Главная
страница 1
Сахаров А.С., Рязанов А.В. Разработка в среде LabVIEW виртуального прибора для исследования характеристик активных фильтров. // Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике: Сб. статей XII Междунар. научно-техн. конф. – Пенза: ПДЗ, 2012. – С. 66 71.

Разработка в среде LabVIEW виртуального прибора


для Исследования характеристик активных фильтров

А.С. Сахаров, А.В. Рязанов

Арзамасский политехнический институт НГТУ,
г. Арзамас, Россия, kitres@apingtu.edu.ru

В данной работе рассмотрены вопросы виртуализации в среде LabVIEW физических измерительных приборов, используемых при исследовании характеристик активных фильтров.



Sakharov A.S., Ryazanov A.V. Development of virtual instrument to examine characteristics of active filters in LabVIEW. This paper considers virtualization of physical measuring instruments in LabVIEW, which are used to study the characteristics of active filters.
В настоящее время на предприятиях и в учебных заведениях высшего профессионального образования для выполнения измерений, наблюдений и контроля сложных физико-технических процессов широко используются автономные измерительные устройства.

Зачастую такие устройства являются громоздкими, дорогостоящими и быстро морально устаревают. В результате этого, человек, проводящий те или иные измерения, подчас испытывает дискомфорт и скованность в движении. Это, несомненно, сказывается как на скорости проведения измерений, так и на их точности.

В то же время мощность и доступность современных компьютеров позволяют использовать их для реализации алгоритмов, заложенных в традиционных измерительных приборах [8]. На данный момент существуют различные системы программных средств, позволяющие создавать виртуальные измерительные приборы, которые способны заменить большинство из существующих автономных измерительных устройств [8]. Поскольку функциональные характеристики системы, построенной на базе виртуальных приборов, определяются программным обеспечением, плата АЦП/ЦАП может быть одновременно и вольтметром, и осциллографом, и генератором, и тензометром и каким угодно другим прибором, экономя рабочее пространство и средства пользователя [8].

Целью работы является изучение возможности виртуализации физических измерительных приборов, используемых при исследовании характеристик активных фильтров, и разработка в среде LabVIEW программного обеспечения для выполнения данного исследования.

Наиболее предпочтительными средами разработки виртуальных приборов являются:

LabVIEW фирмы National Instruments (США) [6],

DASYLab фирмы DATALOG GmbH (Германия) [4],

ZETLab Studio фирмы "ZETLab" (Россия) [8].

В настоящее время торговая марка DASYLab также принадлежит National Instruments [7].

Среда разработки лабораторных виртуальных приборов LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) представляет собой среду прикладного графического программирования, используемую в качестве стандартного инструмента для проведения измерений, анализа данных и последующего управления приборами и исследуемыми объектами. В LabVIEW используется язык графического программирования G и не требуется написания текстов программ. Среда LabVIEW дает огромные возможности как для вычислительных работ, так и – главным образом – для построения приборов, позволяющих проводить измерения физических величин в реальных установках, лабораторных или промышленных, и осуществлять управление этими установками [1].

DASYLab (Data Acquisition Systems Laboratory) – программный пакет для систем сбора данных со всеми типами интерфейсов для подключения к аппаратному оборудованию, такому как RS232, IEEE USB, параллельный порт, шина ISA, шина PCI и т.д. Кроме того DASYLab поставляет множество функциональных модулей для измерений и контроля [5].

ZETLab Studio, подобно LabVIEW – интегрированная среда разработчика для создания программ сбора, обработки данных и управления периферийными устройствами. В отличие от многих других аналогичных систем в ZETLab Studio не предполагается отдельного языка программирования и/или интерпретатора. Пользовательские программы создаются на языках программирования Visual Basic, Visual C, Delphi [8].

Фирма National Instruments является производителем распространенного и широко используемого аппаратного обеспечения. Это гарантирует совместимость и максимальную производительность программ, созданных в средах разработки LabVIEW и DASYLab, с аппаратными средствами National Instruments. LabVIEW, в отличие от DASYLab, является собственной разработкой National Instruments, что обеспечит более длительную поддержку данной среды разработки в будущем [6]. Так же весомыми факторами, склоняющим выбор в пользу LabVIEW, является недостаточное количество документации на русском языке для DASYLab и все большее распространение LabVIEW для решения подобных задач.

Исходя из всего вышеперечисленного, авторами было принято решение использовать в качестве среды разработки виртуальных измерительных приборов LabVIEW.

В качестве исследуемого активного фильтра был выбран двухкаскадный фильтр нижних частот (ФНЧ) с высокой добротностью, как наиболее схемотехнически сложный из рассматриваемого типа устройств. Исследуемой характеристикой фильтра являлась амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), под которой следует понимать зависимость величины напряжения на выходе фильтра от частоты входного сигнала [3].

Для выполнения работы был использован лабораторный стенд, оснащенный современным персональным компьютером и специализированным набором аппаратных средств, а также оригинальное прикладное программное обеспечение. При выборе аппаратных средств, в частности многофункциональной платы аналогового и цифрового ввода-вывода использовалась плата PCI-6251, предназначенная для установки в ПК, оснащенные интерфейсом PCI. В качестве шасси для сборки схемы фильтра использовался макетный коннектор SC-2075, аппаратно совместимый с выбранным АЦП. Эти устройства, выпускаемые компанией National Instruments, сравнительно дешевы [6] и хорошо подходят для решения измерительных задач.

Внешний вид выбранного аппаратного обеспечения представлен на рис. 1.



Рис. 1. Внешний вид аппаратного обеспечения

На рис. 1 показаны многофункциональная плата ввода-вывода


PCI-6251 (1), макетный коннектор SC-2075 (2) и соединительный кабель SH68-68-EP (3).

Для решения поставленной задачи в среде LabVIEW был разработан виртуальный прибор, с помощью которого можно отслеживать выходное напряжение при изменении частоты и амплитуды входного сигнала. Передняя панель разработанного виртуального прибора в рабочем состоянии представлена на рис. 2. Она представляет собой комбинацию двух субпанелей.





Рис. 2. Передняя панель виртуального прибора

На левой субпанели представлены устройства управления выходным сигналом макетного коннектора, рабочие каналы и элементы индикации питания и ошибки виртуального прибора. Ручки «Частота» и «Входное напряжение» предназначены для управления сигналом, который подается на выходной канал макетного коннектора, а далее на вход ФНЧ. В поле «Параметры канала» с помощью выпадающих списков осуществляется выбор входного и выходного каналов, с которыми будет работать (принимать и выводить сигналы) макетный коннектор. Для обозначения работы прибора используется круглый светодиодный индикатор «Питание». При возникновении ошибки выполнения виртуального прибора он будет остановлен с соответствующим информационным сообщением и загорится индикатор «Ошибка».

На правой субпанели располагаются цифровые элементы индикации параметров входного и выходного сигналов ФНЧ и копка корректной остановки виртуального прибора «STOP».

Блок-схема виртуального прибора состоит из двух основных подприборов (SubVI): Gen_Voltage.vi и Acq_Voltage.vi. Они были разработаны путем модификации известных базовых схем. Gen_Voltage.vi предназначен для создания и вывода на макетный коннектор напряжения с заданными характеристиками. После этого, напряжение подается на вход макета, проходит через ФНЧ и попадает на один из входов макетного коннектора. Acq_Voltage.vi предназначен для измерения параметров сигнала на указанном входе.

Далее из полученных параметров сигнала выделяется требуемая характеристика и представляется в графической форме.

В результате сравнения экспериментальных данных, полученных с помощью разработанного виртуального прибора и физических измерительных приборов (низкочастотный генератор сигналов Г3–112/1 и мультиметр APPA 207), было получено, что погрешность измерения виртуального прибора не превышает погрешности физических приборов, в то время как используемое рабочее пространство сокращается на 15,6 дм2. На основании этого можно сделать вывод о приоритетности использования виртуальных измерительных приборов в образовательном процессе.

Дальнейшим направлением исследования является сравнение разработанного виртуального прибора с более точными физическими приборами.

Библиографический список

1. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе LabVIEW 7 / под ред. П.А. Бутырина. – М.: ДМК Пресс, 2005. – 264 с.

2. Батоврин В.К. LabVIEW: практикум по электронике и микропроцессорной технике: учеб. пособие для вузов. – М.: ДМК Пресс, 2005. – 182 с.

3. Ямпурин Н.П., Баранова А.В, Обухов В.И. Электроника : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Академия, 2011. – 240 с.

4. http://dasylab.com/

5. http://icpdas.ru/

6. http://ni.com/



7. http://ru.wikipedia.org/

8. http://zetlab.ru/


Смотрите также:
Сахаров А. С., Рязанов А. В. Разработка в среде
58.73kb.
1 стр.
Сахаров Сергей Петрович
46.54kb.
1 стр.
Теория систем и структурный подход к моделированию
548.65kb.
6 стр.
Курсовая работа по предмету Информатика на тему
62.27kb.
1 стр.
Сахаров Сергей Петрович
26.67kb.
1 стр.
Сахаров А. Н. История России с древнейших времен до конца XVI в
352.84kb.
2 стр.
Научно-практическая конференция для обучающихся «православие и современность»
110.01kb.
1 стр.
Производственная практика
181.44kb.
1 стр.
Сахаров Елена Боннэр До дневников к изданию Собрания сочинений А. Д. Сахарова
1598.55kb.
7 стр.
Рязанов Владимир Германович
73.39kb.
1 стр.
Сахаров а. Н. Размышления о русско-японской войне 1904 1905 гг. // Вопросы истории. 2007. №4
280.48kb.
1 стр.
Завершенная предметная линия
19.71kb.
1 стр.