Сапожников Пояснительная записка (1230236), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

- блочной диаграммы, описывающей логику работы виртуального прибора;

- лицевой панели, описывающей внешний интерфейс виртуального прибора.

Лицевая панель виртуального прибора содержит средства ввода-вывода: кнопки, переключатели, светодиоды, верньеры, шкалы, информационные табло и т. п. Блочная диаграмма содержит функциональные узлы, являющиеся источниками, приемниками и средствами обработки данных.

5.2 Программное обеспечение устройства

С использованием программного обеспечения NI LabVIEW была разработана программа для инициализации, конфигурации и опроса двух акселерометров ADXL 345, а также разработана программа, вычисляющая время распространения ударной волны между двумя смежными вагонами.

Для работы с различными целевыми устройствами в LabVIEW есть возможность создания проектов – файл с расширением .lvproj, который включает в себя ссылки на файлы проекта, информацию сборке приложения, о конфигурации, развертывании.

В данной работе также создан такой проект, который содержит одну библиотеку и три виртуальных прибора, два из которых выполняются на компьютере оператора, а один непосредственно на контроллере NI MyRIO. Окно с проектом представлен на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Проект

Недостатком NI MyRIO является отсутствие элемента питания, который отвечает за отсчет системного времени контроллера, что приводит к сбрасыванию времени при отключении внешнего питания. Для автоматической настройки времени был разработан виртуальный прибор «Get and Set Time», который устанавливает время компьютера в контроллер. Лицевая панель и блок-диаграмма, программы настройки времени представлена на рисунках 5.2 и 5.3 соответственно.

Рисунок 5.2 – Блок-схема

Рисунок 5.3 – Лицевая панель

Для настройки времени в окне «Устройство» необходимо выбрать котроллер, на котором необходимо произвести настройки даты и времени. В окнах «Имя пользователя» и «Пароль» ввести данные для разрешения доступа к настройке устройства. Строка «Часовой пояс» заполняется при необходимости, а в графе с названием «Новое время» вводится дата и время, которые нужно установить на MyRIO. В эту графу информация вводится тогда, когда необходимо установить время, отличное от системного времени компьютера оператора, если такой необходимости нет, то вводить ничего не нужно.

Для инициализации, конфигурации и опроса акселерометра ADXL 345 создан другой виртуальный прибор, который выполняется непосредственно самим контроллером. Управление и сбор данных с датчиков производится с помощью протокола I²C.

I²C – двухпроводной интерфейс, разработанный корпорацией Philips. Максимальная скорость передачи данных составляет 1Мбит/с. К одной шине I²C могут быть подключены устройства с различными скоростями доступа, если скорость передачи данных будет удовлетворять требованиям самого низкоскоростного устройства.

Протокол передачи данных по шине I²C разработан таким образом, чтобы гарантировать надежный качественный прием/передачу данных. При передаче данных одно устройство является «Ведущим», которое инициирует передачу данных и формирует сигналы сигнализации. Другое устройство «Ведомое», которое может начать передачу данных только по команде ведущего шины. Каждое устройство на шине I²C имеет уникальный адрес. Когда ведущий инициирует передачу данных, то сначала передаётся адрес устройства, к которому выполняется обращение. Остальные устройства проверяют переданный ведущим адрес. В состав байта адреса устройства входит бит направления передачи данных.

В программе имеется две одинаковые структуры Stacked Sequence (сложенная последовательность), в которых происходит установление связи с акселерометром и настройка его к работе для этого использованы функциональные блоки опроса, каждая из этих структур настраивает свой акселерометр.

Структура Stracked Sequence располагает кадры один над другим, поэтому отображается только один кадр. Кадры исполняются в последовательном порядке начиная с нулевого. В разработанной программе у структур имеется 8 кадров. Внутри каждого кадра имеется виртуальный прибор для работы с протоколом I²C, который, передает данные ведомому устройству, а также 2 поля ввода настроек датчика. В верхнее поле вводятся биты адреса, которые даны в инструкции к датчику, а в нижнее непосредственно значения битов настройки.

В нулевом кадре производится включение или отключение функции самотестирования. Когда функция самотестирования включена (через SELF_TEST бит в регистре DATA_FORMAT, значение 1 включает самопроверку, 0 отключает), к механическому датчику прикладывается электростатическое усилие. Это электростатическое усилие перемещает чувствительный элемент таким же образом, как ускорение.

Также в этом кадре производится настройка диапазона измеряемых значений акселерометра. Допустимые диапазоны и значения необходимые для установки этого значения представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Установки диапазона измеряемых ускорений

В следующем кадре производится настройка режима энергопотребления. Акселерометр автоматически регулирует энергопотребление в зависимости от скорости передачи данных. Если необходимо дополнительное энергосбережение, то для входа в режим пониженного энергопотребления, нужно установить LOW_POWER бит (бит 4) в BW_RATE регистре. В этом режиме внутренняя частота дискретизации снижается, что позволяет снизить потребление энергии в диапазоне скоростей передачи данных от 12,5 Гц до 400 Гц за счет несколько большего шума. Дополнительная мощность может быть сохранена, если ADXL345 автоматически переключается в режим сна во время простоя. Для работы при еще более низкой мощности, можно использовать режим ожидания. В этом режиме потребление тока снижается до 0,1 мкА, измерения не производятся. Для ввода акселерометра в этот режим необходимо очистить бит D3 в реестре POWER_CTL. Настройки представлены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 – Установки режима энергопотребления и частоты выхода данных

В кадре с номером два производится настройка включений и отключений датчика. Здесь возможно задать условия, когда датчик должен работать, а когда переходить в спящий режим.

В следующих трех кадрах производится калибровка смещения осей измерения ускорений. Настройка каждой оси измерений производится в отдельном кадре. Здесь задаётся установленное смещение с масштабным коэффициентом 15,6 mg / LSB (то есть, 0x7F = 2 g). Значения, которые хранятся в регистрах, автоматически добавляются к измеренным ускорениям, и полученное значение сохраняется в выходных данных. Структура представлена на рисунке 5.4.

Рисунок 5.4 – Структура управления и настройки акселерометра

Также в программе имеется структура «While Loop». Структура «While Loop», повторно выполняет под-диаграмму до тех пор, пока удовлетворяется некоторое условие. В разработанной программе остановка производится путём нажатия кнопки Stop. Внешний вид цикла представлен на рисунке 5.4

Считывание данных с датчиков производится с помощью виртуальных приборов, предназначенных для работы с протоколом I²C, которые настроены на приём данных. Виртуальный прибор считывает массив, где зашифрованы значения измеряемых ускорений всех трех осей. К каждой оси относится две строки. Оси Х соответствует нулевая и первая строка, оси Y – вторая и третья, а оси Z – четвертая, пятая. При помощи функции «Index Array» из массива приходящих данных извлекаются необходимые строки. Далее, при помощи функции «Join Number», значения двух строк склеиваются в одно значение, которое далее переводится из двоичной системы счисления в десятеричную. Максимальное значение, которое выдает датчик равно 512, что соответствует значению ускорения равному 2 g. Если 2 g равняется 512, появляется необходимость рассчитать коэффициент, умножив на который значение ускорения сразу выводилось в единицах g. Для его определения максимально возможное количество g, то есть 2, делится на 512 получается 0,00390625, что и является необходимым коэффициентом. После чего производится фильтрация результата при помощи виртуального прибора «Mean PtByPt VI». Он вычисляет среднее значение в наборе входных точек данных, длина которого задается. Для того чтобы не было существенного искажения данных, длина сглаживаемого образца взята равной пяти.

Описанные блоки помещаются в цикл «For Loop». Структура «For Loop» (цикл с заданным числом итераций), выполняет содержащиеся в нем блоки заданное число раз, в данном случае задано 2000 раз с задержкой 500 мкс. На выходе цикла образуется массив размером 2000 строк, в нем содержатся все значения ускорении данной оси, измеренные за последнюю секунду. Визуализация измеренных ускорений производится с помощью виртуальных осциллографов.

Для корректной записи в память измеренных данных каждому значению ускорения необходимо соотнести точное время. Для этого используется функциональный блок «Build Waveform», который объединяет текущее время, временной шаг и измеренные значения. Он помещен за пределы цикла «While Loop». Для создания сигнала, который помимо измеренных значений должен нести в себе и временные параметры, к блоку «Build Waveform» подключен нулевой массив, нули которого будут заменены на измеренные значения, блок «Get Date/Time In Seconds Details», который на выходе дает текущее время и дату, и число секунд, которое является шагом отсчета времени. Внутри структуры «While Loop» сигнал, образуемый блоком «Build Waveform», связывается с массивами, полученными в цикле «For Loop».

Характеристики

Список файлов ВКР