UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI

SISTEME DE TELECOMANDA

Studenti: Tanasescu Florian-Mihai

Grupa: 8314

Introducere

MASURATORI, INSTRUMENTE VIRTUALE, DISPOZITIVE DAQ SI

INSTRUMENTE

Masuratorile se fac prin intermediul instrumentelor. Acestea au ajutat la progresul

stiintei si tehnologiei. Oamenii de stiinta si inginerii din intreaga lume folosesc instrumentele

pentru a observa, controla si intelege universul fizic. Calitatea vietii va depinde de viitorul

acestor instrumente – de la cercetarea de baza in domeniul stiintelor vietii si medicinei pana la

proiectarea, testarea si fabricarea produselor electronice si la controlul masinilor si a proceselor.

Instrumentele virtuale sunt definite ca o combinare de hardware si software cu

tehnologiile IT din domeniul industrial pentru crearea solutiilor de instrumente definite de

utilizator.

Instrumentele virtuale se pot folosi la crearea unui sistem specific pentru testarea,

masurarea si automatizarea industriala prin combinarea diferitelor componente hardware si

software. Daca sistemul se modifica deseori se pot refolosi componente ale instrumentelor

virtuale fara a fi necesara procurarea unor componente hardware sau software aditionale.

Diferite componente hardware sau software pot constitui un sistem instrumental virtual.

Exista o foarte larga varietate de componente hardware ce pot fi utilizate la monitorizarea sau

controlul (cu sensul de actiune biunivoca, comanda si control) unui proces sau la testarea unui

echipament.

Dispozitivele de masurare, cum ar fi dispozitivele de achizitie de date cu scop general

(DAQ) si instrumentele cu scop special, sunt orientate catre achizitia, analiza si prezentarea

masuratorilor si a altor date ce sunt achizitionate.

Achizitia reprezinta mijlocul prin care semnalele fizice, cum ar fi tensiuni, curenti,

presiuni si temperaturi, sunt convertite intr-un format digital si introduse intr-un calculator.

Metodele uzuale de achizitie a datelor includ dispozitive DAQ cu facilitati “plug-in” si

instrumente, instrumente GPIB ( General Purpose Interface Bus – este sinonim cu HP-IB. Este o

magistrala standard folosita pentru controlarea instrumentelor electronice cu un calculator. Este

de asemenea numita si magistrala IEEE 488 deoarece este definite de catre standardele

ANSI/IEEE 488-1978, 488.1-1987 si 488.2-1992), instrumente VXI ( VME eXtension for

Instrumentation – magistrala VME extinsa pentru instrumente) si instrumente RS-232.

Analiza datelor transforma datele brute in informatii ce au un anumit inteles. Aceasta

poate implica unele lucruri cum ar fi grafice, analiza statistica, raspuncul in frecventa sau alte

operatii numerice.

Prezentarea datelor este mijlocul de comunicare cu sistemul intr-un format intuitiv si

usor de inteles.

Construirea unui sistem de masurare bazat pe calculator poate fi un proces dificil. Exista

o varietate foarte larga de componente hardware ce pot fi folosite pentru monitorizarea sau

controlul unui proces sau testarea unui dispozitiv. Decizia pentru solutia sistemului poate fi astfel

foarte greu de luat si deci solutia trebuie sa fie de fapt o reflectare a cerintelor, cat mai corect

formulate, ale utilizatorului.

Procesul fundamental al tuturor sistemelor de masurare este masurarea si/sau

generarea sistemelor fizice reale (apartinand lumii reale). Diferenta primara dintre variatele

optiuni hardware o constituie metoda de comunicare dintre hardware-ul de masurare si

calculator. In continuare sa vor discuta doua categorii: dispozitivele DAQ cu scop general si

instrumentele cu scop special.

Dispozitivele DAQ pentru scopuri generale sunt acele dispozitive ce se conecteaza la

calculator si permit utilizatorului sa obtina valorile datelor digitizate. Aceste dispozitive se

conecteaza in mod uzual direct la magistrala interna a calculatorului prin intermediul unui “slot”.

Unele dispozitive sunt externe si se conecteaza la calculator prin intermediul porturilor seriale,

GPIB sau ethernet. Primul element distinctiv al sistemelor test ce utilizeaza dispozitive DAQ cu

scop general il constituie locul unde se realizeaza masuratorile. Cu dispozitive DAQ, hardware-ul

face numai conversia semnalului de intrare intr-un semnal digital ce este apoi trimis catre

calculator. Dispozitivele DAQ nu prelucreaza sau calculeaza masuratorile finale. Acest proces

este lasat in seama software-ului ce este localizat in calculator. Acelasi dispozitiv poate realiza o

multitudine de masuratori prin simpla schimbare a aplicatiei software care citeste datele. Astfel

ca pentru a controla, masura si afisa datele aplicatia, pentru sistemele DAQ bazate pe calculator,

trebuie de asemenea sa aiba si rol de software dedicat – software necesar la porcesarea datelor

si calcularea rezultatelor – ce ar trebui sa existe in interiorul instrumentelor cu scop special

Aceasta flexibilitate permite utilizatorului sa aiba un dispozitiv hardware la mai multe

tipuri de teste dar utilizatorul trebuie sa aloce mai mult timp dezvoltarii diferitelor aplicatii

pentru diferite tipuri de teste. Din fericire, LabVIEW vine cu multe functii de achizitie si analiza

ce fac ca dezvoltarea diferitelor aplicatii sa fie usoara.

Instrumentele la fel ca dispozitivele DAQ sunt dispozitive care digitizeaza datele. Ele au

un scop special sau un tip specific de capacitate de masurare. Software-ul (firmware – software

dedicat construit special pentru o anumita configuratie hardware) cerut la procesarea datelor si

calcularea rezultatelor este in mod uzual un software dedicat si nu poate fi modificat. Cele mai

multe instrumente sunt externe calculatorului si pot opera singure sau pot fi controlate si

monitorizate prin intermediul unei conexiuni la calculator. Instrumentele detin un protocol

specific ce trebuie folosit de catre calculator pentru a putea comunica cu acestea. Conexiunea la

calculator poate fi Ethernet, Seriala, GPIB sau VXI. Exista unele instrumente ce pot fi instalate

intr-un calculator cum ar fi dispozitivele cu scop general DAQ. Aceste instrumente se numesc

instrumente bazate pe computer.

Inainte ca un sistem bazat pe calculator sa poata masura un semnal fizic, un senzor sau

un traductor trebuie sa converteasca semnalul fizic intr-unul electric, cum ar fi o tensiune sau

un curent. Dispozitivele DAQ cu facilitate “plug-in” sunt deseori considerate ca un intreg sistem

DAQ, ele constituind de fapt un sistem cu o singura componenta. Spre deosebire de

instrumentele de sine statatoare, nu intotdeauna se poate conecta un semnal la un dispozitiv

DAQ “plug-in”. in aceste cazuri trebuie folosite accesorii pentru conditionarea semnalului

inainte ca dispozitivul DAQ sa-l converteasca in informatie digitala.

Software-ul controleaza sistemul DAQ prin achizitia de date brute, analizarea datelor si

prezentarea rezultatelor.

Figura 1 prezinta doua optiuni pentru sisteme DAQ. In cazul A, dispozitivul DAQ este

amplasat in calculator. In cazul B, dispozitivul DAQ este extern.

fig.1.1 Componentele unui sistem DAQ

Cu placi externe se pot construi sisteme DAQ folosind calculatoare fara sloturi plug-in,

cum ar fi laptop-uri. Calculatorul si modulul DAQ comunica prin intermediul diferitelor

magistrale cum ar fi portul paralel, portul serial si ethernet. Aceste aplicatii sunt practic folosite

pentru achizitia de date de la distanta si aplicatii de control.

O a treia optiune, ce nu este prezentata in figura 1.1, o reprezinta folosirea magistralei

PCMCIA ce poate fi gasita la unele laptop-uri. Un dispozitiv DAQ PCMCIA se conecteaza la

calculator, si semnalele sunt conectate la placa exact ca in cazul A din figura 1.1.

Calculatorul primeste datele brute. Software-ul preia aceste date brute si le prezinta intr-

o forma pe care utilizatorul o poate intelege. Software-ul manipuleaza aceste date astfel incat

ele sa poata apare in grafice sau intr-un fisier pentru raport. Software-ul controleaza

deasemenea sistemul DAQ, comunicandu-i dispozitivului DAQ cand sa achizitioneze date,

precum si pe care canal sa faca acest lucru.

In mod uzual, software-ul DAQ include driverele si software-ul de aplicatie. Driverele

sunt unice pentru dispozitiv sau tipul de dispozitiv si include un set de comenzi ce sunt acceptate

de catre dispozitiv. Software-ul de aplicatie (cum ar fi LabVIEW) trimite comenzile catre drivere

iar apoi analizeaza si afiseaza datele achizitionate. LabVIEW contine un set de VI-uri ce permit

utilizatorului sa configureze achizitia de date de la dispozitivul DAQ si trimiterea datelor catre

acesta. Acest lucru permite evitarea problemelor care ar fi aparut la scrierea programelor de

catre utilizator. VI-urile pentru DAQ ale LabView apeleaza NI-DAQ Application Program Interface

(API). NI-DAQ API contine instrumentele si functiile de baza pentru interfata cu hardware-ul

DAQ.

Principala functie a unui instrument o constituie masurarea unor fenomene naturale.

Spre deosebire de achizitia de date semnalul nu necesita o conditionare prealabila. Cum

calculatorul controleaza instrumentul asa si achizitia de date de la instrument depinde de cum

este construit acesta. Principalele tipuri de instrumente:

- GPIB

- port serial

- VXI

- PXI

- instrumente bazate pe calculator

Toate instrumentele externe comunica cu calculatorul prin intermediul catorva tipuri de

magistrale, avand astfel un protocol de comunicatie definit. Instrumentul are un set de comenzi

pe care el le intelege. Utilizatorul scrie o aplicatie care va trimite comenzi la si va primi date de la

instrument. Ca proiectant de sistem test, utilizatorul trebuie sa se orienteze catre conexiunea

software cu instrumentul. Astfel ca, utilizatorul trebuie sa inteleaga cum comunica aplicatia cu

instrumentul. In plus utilizatorul trebuie sa aiba in vedere si tipul de conexiune hardware cu

instrumentul.

Limbajul de programare grafica LabVIEW

Instrumente virtuale – introducere

Programele scrise in LabVIEW sunt numite instrumente virtuale sau VI-uri, deoarece au forma instrumentelor fizice si de asemenea operatiile sunt identice cu cele ale acestora (cateva exemple de astfel de instrumente fizice ar fi osciloscopul si multimetrul). Fiecare VI foloseste functii care manipuleaza intrari de la interfata cu utilizatorul sau de la alte surse si afiseaza aceste informatii sau le transfera in alte fisiere sau pe alte calculatoare.

Un VI are in componenta urmatoarele trei elemente:- Panoul frontal (Front Panel) ce foloseste ca interfata pentru utilizator;- Diagrama Bloc (Block Diagram) ce contine codul sursa grafic ce defineste functiile unui

VI;- Icon-ul si conectorul - identifica VI-ul ce poate fi utilizat intr-un alt VI. Un Vi utilizat

intr-un alt VI se numeste subVI. Un subVI corespunde unei subrutine din limbajele de programare bazate pe text.

fig. 1 Exemplu de Panou Frontal (pentru vi-ul “Acquire signal.vi”)

Se poate construi un Panou Frontal ce va contine o serie de controale si indicatoare, care sunt terminale interactive de intrare respectiv de iesire in/din VI. Controalele sunt butoane, comutatoare, ferestre de dialog si alte dispozitive de intrare. Indicatoarele sunt grafice, LED-uri si alte dispozitive de afisare. Controalele simuleaza dispozitivele de intrare intr-un instrument si

furnizeaza datele catre diagrama bloc a unui VI. Indicatoarele simuleaza dispozitivele de iesire dintr-un instrument si afiseaza datele pe care le achizitioneaza sau le genereaza diagrama bloc.

Dupa construirea panolui frontal, trebuie adaugat codul folosind reprezentarea grafica a functiilor ce controleaza obiecetele panoului frontal. Obiectele panoului frontal apar ca terminale in diagrama bloc.

fig. 2 Diagrama bloc a vi-ului “acquire signal.vi”

Terminalele sunt reprezentarea tipului de date al controalelor sau indicatoarelor. Ca exemplu un terminal DBL, va reprezenta in dubla precizie un control sau indicator numeric de tip virgula mobila.

fig. 3 Exemplu de terminal de tip DBL

Terminalele sunt porturi de intrare sau de iesire ce sunt folosite la schimbul de informatii dintre panoul frontal si diagrama bloc. Datele ce sunt introduse in controalele din panoul frontal intra in diagrama bloc prin intermediul terminalelor acelor controale.

In figura 4 este prezentata diagrama bloc pentru VI ce contine patru terminale (intro1, intro2, tank, gauge) corespunzatoare controalelor “intro1”, “intro2”, respectiv indicatoarelor “gauge” si “tank”. Panoul frontal pentru vi este prezentat in figura 5 si contine doua controale “intro1”, “intro2” (o bara verticala si una orizontala) precum si doua indicatoare “gauge” si “tank”. Indicatorul “gauge” va afisa marimea rezultata din adunarea celor doua numere furnizate de catre terminalele controalelor “intro1” si “intro2”. Indicatorul “tank” va afisa valoarea primita la terminalul corespunzator, adica rezultatul adunarii dintre valorile furnizate de “intro1” si “intro2” inmultit cu constanta de tip numeric 100.

fig. 4 Diagrama bloc pentru VI

fig. 5 Panoul frontal pentru VI

Nodurile sunt obiecte din diagrama bloc ce au intrari si/sau iesiri si care executa operatii cand VI-ul este rulat. Acestea sunt similare cu declaratiile, operatorii, functiile si subrutinele din limbajele de programare bazate pe text. Functiile de adunare si de inmultire ce apar in figura 4 sunt cateva exemple de noduri.

Legaturile fac posibil transferul datelor in interiorul diagramei bloc. In figura 4 legaturile conecteaza terminalele DBL ale indicatorilor si controalelor la functiile de adunare si inmultire, precum si constanta de tip numeric la nodul de inmultire. Fiecare legatura trebuie sa aiba o singura sursa de date, dar se pot conecta mai multe VI-uri si functii pentru a citi aceste date furnizate de o sursa.

Legaturile sunt de diverse culori, stiluri, grosimi in functie de tipul datelor ce parcurg aceste legaturi. O legatura care nu este realizata ciorect este desenata printr-o linie neagra punctata.

Structurile sunt reprezentari grafice pentru diferitele bucle si declaratii de tip decizional intalnite in limbajele de programare bazate pe text. Folosirea structurilor in diagrama bloc este necesara pentru repetarea blocurilor de cod si executarea conditionata a codului sau executarea intr-o anumita ordine.

Dupa construirea unui panou frontal si a diagramei corespondente se construiesc iconul si conectorul pentru a folosi VI-ul respectiv ca subVI. Fiecare VI afiseaza un icon in coltul din dreapta sus al panoului frontal si in fereastra diagramei bloc.

Un icon este reprezentarea grafica al unui vi. Acesta poate contine text, imagini sau o combinatie de amandoua. Daca se foloseste un VI ca un subVI, icon-ul identifica acel vi in diagrama bloc al vi-ului curent. Daca se face dublu-click pe un icon, acesta se poate modifica si se poate edita.

De asemenea se poate construi un conector la folosirea unui VI ca un subVI. Conectorul este un set de terminale ce corespund controalelor si indicatoarelor unui VI, in mod similar cu lista de parametrii care sunt ceruti la apelarea unei functii in limbajele de programare bazate pe text. Conectorul defineste intrarile si iesirile ce se pot lega la acel VI pentru a putea folosi respectivul VI ca subVI.

Cand este vizualizat un conector pentru prima data se poate vedea un conector model. Se poate selecta modelul dorit. Conectorul in general are un terminal pentru fiecare control sau indicator din panoul frontal. Se pot aloca pana la 28 de terminale pentru fiecare conector. Daca se anticipeaza nevoia unor terminale ulterioare se pot lasa cateva terminale suplimentare neconectate.

Este recomandata folosirea a maximum 16 terminale pentru a nu reduce utilitatea si accesabilitatea unui VI.

Dupa construirea unui VI si crearea icon-ului si conectorului, acesta se poate folosi si ca subVI.

Se poate salva un VI ca fisier sau ca un grup de cateva VI-uri ce formeaza impreuna o biblioteca VI (VI library).

Se poate modifica aspectul si comportamentul unui VI. De asemenea se pot construi meniuri proprii pentru fiecare VI, si se poate configura VI-ul ca sa afiseze sau sa ascunda bara de meniu

Aplicatii

1.Realizarea unui post local(aplicatie placa de achizitie)

Acest tip de aplicatie are ca obiectiv conectarea unei dispozitiv de telecomanda la calculator cu ajutorul unei placi de achizitie NI-USB 6008.

Pentru partea practica, va fi nevoie de acel dispozitiv,placa de achizitie NI-USB 6008 si o sursa de curent cu care vom alimenta circuitul la o tensiune de 5V.

Programarea acestui sistem de telecomanda se face prin intermediul functiei DAQ Asistant care este o interfata grafica care configureaza sarcini si canale de masurare.

Din DAQ Asistant se aleg intrarile si iesirile necesare conectarii placii de achizitie

De pe panoul frontal se alege functia Array in care se va introduce butoane de tip boolean pentru leduri,relee si comutatoare. Apoi Array-ul se va conecta la data de la DAQ Asistant.

Array-ul este un aranjament sistematic pentru obiecte, format din linii si coloane.

Toate acestea vor fi apoi introduse intr-o bucla infinita while loop, careia i se va atasa si un buton de STOP pentru oprire.

Se conecteaza la placa de achizitie( NI-USB 6008 ) dispozitivul creat(placa cu leduri) prin intermediul porturilor I/O a placii de achizitie:

P0.0-P0.7 pentru comandare leduri si Relee P1.0-P1.3 pentru verificarea starii comutatoarelor

Se vor folosi doi DAQ Asistant, unul setat pe Analog pentru leduri si relee, iar unul setat pe digital pentru comutatoare.

Post local: Diagrama bloc si panou frontal

Diagrama bloc post local pentru verificarea starii comutatoarelor

2.Realizarea unui post centralPanou frontal post central

Diagrama bloc post central

3.Aplicatie client-server(TCP/IP)Client-server panou frontal

Client-server diagrama bloc