Kísérletezés virtuális méréstechnika segítségével 2010 március 19-20.

Az előadások a következő témára: "Kísérletezés virtuális méréstechnika segítségével 2010 március 19-20."— Előadás másolata:

1 Kísérletezés virtuális méréstechnika segítségével 2010 március 19-20

2 Virtuális méréstechnika: valódi mérés, de a műszer legnagyobb része szoftver, azaz virtuális

3 A legfontosabb célok Kísérletezéses oktatás támogatása Egyetlen eszköz, mégis sok műszer Interdiszciplináris alkalmazások lehetősége Mérési elvek megmutatása, kevésbé „fekete doboz” Eddig mérhetetlen jelek azonnali mérése Hétköznapi eszközeink működése is hasonló

4 A legfontosabb tulajdonságok Egyszerű használat, alap informatikai ismeretek Modern, elérhető, fejleszthető, olcsó Megbízható? Nyugodtan kiállhatunk a diákok elé? Hordozható: egy notebook, a műszer, pár szenzor és bárhol mérhetünk A leghatékonyabb információnyerés, akár a mérés szoftveres pontosítására

5 Modern műszer

6 Virtuális műszer

7 A zsebünkben is van ilyen

8 Szenzorok Különböző fizikai jelek elektronikával kezelhető jelekké alakítása Kimenet: –Feszültség –Áram –Ellenállás –Kapacitás –Induktivitás A be- és kimenet kapcsolatát ismerjük (egyenlet)

9 Jelkondícionálás Az információ feszültség formájába alakítása Méréstartományba konvertálás A szenzor terhelésének mentesítése Szűrés

10 A/D és D/A konverzió: kvantálás

11 D/A konverzió: példa: 4-bites D/A R-2R hálózattal

12 A/D konverzió: fokozatos közelítés (gondoltam egy 12-bites számra… barkóba ) komparátor

13 1954-ben, 11-bit, 50000 adat/s Magyarán: 48cm x 38 cm x 66cm 68kg $8500 1954-ben…

14 Mai A/D konverterek: Akár 24-bit (Szeged-BP centiméterben…) Akár 10 9 adat/s (33cm fénysebességgel…) Akár 1,8V 10uA (ceruzaelemről…) < 5$

15 Digitális feldolgozás: egycsipes számítógép+analóg komponensek A/D és D/A Szenzor (T) Processzor Memória Oszcillátor Időmérők Kommunikáció 2..5V, 20mA Ár < 1000Ft

16 Analóg és digitális áramkörök integrálása Fent: C8051F060 –Egycsipes számítógép –2 x A/D: 16-bit, 1 millió adat/s –2 x D/A: 12-bit –25MIPS Középen: C8051F530 –Az EDAQ530 számítógépe (részletek az előző dián) Lent: LM73 –Hőmérsékletszenzor+14-bit A/D

17 Kommunikáció kétállapotú jelekkel C betű, Morse: -.-. C betű, UART: 01000011

18 Interfész: soros adatátvitel Az adatot bitekre bontjuk Időben egymás után visszük át a biteket Egy vagy két vezeték is elég USB portra köthető (jel és 5V)

19 Az EDAQ530 adatgyűjtő műszer Szenzorok Személyi számítógép Jelkövető erősítők Számítógép és 12-bit A/D USB interfész

20 Adatfeldolgozási lehetőségek: mérési módszerek A műszerben levő processzor feladatai –Mért jel kiválasztása a háromból –A/D konverzió ütemezése –Adatok küldése a PC felé –A PC-től érkezett parancsok értelmezése

21 USB interfész: kommunikáció a számítógéppel A PC és a műszer bájtokat küld és fogad A bájtok lehetnek parancsok vagy adatok Példa: egy mérés indítása és adatok fogadása –A PC küldi: @M –A műszer megméri a három jelet –A műszer küld 6 bájtot (minden mért adat 2 byte)

22 A virtuális műszer nagy része: PC szoftver Műszerelőlap –Kezelőszervek –Kijelzők Műszerbelső –A kezelőszervek és bemenő jelek állapota –A kijelzők meghajtása –A kettőt műveletek kötik össze (algoritmus) Előre elkészített Mi magunk is készíthetjük?

23 Virtuális műszer: előlap, belső

24 A PC szoftver: mit kell tudnia? Kommunikáció Felhasználói felület Algoritmusok

25 PC szoftver: elérhető fejlesztőrendszerek LabVIEW –A legkönnyebb használni, megtanulni –Rendkívül fejlett megjelenítés és analízis –Drága, de számos oktatási kedvezmény –Bárkinek Java, C# –Modern nyelvek –Ingyenes fejlesztőkörnyezet –Jóval több tudást igényel –Amatőröknek és profiknak C,C++ –A leghatékonyabb kód –Komoly tudást és gyakorlatot igényel –Profiknak