„USB mérőműszerek használata” változatai közötti eltérés
(Új oldal, tartalma: „== Bevezetés == A mérési gyakorlat célja olyan eszközök megismerése, melyek egyszerű modellként szolgálnak összetett számítógépvezérelt mérőrendszerek…”) |
|||
| (2 szerkesztő 13 közbeeső változata nincs mutatva) | |||
| 56. sor: | 56. sor: | ||
# Egy 10 hosszúságú mozgóátlag segítségével simítsuk ki a nyers adatokat: Számoljuk ki és ábrázoljuk a legutóbbi 10 beérkezett adat átlagát! Bizonyítsuk be, hogy az átlagolás jó hatással van az adatok szórására: Számítsuk ki és ábrázoljuk a nyers, valamint az átlagolt adatok szórását! Előbbihez felhasználhatjuk az előbbi mozgóátlagban található adatokat, az utóbbihoz a legutóbbi átlagolt adatokból is hozzunk létre egy 10 elemű tömböt! | # Egy 10 hosszúságú mozgóátlag segítségével simítsuk ki a nyers adatokat: Számoljuk ki és ábrázoljuk a legutóbbi 10 beérkezett adat átlagát! Bizonyítsuk be, hogy az átlagolás jó hatással van az adatok szórására: Számítsuk ki és ábrázoljuk a nyers, valamint az átlagolt adatok szórását! Előbbihez felhasználhatjuk az előbbi mozgóátlagban található adatokat, az utóbbihoz a legutóbbi átlagolt adatokból is hozzunk létre egy 10 elemű tömböt! | ||
# hőmérő felmelegítésével, majd lehűtésével becsüljük meg az eszköz időállandóját! Ehhez feltehetjük, hogy a hőmérő hőfokkülönbsége a környezethez képest ΔT(t)=ΔT<sub>0</sub>exp(-t/τ) függvény szerint változik. Különbözik-e az eredmény, ha a nyers, illetve a simított adatsorral dolgozunk? | # hőmérő felmelegítésével, majd lehűtésével becsüljük meg az eszköz időállandóját! Ehhez feltehetjük, hogy a hőmérő hőfokkülönbsége a környezethez képest ΔT(t)=ΔT<sub>0</sub>exp(-t/τ) függvény szerint változik. Különbözik-e az eredmény, ha a nyers, illetve a simított adatsorral dolgozunk? | ||
| + | |||
| + | <!-- | ||
== NI myDAQ adatgyűjtő kártya == | == NI myDAQ adatgyűjtő kártya == | ||
| 75. sor: | 77. sor: | ||
</wlatex> | </wlatex> | ||
=== GMR szenzor === | === GMR szenzor === | ||
| − | + | A mérés keretében egy olyan integrált áramkört fogunk használni, amely 4 darab GMR ellenállás híd kapcsolásával valósít meg egy mágneses szenzort. Az eszköz adatlapját itt találhatjátok: [[:Fájl:GMR_sensor.pdf|adatlap]]. Az alábbi ábrán láthatjátok az eszköz kapcsolását. Mágneses tér nélkül mind a négy ellenállás értéke megegyezik, a kimenetek közötti feszültség különbség zérus. Ha mágneses térbe tesszük az eszközt, az árnyékolatlan GMR-oknak lecsökken az ellenállása, így az OUT- láb a földhöz, míg az OUT+ láb a tápfeszültséghez kerül közelebb, így a két kimenet között feszültség különbséget mérhetünk. A mért feszültség különbség kis mágneses tér esetén arányos a mágneses indukció nagyságával, majd telítésbe megy. Az eszköz tápfeszültség (V+) lábát kössük a myDAQ +5V fix kimenetére valamint a V- lábat kössük a GND csatlakozóra. Végül az OUT+/- lábakat kössük a myDAQ egyik analóg bemenetének +/- termináljaihoz. | |
| − | A mérés keretében egy olyan integrált áramkört fogunk használni, amely 4 darab GMR ellenállás híd kapcsolásával valósít meg egy mágneses szenzort. Az eszköz adatlapját itt találhatjátok: [[Fájl:GMR_sensor. | + | |
| + | [[Fájl:GMR_szenzor.png|közép|650px]] | ||
=== myDAQ programozása === | === myDAQ programozása === | ||
| 83. sor: | 86. sor: | ||
<syntaxhighlight lang=csharp> | <syntaxhighlight lang=csharp> | ||
Task InTask = new Task() | Task InTask = new Task() | ||
| + | </syntaxhighlight> | ||
| + | |||
| + | Figyelem: ha a Task-ot több függvényből is el akarjuk érni, például egy gombnyomáshoz rendelt eseményben illetve egy timer eseményben, akkor célszerű globális változóként deklarálnunk! Miután létrehoztuk a Task-ot, a következő feladat beállítanunk, hogy milyen funkcót rendelünk hozzá. Feszültség mérés esetén ez a következőképpen néz ki: | ||
| + | |||
| + | <syntaxhighlight lang=csharp> | ||
| + | InTask.AIChannels.CreateVoltageChannel("Dev1/ai0", "", | ||
| + | AITerminalConfiguration.Rse, Minimumvoltage, Maximumvoltage, | ||
| + | AIVoltageUnits.Volts); | ||
| + | </syntaxhighlight> | ||
| + | |||
| + | A fenti függvény paraméterei sorrendben: az eszköz terminálja, jelen esetben a "0" jelű analóg bemenet. Ezt követi egy név, ami a Task-ot azonosítja - ez opcionális, ha nem akarjuk használni, akkor írjunk üres string-et, ahogyan a példában is van. A követekező a terminál konfigurációja, a példa esetén Rse = Referenced single ended - azaz a (-) terminál le van földelve. Másik lehetőség a Differential beállítás, ekkor sem a (+) sem a (-) csatlakozó nincs összekötve a földdel, a két csatlakozó közötti feszültség különbséget méri a kártya. Ezt követi a minimum illetve maximum feszültség, amit mérni akarunk. Ez azért szükséges, mert az adatgyűjtő kártya ez alapján állítja be, hogy milyen méréshatárt használjon. Végül meg kell adni, hogy mi a mértékegysége annak amit mérünk, jelen esetben Volt. Ezzel a függvényhívással tehát be is állítottuk az adatgyűjtő kártyát. Ahhoz, hogy adatot olvassunk be még szükségünk lesz egy reader objektumra, amit így hozhatunk létre: | ||
| + | |||
| + | <syntaxhighlight lang=csharp> | ||
| + | reader = new AnalogSingleChannelReader(InTask.Stream); | ||
| + | </syntaxhighlight> | ||
| + | |||
| + | A fenti utasításokat egyszer kell kiadni, amikor elindítjuk a mérést és konfiguráljuk az eszközünket, ezért ezeket célszerű például a mérést indító gombhoz rendelt eseményben elhelyeznünk. | ||
| + | Ahhoz, hogy adatot olvassunk be, a következő függvényt kell meghívjuk: | ||
| + | |||
| + | <syntaxhighlight lang=csharp> | ||
| + | double data = reader.ReadSingleSample( ) ; | ||
| + | </syntaxhighlight> | ||
| + | |||
| + | Ezzel tehát egy adatpontot olvasunk be. Ha timer-t használunk a mérés időzítésére, akkor tehát célszerű ezt a timer eseményen belül elhelyezni. | ||
| + | |||
| + | A mérés leállításakor, miután már nem akarjuk használni a Task-ot, a következő metódussal törölhetjük azt és szabadíthatjuk fel az erőforrásokat: | ||
| + | |||
| + | <syntaxhighlight lang=csharp> | ||
| + | InTask.Dispose(); | ||
</syntaxhighlight> | </syntaxhighlight> | ||
| 88. sor: | 120. sor: | ||
# Készítsünk mérőprogramot, amely megadott időközönként beolvassa a hőmérsékleti adatokat a műszertől, ezeket grafikusan ábrázolja egy ZedGraphControl objektum segítségével, és elmenti egy szöveges file-ba! A mérőprogram felületén TextBox segítségével jelenítsük meg az aktuális beolvasott értéket, valamint legyen lehetőség a mérési időköz változtatására! | # Készítsünk mérőprogramot, amely megadott időközönként beolvassa a hőmérsékleti adatokat a műszertől, ezeket grafikusan ábrázolja egy ZedGraphControl objektum segítségével, és elmenti egy szöveges file-ba! A mérőprogram felületén TextBox segítségével jelenítsük meg az aktuális beolvasott értéket, valamint legyen lehetőség a mérési időköz változtatására! | ||
| − | # Vizsgáljuk meg a GMR effektus hőmérséklet függését! Egy mágnest a szenzorhoz közel helyezve vigyük telítésbe a szenzort és jegyezzük fel a mért feszültség különbséget valamint a szoba hőmérsékletét. Ismételjük meg a mérést miután a szenzort folyékony nitrogénnel lehűtöttük. | + | # Vizsgáljuk meg a GMR effektus hőmérséklet függését! Egy mágnest a szenzorhoz közel helyezve vigyük telítésbe a szenzort és jegyezzük fel a mért feszültség különbséget valamint a szoba hőmérsékletét. Ismételjük meg a mérést miután a szenzort folyékony nitrogénnel lehűtöttük. Számítsuk ki a GMR effektus nagyságát szobahőmérsékleten illetve cseppfolyós nitrogén hőmérsékletén: hány százalékot változik 1 darab GMR ellenállása a mágnese tér hatására? |
| + | |||
| + | --> | ||
== Jegyzőkönyv készítése == | == Jegyzőkönyv készítése == | ||
A lap jelenlegi, 2017. február 13., 11:51-kori változata
Tartalomjegyzék |
Bevezetés
A mérési gyakorlat célja olyan eszközök megismerése, melyek egyszerű modellként szolgálnak összetett számítógépvezérelt mérőrendszerekhez. Ezek kezelésén keresztül elsajátíthatóak az automatizált mérésvezérlés és -kiértékelés alapelvei és módszerei.
USB hőmérő
Az első vizsgált műszer egy a PC-hez USB-n csatlakozó hőmérő, amely -50°C és 125°C között mér 0.0625°C felbontással. Az eszköz lekérdezése standard soros protokollon keresztül történik. A gyakorlat során áttekintjük az utasításkészlet implementálását Microsoft Visual Studio C# környezetben, megvizsgáljuk a grafikus megjelenítés és - további felhasználásra - tárolás kérdéseit, valamint becslést adunk az eszköz különböző jellemzőire.
Segítség a programozáshoz: Példaprogram
Az FT232RL USB-soros átalakító használatához szükséges driver (Virtual Com Port) itt található.
Elektromos felépítés
Az eszköz blokkvázlata a jobb oldali ábrán látható, három egységet különíthetünk el, melyek a nyomtatott áramköri lapon található három integrált áramkör köré csoportosulnak.
Hőmérő IC
Az érzékelő SOT-23-5 tokozású, MCP9800 típusú áramkör, amely tartalmaz egy félvezető hőmérsékleti szenzort, valamint elvégzi a szükséges analóg-digitális átalakítást: a hőmérsékleti értékek elméletileg a -128°C...+128°C tartományba eshetnek 12 bit felbontással, amely alapján adódik az áramkör 0.0625°C felbontása. A gyakorlatban az eszköz működése csak -50°C és 125°C között garantált. Fontos megjegyezni, hogy a mérés pontossága lényegesen kisebb, mint a digitális felbontás: az adatlap szerint mintegy 1°C hibára számíthatunk a teljes működési tartományban.
Az áramkör egy kétvezetékes, ún.I2C buszon kommunikál a mikrokontrollerrel.
Mikrokontroller
Az Atmel gyártmányú, ATMEGA48 típusú eszköz több feladatot lát el: egyrészt mintegy 500ms időközönként lekérdezi a hőmérő IC-től a hőmérsékletet, másrészt azt binárisról ASCII formátumúvá alakítja, ezzel lehetővé téve, hogy a mérésvezérlő programban közvetlenül felhasználható legyen. A kontroller parancsértelmezőként is funkcionál: a soros porton érkező karaktereket figyelve a megfelelőekre reagál.
A vezérlő további feladata, hogy hardveres hibákra lehetőség szerint reagáljon és értesítse a felhasználót. Esetünkben a hőmérő IC hibás működésére, valamint a soros porti kommunikáció hibájára egy piros LED bekapcsolásával reagál.
Az áramkör a számítógép felé soros (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter, UART) porton kommunikál. A felhasznált RxD és TxD vonalak -- a feszültségszintektől eltekintve -- megfelelnek a számítógép RS-232 portjának hasonló kivezetéseinek.
Soros-USB átalakító
Mivel a hardveresen megvalósított soros port egyre ritkább a személyi számítógépeken, egy további egység beépítése vált szükségessé: az FTDI FT232RL típusú áramkör egy összetett USB device IC. Mérőeszközünkben átjárót biztosít a mikrovezérlő soros portja és a számítógép USB portja között. A gyártó honlapjáról letölthető driver segítségével az eszköz teljesen transzparensen működik, az operációs rendszer számára egy újabb - virtuális - soros portként látszik (COMx), és a Visual Studio SerialPort osztálya segítségével kezelhető.
Az eszköz a kommunikációt egy kék LED villogtatásával jelzi.
Parancskészlet
A mérőeszköznek az alábbi két egykarakteres utasítása van, melyet whitespace karakterrel (újsor, space, Tab) kell lezárni. A parancsértelmezés nem érzékeny a kis- és nagybetűkre.
- Read: A hőmérő visszaadja az aktuális mért hőmérsékletet 4 tizedesjegy felbontással.
- Info: A műszer szoftverének adatait adja vissza.
Soros kommunikáció beállításai
A számítógépen a soros portot a következő beállításokkal kell használni. Az alábbiakat a SerialPort osztály tulajdonságai segítségével állíthatjuk be.
- Baud rate=38400
- Data bits=8
- Stop bits=1
- Paritás nincs.
Feladatok
- Készítsünk mérőprogramot, amely megadott időközönként beolvassa a hőmérsékleti adatokat a műszertől, ezeket grafikusan ábrázolja egy ZedGraphControl objektum segítségével, és elmenti egy szöveges file-ba! A mérőprogram felületén TextBox segítségével jelenítsük meg az aktuális beolvasott értéket, valamint legyen lehetőség a mérési időköz változtatására!
- Egy 10 hosszúságú mozgóátlag segítségével simítsuk ki a nyers adatokat: Számoljuk ki és ábrázoljuk a legutóbbi 10 beérkezett adat átlagát! Bizonyítsuk be, hogy az átlagolás jó hatással van az adatok szórására: Számítsuk ki és ábrázoljuk a nyers, valamint az átlagolt adatok szórását! Előbbihez felhasználhatjuk az előbbi mozgóátlagban található adatokat, az utóbbihoz a legutóbbi átlagolt adatokból is hozzunk létre egy 10 elemű tömböt!
- hőmérő felmelegítésével, majd lehűtésével becsüljük meg az eszköz időállandóját! Ehhez feltehetjük, hogy a hőmérő hőfokkülönbsége a környezethez képest ΔT(t)=ΔT0exp(-t/τ) függvény szerint változik. Különbözik-e az eredmény, ha a nyers, illetve a simított adatsorral dolgozunk?
Jegyzőkönyv készítése
A jegyzőkönyv szerepe -- hasonlóan a korábbi laborokhoz -- a mérési feladat megoldásának dokumentálása, valamint a saját eredmények bemutatása. Ennek megfelelően tartalmaznia kell a vizsgált jelenség vagy feladat rövid összefoglalását, részletesen be kell mutatnia a méréshez felhasznált eszközöket, mérőrendszert. A jegyzőkönyv fontos része az adatok kiértékelése és diszkussziója, azaz a nyers adatok további analízise is.
A jegyzőkönyvhöz külön, betömörítve csatoljuk a program forráskódját!
