Laboratorium SADP

- 1 -

Laboratorium - Systemy akwizycji danych pomiarowych semestr zimowy 2017/18

Wykaz ćwiczeń laboratoryjnych:

1. Wprowadzenie. Zapoznanie ze środowiskiem sprzętowym i programowym laboratorium A208.

2. Rejestracja sygnałów pomiarowych systemowych przyrządów kontrolno pomiarowych pracujących pod kontrolą interfejsów IEEE-488 i Ethernet

3. Rejestracja sygnałów pomiarowych w systemie Personal DAQ3000 w środowisku oprogramowania IOTech, MatLab i LabVIEW

4. Rejestracja sygnałów pomiarowych w systemie DAQ LAB 2000 w środowisku oprogramowania IOTech, MatLab i LabVIEW

5. Rejestracja sygnałów analogowych w środowisku LabView przy wykorzystaniu modułu kontrolno-pomiarowego z interfejsem USB (NI DAQ-6015, USB X series)

6. System kontrolo-pomiarowy real-time z magistralą PXI i SCXI 7. Zaliczenie

Laboratorium SADP

- 2 -

Ćw. 2. Rejestracja sygnałów pomiarowych systemowych przyrządów kontrolno

pomiarowych pracujących pod kontrolą interfejsów IEEE-488 i

Ethernet

Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z zasadami obsługi systemowych przyrządów kontrolno-pomiarowych, ich

interfejsami (RS232C, USB, GPIB, TCP/IP) i językami programowania przyrządów systemowych

(SCPI)

Program ćwiczenia:

1. Zapoznać się z parametrami technicznymi multimetru Agilent 34410A:

a. parametry metrologiczne (ogólne dane techniczne, związane z przetwarzaniem

napięć stałych DC, napięć zmiennych AC, rezystancji, pojemności, częstotliwości),

b. schematy blokowe i zasada współpracy przyrządów systemowych pracujących z

wykorzystaniem interfejsów komunikacyjnych,

c. protokołami komunikacyjnymi przyrządów (SCPI)

2. Zapoznać się z parametrami technicznymi generatora Agilent 33220A:

a. parametry metrologiczne, funkcje przyrządu,

b. schematy blokowe i zasada współpracy przyrządów systemowych pracujących z

wykorzystaniem interfejsów komunikacyjnych,

c. protokołami komunikacyjnymi przyrządów (SCPI)

3. Zapoznać się z obsługą przyrządów w trybie sterowania lokalnego.

4. zaprogramować ustawienia generatora A33220A do generacji serii N impulsów

wyzwalających (np. 5) o odpowiednim poziomie napięciowym (wyzwalanie multimetru

A34410A) ze stałym interwałem czasowym repetycji Tr (2s). OPrzebiegi zaobserwować i

udokomuntować przy pomocy oscyloskopu cyfrowego.

5. Uruchomić interaktywną zdalną obsługę przyrządów przy wykorzystaniu protokołu SCPI

w standardzie Telnet wykorzystując port komunikacyjny 5024

a. wykonać i zarejestrować odpowiedź przyrządów na podstawowe polecenia SCPI z

pojedynczym wyzwalaniem

b. wykonać i zarejestrować odpowiedź przyrządów na podstawowe polecenia SCPI z

wyzwalaniem pomiaru sygnałem zewnętrznym (generator 33220A:

6. Zweryfikować zdalną obsługę przyrządów pomiarowych w środowisku Agilent Suite

(zaobserwować i przyporządkować odpowiednie interfejsy przyrządów)

7. Zweryfikować zdalną obsługę przyrządów pomiarowych przy wykorzystaniu interfejsu

sieciowego WEB Interface.

8. Przeprowadzić akwizycję danych pomiarowych uzyskanych z przetwarzania sygnału

pomiarowego (rezystancyjny sygnał czujnika oświetlenia):

a. ustalić warunki wyzwalania, jeżeli chwilowa wartość sygnału przekroczy zadaną

wartość R0

b. ustalić warunki przetwarzania (częstotliwość, źródło sygnałów synchroniza-

cyjnych, czas rejestracji) (zadaje prowadzący)

c. ustalić format rejestrowanych danych,

d. ustalić warunki przechowywania danych w przyrządzie pomiarowym

9. Przeprowadzić analizę zarejestrowanych danych (okres, częstotliwość, Umax, Umin …)

10. Wnioski

Laboratorium SADP

- 3 -

Literatura: 1. User’s Guide Agilent 34410A/11A 6 ½ Digit Multimeter 2. Agilent 34410A/11A Command Quick Reference 3. User’s Guide Agilent 33220A

4. P.Lesiak, D.Świsulski: Komputerowa Technika Pomiarowa, Agenda Wydawnicza PAK,

Marzec 2002

5. D.Świsulski: Laboratorium z Systemów Pomiarowych, Politechnika Gdańska, 1998.

6. Materiały pomocnicze do laboratorium

7. Instrukcja techniczna obsługi przyrządów

Laboratorium SADP

- 4 -

Ćw. 3. Rejestracja sygnałów pomiarowych w systemie Personal DAQ3000 w

środowisku oprogramowania IOTech, MatLab i LabVIEW

Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z zasadami obsługi systemowych przyrządów kontrolno-pomiarowych

pracujących pod kontrolą interfejsu USB.

Program ćwiczenia:

1. Zapoznać się z dokumentacją techniczną modułu pomiarowego Personal DAQ3000:

a. budowa, schemat blokowy i funkcjonalny

b. parametry techniczne:

i. liczba i rodzaj kanałów pomiarowych

ii. warunki wyzwalania pomiarów

2. Zapoznać się z obsługą programu DaqView (środowisko producenta IoTech)

a. ustalanie kanałów pomiarowych i sterujących

b. warunki wyzwalania pomiarów

c. sygnał i częstotliwość zegara wyzwalania (próbkowanie)

d. warunki rejestracji

3. Przeprowadzić rejestrację danych pomiarowych sygnału napięciowego uzyskanego z

generatora (np. FG503 fg=25kHz, A=1V, UDC=2V) dla dwóch częstotliwości próbkowania

f1=50kHz i f2=150kHz przy Tobs=2s. a. proces rejestracji przeprowadzić z zapisem do pliku w postaci binarnej i tekstowej,

b. porównać wartości z obu plików dla próbki Nr=100 i Nr=200 zarejestrowanych

danych

4. Zapoznać się z obsługą modułu pomiarowego w środowisku MatLab R2012a toolbox Data

Acquisition

% Data Acquisition Toolbox clear all fprintf('------------- Data Acq (iotech.m)-----------------------'); daqreset out = daqhwinfo out.InstalledAdaptors

out = daqhwinfo('iotdaq') out.BoardNames ai = analoginput('iotdaq', 2)

out = daqhwinfo(ai) ai.InputType='Differential';

% addchannel(ai, [0:0]); addchannel(ai, 0:1) ai.Channel.InputRange(1)=[-5;5]; ai.SamplesPerTrigger = 4000;

% ai.InputType='SingleEnded'; ai.SampleRate = 100000; ai start(ai) data = getdata(ai); plot(data)

delete(ai) clear ai

Laboratorium SADP

- 5 -

5. Przeprowadzić weryfikację konfiguracji, ustalić warunki przetwarzania (kanały

pomiarowe, rodzaj przetwarzania, zasady wyzwalania, częstotliwość przetwarzania, czas

obserwacji, format przechowywanych danych, zapis wyników przetwarzania bezpośrednio

do zadanego obszaru RAM (zmienna programowa) i do pliku w zadanym formacie)

6. Przeprowadzić proces akwizycji danych dla sygnału napięciowego uzyskanego z

generatora (warunki ustala prowadzący ćwiczenia) i przeprowadzić wstępną interpretację

uzyskanych danych pomiarowych

Laboratorium SADP

- 6 -

Ćw. 4. Rejestracja sygnałów pomiarowych w systemie DAQ LAB 2000

w środowisku oprogramowania IOTech, MatLab i LabVIEW

Cel ćwiczenia: Przeprowadzenie wielokanałowej (2 –kanałowej) akwizycji sygnałów

analogowych z jednoczesnym próbkowaniem. Sprzęt, oprogramowanie, warunki przeprowadzenia

rejestracji.

Akcesoria: System akwizycji danych pomiarowych DaqLab/2000 Series (DBK17 4-Channel

Simultaneous Sample and Hold Card)

Program ćwiczenia:

Zapoznać się z budową i podstawowymi parametrami systemu DaqLab/2000 Series;

Zapoznać się z budową i podstawowymi parametrami modułu DBK17 (4-kanałowego

modułu jednoczesnego próbkowania);

Zapoznać się z obsługą programu obsługi DAQVIEW;

Przeprowadzić procedurę konfiguracji oraz weryfikacji pracy modułów;

Zestawić układ pomiarowy do badań DaqLab/2000 wykorzystując generator sygnałów

testowych;

Przeprowadzić analizę sygnałów wejściowych przy pomocy oscyloskopu analogowego,

określić warunki podłączenia sygnałów do modułu pomiarowego (wybór wejścia

symetrycznego/niesymetrycznego, polaryzacja sygnałów wejściowych, zakres

wzmocnienia sygnałów);

Określić warunki przeprowadzenie rejestracji sygnałów: czas obserwacji, częstotliwość

próbkowania, liczba próbek na kanał obserwacji, dobór zegara systemowego;

Określić warunki wyzwolenia pomiaru (tryger), ustalić założenia związane z

wyprzedzeniem lub opóźnieniem procesu wyzwolenia;

Określić warunki wstępnego przetwarzania sygnałów – uśrednianie, decymacja

jak zmienią się warunki próbkowania jeżeli założymy proces wstępnego uśredniania

N=100 ?

Określić warunki rejestracji sygnałów do plików – wybór formatu danych, określenie

wstępne rozmiarów plików (rejestrację przeprowadzić w 2 trybach:

a) rejestracja do pliku w formacie tekstowym (ASCII);

b) rejestracja do pliku w wybranym formacie binarnym;

Ustalenie warunków wizualizacji kontrolnej;

Uruchomienie oprogramowania do oceny i wizualizacji zarejestrowanych danych w post-

procesie (POSTVIEW), prezentacja i analiza wyników pomiaru;

Przygotowanie protokołu z wynikami pomiarów;

Laboratorium SADP

- 7 -

Ćw. 5. Rejestracja sygnałów analogowych w środowisku LabView przy

wykorzystaniu modułu kontrolno-pomiarowego z interfejsem USB (NI

DAQ-6015, USB X series)

Cel ćwiczenia:

Zapoznanie z podstawowymi własnościami precyzyjnych kart (modułów)

kontrolno-pomiarowych oraz wykorzystanie ich w środowisku

programistycznym LabVIEW f-my National Instruments do akwizycji wolno i

szybkozmiennych sygnałów pomiarowych, procedur skalowania wyników

pomiarowych, definiowania zadań pomiarowych, zaawansowanych metod

obsługi kart pomiarowych (przesłania DMA, obsługa przerwań, przetwarzanie

wielokanałowe).

Problemy teoretyczne:

Podstawy architektury kart kontrolno-pomiarowych z interfejsem USB na przykładzie

modułu NIDAQ-6015 lub USB X series

Teoria próbkowania i kwantowania sygnałów analogowych,

Zasada działania przetwornika A/C z równoważeniem wagowym (sukcesywna

aproksymacja).

1. Zapoznać się z budową oraz podstawowymi parametrami technicznymi modułu kontrolno-

pomiarowego NIDAQ-6015 ze szczególnym zwróceniem uwagi na:

1. interfejs magistrali komputerowej, adres bazowy karty, kanały DMA, kanały przerwań,

2. schemat blokowy karty kontrolno-pomiarowej,

3. wejście sygnałów analogowych, konfiguracja trybów pracy układów wejściowych,

polaryzacja sygnałów wejściowych, zakres zmian sygnałów wejściowych,

multipleksowanie sygnałów analogowych, metody wyzwalania przetwornika, ...

4. listwa zaciskowa sygnałów we/wy karty. Rozpoznać sposób podłączenia sygnałów do

listwy zaciskowej, schemat podłączeń zamieścić w sprawozdaniu.

5. charakterystyka sygnałów wejściowych

liczba i typ kanałów pomiarowych, typ przetwornika A/C, rozdzielczość

przetwarzania, szybkość próbkowania (gwarantowana), zakres znamionowych i

maksymalnych zmian analogowych sygnałów wejściowych, rodzaj sprzężenia

wejścia, zabezpieczenie przeciw-przepięciowe, rozmiar bufora FIFO, organizacja

transferu danych (DMA, przerwania, programowe operacje WE/WY), konfiguracja

i rozmiar pamięci RAM

charakterystyki przetwarzania: dokładność przetwarzania, błąd wzmocnienia i

przesunięcia zera itp.

charakterystyki wzmacniaczy wejściowych,

charakterystyki dynamiczne,

stabilność.

6. charakterystyka sygnałów wyjściowych,

2. Podstawowe własności kart typu AT-MIO:

1. konfiguracja obwodów wejściowych dla sygnałów analogowych (tryby pracy: DIFF,

RSE i NRSE),

2. polaryzacja i zakres zmian sygnałów analogowych,

3. dithering – zwiększanie rozdzielczości przetwarzania przez dodawanie białego szumu

Gausowskiego do sygnału wejściowego o wartości 0.5 LSB RMS

4. problematyka przetwarzania wielokanałowego – scaning,

Laboratorium SADP

- 8 -

5. konfiguracja obwodów wyjściowych analogowego wyjścia,

6. problematyka wyzwalania przetwarzania – analog triggering, funkje modułu DAQ-

STC, sterowanie poziomem i czasowe sygnałów wyzwalających (DAQ-STC i RTSI)

3. Zapoznanie się z program konfiguracji środowiska pomiarowego: Measurement &

Automation Explorer w skrócie MAX 4.x

Nasz system – My system

Konfiguracja karty w środowisku systemu operacyjnego Windows XP/7

Definicja kanałów pomiarowych - Data Neighborhood

o Opis wirtualnego kanału pomiarowego

Wprowadź nazwę kanału pomiarowego i jego krótki opis,

Wybierz typ czujnika pomiarowego który najlepiej Ci odpowiada

(Voltage),

Zdefiniuj jednostki i zakres pomiarowy (możliwość wyboru notacji

naukowej lub stałopozycyjnej)

Zdefiniuj metodę skalowania wyników pomiarowych (bez skalowania,

mapa zakresów, nowa skala pomiarowa -> nazwa skali, krótki opis, rodzaj

skali (liniowa, wielomianowa, tablicowa)

Określ typ urządzenia akwizycji danych pomiarowych (Dev_1: AT-MIO-

16XE-50), wybierz numer kanału pomiarowego związany z numerem

zacisku oraz tryb pracy obwodów wejściowych (wejście różnicowe

(differential), niesymetryczne jednoprzewodowe (referenced single ended),

niesymetryczne dwuprzewodowe (nonreferenced single ended)

Urządzenia i interfejsy - Devices and Interfaces

Przyrządy wirtualne - IVI Instruments, (pomijamy)

Skale pomiarowe – Scales

o w ćwiczeniu należy zdefiniować skalę pomiarową związaną z tłumieniem sygnału

wejściowego z przesunięciem skali o stałą wartość DC=-1V oraz tłumiącego

sygnał 2-krotnie,

dobrać parametry dla skali liniowej: y=mx+b,

Oprogramowanie – Software (pomijamy)

Zdalne systemy - Remote Systems (pomijamy)

3. Procedury testu urządzenia na poziomie programu MAX 5.x. Funkcje: TEST Panel

Wybrać zakładkę Analog output i dokonać ustawień:

o tryb wyjścia: generator sinusoidy,

o selekcja kanału: 0

o amplituda sinusoidy: 5V,

o szybkość uaktualniania kanału: 1000prb/sek

o uruchomić proces generacji sinusoidy: Start sine generator

o zweryfikować status działania generatora: last error

Wybrać zakładkę Analog input i dokonać ustawień:

o wybrać numer testowanego kanału pomiarowego (zrealizować testy dla sygnału

zewnętrznego – kanał 0, oraz kanału analogowego nr 7 i nr 15 (dlaczego akurat

takie numery kanałów ?)

o przetestować tryby pracy przetwornika: wykres pasmowy – strip chart,

jednorazowy - one shot, ciągły – continuous, tryb skali Y, dobór szybkości

próbkowania do bieżących warunków, ogranicznik amplitudy sygnałów – input

limits,

o opisać wyżej zaobserwowane stany pracy przetwornika.

Laboratorium SADP

- 9 -

4. Prosta rejestracja sygnałów analogowych w aplikacji LabVIEW. Uruchomić program

LabVIEW, wybrać opcję: Find examples, następnie w trybie browse wybrać zakładki:

Hardware Input and Output,

DAQ –

Analog Input

General

Acquire N Scans.vi

zapoznać się z konstrukcja budowy oprogramowania w LabWIEW: widok panelu i

widok diagramu zmieniamy klawiszem CTRL-E,

w widoku panelu wybrać urządzenie (zgodnie z zadeklarowanym wcześniej systemie

MAX), wybrać numer/nazwę kanału pomiarowego (zgodnie z deklaracją w programie

MAX), liczbę próbek do akwizycji - number of scans to acquire (100-1000), szybkość

próbkowania – scan rate (dobrać tak aby zabezpieczyć w nszych założeniach około 100

próbek na okres zmienności sygnału wejściowego), uruchomić aplikację: klawisz ,

zaobserwować przebieg zmienności zarejestrowanego sygnału, porównać z

przebiegami obserwowanymi na ekranie oscyloskopu, poprzez schowek przenieść

wartości numeryczne kilkunastu próbek badanego sygnału do pliku notatnika,

zapoznać się z diagramem programu, schemat i opis diagramu zamieścić w

sprawozdaniu,

5. System rejestracji wolnozmiennych sygnałów do pliku. W tym celu uruchomić aplikację

LabVIEW, potem DAQ Solutions, kontynuuj: Program the input scaling and conversion

myself, kontynuuj: Solutions Gallery (Recommendd),

a) z poziomu: Galery Categories wybierz: Data Logging

b) z poziomu: Common Solutions wybierz kolejno: Advanced Data Logged a w następnej

kolejności: Advanced Data Reader.

c) po zaakceptowaniu rodzaju urządzeń i numerów/ nazw kanałów pomiarowych otwórz

apilkację:

d) Advanced Data Logged: wybierz numer urządzenia odpowiadający badanej karcie

kontrolno-pomiarowej, liczbę znaków po przecinku rejestrowanej próbki pomiarowej -

Digits of Precision, szybkość próbkowania zadaną następująco: Time Between Points

(HH:MM:SS), rejestrowane kanały pomiarowe – Channels, unikalny nagłówek pliku -

File Header Text,

e) dokonać rejestracji 2-minutowej wolnozmiennego sygnału pomiarowego (np. sygnał

sinusoidalny o częstotliwości 100mHz), wybrać unikalną nazwę rejestrowanego pliku i

skierować go do folderu: ...\SADP\Lxx\ (Lxx- numer grupy laboratoryjnej),

f) otworzyć aplikację: Advanced Data Reader i pod jej kontrolą dokonać weryfikacji

zarejestrowanych danych.

g) dokonać próby otwarcia zarejestrowanego pliku w innych aplikacjach systemu

Windows,

h) opisać format zarejestrowanych danych.

6. Przy wykorzystaniu systemu LabVIEW przeprowadzić analizę sygnałów wyjściowych

generatora sygnałowego G-432,

a) uruchomić system LabVIEW

b) wybrać opcję DAQ Solution – Analizator widma (Spectrum analyzer)

c) ocenić parametry sygnału sinusoidalnego o f=1Hz U=5Vp-p

d) ocenić parametry sygnału sinusoidalnego o f=1kHz U=5Vp-p

e) dostosować szybkość próbkowania, długość bufora cyklicznego transformaty FFT,

rodzaj okna czasowego transformaty FFT i ocenić wpływ w/w parametrów na wyniki

pomiarów.

Laboratorium SADP

- 10 -

f) Przeprowadzić analizę diagramów i algorytmów pomiarowych zastosowanych

ćwiczeniu.

Materiały pomocnicze:

1. P.Lesiak, D.Świsulski: Komputerowa Technika Pomiarowa, Agenda Wydawnicza PAK,

Marzec 2002

2. D.Świsulski: Laboratorium z Systemów Pomiarowych, Politechnika Gdańska, 1998.

3. DAQ AT E Series User Manuals (370507a.pdf )

4. LabVIEW – User Manuals (lvuser.pdf)

5. LabVIEW – Measurements Manual (lvmeas.pdf)

Rysunek 1. Metody podłączania sygnałów analogowych.

Laboratorium SADP

- 11 -

Rysunek 2. Schemat blokowy badanej karty kontrolno-pomiarowej.

Rysunek 3. Widok diagramu rejestratora N-próbek: Acquire N Scans.vi

Laboratorium SADP

- 12 -

Ćw. 6. System kontrolo-pomiarowy real-time z magistralą PXI i SCXI

Cel ćwiczenia:

Zapoznanie z podstawowymi własnościami systemów kontrolno-pomiarowych

z magistralą PXI i SCXI f-my National Instruments oraz wykorzystanie ich w

środowisku programistycznym LabVIEW f-my National Instruments do

akwizycji wolno i szybkozmiennych sygnałów pomiarowych, procedur

skalowania wyników pomiarowych, definiowania zadań pomiarowych,

zaawansowanych metod obsługi kart pomiarowych (przesłania DMA, obsługa

przerwań, przetwarzanie wielokanałowe).

kart (modułów) kontrolno-pomiarowych

1. Zweryfikuj w środowisku NI-MAX rodzaje zainstalowanych w systemie NI PXI-1052

modułów pomiarowych.

a) podaj nazwy i symbole urządzeń,

b) wymień ich główne własności

2. Przygotuj w środowisku LabVIEW krótki program do akwizycji danych pomiarowych

uzyskanych z modułu pomiarowego NI PXI-6259.