Компьютерные измерения

Лекция №15

Идея ЦИП получила в настоящее время развитие в виде систем компьютерных измерений. Наибольших успехов в этом направлении достигла фирма National Instruments. Эта фирма разработала весьма широкую гамму устройств соединения персонального компьютера (ПК) с физическими объектами и мощное программное обеспечения.

Применение системы компьютерных измерений поясняет рис.8.9.

Рис.19.1

ВП- виртуальный прибор, сформированный с помощью пакета программ LabView на персональном компьютере ПК.

С помощью LabView можно создать любой виртуальный измерительный прибор или систему управления физическим объектом.

Другое направление использования системы LabView – моделирование физических объектов.

Заметим, что в МЭИ имеется возможность получить студенческую версию LabView и самостоятельно изучить ее.

В качестве демонстрации ниже приведен пример из библиотеки программ, который извлекается через меню Help/Find Examples.., например - /Industry Applications/Process Control/Tank Simulation/

Здесь приведена модель устройства автоматического нагрева жидкости в танке до диапазона температуры, заданной оператором. В танк жидкость поступает порциями, которые могут быть установлены оператором.

Модель LabView содержит две связанные части:

-лицевая панель (рис.19.2),

-блок-схема (рис.19.3).

Рис.19.2. demo19_1. Лицевая панель виртуального прибора.

Рис.19.3. demo19_1. Блок схема виртуального прибора.

Виртуальные приборы создаются визуальным программированием с использованием библиотечных элементов.

В качестве простейшего примера ниже приведены на рис. 19.4 и рис.19.5 лицевая панель и блок-схема сумматора. Этот виртуальный прибор имеет на лицевой панели два объекта Numeric и Numeric 2 (из раздела Numerics Controls) для ввода чисел – значений слагаемых и один объект Numeric 3 (из раздела Numeric Indicators). При их размещении одновременно на блок-схеме возникают соответствующие объекты.

Рис.19.4. demo19_2. Лицевая панель сумматора.

Рис.19.5.demo19_2. Блок-схема сумматора.

На блок-схему добавляют элемент Add (из раздела Arithmetic/Numeric), соединяют связями-проводами все элементы. После установки значений в окнах ввода (Numeric и Numeric 2) нажимают кнопку старт и получают значение в окне (Numeric 3).

В программе Labview реализуются вычисления, определяемые потоком данных. В рассмотренном примере с калькулятором для вычислений надо ввести числа и нажать кнопку «Пуск».

Для организации непрерывных вычислений используются структуры. В следующем примере с калькулятором на блок диаграмме все объекты помещены в структуру «Цикл по условию» (While Loop), которая извлекается из раздела Function/Execution Control (рис.19.6). При этом на лицевой панели появляется кнопка «Stop» (рис.19.7). Теперь для повторных вычислений результат возникает после установки новых значений операндов и не требуется повторный запуск программы.

Рис.19.6. Блок-диаграмма варианта калькулятора с циклом по условию кнопка Stop не нажата. При нажатии на кнопку программа останавливается.

Рис.19.7. Лицевая панель варианта калькулятора с циклом по условию кнопка Stop не нажата.

В Labview имеется огромная библиотека объектов, реализующая множество функций для расчетов и преобразований.

Весь этот арсенал программных средств может быть использован для создания виртуальных приборов, которые работают с физическими объектами управления в реальном времени. Для этого выпускается большой набор вспомогательных устройств для соединения ПК с измерительными и исполнительными преобразователями.

Следующий пример программы в LabView – фильтрация сигнала с целью снижения шумовых помех.

Рис. 19.8. Виртуальный прибор – цифровой фильтр, снижающий уровень помех.

На рис.19.8 на верхнем осциллоскопе белым изображен импульсный сигнал без шумовой помехи, красным импульсный сигнал с шумовой помехой. На нижнем осциллоскопе приведен импульсный сигнал после фильтрации шумовой помехи. Качество фильтрации можно изменять, подбирая ранг фильтра.

На рис. 19.9 приведена блок-схема виртуального прибора.