Miernictwo_17 Systemy pomiarowe.pdf
(
970 KB
)
Pobierz
22883992 UNPDF
Miernictwo
Systemy pomiiarowe –
Oprogramowanie
CZĘŚĆ 2
Celem tego artykułu jest pokazanie wszystkim
Czytelnikom, także tym, którzy nie mieli nigdy nic
do czynienia z programowaniem, ogólnej koncepcji
tworzenia i konfigurowania własnych systemów
pomiarowych przy użyciu współczesnego sprzętu
i dostępnego oprogramowania.
Artykuł ten ma zachęcić wszystkich Czytelni−
ków, w tym szczególnie osoby ostrożne, niepewne
własnych sił, do zainteresowania się dostępnymi
narzędziami programowania. Zagadnienie wcale
nie jest tak trudne, jak mogłoby się wydawać na
pierwszy rzut oka.
W poprzednim odcinku omówiono różne sposo−
by przeprowadzania pomiarów z użyciem kompu−
tera. Zarówno przy współpracy komputera
z „klasycznymi” przyrządami pomiarowymi, wypo−
sażonymi w interfejs GPIB, jak i przy korzystaniu
z komputerowych kart rozszerzenia czy modułów
standardu VXI, potrzebne jest oprogramowanie,
pozwalające zarówno przyjmować, przetwarzać
i pokazywać wynik na ekranie, jak i pozwalające
sterować przyrządami.
Najprostszym rozwiązaniem byłoby wyposa−
żenie każdego urządzenia i modułu we własne,
autonomiczne oprogramowanie. Na fotogra−
fiiach 1 i 2 pokazano oscyloskop i generator fir−
my Hewlett−Packard oraz ekran komputera do−
łączonego przez szynę GPIB, wykorzystującego
dedykowany program HP BenchLink. Fotogra−
fiia 3 pokazuje
ekran kompu−
tera przy ko−
rzystaniu z go−
towych progra−
mów Virtual−
Bench Scope
(oscyloskop)
i VirtualBench
DSA (analiza−
tor) firmy Na−
tional Instru−
ments, współ−
pracujących
z praktycznie
dowolnymi
komputerowy−
mi kartami roz−
szerzeniowymi
(opisanymi
przed miesią−
cem).
Z całą pew−
nością marze−
Fot. 2.
Fot. 1.
niem większości Czytelników EdW jest posiada−
nie takiego zestawu: karty i pakietu programów
umożliwiających zrobienie z tej samej karty: oscy−
loskopu, analizatora widma, generatora funkcji,
programowanego generatora dowolnych przebie−
gów, czterocyfrowego multimetru bądź wieloka−
nałowego systemu zbierania i obrazowania wol−
nozmiennych danych (np. temperatury). Dobre
fabryczne zestawy tego typu (karta plus oprogra−
mowanie) mają ceny znacznie przekraczające
możliwości przeciętnego hobbysty, ale już dla
większych i mniejszych firm są jak najbardziej w
zasięgu ich możliwości.
Taki sposób ma jednak poważne wady w nie−
których zastosowaniach. W praktyce najczęściej
nie wykorzystuje się urządzeń czy modułów poje−
dynczo, tylko tworzą one pewien system, na
przykład testujący urządzenia wytwarzane na taś−
mie produkcyjnej. W takim wypadku obraz na ek−
ranie komputera powinien być dostosowany do
konkretnego systemu i konkretnych potrzeb.
Trudno sobie wyobrazić, by na ekranie otwartych
było kilka okien, i każdemu modułowi czy urzą−
dzeniu pomiarowemu odpowiadałoby oddzielne
okno. Jeśli pomiary mają wykazać, czy badane
urządzenie ma parametry mieszczące się w wy−
znaczonych granicach, trzeba najpierw zadać wa−
runki pomiaru, a potem sprawdzić, czy wyniki
mieszczą się w założonej tolerancji. Moduły sys−
temu muszą tym samym ze sobą współpraco−
wać, a nie działać oddzielnie. W jakiś sposób
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/98
39
Miernictwo
trzeba skoordynować ich działanie. Na pewno po−
trzebny okaże się program napisany specjalnie
dla danego zastosowania.
Wielu praktyków wyobraża sobie, że napisanie
takiego programu jest bardzo trudne, bo trzeba
krok po kroku wszystko szczegółowo opisać. Przed
laty trzeba było dużej wiedzy, by napisać stosowne
oprogramowanie, a sposób zadawania paramet−
rów i wyświetlania wyników zazwyczaj pozosta−
wiał sporo do życzenia.
Obecnie sprawa jest nieporównanie łatwiej−
sza. Istnieją odpowiednie narzędzia, które w sto−
sunkowo prosty sposób pozwalają stworzyć sto−
sowny program.
Wielu praktyków uważa napisanie jakiegokol−
wiek programu za bardzo trudną sztukę. Kiedyś tak
było, bo programista cały program mozolnie wstu−
kiwał do komputera linijka po linijce i musiał dobrze
znać działanie wszystkich części programu. Teraz
jest zupełnie inaczej. Współczesne programy są
budowane jakby z gotowych klocków.
Klocki
Napisanie programu użytecznego, ładnie pre−
zentującego się na ekranie, wymaga użycia kilku
„klocków”. Przede wszystkim należy zaprojekto−
wać, co ma być widoczne na ekranie: napisy, przy−
ciski, okna dialogowe, wykresy i tym podobne. To
jest pierwszy duży klocek, składający się na pro−
gram. Ten temat zostanie omówiony szerzej w dal−
szej części artykułu.
Drugi klocek to główna część całego progra−
mu – zapisanie rozkazów sterujących. Ten klo−
cek odpowiedzialny będzie zarówno za ustawie−
nie częstotliwości sterowanych generatorów,
napięć zasilaczy, za odpowiednie skonfigurowa−
nie mierników, oscyloskopu, itp. na podstawie
informacji wprowadzonych przez użytkownika.
Ten klocek przyjmie też dane (wyniki pomiarów)
od mierników, oscyloskopu, itp., i zobrazuje je
na ekranie.
Następnym klockiem czy klockami będą ste−
rowniki poszczególnych urządzeń. Dopiero tu
widać zalety „konstrukcji z klocków”. Sterowni−
ki czy inaczej drajwery, to programiki odpowie−
dzialne za kontakt właściwego programu z po−
szczególnymi urządzeniami. Można sobie wyob−
razić, że sterowniki to czarne skrzynki mające
wejścia i wyjścia z dwóch stron. Przykładowo
od strony „klocka z rozkazami sterującymi” do
sterownika podawane są dane (liczby) ustalają−
ce częstotliwość generatora, napięcie progra−
mowanego zasilacza, czy nastawy oscyloskopu.
Sterownik tłumaczy te dane w sobie tylko znany
sposób na postać zrozumiałą dla współpracują−
cych urządzeń: przyrządów z interfejsem GPIB,
kart rozszerzenia czy urządzeń VXI. Tak samo
sterownik przetłumaczy w drugą stronę dane
uzyskane z przyrządu (oscyloskopu, częstościo−
mierza czy analizatora) na postać strawną dla
programu głównego.
Najważniejsze jest to, że użytkownik wcale nie
musi znać szczegółów działania sterowników i spo−
sobu przesyłania danych do urządzenia. Sterowniki
są dostarczane przez producenta przyrządu. Ułat−
wienie polega na ujednoliceniu i uproszczeniu.
Fot. 3.
Użytkownik powinien tylko znać sposób zadania
parametrów urządzeń i odebrania zmierzonych wy−
ników. Nie jest to wcale trudne – producenci zad−
bali, by nie sprawiało to trudności nawet przecięt−
nemu użytkownikowi. Osoby, które zetkną się z tą
sprawą w praktyce, szybko przekonają się, jak to
jest realizowane.
W tym artykule nie będą omawiane szczegóły.
Celem tego artykułu jest jedynie pokazanie ogólne−
go obrazu sytuacji i zachęcenie Czytelników EdW
do bliższego zainteresowania się tym tematem
i narzędziami do programowania, w szczególności
pakietem Visual Basic.
W wielu wypadkach oprogramowanie składać
się będzie z opisanych trzech zasadniczych, dużych
klocków. Niekiedy jednak dane otrzymane z przy−
rządów pomiarowych trzeba będzie dodatkowo
przetworzyć, a dopiero potem zobrazować. Daw−
niej trzeba byłoby napisać obszerne fragmenty pro−
gramu, realizujące taką obróbkę matematyczną.
Dziś nie jest to konieczne, bo do dyspozycji stoją
rozmaite gotowe klocki, służące jedynie do prze−
prowadzania specyficznych operacji matematycz−
nych. Wystarczy dołączyć kolejne klocki realizujące
określone operacje matematyczne i nie martwić
się o szczegóły. Nie trzeba wcale znać się na wy−
Rys. 1. Schemat modułłowego
40
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/98
Miernictwo
Fot. 4.
Czytelnicy, którzy mieli już jakąś styczność
z programowaniem z pewnością zauważyli, że
wykorzystuje się tu programowanie obiektowe,
a wspomniane „klocki” to nic innego jak bibliote−
ki dołączane dynamicznie (DLL) i kontrolki Active
X. Programowanie obiektowe, biblioteki DLL,
kontrolki Active X to sformułowania, które z pew−
nością przeraziłyby początkujących i zniechęciły
skutecznie do jakichkolwiek prób. Tymczasem
nie jest to wcale trudne. To naprawdę jest budo−
wanie programu z gotowych mniejszych i więk−
szych klocków. Klocki te są w sumie łatwe do
użycia, a najwięcej strachu wywołują niezrozu−
miałe nazwy.
Nie znaczy to wcale, że do zaprogramowania
sytemu pomiarowego powinien się zabierać zu−
pełny laik. Na pewno potrzebna jest pewna ilość
wiedzy (którą można zdobywać stopniowo), a co
najważniejsze, niezbędny jest giętki i otwarty
umysł, który obejmie całe zagadnienie i nie zagu−
bi się w szczegółach.
Do dyspozycji są dwie główne drogi: jedna to
wykorzystanie gotowych specjalistycznych pro−
gramów narzędziowych, przeznaczonych tylko do
takich celów. Druga droga to wykorzystanie popu−
larnych języków programowania, takich jak C++,
Delphi czy Visual Basic czy nawet programu Ex−
cel, w połączeniu ze specjalizowanymi „klockami
pomiarowymi”.
ższej matematyce, trzeba tylko wiedzieć, jak
„włożyć” do klocka informacje i jak odebrać z nie−
go wynik obliczeń.
Rysunek 1 pokazuje schemat blokowy rozbudo−
wanego systemu sterowania, zrealizowany przy
użyciu rozmaitych modułów−klocków. Są to zaró−
wno klocki sprzętowe, jak i programowe.
Rysunek 1 powinien przekonać, że cała sprawa
nie jest wcale trudna, jak mogłoby się wydawać.
Do napisania własnego programu wcale nie jest
potrzebna bardzo głęboka wiedza o wszystkich
szczegółach. Wystarczy trochę znajomości narzę−
dzi do programowania (o tym za chwilę). Trzeba na−
tomiast dobrze rozumieć całą koncepcję i korzys−
tać z dostępnych gotowych „klocków”.
LabView
Fotografiia 4 pokazuje widok „płyty czołowej” za−
projektowanego według potrzeb wirtualnego przy−
rządu. Jest to widok ekranu komputera. Projektant
umieścił na pulpicie wirtualne przyciski i przełączni−
ki (controls) i wskaźniki (indicators). Nie musiał pi−
sać żadnego kodu – za pomocą myszki wybrał
z menu potrzebne elementy i umieścił na projekto−
wanym pulpicie. Potem zaprogramował przepływ
informacji. Znów nie musiał pisać kodu, tylko na in−
nym arkuszu narysował diagram przepływu infor−
macji. Wykorzystał gotowe sterowniki urządzeń i in−
ne gotowe „klocki” zawarte w bibliotekach.
Tak mniej więcej wygląda programowanie „na
miarę” wirtualnego przyrządu pomiarowego, któ−
ry ma płytę czołową jedynie na ekranie kompute−
ra, za pomocą programu LabVIEW firmy National
Instruments.
Program LabVIEW na już dość długą historię (od
1983 roku). Jest obecnie samodzielnym potężnym
narzędziem projektowym (pełna wersja kosztuje
ponad 5000 dolarów).
Firma National Instruments ma również w swej
ofercie inne pakiety, które przeznaczone są do wy−
korzystania z językami programowania C/C++ oraz
Visual Basic i Delphi.
hemat modułłowego systemu sterowaniia
LabWindows/CVI
Component Works
LabWindows/CVI – zintegrowane środowisko
projektowania w języku C, zawierające 32−bitowy
kompilator, linker, debugger, edytor kodu i edytor
interfejsu użytkownika również przeznaczone jest
do budowania wirtualnych przyrządów i systemów.
Zawiera szereg dodatkowych narzędzi ułatwiają−
cych projektowanie.
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/98
41
Miernictwo
Jako produkt wyjściowy otrzymuje się al−
bo gotowy do użycia (szybki) program wyko−
nywalny (typu .exe), albo bibliotekę DLL,
która może być wykorzystana przez inne
programy.
Pakiet Component Works przeznaczony
jest dla osób wykorzystujących Visual Ba−
sic lub Delphi. Pakiet znakomicie ułatwia
projektowanie typowych dla przyrządów
pomiarowych interfejsów użytkownika
(wirtualnych płyt czołowych), zawierając
gotowe kontrolki takie jak wirtualne prze−
łączniki, potencjometry, mierniki wska−
zówkowe, cyfrowe, i różne pola odczyto−
we. Zawiera także „klocki” do analizy ma−
tematycznej oraz sterowniki (drajwery)
urządzeń.
Fotografiia 5 pokazuje, jakie wirtualne przy−
rządy można budować korzystając z progra−
mu Visual Basic i Component Works.
Czytelnicy EdW powinni zwrócić szcze−
gólną uwagę na pakiet Component Works,
który w wersji demonstracyjnej jest do−
stępny bezpłatnie w firmie National Instru−
ments albo przez Internet, albo na reklamo−
wych firmowych CD−ROMach. Do wyko−
rzystania pakietu potrzebny jest także zainstalo−
wany w komputerze Visual Basic w wersji nie
niższej niż 4.0.
Wszyscy zainteresowani tematem powinni za−
jrzeć na internetową stronę firmy National Instru−
ments (www.natinst.com), skąd też można ściąg−
nąć testowe wersje pakietów Component Works
i innych (www.natinst.com/ evalsw). Bliższe infor−
macje na temat opisywanego sprzętu i oprogramo−
wania firmy National Instruments dostępne są też
u krajowego przedstawiciela – firmy JANBIT (01−926
Warszawa 118, skr. poczt. 46, tel. 0−22 6697944).
Uczelnie i szkoły mogą nabyć oprogramowanie
i sprzęt firmy National Instruments na preferencyj−
nych zasadach.
Informacje na temat wyrobów firmy Hewlett−Pac−
kard można uzyskać u krajowego przedstawiciela –
firmy MALCOM (ul. Bodycha 18, 02−495 Warszawa
tel/fax (0−22) 723−00−66, e−mail: mdirect@malkom.pl.).
Fot. 5.
Samodzielne zaprojektowanie i wykonanie kar−
ty rozszerzeniowej komputera, czy przystawki
z przetwornikami A/D i D/A leży w zasięgu bar−
dziej zaawansowanych hobbystów. Może taki
sprzęt nie będzie miał takiej dokładności i stabil−
ności jak dobre urządzenia fabryczne, ale w praco−
wni hobbysty spełni swą rolę. Można spróbować
wykorzystać kartę lub przystawkę opisaną w do−
stępnej literaturze.
Drugim problemem jest oprogramowanie. Ni−
niejszy artykuł powinien zachęcić wielu Czytel−
ników EdW do zainteresowania się możliwoś−
ciami takich języków programowania, w szcze−
gólności Visual Basic. Pakiet Visual Basic to bar−
dzo wygodne, bardzo łatwe w użyciu i niedrogie
narzędzie projektowe o bardzo dużych możli−
wościach. Opanowanie projektowania w opar−
ciu o Visual Basic jest dość proste, a ogromne
rozszerzenie możliwości uzyskuje się przez za−
stosowanie gotowych „klocków”, czyli dodat−
kowych kontrolek .OCX i procedur zawartych
w bibliotekach .DLL.
Żeby „wgryźć” się w ten temat, trzeba naj−
pierw opanować podstawy Visual Basica, a na−
stępnie napisać, albo lepiej zdobyć, odpowiednie
„klocki” (specjalizowane kontrolki .OCX i bibliote−
ki .DLL) i kupić lub wykonać sprzęt (kartę lub przy−
stawkę dołączaną do komputera przez jeden
z portów).
Redakcja EdW będzie nadal poświęcać dużo
uwagi Visual Basicowi i jego wykorzystaniu w elek−
tronice. Jednocześnie Redakcja zwraca się z proś−
bą o kontakt do wszystkich osób (hobbystów i pro−
fesjonalistów), które wykorzystują Visual Basica
w zastosowaniach elektronicznych. Osoby takie
będą mogły wystąpić w roli Autorów i zaprezento−
wać swoje doświadczenia w artykułach publikowa−
nych w EdW.
Zakończenie
Po przeczytaniu poprzedniego i niniejszego ar−
tykułu, wielu Czytelników na pewno zachwyciło
się możliwościami modułowych systemów po−
miarowych i koniecznie chciałoby wejść w posia−
danie odpowiedniego oprogramowania i sprzętu.
Rozwój rynku przyrządów pomiarowych niedwu−
znacznie wskazuje, że opisane modułowe syste−
my będą mieć w przyszłości ogromne znaczenie.
Choćby dlatego warto już teraz poznać bliżej to
zagadnienie.
Przykłady pokazane w artykule opierają się na
gotowych, fabrycznych „klockach”, zarówno mo−
dułach sprzętowych, jak i programowych. Jedne
i drugie są bardzo dobre, ale jednocześnie dość
drogie. Ich ceny są w zasięgu nawet niewielkich
firm, szkół i uczelni, ale na pewno przekraczają
możliwości ogromnej większości hobbystów. Co
pozostaje hobbystom?
(red)
42
E
LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/98
Plik z chomika:
miken4
Inne pliki z tego folderu:
Miernictwo_18 Oscyloskop na PC.pdf
(190 KB)
Miernictwo_17 Systemy pomiarowe.pdf
(970 KB)
Miernictwo_16 Systemy pomiarowe.pdf
(381 KB)
Miernictwo_07 Oscyloskopy.pdf
(87 KB)
Miernictwo_06 Zasilacze.pdf
(377 KB)
Inne foldery tego chomika:
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin