Mérésadatgyűjtés és jelfeldolgozás személyi számítógéppel

A mérési adatgyűjtés és feldolgozás a PC-k (PC – Personal Computer – Személyi Számítógép) megjelenése előtt rendkívül munkaigényes és lassú eljárás volt. Az analóg mérőműszereket leolvasva a mért eredményeket papíron rögzítették, majd a mérés befejezése után elvégezték a szükséges számításokat, ezután következhetett az eredmények kiértékelése.

A PC alapú adatgyűjtéssel ms-ok alatt mér, számol és értékel a rendszer, de a legkorszerűbb PC-k már be is avatkoznak ez idő alatt, tehát „Real-Time” működést oldanak meg.

A személyi számítógépek megjelenése az adatgyűjtő rendszerekben a költségek nagymértékű csökkenését eredményezte. A nagy szériában gyártott olcsó PC-k használatával csökkent a hardver költség. Ezekhez kidolgozott adatgyűjtő szoftvercsomagok alkalmazásával pedig csökkentették a szoftverköltségeket. Ez teszi lehetővé, hogy egyre több új területen, mindenekelőtt az ipari méréstechnikában automatizálják az adatgyűjtést. A II.4.1. ábrán egy általános séma látható számítógépes adatgyűjtés megoldására [33-34]:

Adatgyûjtõ kártya

Alkalmazás és driverek

BEMENÕ ÉS KIMENÕ JELEK HARDVER SZOFTVER

szenzorok számláló,

idõzítõ digitális

analóg

II.4.1. ábra. A PC alapú adatgyűjtés lehetséges jelei

Az ábrán látható, hogy valamilyen bemeneti jelből az adatgyűjtő kártya és a szoftver segítségével értékelhető eredményeket kaphatunk a számítógépünkön.

A számítógép vezérelt adatgyűjtő-rendszereket vagy önálló készülékként például a PLC-k (Programable Logical Control - Programozható Logikai Vezérlők), vagy számítógép kártya (pl.: DAQ Card– Data Acquistion Card – Adatgyüjtő Kártya) alakjában hozzák forgalomba. Ezek természetesen szabványos kommunikáció és fizikai formában kerülnek forgalomba, ezért csereszabatosak. A számítógépbe illeszthető adatgyűjtő kártyák gyártásával

36 napjainkban már igen sok cég foglalkozik melyek versenye kedvezően hat a virtuális műszerek fejlesztésére.

II.4.1. A LabVIEW szoftver

A LabVIEW név mozaikszó, jelentése a következő: Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench, azaz nyersfordításban: laboratóriumi virtuális műszer mérnöki munkapad. A LabVIEW programrendszer egy grafikus programozási nyelv és ugyanakkor egy fejlesztői környezet, amely a mérésadatgyűjtés, kiértékelés és megjelenítés hármas feladatára, virtuális műszerek (VI-k) készítésére használható fel. A LabVIEW három funkciója a következő: az adatgyűjtés, a kiértékelés és a megjelenítés.

A hagyományos műszerek önálló input-output lehetőségekkel és állandó felhasználói felülettel rendelkeznek, úgymint kapcsolók, nyomógombok, kijelzők és egyéb jellemzők. A gyártó definiálja a működéshez tartozó eszközöket, a felhasználó ezek összetételén a legtöbb esetben nem tud változtatni. A digitális műszerek esetén a bemenő jelet digitalizálják és az eredmény számjegyek formájában kerül kijelzésre. Az olcsó, nagy teljesítményű asztali számítógépek teszik lehetővé egy új elveken alapuló műszerkészítési technikát, a virtuális műszerek létrehozását.

A virtuális műszer egy általános, számítógéphez adott szoftver és hardver, amellyel a felhasználó maga alakítja ki saját mérőműszerét, amellyel utána úgy lehet dolgozni, mintha hagyományos műszer lenne. Ezen műszer előlapja a számítógép képernyőjén látható a szükséges kezelő szerveivel és kijelzőivel együtt. A virtuális műszer hardvere a számítógépbe helyezett kártyák, amelyhez a megfelelő illesztéseken keresztül kapcsolódnak a mérő-érzékelők, műszerek, illetve beavatkozók. Mivel a felépítés szabadon variálható, így a virtuális műszerek funkcionalitását a fejlesztő/felhasználó szabja meg. [35-38]

A LabVIEW grafikus nyelv két fontos dologban különbözik a hagyományos programozási nyelvektől. Az egyik, hogy nem szöveges utasításokból épül fel, hanem adat be- és kimeneteket valamint adat-átalakítókat tartalmazó és adatvezetékekkel összekötött blokkokból, ikonokból, amelyek könnyen áttekinthetők. A másik eltérés az, hogy a program koncepciója nem algoritmikus, hanem adatfolyam alapú, ahol az adatok útja van lerajzolva a bemenetektől a kimenetekig az adat-átalakítókon keresztül és az adatok feldolgozása párhuzamosan folyik.

37 Felépítése

A LabVIEW-ban a műszer összeállítása három részből/funkcióból áll: a műszer előlapjának, vagyis a front panelnek az elkészítése, a blokk diagram megrajzolása, a harmadik pedig az ikoncsatlakozó funkció a hierarchikus felépíthetőség biztosítására.

A front panel ablakban kell megrajzolni az előlapot, amelynek az elemei a műszer kezelő és megjelenítő feladatait látják el. Az elemek szabadon elhelyezhetők, mozgathatók az előlapon és tulajdonságai (pl. szín, méret, stb.) beállíthatók. Ilyen módon funkcionálisan megfelelő és esztétikus előlapot – műszert – állíthatunk elő. A kész virtuális műszer előlapján a kezelőszerveket az egérrel, esetleg billentyűzettel működtethetjük. Ezzel egyidejűleg a kijelzők szolgáltatják a real-time információkat a vizsgált rendszerről.

A diagram ablakban rajzolható meg a műszer blokk diagramja. Ehhez az adat-átalakító elemek gazdag választéka áll rendelkezésünkre. Például aritmetikai, logikai és szöveg műveletek, különféle függvények és eljárások, teljes körű I/O (input/output) és fájl műveletek, valamint a rendszerrel kapcsolatos függvények. Ezeket az elemeket ikonok reprezentálják a blokk diagramon. A diagram elkészítése abból áll, hogy ezeket az ikonokat, a kiválasztott átalakító elemeket és a kijelző szerveket „összehuzalozzuk”. A diagram létrehozásához olyan alapvető programozási struktúrák állnak rendelkezésre, mint például a ciklus, elágazás és egyéb speciális struktúrák (pl. a párhuzamos végrehajtás miatt szükséges szekvencia).

A LabVIEW-ban a legtöbb funkció egyaránt működik skalár számokkal, tömbökkel és komplex számokkal. További lehetőségeket biztosít a korszerű jelfeldolgozás eljárásait tartalmazó nagy analízis könyvtár. A gazdag választék a matematikai statisztika, a lineáris algebra, a jelgenerálás, az idő és a frekvencia tartománybeli vizsgálata, az ablakozás, a digitális szűrés és a PID szabályozás területeit öleli fel. [39]

A LabVIEW-ban készült műszerek felépítése moduláris és hierarchikus. A műszer egyes egységei, amelyek részfunkciókat látnak el, és esetlegesen több műszerben is felhasználhatók, önálló műszerként megrajzolhatók, ikon rendelhető hozzájuk, és így más alkalmazásokba (VI-ba) könnyen meghívhatók.

38