Kísérletezés virtuális méréstechnika segítségével 2010 március 19-20

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

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

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

Modern műszer

Virtuális műszer

A zsebünkben is van ilyen

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

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

A/D és D/A konverzió: kvantálás

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

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

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

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

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

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

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

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)

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

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

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 –A műszer megméri a három jelet –A műszer küld 6 bájtot (minden mért adat 2 byte)

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?

Virtuális műszer: előlap, belső

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

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