой вход/выход. Используются для считывания или записи логического выражения отельных цифровых линий или цифрового канала в целом. Для считывания/записи логического выражения (true/false) отдельной цифровой линии настроенного канала используются функции Read from Digital Line и Write to Digital Line. Для них указываются номер устройства и имя цифрового канала, а также номер линии. При выводе данных задается подаваемое логическое значение (true/false), а при получении данных осуществляется его считывается. Для работы с каналом в целом (Read from Digital Port, , Write to Digital port) ввод/вывод данных осуществляется аналогично отдельной цифровой ли-нии, но данные имеют вид 8 битного шаблона.
       Помимо перечисленных простейших функций для работы каналами ввода/вывода данных в LabVIEW содержится широкий спектр специальных функций, позволяющих осуществлять конфигурирование, сканирование, буферизированный ввод/вывод, очистку и множество других функций. Необходимость их использование при создании виртуальных инструментов определяется конкретной задачей сбора данных.
       На рис. 18 приведен пример использования каналов аналогового входа/выхода. Первоначально были настроены каналы a0, как аналоговый выход (DAC0OUT), и a00, как аналоговый вход (канал 1 ACH1). В примере генерируется функция sin переменного периода, значения которой подаются на аналоговый выход (а00), соединенный напрямую с аналоговым входом (а0). Коммутация каналов осуществляется на базе устройства DAQ Signal Generator, предназначенного для лабораторного изучения основных подходов обработки сигналов с использованием аппаратного обеспечения компании National Instruments и среды программирования LabVIEW. В Chart выводится сигнал, снимаемый с аналогового входа (а0).





Рис. 18. Аналоговый вход/выход

 

Рис. 19. Цифровой вход/выход


       На рис. 19 приведен пример использования каналов цифрового входа/выхода. На устройстве DAQ Signal Generator имеется 4 светодиода, подключенных к цифровому порту. Канал d1 настроен как цифровой вход/выход для записи в порт с инверсией сигнала по всем линиям (DIO). Нажатие кнопки на передней панели vi вызывает включение/выключение соответствующего ей светодиода на приборе.

       В заключении отметим, что изложенный в данном пособии материал по среде программирования LabVIEW охватывает лишь необходимые начальные сведения по созданию виртуальных приборов и их применению в разработке автоматизированных лабораторных практикумов удаленного доступа на базе имитационных математических моделей и реального оборудования. Более полную информацию читатель может получить из справки LabVIEW Help, на серверах www.ni.com, www.insysltd.ru, acs.levsha.ru, www.vitec.ru, phys.kemsu.ru и др.

Назад Оглавление Вперед