Нефедов В.И. - Электрорадиоизмерения (1066241), страница 46

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 46)

12.5. Виртуальные приборы

Очень перспективным направлением в развитии компьютерно-измерительных систем является разработка виртуальных приборов. Виртуальный прибор состоит из современного быстродействующего персонального компьютера, наличие которого — необходимое усло­вие высококачественных и точных измерений, и одной-двух плат сбора данных (ПСД). Плату устанавливают в компьютер (обычно в слот ISA или PCI) или во внешнее дополнительное устройство, под­ключаемое через LPT-порт в комплексе с соответствующим про­граммным обеспечением.

Основную роль в виртуальных приборах играет плата сбора данных с необходимыми метрологическими характеристиками для данной задачи, такими, как разрядность АЦП, быстродейст­вие и динамические погрешности аналого-цифрового канала. При этом необходимо использовать быстрые и эффективные алгорит­мы обработки измеряемой информации, разработать удобную программу сбора и отображения данных под наиболее распро­страненные операционные системы Windows 2000, NT, XP и т.д.

Пользователь виртуального прибора включает объект графи­ческой панели с помощью клавиатуры, «мыши» или специализи­рованной прикладной программы. Виртуальные приборы соче­тают большие вычислительные и графические возможности персонального компьютера с высокой точностью и быстродейст­вием АЦП и ЦАП, применяемых в ПСД. По существу виртуаль­ные приборы (как практически и все типы КИС) выполняют анализ амплитудных, частотных, временных характеристик различных радиотехнических цепей и измеряют параметры сигналов с точностью примененных АЦП и ЦАП, а также формируют сигналы и для процесса собственно измерений, и для автоматизации ИС.

Программная часть виртуального прибора может эмулиро­вать (создать) на экране дисплея компьютера виртуальную перед­нюю управляющую панель стационарного измерительного при­бора. Сама управляющая панель с виртуальными кнопками, ручками и переключателями, сформированная на экране дисплея, становится панелью управления виртуального прибора. В отли­чие от реальной панели управления стационарного измеритель­ного прибора, виртуальная панель может быть многократно пере­строена в процессе работы для адаптации к конкретным условиям эксперимента. В зависимости от используемой платы и программного обеспечения пользователь получает измеритель­ный прибор под ту или иную метрологическую задачу.

Рассмотрим виртуальный цифровой запоминающий осцил­лограф ЛАн10М4. Внешний вид программного интерфейса (вир­туальной графической измерительной панели) цифрового вирту­ального осциллографа представлен на рис. 12.4.

Виртуальный цифровой запоминающий осциллограф пред­назначен для наблюдения, регистрации, долговременного хране­ния, анализа и измерения амплитудных и временных параметров различных импульсных, периодических и случайных процессов. Программный пакет «осциллограф», заложенный в память ком­пьютера, обменивается данными с ПСД по готовности прибора к обработке. После выдачи плате специальной команды на сбор данных о исследуемых сигналах, программа ожидает от нее со­общения об окончании процедуры заполнения буферной памяти, встроенной в ПСД. Затем анализируемые сигналы поступают в компьютер, их обработку и исследование полностью передают процессору. Программные файлы позволяют с помощью компью­тера документировать исследуемые процессы, сравнивать сигна­лы с эталонными и отображать сигналы, созданные пользовате­лем в его программах.

Принцип действия платы сбора данных упрощенно можно описать следующим образом. Процесс сбора данных можно ус­ловно разделить на два этапа: запись оцифрованных сигналов в буферную память ПСД (соответствует обратному ходу луча ре­ального осциллографа) и передача данных в виртуальный осцил­лограф, их обработка и вывод на экран (соответствует прямому ходу луча реального осциллографа). Режим «прямого хода луча» (интерват обновления изображения на экране) зависит от объема памяти записывающего буфера ПСД, быстродействия процессора и ОЗУ компьютера, числа каналов осциллографа.

Несмотря на то, что исследуемые сигналы — аналоговые, изображение на виртуальном экране (дисплее компьютера) ос­циллографа формируется после аналого-цифрового преобразова­ния и поэтому является дискретным. Виртуальные кнопки, ручки, переключатели и другие элементы графического интерфейса практически не отличаются от реальных. Единственное и главное их отличие заключается в изменении положения ручек и переклю­чателей, которое осуществляют с помощью «мыши» (или клавиа­туры), а не рукой, как у реальных измерительных приборов.

На рис. 12.5 показан внешний вид программного интерфейса виртуального цифрового анализатора спектра, а на рис. 12.6 — внешний вид программного интерфейса цифрового генератора сигналов.

Виртуальный анализатор спектра может исследовать от 2 до 1024 гармонических составляющих и позволяет вычислить амплиту­ды и фазы гармоник, а также коэффициенты Фурье спектрального представления исследуемого сигнала.

Представленный генератор сигналов ЦГС-31 способен созда­вать широкую сетку частот и имеет много режимов работы, позво­ляющих регулировать различные параметры выходных сигналов.

Достоинства рассмотренного виртуального цифрового запоми­нающего осциллографа:

• высокая точность измерений параметров сигналов или цепей;

• яркий, четко сфокусированный экран на любой скорости раз­
  вертки и резко очерченные контуры изображения;

• широкая полоса пропускания;

• возможность запоминания эпюры сигнала на произвольное время;

• автоматическое измерение параметров сигналов;

• возможность статистической обработки результатов измерения;

• наличие средств самокалибровки и самодиагностики;

• наличие принтера и плоттера для создания отчета о результа­тах измерений, а также упрощенная архивация результатов изме­рений;

• возможность сравнения текущих данных с образцовыми или
  предварительно записанными;

• возможность исследования переходных процессов, проте­кающих в электрических цепях.

Таким образом, широкие вычислительные возможности вир­туальных приборов позволяют реализовать программными мето­дами многие способы повышения точности измерений, эффек­тивности и быстродействия. Например, если полученная при измерениях гистограмма распределения физической величины, наблюдаемая экспериментатором на дисплее компьютера, имеет выпавшие результаты и сглаженную форму, то можно предполо­жить существование выбросов и наличие дрейфа измеряемой ве­личины или погрешности. Для устранения выбросов можно ис­пользовать одну из статистических программ.

Виртуальные приборы имеют большое преимущество перед микропроцессорными измерительными приборами, поскольку пользователь получает доступ к обширным объемам прикладных программ, может использовать внешнюю память большой емко­сти и различные устройства документирования результатов изме­рений. Сочетание платы сбора данных, измерительного устройст­ва и персонального компьютера представляет оператору новые возможности, недостижимые автономными измерительными приборами. При этом для проведения эксперимента и измерений необходимо только наличие компьютера, а все остальные про­граммно-аппаратные средства подбирают исходя из технических требований самого проводимого эксперимента. К преимуществам виртуальных приборов относится и их экономическая эффектив­ность — практически любая плата сбора данных и компьютерные программы обработки измерительной информации намного де­шевле измерительного прибора. Многие метрологические, изме­рительные и исследовательские задачи в XXI веке будут решаться с помощью виртуальных приборов.

12.6. Интеллектуальные измерительные системы

Интеллектуальные измерительные системы — системы, ко­торые могут индивидуально программироваться на выполнение специфических задач, используя программируемый терминал (программатор) для ввода параметров конфигурирования. Такие системы снабжены средствами представления информации: дис­плей для визуализации мнемонических символов команд, цифро­выми индикаторами, представляющими оператору необходимую информацию, и клавишами переключения видов работы. Блок бес­перебойного питания обеспечивает сохранность программ при от­ключении питания на длительное время.

Подобные измерительные системы способны выполнять все функции измерения и контроля в реальном масштабе времени. Это позволяет осуществлять функции измерения и контроля «вы­сокого уровня» без использования больших компьютеров. При автономном функционировании такая ИС обеспечивает непре­рывные измерения и контроль заданных параметров, сбор дан­ных и обработку сигналов.

Интеллектуальные измерительные системы имеют сущест­венные преимущества перед традиционными, а именно:

• высокое быстродействие контуров управления процессами
измерения, а также высокую скорость сбора данных;

• универсальность — стандартные интерфейсы обеспечивают
  простое подключение к любым системам и оборудованию;

• высокую надежность на каждом системном уровне — приме­нение универсальных методов обеспечивает безотказную работу;

• взаимозаменяемость; так как интеллектуальные системы -
  стандартные устройства, индивидуально программируемые в
  расчете на их специфические функции, то каждое из них может
  быть заменено другим устройством того же функционального
  назначения; каждую систему можно рассматривать как резервную для любого типа систем того же класса, что уменьшает число
  дополнительных резервных средств измерения, контроля, управления и регулировки и сводит к минимуму аварийный период в ма­ловероятном случае выхода из строя какого-либо элемента.

Принципы построения и структуры интеллектуальных ИС интегрируют в себе все лучшие стороны традиционных систем, но более насыщены микропроцессорной и компьютерной техни­кой. Интеллектуальные измерительные системы позволяют соз­дать алгоритмы измерений, которые учитывают рабочую, вспо­могательную и промежуточную информацию о свойствах объекта измерений и условиях измерений, Обладая способностью к перенастройке и перепрограммированию в соответствии с из­меняющимися условиями функционирования, интеллектуальные алгоритмы позволяют повысить быстродействие и метрологиче­ский уровень измерений.

12.7. Стандартные интерфейсы

Интерфейсом называют устройство сопряжения компьютера со средствами измерений или любыми другими внешними систе­мами. Иногда в это понятие включают и программное обеспече­ние автоматизированной системы. Обычно в измерительных сис­темах используют стандартные модули, подключенные к общей магистрали, и стандартные интерфейсы. При этом для решения новой метрологической задачи достаточно сменить часть модулей, используемых в качестве источника или приемника инфор­мации, и программное обеспечение.

В зависимости от задач ИС, номенклатуры используемых средств измерений и их характеристик можно построить интер­фейсы различной сложности с разными структурами. Создание интерфейсов для каждой задачи или групп задач экономически невыгодно, поэтому разработаны стандартные интерфейсы.

Рассмотрим стандартные интерфейсы МЭК 625.1 и КАМАК, которые являются магистральными, поскольку в них все устрой­ства подключены к общей магистрали. По отношению к основ­ной магистрали измерительной системы устройства могут быть источником информации или ее приемником. В каждый момент в измерительной системе может быть только один источник. При­емник служит для приема информации, их может быть несколь­ко. Каждое устройство (источник или приемник) имеет свой ад­рес, по которому осуществляют его вызов для обмена информа­цией. Адресацию устройств и управление их работой выполняет контроллер.

Интерфейс МЭК 625.1

Интерфейс МЭК 625.1 используют в небольших локальных ИС на основе еще серийно выпускаемых промышленностью средств измерений: цифровых вольтметров, частотомеров, про­граммируемых генераторов, в состав которых введены интер­фейсные модули, позволяющие использовать средства измерений как автономно, так и в составе ИС. Если имеются необходимые приборы с интерфейсами и можно выбрать компьютер, то созда­ние аппаратной части ИС заключается в соединении всех состав­ных приборов с компьютером специальным кабелем со стандарт­ным разъемом.

Характеристики

Список файлов книги