Jelgenerálás virtuális eszközökkel,kommunikációs protokollok

Jelgenerálás virtuális eszközökkel ,kommunikációs protokollok

Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás 10. előadás Schiffer Ádám egyetemi adjunktus Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék

LabVIEW-7.1 EA-3/1

Soros jelátvitel szabványos protokoll: RS232, RS422, RS485 •Az RS232, és továbbfejlesztett változatai, főként az RS485, a gyakorlatban széles körben alkalmazott protokoll, gazdaságos megoldást nyújt olyan esetekben, amikor a feladat nem követel nagy működési sebességet. •protokoll: lásd Számítógép architektúrák II •Az RS232 szabványt a rendszerigények növekedésével továbbfejlesztették. •Az RS422 már differenciál jelátvitelt tesz lehetővé, ahol nincs földátvitel, az adó és a vevő külön földre van kötve.

Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék

LabVIEW-7.1 EA-3/2

RS422, RS485 Az RS 422 alapvető jellemzői: •maximális sebesség: 10Mbps (10m-re) •maximális kábelhossz: 1200m (100kbps) •adók száma: 1 •vevők száma max.: 10 Az RS 485 szabvány szerint kétirányú kommunikáció (halfduplex) valósítható meg, amelyben már a vevők száma 32-re emelhető. A maximális sebesség 35Mbps-ra növekedett.


LabVIEW-7.1 EA-3/3

Párhuzamos jelátvitel szabványos protokoll: IEEE488 (GPIB) •párhuzamos adatátvitel •Ezzel a rendszerrel a jelátviteli sebesség jelentősen növelhető, viszont nagy távolságokra nehéz gazdaságosan alkalmazni ezt a módszert. •Az IEEE488, és változatai a legelterjedtebb párhuzamos kommunikációs protokoll, ame-lyet 1972-ben a Hewlett Packard Corporation fejlesztett ki és jelentetett meg GPIB (General Purpose Interface Bus) elnevezéssel, majd 1975-ben szabványosították (IEEE488). •A GPIB hálózatorientált rendszer, amely nagy átviteli sebességet és nagyszámú műszerparkot tesz lehetővé. A rendszerbe kapcsolható berendezéseket 3 kategóriába sorolhatjuk: •vevő (listener) •adó (talker) •vezérlő (controller).


LabVIEW-7.1 EA-3/4

GPIB •A vezérlő nem kizárólag, de legtöbbször egy PC, amely figyeli a hálózatot, és kérésre “összekapcsolja” az adót és a vevőt • ha szükséges, un. party-line kapcsolatot hoz létre, amelyben 1 adótól több vevő is kap adatot egyszerre. •A GPIB half-duplex kommunikációt tesz lehetővé.


LabVIEW-7.1 EA-3/5

GPIB A párhuzamos kommunikációnak köszönhetően a rendszerrel 1 Mbyte/s sebesség érhető el, de emellett ennek a rendszernek is meg vannak a maga korlátai: - 2 berendezés közötti távolság max.: 4 m - 2 berendezés közötti átlagtávolság: 2 m - a berendezések közötti össztávolság: 20 m - legalább a műszerek 2/3-a be kell legyen kapcsolva. A National Instruments cég továbbfejlesztette a GPIB-t. Az új szabvány 2003ban jelent meg IEEE-488.1-2003 néven, ami a IEEE-488.1 verzióval kompatibilis, de attól 8-szor gyorsabb (maximális adatátviteli sebessége 8 Mbyte/s).


LabVIEW-7.1 EA-3/6

GPIB előnyei •Több, mint 5000 GPIB eszköz kapható jelenleg •Software kompatibilitás más interfészekkel •Könnyen kezelhető •Kis késleltetés(kevesebb, mint 100 µs, jobb mint LXI és USB) •Jó sávszélesség (1.8 MB/s → IEEE 488 , 8 MB/s → HS488) •Masszív kábelek •Nagy távolságú távvezérlés lehetséges optikai és Ethernet csatolókkal


LabVIEW-7.1 EA-3/7

GPIB PÉLDA

L-listener; T-talker; D-kimarad a kommunikációból L* - vezérlés szempontjából listener. Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék

LabVIEW-7.1 EA-3/8

GPIB LINEÁRIS MŰSZERELRENDEZÉS •Lineáris műszer elrendezésben a vezérlőhöz (pl. PC) egy műszer csatlakozik („A” berendezés) • a vezérlőhöz csatlakozó berendezés aljzatához kapcsolódik a „B” berendezés vezetéke, majd ahhoz a következő. •Ezzel az elrendezéssel lehet a vezérlőtől a legnagyobb távolságra elhelyezni egy adott műszert. 10 műszeres rendszer esetén, a 2 m-es átlagtávolságot figyelembe véve 20 m távolságra helyezhető el a 10. műszer a vezérlő PC-től. •Vezérlés szempontjából azonban figyelembe kell venni, hogy egy műszer elérési sebessége a vezérlőtől való távolságtól is függ.


LabVIEW-7.1 EA-3/9

GPIB CSILLAG MŰSZERELRENDEZÉS

Csillag elrendezésben minden műszer a vezérlőhöz csatlakozik közvetlenül, vagyis a vezérlőtől a maximális műszertávolság 4 m lehet. Ebben az elrendezésben minden műszer azonos elérési sebességgel vezérelhető.


LabVIEW-7.1 EA-3/10

VXI (VMEbus eXtensions for Instrumentation, IEEE1155/1993) •cél, hogy javítsák a GPIB-hez képest a modul-kártyákból összekombinált mérőeszközök időzítési és szinkronizációs jellemzőit. •Mára a műszerezés legdinamikusabban fejlődő ágává vált, VXI rendszer lehetséges konfigurációi: • PC GPIB interfészen keresztül kommunikál a VXI-kerettel, a fordítás a VXI-kereten belül történik VXI Word Serial Protocol-lal • A számítógép a VXI-keretben van elhelyezve, hasonlóan az általa irányított kártyákhoz • PC High Speed MXIbus linken (lásd később) keresztül kommunikál a VXI-kerettel Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék

LabVIEW-7.1 EA-3/11

VXI előnyei

•VXI busz legigényesebb alkalmazások kezelésére, több igényes vállalat együttműködéséből jött létre •19 éve sikeres vezető moduláris eszköz •Jól tesztelt, megbízható •Flexibilis


LabVIEW-7.1 EA-3/12

VXIbus alapjai VME busz (VERSAmodule Eurocard, 1981, IEEE-10141987) •Célja egy nyitott, mikroprocesszortól független, robusztus számítógépes buszszabvány kialakítása. •Alapját VERSAbus elektronikai specifikációi és az Eurocard formátum képezi. •A VMEbus elsősorban számítógép rendszerek számára lett kifejlesztve, műszerezéshez korlátozott lehetőségeket nyújt. • A VMEbus modulok kb 15cm (6 inch) széles, 11 (4 inch) vagy 23cm (9 inch) magas modulok (“A” és “B” méret), a pontos méreteket az Eurocard szabvány határozza meg.


LabVIEW-7.1 EA-3/13

VXIbus jellemzői • Mester-szolga architektúra (több mester is lehet a buszon) • Aszinkron működés (nincs órajel) • Változtatható sebességű kézfogásos protokoll • 16-tól 32 bitesig változtatható címzési rendszer • 8-tól 32 bitesig változtatható adatbusz • 160 MB/s adatátviteli sebesség • megszakítás lehetőségek • akár 21 eszköz is csatlakoztatható a buszra


LabVIEW-7.1 EA-3/14

VXIbus jellemzői

•A VXIbus a VMEbus bővítésével jött létre, és modulrendszerű “kártyaműszerek” (instruments on a card) alkalmazását teszi lehetővé. •Ez egy nyitott rendszer, különböző gyártók műszerei, interfaceek, számítógépei teljesen kompatibilis modulokban építhetők egybe ugyanazon kártyabővítő keretbe (card chassis). •Amíg a GPIB egy kommunikációs szabvány, a VXIbus egy rendszer szabvány.


LabVIEW-7.1 EA-3/15

VXIbus architektúrája A VXIbus rendszer 5 elemből épülhet fel: •rendszer •alrendszer •műszer •modul •csatlakozó. A rendszer lehet egy kis, néhány műszert tartalmazó hordozható egység, vagy egy több-keretes nagy rendszer. A rendszerbe beépíthető egy vagy több (max. 13 modul) alendszer egy központi órajel modullal ellátva. A VXIbus műszer általában egy kiegészítő kártyára épített egység, amely magába foglal-hat CPU-t, interfaceket, digitál I/O-kat vagy a legkülönfélébb kártyára épített műszereket, mint A/D, számláló, jelgenerátor, logikai analizátor, stb. A modul alatt tipikusan egy kártyaösszeállítást értünk. A VXIbus specifikáció meghatározza a 3 csatlakozó kiosztását is, amely a rendszerbe foglalt műszerek közötti kapcsolatot teremti meg. Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék

LabVIEW-7.1 EA-3/16

VXI rendszer különböző konfiguráció lehetőségei


LabVIEW-7.1 EA-3/17

PXI (PCI eXtensions for Instrumentation, nyílt ipari specifikáció, 1997) •A National Instruments, PXI System Alliance hozta létre. •A PXI célja a mérőrendszerek és a PC-k nagyobb fokú integrációjának elérése, hogy a PC-k rohamos fejlődése közvetlen hatással legyen a méréstechnika minőségi jellemzőire és áraira is •Alapja a CompactPCI specifikáció (mely a PCI buszrendszert házasította össze az Eurocard robusztus rendszerével), elektronikai, mechanikai és szoftver kiegészítésekkel.


LabVIEW-7.1 EA-3/18

PXI (PCI eXtensions for Instrumentation, nyílt ipari specifikáció, 1997)

NI PXI-8108 controller 2.53 GHz Intel Core 2 Duo T9400 Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Kar Műszaki Informatika Tanszék

LabVIEW-7.1 EA-3/19

PXI (PCI eXtensions for Instrumentation, nyílt ipari specifikáció, 1997)


LabVIEW-7.1 EA-3/20

MXI busz (Multisystem eXtention Interface Bus) • MXI-1 busz: GPIB eszköz és VXI-keret kommunikációja • MXI-2 busz: VXI és PXI eszközök kommunikációja • MXI-3 busz: PXI-PXI vagy PC-PXI, tulajdonképpen egy PCIPCI híd (bridge), mely soros kommunikációt használ réz vagy optikai kábelen • MXI-4 busz: PC és PXI eszköz kommunikációja


LabVIEW-7.1 EA-3/21

MXI busz (Multisystem eXtention Interface Bus)

•Az MXI busz a VME ill. VXI rendszerekhez lett kifejlesztve. •Ez a VME busztól származó rendszer, rugalmas kábelen teszi lehetővé, hogy a különböző műszer-keretek akár 20 méter távolságról egymással kommunikáljanak. •Fontos jellemzője, hogy az így összekapcsolt eszközök képesek olvasási és írási műveleteket végezni egymás regisztereibe, a kommunikációt hardverszinten valósítják meg.


LabVIEW-7.1 EA-3/22

USB (Universal Serial Bus) •Az USB-t egy szabványosított interfésznek tervezték, amin keresztül könnyedén lehet eszközöket kapcsolni a számítógéphez annak újraindítása nélkül. •Az USB így nem csak adatok szállítására alkalmas, hanem árammal is elláthatja azokat az eszközöket, amelyek áramfelvétele nem nagyobb 500mA-nél. •Különböző elosztok (HUB) segítségével egy USB kapura akár 127 egységet is csatlakoztathatunk. •USB által támogatott adatátviteli sebességek: •Alacsony sebesség – Low Speed (1.1, 2.0 verziónál): 1,5 Mbps (192 KB/s) •Teljes Sebesség – Full Speed (1.1, 2.0 verziónál): 12 Mbit (1,5 MB/s), •Megemelt sebesség – Hi-Speed (2.0 verziónál): 480 Mbps (60 MB/s)


LabVIEW-7.1 EA-3/23

USB (Universal Serial Bus)


LabVIEW-7.1 EA-3/24

FireWire (IEEE 1394) •A szabványt az Apple alkotta meg 1995-ben. Az USB -hez hasonló, kevésbé elterjedt, nagy sebességű soros kommunikáció szabvány. Maximálisan 63 berendezést lehet hozzácsatlakoztatni és az USB-hez hasonlóan ez is elláthatja árammal a berendezést. •• FireWire 400 (IEEE 1394a): 100, 200, or 400 Mbps •• FireWire 800 (IEEE 1394b): maximum 800 Mbps

FireWire csatlakozótípusok


NI DAQPad-6052E FireWire-al LabVIEW-7.1 EA-3/25

Ethernet •Manapság használatos helyi hálózati technológia. •Eredeti verziója mintegy 10MB/s körü-li adatátviteli sebességet tett lehetővé, de megjelent azóta Fast Ethernet (100MB/s) és Gigabit Ethernet technológiák (1000MB/s). •Az Ethernet átviteli közegként koaxiális kábel, sodort érpár és optikai kábel egyaránt használható. •Az Ethernet hálózatok busz és csillagtipológia mentén kialakíthatók.


LabVIEW-7.1 EA-3/26

Folytonos idejű jelek diszkrét idejű mérése A mintavételezési kártya, Built in


LabVIEW-7.1 EA-3/27

Mágneses Hiszterézis Mérése

R n −etalon ellenállás U n −etalon ellenállás feszültsége

DAQ

U x −indukált feszültség U s − forrásfeszültség

N 1 , N 2 −menetszám l−közepes hossz A−ker esztmetszet

Un U N = i , H ⋅ l = N1 ⋅ i , H = n 1 Rn Rn l

U x =N 2

dΦ , dt


∫ U x dt Φ= B⋅A ,

B=

t

N2A

LabVIEW-7.1 EA-3/28

Mágneses Hiszterézis Mérése

P


S

LabVIEW-7.1 EA-3/29

A mérőberendezés sematikus vázlata

1 mérőberendezés

Ugmax=300 mV Ugmin=100 mV

_ Ug

+

Rn

AI0

R=0,01 Ω N1=70 l= 170 mm N2=70 A= 35 mm2 fmin=5 Hz fmax=200 Hz

AI1


LabVIEW-7.1 EA-3/30

Jelgenerátor adatainak kivitele National Instruments/LabVIEW 7.1/examples/DAQmx/Analog Out


LabVIEW-7.1 EA-3/31

Jelgenerátor adatainak kivitele National Instruments/LabVIEW 7.1/examples/DAQmx/Analog Out


LabVIEW-7.1 EA-3/32

Jelgenerátor adatainak kivitele, Create Virtual Channel National Instruments/LabVIEW 7.1/examples/DAQmx/Analog Out


LabVIEW-7.1 EA-3/33

Jelgenerátor adatainak kivitele, Create Virtual Channel National Instruments/LabVIEW 7.1/examples/DAQmx/Analog Out


LabVIEW-7.1 EA-3/34

Jelgenerátor adatainak kivitele, Waveform Buffer Generation National Instruments/LabVIEW7.1/examples/DAQmx/Analog Out


LabVIEW-7.1 EA-3/35

Jelgenerátor adatainak kivitele, DAQmx Timing National Instruments/LabVIEW 7.1/examples/DAQmx/Analog Out


LabVIEW-7.1 EA-3/36

Jelgenerátor adatainak kivitele, DAQmx Write National Instruments/LabVIEW 7.1/examples/DAQmx/Analog Out


LabVIEW-7.1 EA-3/37

Jelgenerátor adatainak kivitele, DAQmx Start Task National Instruments/LabVIEW 7.1/examples/DAQmx/Analog Out


LabVIEW-7.1 EA-3/38

Jelgenerátor adatainak kivitele, Wait Until Done National Instruments/LabVIEW 7.1/examples/DAQmx/Analog Out


LabVIEW-7.1 EA-3/39

Jelgenerátor adatainak kivitele, Is Task Done National Instruments/LabVIEW 7.1/examples/DAQmx/Analog Out


LabVIEW-7.1 EA-3/40

Jelgenerátor adatainak kivitele, DAQmx Clear Task National Instruments/LabVIEW 7.1/examples/DAQmx/Analog Out


LabVIEW-7.1 EA-3/41

Jelgenerátor adatainak kivitele, DAQmx Simple Error Handler National Instruments/LabVIEW 7.1/examples/DAQmx/Analog Out


LabVIEW-7.1 EA-3/42

Jelgenerátor adatainak kivitele, Front panel National Instruments/LabVIEW 7.1/examples/DAQmx/Analog Out


LabVIEW-7.1 EA-3/43

Jelgenerátor adatainak kivitele-válaszjel beolvasása National Instruments/LabVIEW 7.1/DAQmx/


LabVIEW-7.1 EA-3/44



LabVIEW-7.1 EA-3/45



LabVIEW-7.1 EA-3/46



LabVIEW-7.1 EA-3/47



LabVIEW-7.1 EA-3/48

Jelgenerátor adatainak kivitele-válaszjel beolvasása,


LabVIEW-7.1 EA-3/49

Mérési Adatgyűjtés,Egymásutáni (Sequenciális) Programozás

.. . első lépés, első szint


n-edik lépés n-edik szint

második lépés második szint

LabVIEW-7.1 EA-3/50

Első szint, Jelgenerátor adatainak kivitele, válaszjel beolvasása I


LabVIEW-7.1 EA-3/51

Adatgyűjtés, Jelmozgatás a "Front Panelen"


LabVIEW-7.1 EA-3/52

Második szint, Adatkiértékelés, Hiszterézis előállítása


LabVIEW-7.1 EA-3/53

Adatkiértékelés, a hiszterézis a "Front Panelen" II

f=10 Hz Us=1 V


LabVIEW-7.1 EA-3/54


f=20 Hz Us=1 V


LabVIEW-7.1 EA-3/55


f=50 Hz Us=1 V


LabVIEW-7.1 EA-3/56

Adatkiértékelés, a hiszterézis a "Front Panelen" III


LabVIEW-7.1 EA-3/57

Harmadik szint, Jelfeldolgozás I


LabVIEW-7.1 EA-3/58

Harmadik szint, Jelfeldolgozás II 1. A jel spektruma, Fourier transzformáltja

F { x[k ]}=X  f  =∣X  f ∣e ∣X  f ∣−amplitúdó spektrum ϕ  f  − fázis spektrum


LabVIEW-7.1 EA-3/59

jϕ  f 

Harmadik szint, Jelfeldolgozás IIa 2. A jel energiaspektruma

∞

2

E = ∫ x  t  dt −∞ ∞

E=

∑

2

x[ k ] T

k =−∞ 2 ˙ E =¿∣X  f ∣

¿


LabVIEW-7.1 EA-3/60

A jelek Fourier transzformáltja


LabVIEW-7.1 EA-3/61

Jelfeldolgozás, Zajszűrés középértékkel Szűrés középértékkel = Medián filter a zajos jel

x[ i ]

1

2

i

N

a szűrés folyamata

J [i]

i-r

i-2

i-1

i

1 y [ i ]= x [ i ] , i=1,2 ,⋯ , N 2r1 ∑ i−r

a szűrés eredménye

1

2

i+r

ir

r - a szűrő rangja

y[ i ]

i+1 i+1

i


N LabVIEW-7.1 EA-3/62

Jelfeldolgozás, Zajszűrés


LabVIEW-7.1 EA-3/63



LabVIEW-7.1 EA-3/64


f=10 Hz


LabVIEW-7.1 EA-3/65

Az 3. villamos mérés feladatai Cél: Gerjesztő és válaszjelek mérése elektronikus áramkörben, virtuális eszközzel. (mágneses hiszterézis mérése LabVIEW programmal) 1. feladat: Ismertesse az adatbeolvasási és kiíratási ciklus szervezését, illetve a vasmagos tekercs hiszterézis kiszámításának módját, a szükséges program lépéseket. 2. feladat: Adott frekvenciájú gerjesztés mellett vegye fel az Un(t) és az Ux(t) feszültségek időfüggvényét, majd ebből állítsa elő a H(t) mágneses térerősség- és a B(t) mágneses indukció időfüggvényét, valamint a hiszterézis karakterisztikát. Miért más a hiszterézis görbe alakja, ha megismételjük a mérést? Mi az a maradó (remanens) mágnesesség? 3. feladat: Állapítsa meg az anyag előmágnesezett állapota miatt a karakterisztika excentricitását és ezekkel az értékekkel korrigálja a mért értékeket - ennek megfelelően javítsa ki a programot! Adja meg a korrekciók értékékeit. 4. feladat: Vizsgálja meg a hiszterézis karakterisztika változását nagyobb frekvencia esetén. Mi történik, ha az amplitúdót csökkentjük? Ábrákkal mellékelje és magyarázza meg a jelenséget. 5. feladat: Alkalmazzon Median szűrőt és vizsgálja meg, hogyan függ a zajszűrés minősége a szűrő rank-számától és a periódusban szereplő minták számától. 6. feladat: Vegye fel a B mágneses indukció, és a H mágneses térerősség spektrumát, ábrázolja az amplitudó és a fázis spektrumokat. Milyen léptékeket érdemes használni az x és y tengelyeken és miért? Miben különbözik H és B spektruma? Hozzon floppy lemezt/USB flash pendrive-ot az adatsorok, grafikonok mentéséhez! Készítsen jegyzőkönyvet az oktató által kiválasztott feladatokról!


LabVIEW-7.1 EA-3/66

Irodalom 1. Szakonyi L. Jelek és Rendszerek I, II, Pécsi Tudományegyetem, 2002. 2. www.ni.com/LabVIEW 3. Fodor Gy. Jelek és rendszerek, Műegyetemi Kiadó, 1998.


LabVIEW-7.1 EA-3/67

A mérés programja, I/1


LabVIEW-7.1 EA-3/68

A mérés programja, II


LabVIEW-7.1 EA-3/69

A mérés programja, III


LabVIEW-7.1 EA-3/70

A mérés programja, IV


LabVIEW-7.1 EA-3/71

A mérés programja, V


LabVIEW-7.1 EA-3/72

A mérés programja, VI


LabVIEW-7.1 EA-3/73

A mérés programja, VII


LabVIEW-7.1 EA-3/74

A mérés programja, VIII


LabVIEW-7.1 EA-3/75

A mérés programja, IX


LabVIEW-7.1 EA-3/76

Jelgenerálás virtuális eszközökkel,kommunikációs protokollok

Recommend Documents