Miernictwo_17 Systemy pomiarowe.pdf

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

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

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

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)

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/98

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: