MĚŘICÍ SYSTÉMY
Přehled - základní principy, použití, uživatelské vlastnosti Měřicí systém GP-IB (IEEE 488, IEC625 a další) - popis, princip komunikace, přenos zpráv a vícevodičových příkazů, princip přerušovacího systému a jeho význam, norma IEEE 488.2 (co definuje navíc), standardní systém příkazů SCPI Měřicí systémy na bázi zásuvných měřicích karet do PC, multifunkční karta (blok. schéma, uživatelské vlastnosti) Možnosti programování
A2B38EMB – P14
1
Možnosti připojení číslicových přístrojů k počítači a) sériové rozhraní RS-232 Výhoda: - standardní rozhraní počítače (COM1, COM2), levné. Nevýhody: - propojení bod – bod tj. 1 přístroj k jednomu rozhraní (standardně), - relativně nízká přenosová rychlost (115,2 Kb/s). b) USB 1.x Výhody:
- standardní rozhraní nových počítačů, - vyšší přenosová rychlost než RS-232 (6 Mb/s). Nevýhody: - 1 přístroj k jednomu rozhraní, pro více nutný rozbočovač (stromová struktura), - pouze nově vyvinuté přístroje.
c) přístrojové rozhraní GP-IB (IEEE 488, IEC-625) – podrobněji viz dále Výhody: - lze připojit až 14 přístrojů, - vyšší přenosová rychlost než RS-232 (1 MB/s), - standardní pro většinu čísl. přístrojů střední a vyšší třídy. Nevýhoda: - rozhraní GP-IB nepatří ke standardní výbavě počítače. LAN
ŘÍDICÍ POČÍTAČ
MONITOR
TISKÁRNA
GENERÁTOR
ŘÍZENÝ ZDROJ A2B38EMB – P14
IEEE 488
PROMĚŘOVANÝ OBJEKT
ŘEPÍNAČ MĚŘICÍCH MÍST
MULTIMETR ČÍTAČ 2
AWG5000 and AWG7000 Series Arbitrary Waveform Generators (Tektronix)
3. GPIB
Use the GPIB connector to connect the instrument to a GPIB controller for GPIB operation.
5. COM2 Use the COM2 serial port to connect to other devices through the serial port. 7. LAN
Use the RJ-45 connector to connect the instrument to a network.
9. COM1 Use the COM1 serial port to connect to other devices through the serial port. 11. USB
Use the USB connectors to connect a USB mouse, keyboard, or other USB device to the instrument.
A2B38EMB – P14
2
Možnosti připojení analogových signálů k počítači Centralizované systémy (pro malé vzdálenosti senzor – počítač) a) zásuvné měřicí desky do PC – podrobněji viz dále Výhoda: - levné řešení. Nevýhody: - nejsou standardizovány podmínky EMC uvnitř PC nelze zaručit přesnost měření, - galvanické spojení vstupů se zemí PC, - sběrnice PCI – malý počet volných „slotů“.
ANALOGOVÉ VSTUPY/VÝSTUPY
b) Modulární systémy (VME VXI, prům. verze PCI PXI) Výhody: - vyšší odolnost proto rušení, u VXI standardizovány podmínky EMC uvnitř syst., - vyšší počet volných „slotů“. - standardní pro většinu čísl. přístrojů střední a vyšší třídy. Nevýhoda: - vysoká cena EXT. ŘÍDICÍ POČÍTAČ
A2B38EMB – P14
ŘÍDICÍ MODUL
INT. ŘÍDICÍ POČÍTAČ
3
PXI system for Radio Test The Keysight Technologies, Inc. radio test reference solution is a combination of PXI hardware, software and measurement expertise providing the essential components of the radio test system in a single flexible and scalable chassis, including RF and audio signal generation and analysis. It enables fast and accurate test of transmitter and receiver performance of tactical and public safety radios.
NI PXIe-1071 4-Slot 3U PXI Express Chassis Compact form factor - ideal for desktop, rack-mount, or portable applications 3 peripheral slots - accepts 3U PXI Express and CompactPCI Express, PXI and CompactPCI modules in every slot Up to 1 GB/s per-slot dedicated bandwidth (x4 PCI Express), 3 GB/s total system bandwidth Low-jitter 10 MHz and 100 MHz reference clocks with 25 ppm stability A2B38EMB – P14
3
c) distribuované systémy pro měření a řízení Sériové komunikační kanály (většinou sběrnice RS-485 či její modifikace) Průmysl - pro velké vzdálenosti senzor – počítač PRŮMYSLOVÁ VERZE PC
VME SYSTÉM
PRACOVNÍ STANICE
LAN FIELDBUS (např. PROFIBUS) FIELDBUS (např. CAN)
AČP
DIO
ČAP
REGULÁTOR
KLÁVESNICE +DISPLAY
PROGRAMOVATELNÝ AUTOMAT
Motorová vozidla – pro zjednodušení kabeláže (CAN – více okruhů – Š Fabia – 2 až 3) A2B38EMB – P14
4
Měřicí systém GP-IB (IEEE 488, IEC625 a další) LAN
ŘÍDICÍ POČÍTAČ
MONITOR
TISKÁRNA
GENERÁTOR
ŘÍZENÝ ZDROJ
IEEE 488
PROMĚŘOVANÝ OBJEKT
ŘEPÍNAČ MĚŘICÍCH MÍST
MULTIMETR ČÍTAČ
maximální počet funkčních jednotek zapojených v systému: 15 (počítač + 14 přístrojů); celková maximální délka sběrnice: 20 m; maximální vzdálenost mezi dvěma funkčními jednotkami: 2 m; počet vodičů sběrnice: 24 - 8 datových – data, adresy, vícevodičové příkazy; - 3 pro řízení přenosu dat; - 5 pro vysílání jednovodičových zpráv; - 8 zemních vodičů); maximální přenosová rychlost: 1 MB/s (typicky nižší - 500 až 700 kB/s); elektrické úrovně signálu: TTL; L (< 0,8 V); H (> 2,0 V); logické úrovně signálu – inversní logika: TRUE ~ L; FALSE ~ H, standardizované zapojení konektoru (2 verze), funkce: řidič (controller), mluvčí (talker), posluchač (listener)
A2B38EMB – P14
5
Měřicí systém GP-IB (IEEE 488, IEC625 a další)
A2B38EMB – P14
2
Řízení přenosu dat: Asynchronní přenos - DAV – data valid (mluvčí – talker) - NRFD – not ready for data (posluchač – listener) - NDAC – not data accepted (posluchač – listener) Jednovodičové zprávy: - IFC (interface clear) nastavuje rozhraní do počátečního stavu, - REN (remote enable) přepnutí zařízení do dálkového ovládání - ATN (attention) definuje význam dat (F – data, T – adresy + vícevodičové zprávy), - SRQ (service request) žádost o obsluhu, - EOI (end or identify) Přenášená data: - adresy – 2 bity identifikační + 5 bitů adresa (01xxxxx – přij.; 10xxxxx – vys.; xxxxx = 11111 - odadresování), ATN = T, - vícevodičové příkazy – 00 + 5 bitů příkaz (GET, GTL, DCL apod.), ATN = T, - přístrojové zprávy (data), ATN = F, a) řetězce ASCII znaků + ukonč. znaky, b) bloky binárních dat (EOI).
A2B38EMB – P14
6
Základní algoritmus: 1. Funkční jednotky do dálkového řízení 2. Adresace příslušní F.J. na příjem 3. Vyslání řídicího řetězce - starší typ multimetru HP 3455A - "F1R3M3" funkce - ss napětí
rozsah 10 V
matematika vypnuta
- novější typy multimetru (SCPI) - "VOLT:DC:RANG 10;CALC:STAT OFF" napětí
stejnosměrné
rozsah 10 V
matematika vypnuta
4. Spuštění odměru (GET, nebo vysl. řídicího řetězce, např. „E“ nebo „FETCh:VOLT:DC“ 5. Adresace příslušní F.J. na vysílání 6. Vyslání naměřených hodnot, např. řetězce „VX.XXXXXEYY“ popř. bloku binárních dat. Body 1. – 3. popř. 4. realizuje obvykle jedna funkce ovladače rozhraní ve vyšším jazyce, např. pro velmi rozšířenou desky rozhraní firmy National Instruments lze naadresovat funkční jednotku jako "posluchače" a vyslat pro ni data (zprávu) příkazem: SEND(D,ADR1,A$,N,EM) číslo použité desky rozhraní adresa F.J. (dekadická hodnota)
vysílaný řetězec
ukončovací znak řetězce délka řetězce
V podstatě totéž platí pro body 5. a 6.: RECEIVE(D,ADR2,MDATA$,N,EM) číslo použité desky rozhraní adresa F.J. (dekadická hodnota) A2B38EMB – P14
data přijatá z F.J.
ukončovací znak řetězce délka dat 7
IEEE 488.2 (IEC 625-2) - možné sestavy funkcí rozhraní zařízení dle IEEE 488.1; - formát dat a syntaxi zpráv; - rozšířený stavový model zařízení; - soubor obecných příkazů a dotazů; - protokoly přístrojových zpráv. SCPI – Standard Commands for Programable Instruments Sdružení 9 nejvýznamnějších výrobců měřicích přístrojů; Univerzální „jazyk“ - nezáleží na typu a výrobci – není vázán na sběrnici GP-IB Z IEEE 488.2 obecné příkazy a dotazy, další rozšíření systému stavových registrů Stromová struktura příkazů, vycházející z anglické terminologie (celé nebo zkrácené), Nastavení voltmetru:
Nastavení vstupu osciloskopu: INP
CONF VOLT AC 0.5,0.005
“CONFigure:VOLTage:AC 0.5,0.005“
IMP 50
COUP DC
“INP:IMP 50;COUP AC;FILT ON“ “INP:IMP 50“ “INP: COUP AC“ “INP: FILT ON“
Příkazy odděleny “:“ popř “;“ , parametry od příkazu mezerou, Více úrovní: “MEAS:VOLT:AC? “
A2B38EMB – P14
FILT ON
vícenásobné parametry “, “
“CONFigure:VOLTage:AC 0.5,0.005“ “INP:IMP 50; FILT ON“ “INIT:IMM“ “FETCh:VOLT:AC? “ 8
Zásuvné měřicí moduly do PC a notebooků ANALOGOVÉ VSTUPY
MUX
S/H
AČP
FIFO
ŘÍDICÍ REGISTR
f/T
ANALOGOVÉ VÝSTUPY
ČÍTAČ/ČASOVAČ ČAP
R O Z H R A N Í
S B Ě R N I C E
ČAP fO
ČÍSL. V/V
DIO
Multifunkční modul: Analog. vstupy (8 - 32), analog. výstupy (1 – 4), čísl. vst./výst (4 - 16 bitů) Omezení: - galvanické spojení se zemí PC, - zákl. rozsah obvykle ± 5V, rozsahy < 1 V - značné rušení, - omezení vzork. rychlosti fVZ (AČP, sběrnice), - vícekanálová měření (n kanálů): fCH = fVZ/n; časový posuv A2B38EMB – P14
9
Měřicí moduly do PC, notebooků a s USB rozhraním NI PCI-6221 (37-Pin)
NI PCI-6221 (37-Pin) Analog Inputs: 16 SE/8 DI · 250 kS/s · 16 bits Analog Outputs: 2, · 833 kS/s, · 16 bits Digital I/O: 10 DIO, · 1 MHz Counter/Timers: 2, · 32 bits, · 80 MHz
A2B38EMB – P14
9
Jednoúčelové zásuvné moduly pro měření a řízení Moduly pro vysoké vzorkovací rychlosti (tzv. osciloskopické karty) až 2 GSa/s, vlastní paměť dat (desítky MSa); do paměti počítače se data přenášejí až po ukončení vlastního měření. Moduly s více analogovými výstupy
Moduly s galvanicky oddělenými čísl. V/V
Moduly čítačů a časovačů
Moduly s analogovými filtry
Moduly pro měření polohy a řízení posuvů
Moduly pro speciální senzory
GaGe Cobra Express CompuScope
Portable Sound and Vibration DAQ
8-Bit, 2.0 GS/s, PCIe Digitizer / Oscilloscope Board • 2 Digitizing Channels • 0.5, 1.0 or 2.0 GS/s Maximum Sampling Rate • 8-bits Vertical A/D Resolution • 2 GS to 32 GS Onboard Acquisition Memory • 500 MHz Input Bandwidth
USB Powered Dynamic Signal Analyzers The DT9837B has 4 simultaneous IEPE sensor inputs plus a synchronous tachometer input ideal for portable sound and vibration measurement applications
A2B38EMB – P14
9
Standardizované moduly pro předzpracování signálu 5Bxx (popř. MBxx, DT5xx apod., xx určuje druh modulu, předchozí kombinace výrobce) moduly o rozměrech ~ 50 x 50 x 15 mm mají standardizovaný konektor vč. rozložení vývodů Základní standardní parametry: galv. oddělení pro napětí do 1500 V; chyba převodu < 0,05 % z rozsahu, Označ. 30 31 32 34 35 36 37
ochrana vstup. popř. výstup. svorek do 240 V; nelinearita < 0,02 % z rozsahu.
Popis mV-vstup -úzkopásmový V-vstup - úzkopásmový proudový vstup odpor. teploměr 100 Pt (2-, 3-vodič. přip.)
Označ. 38 39 40
Popis tenzometry proudový výstup mV-vstup –širokopásmový
41
V-vstup – širokopásmový
odpor. teploměr 100 Pt (4-vodič. připojení)
45 47
Měř. frekvence termočlánky s linearizací
A2B38EMB – P14
Potenciometrické snímače termočlanky
10
SENZOR
ŘÍZENÝ OBJEKT
AKČNÍ ČLEN
STYKAČE SÍŤOVÉHO NAPÁJENÍ
ANALOGOVÉ VSTUPY
MULTIFUNKČNÍ
GALVANICKÉ ODDĚLENÍ
MĚŘICÍ MODUL
ANALOGOVÉ VÝSTUPY
GALVANICKÉ ODDĚLENÍ ČÍSL. V/V
DIO
PRŮMYSLOVÁ VERZE PC
3x380/220 V
A2B38EMB – P14
11
Programování měřicích systémů 1. Na úrovni vyšších programovacích jazyků s využitím ovladačů dodávaných výrobcem (obvykle v C, C++). Výhody:
program „na míru“, optimalizace paměti i rychlosti běhu.
Nevýhody: nutná znalost programování, velká pracnost. 2. S využitím grafických vývojových prostředí Výhody:
postačuje znalost algoritmizace, značně menší pracnost (jednotlivé podprogramy ve formě ikon, stačí propojit dle toku dat a řídicích signálů)
Nevýhody: větší nároky na paměť, obvykle nižší rychlost, omezený okruh ovladačů. 3. Kombinace obou možností – sdružuje výhody a potlačuje nevýhody obou výše uvedených možností.
A2B38EMB – P14
12
