Εισαγωγή στη Λήψη Δεδομένων (DAQ)

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Πρόλογος Εισαγωγή Αναφορές 1. Γενικά για τη Λήψη Δεδομένων 2. Μετατροπείς (Αισθητήρες) 3. Σήματα 3.1 Αναλογικά Σήματα 3.1.1 Επίπεδο 3.1.2 Μορφή 3.1.3 Συχνότητα 3.2 Ψηφιακά Σήματα 3.2.1 Κατάσταση 3.2.2 Ρυθμός 4. Επεξεργασία Σήματος 5. Συσκευές DAQ 6. Οδηγός και Λογισμικό Εφαρμογών 6.1 Οδηγός Συσκευής DAQ 6.2 Το Λογισμικό Εφαρμογών 7. Σύνδεση Αναλογικών Σημάτων Τάσης σε μια Συσκευή DAQ 7.1 Εντοπισμός των Ακροδεκτών της Συσκευής DAQ 7.2 Διαμόρφωση μιας Μέτρησης Αναλογικής Τάσης 7.3 Σύνδεση ενός Αναλογικού Σήματος Τάσης στη συσκευή DAQ 7.4 Δοκιμή του Σήματος 8. Προσθήκη Αναλογικών Εισόδων σε ένα Εικονικό Όργανο Το Παράδειγμα του Liquid Level Measurement.vi 8.1 Η Χρήση της Επιφάνειας Προγραμματισμού DAQmx 8.2 Η Χρήση του Οδηγού DAQ Assistant 9. Μέτρηση Θερμοκρασίας με Χρήση του Αισθητήρα LM35 και Καταγραφή Τιμών σε Αρχείο Το Παράδειγμα του Εικονικού Οργάνου Temp Acquisition&Graph-Write Data to File.vi. 9.1 Γενικά για το αισθητήριο LM35 9.2 Διαμόρφωση της Μέτρησης και Σύνδεση του Αναλογικού Σήματος Τάσης του LM35 στη συσκευή DAQ 1

9.3 Η Κατασκευή του Εικονικού Οργάνου Temp Acquisition&Graph-Write Data to File.vi. 10. Μέτρηση Θερμοκρασίας και Σχετικής Υγρασιας με Χρήση του Μεταδότη 4-20mA KWL Το Παράδειγμα του Εικονικού Οργάνου Temp&RH Acquisition&Graph. vi 10.1 Γενικά για το αισθητήριο KWL 10.2 Δυό λόγια για τους μεταδότες 4 20 ma 10.3 Διαμόρφωση της Μέτρησης και Σύνδεση των Αναλογικών Σημάτων του KWL στη συσκευή DAQ 10.4 Η Κατασκευή του Εικονικού Οργάνου Temp&RH Acquisition&Graph. vi 2

Πρόλογος Η παρούσα «Εισαγωγή στο Λήψη Δεδομένων» βασίζεται τόσο στο βιβλίο του Dan Nesculescu, Mechatronics, Κεφ. 6, Prentice Hall, μετάφραση στα ελληνικά Κ. Παρίσης-Ν. Πουλάκης, εκδόσεις Τζιόλα, όσο και στην εκπαιδευτική σειρά της National Instruments Measurement Fundamentals και συγκεκριμένα στο μέρος Introduction to Data Acquisition series (http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/3214#toc0). Το κείμενο αυτό έχει σαν σκοπό να δώσει μια εισαγωγή στα βασικά στοιχεία ενός συστήματος λήψης δεδομένων βασισμένου σε υπολογιστή (computer-based data acquisition system) Εισαγωγή Η Λήψη Δεδομένων (Data ΑcQuisition DAQ) περιλαμβάνει τη συλλογή των σημάτων από τις πηγές μέτρησης και την ψηφιοποίσησή τους για αποθήκευση, ανάλυση και παρουσίαση σε ένα PC (Personal Computer Η/Υ). Η Εικ. 1 δείχνει τις κύριες λειτουργίες ενός συστήματος λήψης δεδομένων βασισμένο σε υπολογιστή. Η/Υ Μετατροπέας (Αισθητήρας) Λήψη Δεδομένων & Ελεγχος Οργάνου Ανάλυση Δεδομένων Παρουσίαση Αποτελεσμάτων Εικόνα 1 Βασικό διάγραμμα ενός συστήματος λήψης δεδομένων βασισμένο σε Η/Υ Μια απλή λύση για σύνδεση μετατροπέων (αισθητήρων)( με PC είναι μέσω μιας Κάρτας Λήψης Δεδομένων (DAQ card). Η μέτρηση ξεκινάει από έναν απλό μετατροπέα (transducer) ή αισθητήρα (sensor), ο οποίος συνδέεται στην είσοδο μιας κάρτας DAQ (Εικ. 1). Ο μετατροπέας ή αισθητήρας μετατρέπει το φυσικό μεγέθος σε ηλεκτρικό σήμα (τάση ή ρεύμα). Η κάρτα DAQ εγκαθίσταται είτε εσωτερικά στη μητρική κάρτα του PC είτε είναι εξωτερική και συνδέεται μέσω θύρας USB με το PC. Ένα πλεονέκτημα αυτής της λύσης είναι ότι το ηλεκτρικό σήμα του μετατροπέα μεταβιβάζεται απ ευθείας στην εγκατεστημένη στο PC κάρτα. Το μειονέκτημα, όμως, είναι ο περιορισμός στην απόσταση μεταφοράς του σήματος, λόγω των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών, οι οποίες μπορούν να αλλοιώσουν το σήμα της μέτρησης, όταν αυτό μεταφέρεται με καλώδια σε μεγάλες αποστάσεις. Επίσης, σύνδεση πολλών μετατροπέων σε μια κάρτα DAQ σημαίνει και ανεπιθύμητα μεγάλο αριθμό καλωδίων. Σε αυτό το μέρος, θα εξετάσουμε τα βασικά στοιχεία και θα δώσουμε μερικά παραδείγματα εφαρμογών λήψης δεδομένων με κάρτες DAQ. Μια άλλη κατηγορία λύσεων, για λήψη δεδομένων που βασίζονται σε υπολογιστές αφορά στην επικοινωνία και τον έλεγχο αυτόνομων οργάνων (π.χ., ψηφιακά πολύμετρα, αναλυτές φάσματος, κ.α.) με τη χρήση ψηφιακής επικοινωνίας μεταξύ των οργάνων και του υπολογιστή. Η επικοινωνία μπορεί να είναι σειριακή (πρωτόκολλο RS-232), παράλληλη (πρωτόκολλο IEEE-488, γνωστό σαν GPIB), ή Ethernet (πρωτόκολλο TCP/IP). Με την επικοινωνία υπολογιστών με όργανα για έλεγχο και λήψη δεδομένων θα ασχοληθούμε στο επόμενο Μέρος ΙV αυτών των σημειώσεων. 3

Αναφορές 1. Μια πλήρης εκπαιδευτική σειρά σημειώσεων, παραδειγμάτων και διαδραστικών οπτικοακοστικών διαλέξεων πάνω σε τεχνικά και θεωρητικά ζητήματα που αφορούν στις μετρήσεις, βλ. National Instruments Measurement Fundamentals Series http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/3214 2. Ένα καλό βιβλίο στα ελληνικά με εκτενή ανάλυση και πολλά παραδείγματα για το Lab VIEW και τα συστήματα DAQ είναι το : Lab VIEW για Μηχανικούς Προγραμματισμός Συστημάτων DAQ, Κ. Καλοβρέκτης, Εκδ. Τζιώλας. 4

1. Γενικά για τη Λήψη Δεδομένων Η Λήψη Δεδομένων (στο εξής DAQ) περιλαμβάνει τη συλλογή των σημάτων από τις πηγές μέτρησης και την ψηφιοποίσησή τους για αποθήκευση, ανάλυση και παρουσίαση σε ένα PC. Τα συστήματα DAQ διατίθενται σε πάρα πολλές τεχνολογίες υπολογιστών: PCI, PXI, PCI Express, PXI Express, PCMCIA, USB, ασύρματα (wireless) και Ethernet, προσφέρουν μεγάλη ευελιξία και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές ελέγχου, μετρήσεων ή αυτοματισμού. Το στήσιμο ενός βασικού συστήματος DAQ προϋποθέτει την εξέταση των παρακάτω πέντε συνιστωσών: Μετατροπείς Σήματα Επεξεργασια Σήματος Συσκευή DAQ Οδηγός και Λογισμικό Εφαρμογών 2. Μετατροπείς (Transducers) Η Λήψη Δεδομένων ξεκινάει με το φυσικό φαινόμενο που είναι να μετρηθεί. Το φυσικό αυτό φαινόμενο μπορεί να είναι η θερμοκρασία ενός δωματίου, η ένταση μιας φωτεινής πηγής, η πίεση εντός ενός θαλάμου, η δύναμη που εφαρμόζεται σε ένα σώμα ή πολλά άλλα πράγματα. Ένα αποτελεσματικό σύστημα DAQ πρέπει να μπορεί να μετράει όλα τα διαφορετικά αυτά φαινόμενα. Ένας μετατροπέας (transducer) είναι μια συσκευή που μετατρέπει ένα φυσικό φαινόμενο σε μετρήσιμο ηλεκτρικό σήμα, όπως τάση ή ρεύμα. Η ικανότητα ενός συστήματος DAQ να μετρά διαφορετικά φαινόμενα εξαρτάται από τους μετατροπείς που είναι να μετατρέψουν τα φυσικά φαινόμενα σε σήματα μετρήσιμα από τη συσκευή DAQ. Στα συστήματα DAQ, οι μετατροπείς (transducers) είναι συνώνυμοι με τους αισθητήρες (sensors). Υπάρχουν ειδικοί μετατροπείς για πολλές ειδικές εφαρμογές, όπως για μέτρηση θερμοκρασίας, πίεσης ή ροής υγρού. Ο Πίνακας 1 δείχνει μια συνοπτική λίστα κάποιων συνηθισμένων φαινομένων και των μετατροπέων που χρησιμοποιούνται για νω τα μετρήσουν. Εκτενέστερη μελέτη των διαφόρων ειδών μετατροπέων (Ηλεκτρομηχανικών, Θερμοκρασίας και Φωτός) έγινε στα πλαίσια του μαθήματος «Τεχνολογία Μετρήσεων» (3ο Εξάμηνο Σπουδών) από τους φοιτητές του Τμήματος Ηλεκτρολογίας. Σημειώσεις και περιγραφή τόσο του μαθήματος όσο και των εργαστηριακών ασκήσεων του μαθήματος «Τεχνολογία Μετρήσεων» μπορεί να βρεί κανείς στο http://eclass.teikoz.gr/. Διαφορετικοί μετατροπείς έχουν διαφορετικές απαιτήσεις για τη μετατροπή των φαινομένων σε μετρήσιμα σήματα. Κάποιοι μετατροπείς μπορεί να απαιτούν διέγερση στη μορφή τάσης ή ρεύματος. Άλλοι μετατροπείς μπορεί να απαιτούν επιπρόσθετα εξαρτήματα ακόμα και δίκτυα αντιστάσεων για να παράγουν ένα σήμα. ( Για μια εκπαιδευτική παρουσίαση των μετατροπέων, από τη θεωρία ως παραδείγματα πραγματικών εφαρμογών, βλ., http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/4045, από την ίδια σειρά Measurement Fundamentals Series της National Instruments. Για περισσότερες πληροφορίες πάνω στους έξυπνους μετατροπείς, βλ., www.ni.com/sensors.) 5

Πίνακας 1 Φαινόμενο Θερμοκρασία Φως Φαινόμενα και αντίστοιχοι Μετατροπείς Μετατροπέας Θερμοζεύγος, RTD, Θερμίστορ Φωτοδίδος, Φωτοτρανζίστορ, Φωτοαντίσταση Ήχος Δύναμη και Πίεση Θέση και Μετατόπιση Επιτάχυσνη ph Μικρόφωνο Μετρητής Μηχανικής Τάσης (Strain Gage) Πιεζοηλεκτρικό Στοιχείο Ποτενσιόμετρο, LVDT, Οπτικός Κωδικοποιητής Επιταχυνσιόμετρο Ηλεκτρόδιο ph 3. Σήματα (Signals) Τα σήματα μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες, κάθε μια από τις οποίες έχει τα δικά της χαρακτηριστικά: Αναλογικά Ψηφιακά 3.1 Αναλογικά Σήματα (Analog Signals) Ένα αναλογικό σήμα μπορεί να πάρει οποιαδήποτε τιμή κατά τη διάρκεια του χρόνου. Μερικά παραδείγματα αναλογικών σημάτων είναι η τάση, η θερμοκρασία, η πίεση, ο ήχος και το φορτίο. Τα τρία κύρια χαρακτηριστικά ενός αναλογικού σήματος είναι το επίπεδο, η μορφή και η συχνότητα (Εικ. 2). 3.1.1 Επίπεδο (Level) Αφού τα αναλογικά σήματα μπορούν να πάρουν οποιαδήποτε τιμή, το επίπεδο είναι μια ουσιώδης πληροφορία για το μετρούμενο αναλογικό σήμα. Η ένταση μιας φωτεινής πηγής, η θερμοκρασία σε ένα δωμάτιο και η πίεση μέσα σε ένα θάλαμο είναι όλα παραδείγματα που δείχνουν τη σημασία του επιπέδου τιμής ενός σήματος. Όταν μετράτε το επίπεδο της τιμής ενός σήματος, το σήμα γενικά δεν μεταβάλλεται γρήγορα με το χρόνο. Η ακρίβεια της μέτρησης, όμως, είναι πολύ σημαντική. Για να τα καταφέρουμε με τη μέτρηση αναλογικών σημάτων, θα πρέπει να επιλέξουμε ένα σύστημα DAQ που δίνει τη μέγιστη ακρίβεια. 3.1.2 Μορφή (Shape) Μερικά σήματα παίρνουν το όνομά τους από την ιδιαίτερη μορφή τους ημίτονο (sine), τετράγωνο (square), πριονωτό (saw tooth) και τριγωνικό (triangle). Η μορφή ενός αναλογικού σήματος μπορεί να είναι σημαντική όσο και το επίπεδό του διότι, μετρώντας τη μορφή ενός αναλογικού σήματος, μπορεί κανείς να αναλύσει παραπέρα το σήμα, όπως, να 6

Εικ. 2 Τα κύρια χαρακτηριστικά ενός αναλογικού σήματος: Επίπεδο (Level), Μορφή (Shape) και Συχνότητα (Frequency) βρει τις μέγιστη τιμη (peak value), την DC τιμή και την κλίση (slope). Γενικά, στα σήματα, που μεταβάλλονται γρήγορα με το χρόνο, η μορφή έχει ιδιαίτερη σημασία, παρόλα αυτά, η ακρίβεια του συστήματος DAQ εξακολουθεί να είναι σημαντική. Η ανάλυση των παλμών της καρδιάς, τα σήματα εικόνας, οι ήχοι, οι ταλαντώσεις και η απόκριση των κυκλωμάτων είναι μερικές από εφαρμογές που περιλαμβάνουν μετρήσεις μορφής. 3.1.3 Συχνότητα (Frequency) Όλα τα αναλογικά σήματα μπορούν να κατηγοριοποιηθούν με βάση τη συχνότητά τους. Σε αντίθεση με το επίπεδο και τη μορφή, δεν μπορούμε να μετρήσουμε άμεσα τη συχνότητα ενός σήματος, χρειάζεται να το αναλύσουμε χρησιμοποιώντας λογισμικό. Η ανάλυση αυτή συνήθως, γίνεται χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο που λέγεται Μετασχηματισμός Fourier (Fourier transform). Όταν αυτό που μας ενδιαφέρει περισσότερο είναι η συχνότητα ενός σήματος, τότε, εκτός από την ακρίβεια, χρειάζεται να λάβουμε υπ όψη μας και την ταχύτητα λήψης των δεδομένων (ή ταχύτητα δειγματοληψίας) του συστήματος DAQ. Αν και η ταχύτητα δειγματοληψίας, που χρειάζεται, για να μετρήσουμε τη συχνότητα ενός σήματος είναι μικρότερη από την ταχύτητα, που χρειάζεται, για να πάρουμε τη μορφή του σήματος, παρ όλα αυτά, πρέπει να είναι αρκετά μεγάλη για να μη χάσουμε τη σχετική πληροφορία. Η συνθήκη, που καθορίζει αυτήν την ταχύτητα είναι γνωστή σαν Θεώρημα Δειγματοληψίας του Nyquist (Nyquist Sampling Theorem). Η ανάλυση φωνής (speech analysis), η τηλεπικοινωνία (telecommunication) και η ανάλυση των σεισμικών σημάτων (earthquake analysis) είναι μερικά συνηθισμένα παραδείγματα εφαρμογών που η συχνότητα του σήματος πρέπει να είναι γνωστή. 7

3.2 Ψηφιακά Σήματα (Digital Signals) Ένα ψηφιακό σήμα δεν μπορεί να πάρει οποιαδήποτε τιμή με το χρόνο. Αντιθέτως, ένα ψηφιακό σήμα έχει δύο δυνατά επίπεδα τιμών: υψηλό (high) και χαμηλό (low). Γενικά, τα ψηφιακά σήματα ακολουθούν ορισμένες προδιαγραφές όσον αφορά τα χαρακτηριστικά τους. Οι προδιαγραφές αυτές συνηθέστατα αναφέρονται σαν TTL (transistor-to-transistor logic). Οι προδιαγραφές TTL καθορίζουν ένα ψηφιακό σήμα να είναι χαμηλό όταν το επίπεδο (η τική του) βρίσκεται μεταξύ 0 και 0.8 V και το σήμα να είναι υψηλό μεταξύ 2 και 5 V. Η χρήσιμη πληροφορία, που μπορούμε να μετρήσουμε από ένα ψηφιακό σήμα είναι η κατάστασή του (υψηλό ή χαμηλό) και ο ρυθμός του (Εικ. 3). 3.2.1 Κατάσταση (State) Τα ψηφιακά σήματα δεν μπορούν να πάρουν οποιαδήποτε τιμή με το χρόνο. Η κατάσταση ενός ψηφιακού σήματος ουσιαστικά είναι το επίπεδο του σήματος - ON ή OFF, υψηλό ή χαμηλό. Η παρακολούθηση της κατάστασης ενός διακόπτη ανοικτός ή κλειστός είναι μια συνηθισμένη εφαρμογή, που δείχνει τη σημασία να γωρίζουμε την κατάσταση ενός ψηφιακού σήματος. 3.2.2 Ρυθμός (Rate) Ο ρυθμός ενός ψηφιακού σήματος καθορίζει πως το ψηφιακό σήμα αλλάζει κατάσταση με το χρόνο. Ένα παράδειγμα μέτρησης του ρυθμού ενός ψηφιακού σήματος είναι να βρούμε πόσο γρήγορα περιστρέφεται ο άξονας ενό κινητήρα. Σε αντίθεση με τη συχνότητα, ο ρυθμός ενός ψηφιακού σήματος μετράει πόσο συχνά επαναλαμβάνεται ένα μέρος του σήματος. Για να βρούμε το ρυθμό ενός σήματος δεν απαιτείται αλγόριθμος. Εικ. 3 Τα κύρια χαρακτηριστικά ενός ψηφιακού σήματος: Κατάσταση (State) και Ρυθμός (Rate) 8

4. Επεξεργασία Σήματος (Signal Conditioning) Μερικές φορές, οι μετατροπείς βγάζουν σήματα που είναι πολύ δύσκολο ή πολύ επικίνδυνο να μετρηθούν απ ευθείας με συσκευή DAQ. Για παράδειγμα, όταν ασχολούμαστε με υψηλές τάσεις, σε θορυβώδες περιβάλλον, με εξαιρετικά υψηλά ή χαμηλά σήματα ή με ταυτόχρονη μέτρηση σημάτων, η επεξεργασία του σήματος είναι απαραίτητη για ένα αποτελεσματικό σύστημα DAQ. Μεγιστοποιεί την ακρίβεια του συστήματος, επιτρέπει στους μετατροπείς να λειτουργούν ομαλά και εγγυάται την ασφάλεια. Είναι σημαντικό να επιλέγουμε την κατάλληλη συσκευή για την επεξεργασία του σήματος. Υπάρχει μια ποικιλία οργάνων επεξεργασίας σήματος για χρήση σε μια ποικιλία εφαρμογών, οι οποίες περιλαμβάνουν: Ενίσχυση (Amplification) Εξασθένηση (Attenuation) Απομόνωση (Isolation) Σύνδεση με Γέφυρα (Bridge completion) Ταυτόχρονη δειγματοληψία (Simultaneous sampling) Διέγερση Αισθητήρων (Sensor excitation) Πολυπλεξία (Multiplexing) Άλλα σημαντικά κριτήρια, που πρέπει κανείς να λάβει υπ όψη του στην επεξεργασία σήματος, είναι η συσκευασία του οργάνου [ενιαίο (integrated) ή αποτελούμενο από υπομονάδες (modular)], η απόδοση, ο ρυθμός εισόδου/εξόδου I/O και το κόστος. Για περισσότερο λεπτομερή πληροφόρηση πάνω σε αυτούς τους τύπους επεξεργασίας σήματος, βλ., Signal Conditioning Fundamentals for Computer-Based Data Acquisition Systems. 5. Συσκευές DAQ (Data Acquisition Hardware) Οι συσκευές DAQ λειτουργούν σαν η διασύνδεση (interface) μεταξύ του υπολογιστή και του έξω κόσμου. Η βασική τους λειτουργία είναι να ψηφιοποιούν τα εισερχόμενα αναλογικά σήματα ώστε να τα καταλαβαίνει ο υπολογιστής. Γενικά, οι λειτουργίες των συσκευών DAQ είναι: Είσοδος/έξοδος αναλογικού σήματος (Analog Input/Output) Είσοδος/έξοδος ψηφιακού σήματος (Digital Input/Output) Μετρητής/χρονόμετρο (Counter/Timer) Πολυλειτουργικότητα (multifunction), ένας συνδυασμός αναλογικής, ψηφιακής λειτουργίας και λειτουργιας μετρητή σε μια συσκευή. Οι συσκευές DAQ υπάρχουν σε αρκετες μορφές. Η Εικ. 4 δείχνει τη γκάμα συσκευών DAQ της εταιρείας National Instruments της οποίας συσκευές θα χρησιμοποιήσουμε τόσο στη θεωρία όσο και στο εργαστήριο του μαθήματος SCADA. 9

PXI/CompactPCI Wi-Fi Εικ. 4 Τύποι συσκευών DAQ της εταιρείας National Instruments (http://www.ni.com/dataacquisition/) Η πιο συνηθισμένη μορφή είναι για υπολογιστές γραφείου (desktop). Είναι μια κάρτα PCI (PCI DAQ board) η οποία συνδέεται σε όλους τους υπολογιστές γραφείου (desktop). Επίσης, υπάρχουν μονάδες DAQ (DAQ modules) για συστήματα PXI/CompactPCI. Τα συστήματα PXI είναι μια περισσότερο στιβαρή πλατφόρμα υπολογιστή που αποτελείται από υπομονάδες. Χρησιμοποιείται ιδιαίτερα σε εφαρμογές μετρήσεων και αυτοματισμού. Για κατανεμημένες (distributed) μετρήσεις, υπάρχει η πλατφόρμα Compact FieldPoint η οποία διαθέτει μονάδες I/O, ενσωματωμένους υπολογιστές και επικοινωνία Ethernet. Για φορητές (portable) μετρήσεις, υπάρχουν συσκευές DAQ για θύρες USB και PCMCIA (θύρα σε φορητούς υπολογιστές, laptops, η οποία, όμως τείνει να καταργηθεί). Επίσης, υπάρχουν συσκευές DAQ για συστήματα PCI Express, που είναι η επόμενη γενιά του PC I/O bus και για PXI Express, που είναι ένα PXI bus υψηλών επιδόσεων. Οι νεώτερες συσκευές DAQ προσφέρουν συνδεσιμότητα μέσω ασύρματου (Wi-Fi) και καλωδιακού Ethernet. Οι Wi-Fi συσκευές DAQ χρησιμοποιούν το πρωτόκολλο ασύρματης επικοινωνίας IEEE 802.11g. 10

6. Οδηγός και Λογισμικό Εφαρμογών (DAQ Driver and Application Software) 6.1 Οδηγός Συσκευής DAQ (DAQ Driver) Το λογισμικό μετατρέπει το PC και τη συσκευή DAQ σε ένα πλήρες εργαλείο λήψης, ανάλυσης και παρουσίασης δεδομένων. Χωρίς το λογισμικό, για να ελέγχουμε ή να οδηγούμε τη συσκευή DAQ, αυτή δεν θα μπορούσε να λειτουργήσει κανονικά. Το λογισμικό οδήγησης της συσκευής (ή απλά, ο Οδηγός της συσκευής DAQ) είναι το επίπεδο του λογισμικού για εύκολη επικοινωνία με τη συσκευή. Ο οδηγός αποτελεί το ενδιάμεσο επίπεδο μεταξύ του λογισμικού των εφαρμογών και της συσκευής. Ο οδηγός, επίσης, αποτρέπει τον προγραμματιστή από την ανάγκη να ασχοληθεί με εντολές σε επίπεδο καταχωρητών ή να συντάξει εντολές για πρόσβαση στις λειτουργίες της συσκευής. Στα πλαίσια του παρόντος μαθήματος, για την λειτουργία των καρτών DAQ, χρησιμοποιουμε τον οδηγό NI-DAQmx της National Instruments. Ο οδηγός αυτός προσφέρεται σε δύο εκδόσεις: την πλήρη έκδοση NI-DAQmx Software (http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/10181) και τη βασική εκδοση NI-DAQmx Base Software (http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/14480 Υπάρχουν δύο εναλλακτικοί τρόποι να προγραμματίσουμε τη συσκευή DAQ με τον οδηγό NI-DAQmx: Για απλές εφαρμογές, με τη βοήθεια του DAQ Assistant, που περιλαμβάνεται στον οδηγό NI-DAQmx. Το DAQ Assistant βρίσκεται από το Δομικό Διάγραμμα με την ακολουθία Functions Express Input DAQ Assist. Με την εφαρμογή DAQ Assistant μπορούμε να πάρουμε την πρώτη μας μέτρηση με μόλις λίγα κλικ. Η εφαρμογή DAQ Assistant είναι ένα εργαλείο διαμόρφωσης (configuration-based utility), που σε οδηγεί βήμα-βήμα μέχρι τέλους στη διαμόρφωση και τις συνδέσεις για τη μέτρηση. Αναγνωρίζει αυτόματα τη συσκευή DAQ και δημιουργεί όλον τον απαραίτηρο κώδικα προγραμματισμού που χρειάζεσαι. Έτσι, μειώνεται η πιθανότητα προγραμμαστιστικών λαθών και μειώνεται, επίσης, δραστικά ο χρόνος, που μεσολαβεί, από το άνοιγμα της συσκευής ώς την πρώτη μέτρηση. Για πιό σύνθετες εφαρμογές, μπορούμε να προγραμματίσουμε τη συσκευή DAQ χρησιμοποιώντας εντολές από την επιφάνεια προγραμματισμού εφαρμογών (Application Programming Interface, API) του NI-DAQmx. Η επιφάνεια με τις εντολές προγραμματισμού NI-DAQmx βρίσκεται με την ακολουθία Functions Measurement I/O NI-DAQmx Με τις εντολές της επιφάνειας προγραμματισμού NI-DAQmx μπορούμε να φτιάξουμε προγράμματα μέτρησης και να χρησιμοποιήσουμε γραφικές λειτουργίες (functions) και δομές (structures), όπως ο βρόχος επανάληψης While Loop, για να καθορίσουμε το χρονισμό, το σήμα έναρξής της μέτρησης και το συγχρονισμό της συσκευής DAQ. Σε επόμενη παράγραφο, θα περιγράψουμε αναλυτικότερα τους δύο τρόπους προγραμματισμού της συσκευής DAQ, δηλαδή, με χρήση των εργαλείων της επιφάνειας DAQmx και με χρήση της εφαρμογής DAQ Assistant. Σαν παράδειγμα εφαρμογής, θα 11

χρησιμοποιήσουμε το συγκεκριμένο εικονικό όργανο, που φτιάξαμε για τη μέτρηση της στάθμης υγρού. 6.2 Το Λογισμικό Εφαρμογών (Application Software) Το επίπεδο των εφαρμογών μπορεί να είναι είτε ένα περιβάλλον ανάπτυξης εφαρμογών (Application Development Environment - ADE), στο οποίο φτιάχνετε μια δική σας εφαρμογή με συγκεκριμένα δικά σας κριτήρια, είτε μπορεί να είναι ένα πρόγραμμα με προκαθορισμένες λειτουργίες. Το λογισμικό εφαρμογών προσθέτει δυνατότητες ανάλυσης και παρουσίασης στο λογισμικό του οδηγού της συσκευής. Από την άλλη, η επιλογή ενός προκαθορισμένου προγράμματος που να ταιριάζει ακριβώς στις ανάγκες της εφαρμογής δεν είνα πάντοτε εφικτή. Στα πλαίσια του μαθήματος αυτού, όπως είδαμε ήδη στο Μέρος ΙΙ αυτών των σημειώσεων, θα χρησιμοποιήσουμε τη μέθοδο της ανάπτυξης πρωτότυπων εφαρμογών με τη μορφή εικονικών οργάνων με τη γλώσσα γραφικού προγραμματισμού LabVIEW της National Instruments. 7. Σύνδεση Αναλογικών Σημάτων Τάσης σε μια Συσκευή DAQ Παρακάτω, παραθέτουμε τις οδηγίες βήμα προς βήμα για τη σύνδεση και τη διαμόρφωση της συσκευής DAQ για μετρήσεις αναλογικής τάσης. Η εκτέλεση των οδηγιών αυτών προϋποθέτει ότι είναι εγκατεστημένο το περιβάλλον ανάπτυξης εφαρμογών LabVIEW και ο οδηγός NI-DAQmx. Το περιεχόμενο της παραγράφου αυτής βασίζεται στην ιστοσελίδα http://www.ni.com/gettingstarted/setuphardware της εταιρείας National Instrument. 7.1 Εντοπισμός των Ακροδεκτών της Συσκευής DAQ 1. Ανοίξτε το πρόγραμμα Measurement & Automation Explorer (MAX) και αναπτύξτε το Devices and Interfaces 2. Κάνετε δεξί κλικ στο όνομα της συσκευής σας και επιλέξτε Device Pinouts. Οι παρακάτω τύποι ακροδεκτών σχετίζονται με τις αναλογικές μετρήσεις τάσης (Εικ. 5): i. AI x: Analog Input Ακολουθείται από έναν αριθμό (x) που αντιστοιχεί στον αριθμό του καναλιού. Για παράδειγμα, αν η κάρτα σας DAQ έχει 16 αναλογικά κανάλια εισόδου, το διάγραμμα ακροδεκτών (pinout diagram) πιθανώς δείχνει ακροδέκτες από AI 0 ως AI 15 τοποθετημένουν σε διάφορες θέσεις σε όλο το μπλοκ ακροδεκτών. Τα σύμβολα και, αν υπάρχουν, αναφέρονται σε ζεύγη ακροδεκτών εισόδου όταν διαμορφώνουμε τις εισόδους να λειτουργούν διαφορικά (differential). ii. AI GND: Analog Ground Αυτός ο ακροδέκτης συνδέεται ηλεκτρικά με τη γείωση του ενισχυτή εισόδου της συσκευής DAQ (που είναι και η γείωση όλης της συσκευής). iii. AI SENSE Ο ακροδέκτης AI SENSE είναι ένα κοινό σημείο αναφοράς για ορισμένους τύπους διαμόρφωσης καναλίων απλής εισόδου (Non-Referenced Single Ended - NRSE και Referenced Single Ended - RSE). 12

Εικ. 5 Οι ακροδέκτες I/O (connector pinout) της συσκευής NI DAQPad-6015. 7.2 Διαμόρφωση μιας Μέτρησης Αναλογικής Τάσης Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το πρόγραμμα MAX για να επαληθεύσουμε σύντομα την ακρίβεια της διάταξης του συστήματος μέτρησης. Χρησιμοποιώντας το NI-DAQmx Global Virtual Channel ή το NI-DAQmx Task μπορούμε να διαμορφώσουμε μια μέτρηση τάσης χωρίς καθόλου προγραμματισμό. Το εικονικό κανάλι (virtual channel) είναι μια έννοια της αρχιτεκτονικής του οδηγού NI-DAQmx, που αντιπροσωπεύει ένα σύνολο ρυθμίσεων της συσκευής που περιλαμβάνει ένα όνομα, ένα φυσικό κανάλι, συνδεσμολογία των ακροδεκτών εισόδου, τον τύπο της μέτρησης και πληροφορίες για την κλίμακα τιμών εισόδου του μεγέθους. Για να ξεκινήσουμε, ακολουθούμε τα παρακάτω βήματα: 3. Με το πρόγραμμα Measurement & Automation Explorer ανοικτό, κάνετε δεξί κλικ στο Data Neighborhood και επιλέξτε Create New. 4. Επιλέξτε NI-DAQmx Tasks και μετά Next. 5. Επιλέξτε Acquire Signals Analog Input Voltage (βλ. Εικ. 6) 13

Εικόνα 6 6. Επιλέξτε ai0 ή οποιοδήποτε φυσικό κανάλι (ai1, ai2, κ.λ.π.) στο οποίο επιθυμείτε να συνδέσετε την τάση που είναι να μετρήσετε (βλ., Εικ. 7). Ένα φυσικό κανάλι (physical channel) είναι κάθε ακροδέκτης της κάρτας DAQ (όπως δείχνεται στην Εικ.5) στο οποίο μπορείτε να εισάγετε ή να πάρετε ένα αναλογικό ή ψηφιακό σήμα (τάση, ρεύμα, κ.λ.π.). 7. Κάνετε κλικ στο Next και εισάγετε ένα όνομα για το κανάλι ή αφήστε MyVoltageTask. 8. Πατηστε Finish και θα πρέπει να δείτε στο MAX την Eικόνα 8: 14

Εικόνα 7 Εικόνα 8 15

9. Στην καρτέλα ρυθμίσεων (Configuration), στη θέση Signal Input Range πληκτρολογήστε τη μέγιστη (Max) και την ελάχιστη (Min) τιμή τάσης, που αναμένετε να πάρετε από τη μέτρησή σας (π.χ., 10 V ώς 10 V). 10. Στη θέση Terminal Configuration επιλέξτε NRSE (Non-Referenced Single Ended). Ο τρόπος σύνδεσης των ακροδεκτών (Differential, RSE, NRSE, ή Pseudo differential) εξαρτάται από τον τύπο της πηγής σήματος (π.χ., αισθητήρα) που συνδέουμε. Ανάλυση των τύπων πηγών σήματος και τρόπων σύνδεσης δίνεται στο Παράρτημα Α. Στη θέση Acquisition Mode επιλέξτε τον τρόπο λήψης των μετρήσεων (1 Sample, Ν Samples, κ.α.). Επιλέξτε N Samples και στη θέση Rate (Hz), που δηλώνει την ταχύτητα δειγματοληψίας της συσκευής DAQ, αφήστε την τιμή 1k (1k = 1kS/s = 1kSamples/s = 1000 μετρήσεις το δευτερόλεπτο). Στη θέση Samples to Read, αφήστε την τιμή 100. Η παράμετρος Samples to Read δηλώνει πόσες μετρήσεις θα «διαβάζει» και θα εμφανίζει στην οθόνη σε κάθε επανάληψη ο υπολογιστής. Αυτό σημαίνει ότι η οθόνη του υπολογιστή σας θα ανανεώνεται κάθε 1/10 s (Ερώτηση: Αν θέταμε Samples to Read = 1000, κάθε πότε θα ανανεωνόταν η οθόνη του υπολογιστή;) 7.3 Σύνδεση ενός Αναλογικού Σήματος Τάσης στη συσκευή DAQ Με το επόμενο βήμα συνδέουμε το πραγματικό σήμα της τάσης στη συσκευή DAQ. 11. Κάνετε κλικ στην καρτέλα Connection Diagram του MAX. Εικόνα 9 Το διάγραμμα συνδέσεων (connection diagram) της Εικ. 9, παραπάνω, δείχνει ποιοί ακροδέκτες στη συσκευή σας DAQ πρέπει να συνδεσμολογηθούν σύμφωνα με το φυσικό κανάλι (physical channel) που έχετε επιλέξει (υπενθυμίζεται ότι, σύμφωνα με την Εικ.7, έχετε επιλέξει το πρώτο κανάλι ai0). Σ αυτό το παράδειγμα, μια απλή σύνδεση (NRSE ) 16

Α Δ Β 50% 10 V Vs Εικόνα 9(α) Συνδεσμολογία ποτενσιομέτρου στην είσοδο της συσκευής DAQ για τη μέτρηση του σήματος τάσης με το Liquid Level Measurement.vi χρησιμοποιεί τους ακροδέκτες 1 και 13, που αντιστοιχούν στις αναλογικές εισόδους AI0 και AI SENSE, η τελευταία είναι ένας κοινός ακροδέκτης αναφοράς που δεν συνδέεται με την πραγματική γείωση AI GND της συσκευής (βλ. Εικ.5). Το διάγραμμα δείχνει το μπλοκ ακροδεκτών SCC-68 της συσκευής. Σαν σήμα εισόδου συνδέουμε την τάση μιας πηγής (source) Vs = 10 V μέσω ενός ποτενσιόμετρου, όπως δείχνεται στην Εικ. 9(α). Μετακινώντας τον δρομέα Δ του ποτενσιόμετρου στο σημείο Β, δίνουμε στην είσοδο της συσκευής τάση 0 V, ενώ, μετακινώντας το δρομέα στο σημείο Α, δίνουμε στη συσκευή όλη την τάση της πηγής (10V). 7.4 Δοκιμή του Σήματος Το NI-DAQmx Task επιτρέπει να κάνουμε μια προεπισκόπηση των μετρήσεων. 12. Με το MAX ακόμη ανοικτό, κάνετε κλικ στην καρτέλα NI-DAQmx Task και μετά κλικ στο κουμπί Run. Θα δείτε την τιμή της τάσης της μέτρησης να εμφανίζεται στην κορυφή της οθόνης, αν στη θέση Display Type επιλέξετε Value, ή τη γραφική παράσταση, αν επιλέξετε Chart (όπως στην Εικ. 10). Μπορείτε να επιλέξετε να δείτε το σήμα σε μορφή πίνακα (Table) ή σε μορφή διαγράμματος (Graph) επιλέγοντας από μενού του Display Type. Επίσης, έχετε τη δυνατότητα να σώσετε το NI-DAQmx Task σε περίπτωση που χρειάζεται να το χρησιμοποιήσετε ξανά στο μέλλον. 17

Εικόνα 10 8. Προσθήκη Αναλογικών Εισόδων σε ένα Εικονικό Όργανο Το Παράδειγμα του Liquid Level Measurement.vi Μετά τη διαμόρφωση της συσκευής DAQ, μπορούμε να προχωρήσουμε στην προσθήκη αναλογικής εισόδου στο εικονικό όργανο Liquid Level Measurement.vi, που κατασκευάσαμε στην παράγραφο 3 του Μέρους 2, με προσομοιωμένα δεδομένα εισόδου από το sub-vi Sim (Μέρος 2, Εικ. 20). Όπως αναφέραμε παραπάνω, στην παράγραφο 6.1, για τον οδηγό της συσκευής DAQ, θα χρησιμοποιήσουμε δύο εναλλακτικές μεθόδους: τη μέθοδο της επιφάνειας εντολών προγραμματισμού DAQmx, όπου θα επιλέξουμε συγκεκριμένες εντολές, ανάλογα με το τί θέλουμε να κάνει η συσκευή και τη μέθοδο της εφαρμογής DAQ Assistant, η οποία θα μας καθοδηγήσει βήμα-βήμα, μέσα από μια σειρά μενού, στη διαμόρφωση και τη λήψη του πρώτου σήματος. 8.1 Η Χρήση της Επιφάνειας Προγραμματισμού DAQmx (DAQmx API) Στο δομικό διάγραμμα του Liquid Level Measurement.vi, πιέζουμε πάνω στο στοιχείο Sim και στο μενού, που εμφανίζεται, επιλέγουμε Replace All Palettes Measurement I/O NI-DAQmx DAQmx Read.vi Το DAQmx Read.vi (βλ. εικόνα δεξιά) διαβάζει (Reads) τιμές τάσης από μια διαδικασία (task) ή ένα καννάλι (channel) που καθορίζουμε. Πρόκειται για ένα πολυμορφικό 18

Εικ. 11 To Δομικό Διάγραμμα του Liquid Level L.vi με το πολυμορφικό vi DAQmx Read.vi. vi (polymorphic VI), δηλαδή ένα vi που μπορεί να ρυθμιστεί και να πάρει διάφορες μορφές, όπως, π.χ., σε τι μορφή να δίνει τις μετρήσεις, αν θα διαβάζει μια απλή μέτρηση ή πολλαπλές μετρήσεις τη φορά και αν θα διαβάζει από ένα ή πολλαπλά κανάλια. Στον επιλογέα, που εμφανίζεται ακριβώς κάτω από το πολυμορφικό DAQmx Read.vi, επιλέγουμε Analog Single Channel Single Sample DBL, όπως δείχνεται στην Εικ. 11, δηλαδή, επιλέγουμε Aναλογική είσοδο, Aπλό Κανάλι, μια απλή μέτηση κάθε φορά και έξοδο της μέτρησης σαν αριθμό (ο τύπος DBL-double precision- είναι η γενικότερη μορφή αριθμού και αντιστοιχεί σε 64-bit πραγματικό αριθμό, δηλαδή, αριθμό με 15 ψηφία.) Επιλέγουμε το εργαλείο καλωδίωσης (connect wire) από την παλέττα εργαλείων Tools Connect Wire και το τοποθετούμε πάνω στο DAQmx Read.vi, ώστε να εμφανίσουμε τον ακροδέκτη εισόδου του καναλιού (task/channels in). Κάνοντας δεξί κλίκ πάνω στον ακροδέκτη επιλέγουμε, από το μενού, που εμφανίζεται Create Constant. Κάνοντας αριστερό κλικ πάνω στο σύμβολο επιλογής I/O που εμφανίζεται, επιλέγουμε MyVoltageTask, δηλαδή, τη διαμόρφωση της αναλογικής εισόδου που ακολουθήσαμε στην παράγραφο 7.2 (Εικόνες 6 9) με τη βοήθεια του Measurement & Automation Explorer (MAX). 19

Η μετατροπή των τιμών της μετρούμενης τάσης της αναλογικής εισόδου σε ύψος στάθμης υγρού γίνεται χρησιμοποιώντας τη συνάρτηση μεταφοράς (transfer function) του αισθητήρα, δηλαδή, την αναλογία μεταξύ της κλίμακας του φυσικού μεγέθους (στάθμη υγρού) και της κλίμακας των τάσεων εξόδου. Η Εικόνα 12 δείχνει το προκύπτον Liquid Level M.vi Bock Diagram. Εικ. 12 Liquid Level M.vi Bock Diagram Τρέχοντας αυτό το VI, θέτοντας τον κατακόρυφο διακόπτη On/Off στη θέση On, εκτελείται συνεχώς ο βρόχος και τα δεδομένα της μέτρησης εκτίθενται στην κυματομορφή του γραφήματος Height vs Time 8.2 Η Χρήση του οδηγού DAQ Assistant Στην παράγραφο αυτή θα δείξουμε έναν εναλλακτικό τρόπο διαμόρφωσης της αναλογικής μέτρησης με χρήση της εφαρμογής DAQ Assistant. Επανερχόμενοι στο Liquid Level Measurement.vi, κάνουμε δεξί κλικ πάνω στο στοιχείο Sim και στο μενού, που εμφανίζεται, επιλέγουμε Replace All Palettes Express Input DAQ Assist Στο μενού Create New Express Task, που ανοίγεται, ακολουθούμε τη σειρά των ρυθμίσεων που δείχνεται στις Εικόνες 6 ως 8 της προηγούμενης παραγράφου 7.2. 20

Παρόλα αυτά, το προκύπτον δομικό διάγραμμα χρειάζεται ορισμένες επιπλέον τροποποιήσεις για να είναι λειτουργικό. Πρώτα, αναδιατάσσουμε τις συνδέσεις από την έξοδο Data του DAQ Assistant προς τους δείκτες Height (cm), Height vs Time και το στοιχείο Greater?. Το δομικό διάγραμμα γίνεται όπως το Liquid Level N.vi Block Diagram της Εικ. 13. Εικ. 13 Liquid Level N.vi Bock Diagram με χρήση του express vi DAQ Assistant Δεύτερον, μεταβάλλουμε το είδος των Data από Dynamic Data, που συμβολίζονται με το παχύ μπλε καλώδιο της Εικ. 13 σε DBL (συμβολίζονται με το λεπτό πορτοκαλί καλώδιο της Εικ. 12). Πηγαίνοντας το δείκτη πάνω στο καλώδιο αμέσως μετά τη έξοδο Data, κάνουμε δεξί κλικ και από το μενού που ανοίγεται επιλέγουμε Insert Signal Manipulation Palette From DDT. Στον πίνακα Conversion του Configure Convert from Dynamic Data, που ανοίγεται, επιλέγουμε Single Scalar (Εικ. 14) και μετά OK. Αυτό ολοκληρώνει τη διαμόρφωση. Το προκύπτον vi έχει τη μορφή του δομικού διαγράμματος Liquid Level O.vi Block Diagram, που δείχνεται στην Εικ. 15. Το Liquid Level O.vi είναι έτοιμο και λειτουργικό και τελείως ισοδύναμο Liquid Level Μ.vi. 21

Εικόνα 14 Εικ. 15 Liquid Level O.vi 22

9. Μέτρηση Θερμοκρασίας με Χρήση του Αισθητήρα LM35 και Καταγραφή Τιμών σε Αρχείο Το Παράδειγμα του Εικονικού Οργάνου Temp Acquisition&Graph-Write Data to File.vi Σε αυτήν την παράγραφο, θα χρησιμοποιήσουμε ένα αισθητήριο θερμοκρασίας (LM35) και τη συσκευή DAQ για να μετρήσουμε τη θερμοκρασία. Στη συνέχεια, θα κατασκευάσουμε ένα εικονικό όργανο με το οποίο θα λαμβάνουμε τις τιμές τάσης εξόδου του αισθητηρίου, θα τις μετατρέπουμε σε βαθμούς Κελσίου, θα τις παρουσιάζουμε στην οθόνη και, ταυτόχρονα, θα σώζουμε τα δεδομένα της μέτρησης σε ένα αρχείο. Το εικονικό όργανο θα το ονομάσουμε Temp Acquisition&Graph-Write Data to File.vi. 9.1 Γενικά για το αισθητήριο LM35 Στην Εικ. 16 δείχνεται το αισθητήριο θερμοκρασίας LM35. Το LM35 είναι ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα, του οποίου η τάξη εξόδου (Output Voltage) είναι γραμμικά ανάλογη της θερμοκρασίας (Temperature) σε βαθμούς Κελσίου (βλ. ευθεία γραμμή (a) στη γραφική παράσταση της Εικ. 17). Ο συντελεστής μετατροπής του αισθητήρα είναι +10.0 mv/ C ή, αλλιώς, +0.01 V/ C. Επομένως, για τη μετατροπή της τάσης εξόδου, Vout, σε βαθμούς Κελσίου, C, θα χρησιμοποιήσουμε τη σχέση: Vout(σε V) Temp( C) = 0.01 Τροφοδοσία 2.7-5.5 V Γείωση (ground) Έξοδος Αναλογικής Τάσης (Vout) Εικ. 16 Ο αισθητήρας θερμοκρασίας LM35 και οι ακροδέκτες του http://www.modtronix.com/product_info.php?products_id=186 Εικ. 17 Τάση εξόδου ως προς τη θερμοκρασία (γραμμή a) για τον αισθητήρα θερμοκρασίας LM35 (http://www.ladyada.net/learn/sensors/tmp36.html) 23

9.2 Διαμόρφωση της Μέτρησης και Σύνδεση του Αναλογικού Σήματος Τάσης του LM35 στη συσκευή DAQ Για τη διαμόρφωση της αναλογικής εισόδου μέτρησης της συσκευής DAQ, ακολουθούμε τα βήματα 3 ως 10 της παραγράφου 7.2, παραπάνω. Μπορείτε να λάβετε υπ όψη σας τα εξής: Στο βήμα 7, εισάγετε σαν όνομα για το κανάλι, που ανοίξατε, MyTemperatureTask. Στο βήμα 9, στην καρτέλα ρυθμίσεων (Configuration), στον πίνακα Voltage Input Setup, απ όπου ρυθμίζεται η τάση εισόδου, μπορείτε να βάλετε στη θέση Min την τιμή 0 και στη θέση Max την τιμή 2, μιας και η τάση εξόδου του LM35, όπως βλέπετε στο διάγραμμα της Εικ. 17, κυμαίνεται μεταξύ 0 και 2 V. Επιλέξτε N Samples και στη θέση Rate (Hz) βάλτε 1k. Στη θέση Samples to Read βάλτε 2000. Αυτό σημαίνει ότι η οθόνη του υπολογιστή σας θα ανανεώνεται κάθε 2 s (γιατί;) Κάνοντας κλικ στην καρτέλα Connection Diagram, θα πρέπει να δείτε πάλι την Εικ. 9, LM35 Vs 5 V Εικ. 18 Τροφοδοσία και σύνδεση του αιθητηρίου θερμοκρασίας LM35 στη συσκευή DAQ. δηλαδή, τη σύνδεση του προς μέτρηση σήματος τάσης στο κανάλι AI0 (ΑI SENSE). Η συνδεσμολογία τροφοδοσίας του αισθητηρίου με μια dc τάση 5V καθώς και η σύνδεσή του στην είσοδο της συσκευής DAQ, φαίνονται στην Εικ. 18. 9.3 Η Κατασκευή του Εικονικού Οργάνου Temp Acquisition&Graph-Write Data to File.vi Μετά τη σύνδεση του αισθητηρίου στην είσοδο της συσκευής DAQ, είμαστε έτοιμοι να κατασκευάσουμε το εικονικό όργανο για τη λήψη (acquisition), παρουσίαση σε γραφική παράσταση (graph) και αποθήκευση των τιμών της θερμοκρασίας σε αρχείο (write data to file). Αφού εκκινήσουμε το πρόγραμμα LabVIEW, εμφανίζεται το κουτί διαλόγου, που φαίνεται στην Εικ. 9 του Μέρους 2. Πατώντας Blank VI, εμφανίζεται μια κενή εμπρόσθια επιφάνεια. Επιλέγοντας File Save As από τη γραμμή εργαλείων, δίνουμε σαν όνομα αρχείου Temp Acquisition&Graph-Write Data to File.vi και το σώζουμε σε φάκελο της επιλογής μας. 24

Στην εμπρόσθια επιφάνεια του Temp Acquisition&Graph-Write Data to File.vi εισάγουμε τους δύο δείκτες, το θερμόμετρο και το γράφημα της θερμοκρασίας, από την παλέττα ελέγχου επιλέγοντας, αντίστοιχα και Controls Num Inds Thermometer Controls Graph Indica Chart Στους δύο αυτούς δείκτες δίνουμε τίτλους γράφοντας Temperature ( degc ) και Temperature vs Τime, αντίστοιχα (Εικ. 19). Εικόνα 19 Στο δομικό διάγραμμα του Temp Acquisition&Graph-Write Data to File.vi, εισάγουμε το πολυμορφικό vi DAQmx Read.vi με την ακολουθία Functions Measurement I/O NI-DAQmx DAQmx Read.vi Ακολουθώντας την παράγραφο 8.1, στον επιλογέα, που εμφανίζεται ακριβώς κάτω από το πολυμορφικό DAQmx Read.vi, επιλέγουμε (βλ. Εικ. 11) Analog Single Channel Multiple Samples 1D DBL, Η έξοδος data του DAQmx Read.vi δίνει κάθε φορά 2000 τιμές της τάσης εξόδου του αισθητηρίου LM35 σε Volts (σύμφωνα με τη διαμόρφωση MyTemperatureTask που κάναμε στην αναλογική είσοδο ai0). Για να τη μετατρέψουμε σε βαθμούς Κελσίου, πρέπει 25

να τη διαιρέσουμε διά του συντελεστή μετατροπής 0.01 (V/C) σύμφωνα με τη σχέση της παραγράφου 9.1, παραπάνω. Τοποθετώντας το εργαλείο καλωδίωσης (connect wire) στην έξοδο data του DAQmx Read.vi κάνουμε δεξί κλικ και, από το μενού που εμφανίζεται επιλέγουμε Numeric Palette Divide Η συντελεστής μετατροπής 0.01 συμπληρώνεται με την ακολουθία: Functions Programming Numeric Numeric Constant. Αφου τοποθετηθεί η εικόνα στο δομικό διάγραμμα, γράφουμε στο εσωτερικό της τη σταθερή τιμή 0.01 (βλ. Εικ. 14, Μέρους 2). Με το εργαλείο καλωδίωσης κάνουμε τις παρακάτω συνδέσεις Από την έξοδο data του DAQmx Read.vi προς την είσοδο x του στοιχείου divide Από τη σταθερά (0.01) προς την είσοδο y του στοιχείου divide Στην έξοδο x/y του του στοιχείου divide (το οποίο, μην ξεχνάμε, περιέχει 2000 τιμές) συνδέουμε τη λειτουργία (function) Mean.vi ώστε να πάρουμε τη μέση τιμή των 2000 μετρήσεων θερμοκρασίας του LM35. Το Mean.vi βρίσκουμε στη διαδρομή(βλ. Μέρος 2, πργ. 3) Function Mathematics Probability and Statistics Mean.vi Την έξοδο του Mean.vi, δηλαδή τη μέση τιμή της θερμοκρασίας, οδηγούμε προς τους δύο δείκτες, Temperature (degc) και Temperature vs Time. Το αποτέλεσμα της καλωδίωσης φαίνεται στης Εικ. 20, παρακάτω. Εικόνα 20 26

Στη συνέχεια, τοποθετώντας το εργαλείο καλωδίωσης στο πάνω αριστερό άκρο του DAQmx Read.vi, ώστε να εμφανίσουμε τον ακροδέκτη εισόδου του καναλιού (task/channels in), κάνουμε δεξί κλίκ πάνω στον ακροδέκτη και, από το μενού που εμφανίζεται, επιλέγουμε Create Constant. Κάνοντας αριστερό κλικ πάνω στο σύμβολο επιλογής I/O, που εμφανίζεται, επιλέγουμε MyTemperatureTask, δηλαδή, τη διαμόρφωση της αναλογικής εισόδου που ακολουθήσαμε παραπάνω με τη βοήθεια του Measurement & Automation Explorer (MAX). Το δομικό διάγραμμα διαμορφώνεται όπως στην Εικ. 21. Εικόνα 21 Με το εικονικό όργανο της Εικ. 21 λαμβάνουμε και εμφανίζουμε στην οθόνη τις τιμές της θερμοκρασίας. Για την εγγραφή των τιμών της θερμοκρασίας σε αρχείο, χρησιμοποιούμε το Express VI Write To Measurement File. Τo vi αυτό μπορούμε να το εμφανίσουμε στο δομικό διάγραμμα με την ακολουθία: Functions Express Output Write To Measurement File Τοποθετώντας το Write To Measurement File στο δομικό διάγραμμα (Εικ. 22), ανοίγει το μενού Configure Write To Measurement File, με το οποίο διαμορφώνουμε διάφορες παραμέτρους του αρχείου, όπως, π.χ., το όνομα του αρχείου, τον φάκελο στον οποίο θα αποθηκευτεί, τη μορφή με την οποία θα γραφτούν οι τιμές θερμοκρασίας σε στήλες μέσα στο αρχείο, προσθήκη πιθανών σχολίων, κ.λ.π. Μια τυπική επιλογή των παραμέτρων του Configure Write To Measurement File δείχνεται στην Εικ. 23. Η επιλογή των παραμέτρων στο Configure Write To Measurement File ενεργοποιείται πατώντας OK. Με το εργαλείο καλωδίωσης συνδέουμε την έξοδο x/y του στοιχείου Divide με την είσοδο Signals του express vi Write To Measurement File, όπως δείχνεται στην Εικ. 22. 27

Εικόνα 22 Εικόνα 23 28

Τέλος, προσθέτουμε το βρόχο επανάληψης While Loop, από την παλέττα λειτουργιών (Functions), επιλέγοντας: Functions Express Exec Control While Loop. Σύροντας μια γωνία του βρόχου, τον ανοίγουμε ώστε να περιλάβουμε στο εσωτερικό του όλα τα στοιχεία του δομικού διαγράμματος της Εικ. 22. Με την ανάπτυξη του βρόχου, εμφανίζεται το τερματικό στοιχείο stop το οποίο συνδέεται με το τερματικό κατάστασης του βρόχου, όπως δείχνεται στην Εικ. 24. Εικόνα 24 Σημειώστε, ότι δεν χρειάζεται να εισάγουμε χρονόμετρο Wait Until Next ms Multiple για να ελέγξουμε το ρυθμό των επαναλήψεων του While Loop, καθώς, από τη διαμόρφωση, την οποία έχουμε κάνει στην είσοδο ai0 μέσω του MAX στα προηγούμενα βήματα, το πρόγραμμα θα εκτελεί μία επανάληψη κάθε 2s.. Η εμπρόσθια επιφάνεια του εικονικού οργάνου Temp Acquisition&Graph-Write Data to File.vi δείχνεται στην Εικ. 25. 29

Εικόνα 25 Η εκτέλεση του εικονικού οργάνου Temp Acquisition&Graph-Write Data to File.vi ξεκινάει πατώντας το κουμπί Run στη γραμμή εργαλείων. Αμέσως με το πάτημα του διακόπτη Run, το πρόγραμμα μας ζητά να ορίσουμε το όνομα του αρχείου στο οποίο θα αποθηκεύονται οι τιμές της θερμοκρασίας και στη συνέχεια ξεκινά η λήψη. Η εκτέλεση του προγράμματος διακόπτεται πατώντας το διακόπτη STOP στην εμπρόσθια επιφάνεια. 30

10. Μέτρηση Θερμοκρασίας και Σχετικής Υγρασιας με Χρήση του Μεταδότη 4-20mA KWL Το Παράδειγμα του Εικονικού Οργάνου Temp&RH Acquisition&Graph. vi Σε αυτήν την παράγραφο, θα χρησιμοποιήσουμε ένα μεταδότη 4-20mA θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας (KWL3/5) και τη συσκευή DAQ για να μετρήσουμε αυτά τα δύο μεγέθη στον περιβάλλοντα χώρο. Θα κατασκευάσουμε ένα εικονικό όργανο με το οποίο θα λαμβάνουμε τις δύο τιμές ρεύματος εξόδου του μεταδότη. Με το εικονικό όργανο, τις τιμές ρεύματος, που αντιστοιχεί στη θερμοκρασία (Temperature), θα τις μετατρέπουμε σε βαθμούς Κελσίου (deg Celsius), ενώ τις τιμές του ρεύματος, που αντιστοιχεί στη σχετική υγρασία (Relative Humidity, RH), θα τις μετατρέπουμε σε % σχετική υγρασία (% RH). Ταυτόχρονα, θα παρουσιάζουμε τα δύο μεγέθη σε γραφήματα στην οθόνη. Το εικονικό όργανο θα το ονομάσουμε Temp&RH Acquisition&Graph. vi. 10.1 Δυό λόγια για τους μεταδότες 4 20 ma 1. Ένα μειονέκτημα του αισθητήρα θερμοκρασίας, που είδαμε στην παράγραφο 9, είναι το γεγονός ότι δεν μπορεί να τοποθετηθεί σε μεγάλη απόσταση από τη συσκευή DAQ γιά δύο κυρίως λόγους: 1) Στα μεγάλου μήκους καλώδια θα αναπτυχθούν ισχυρές τάσεις από ηλεκτρομαγνητικές (Η/Μ) παρεμβολές, εκτός αν το καλώδιο διαθέτει ειδική Η/Μ θωράκιση ή πρόκειται για κάποιο ειδικό περιβάλλον με χαμηλό Η/Μ θόρυβο. 2) Η τάση εξόδου αυτών των αισθητήρων (10 V max) είναι αρκετά μικρή για να καλύψει τις ωμικές απώλειες στα μακριά καλώδια μεταφοράς του σήματος. Μια καθιερωμένη τεχνική για τη μετάδοση του σήματος από τα όργανα πεδίου στη συσκευή DAQ, όταν η απόσταση αυτή απαιτείται να είναι μεγάλη (αρκετές δεκάδες ή και εκατοντάδες μέτρα) είναι οι μεταδότες 4-20 ma (4-20 ma transmitters). Οι μεταδότες 4-20 ma χρησιμοποιούν ένα βρόχο ρεύματος 4-20 ma. Σε ένα βρόχο ρεύματος, όλο το ρεύμα διαρρέει σε σειρά όλες τις συνιστώσες του βρόχου. Το ίδιο ρεύμα ρέει ακόμα και αν οι συνδέσεις στους ακροδέκτες των καλωδίων έχουν ατέλειες. Η πτώση τάσης σε κάθε στοιχείο του βρόχου οφείλεται στο ρεύμα που ρέει μέσα απ αυτό. Το ρεύμα εξόδου του μεταδότη δεν επηρρεάζεται από τις πτώσεις τάσης αρκεί η τάση τροφοδοσίας να είναι μεγαλύτερη από το άθροισμα των πτώσεων τάσης κατά μήκος του βρόχου στη μέγιστη τιμή του ρεύματος των 20 ma. Η Εικόνα 26 δείχνει σχηματικά τον απλούστερο βρόχο ρεύματος 4-20 ma. Ο βρόχος έχει Εικόνα 26 Το βασικό σχηματικό διάγραμμα ενός βρόχου ρεύματος 4 20 ma 1 Βλ.: http://www.bapihvac.com/catalogpdfs/i_app_notes/understanding_current_loops.pdf 31

τέσσερις συνιστώσες: Ένα τροφοδοτικό DC (DC power supply) Έναν μεταδότη 2 αγωγών (2-wire transmitter) Μια αντίσταση υποδοχής (R receiver ), η οποία μετατρέπει το σήμα ρεύματος (4-20mA) σε τάση Τα καλώδια που συνδέουνόλα αυτά. Θεωρούμε ότι η αντίσταση των καλωδίων, που διατρέχουν την απόσταση από το τροφοδοτικό ως το μεταδότη, είναι μικρή. Στην Εικ. 26, το DC τροφοδοτικό τροφοδοτεί μέσω των καλωδίων με τάση μεταδότη και ο μεταδότης, λειτουργώντας σαν πηγή ρεύματος, ρυθμίζει την ένταση του ρεύματος στο βρόχο. Το ρεύμα, που επιτρέπει ο μεταδότης λέγεται ρεύμα βρόχου και είναι ανάλογο προς την τιμή της φυσικής παραμέτρου που μετριέται (εδώ, θερμοκρασία και σχετική υγρασία). Το ρεύμα βρόχου, καθώς ρέει μέσω της αντίστασης υποδοχής (R receiver), προκαλεί μια τάση (V = IR receiver) που μπορεί εύκολα να μετρηθεί με μια συσκευή DAQ. Για μια αντίσταση 250Ω, η τάση, για το ελάχιστο ρεύμα βρόχου 4 ma, θα είναι (4 ma)(250 Ω) = 1 V και στο μέγιστο ρεύμα βρόχου 20 ma, θα είναι (20 ma)(250 Ω) = 5 V. 10.2 Γενικά για το αισθητήριο KWL Το αισθητήριο θερμοκρασίας και υγρασίας KWL 3/5 είναι ένας διπλός μεταδότης 4-20mA. Οι αισθητήρες αυτοί είναι ειδικά σχεδιασμένοι για χρήση σε αγωγούς αερισμού και κλιματισμού (βλ.: http://www.galltec-mela.com/keyword-tag-search/kwl/116/en). Στον παρακάτω Πίνακα 1, δίνονται τα κυριώτερα χαρακτηριστικά του που ενδιαφέρουν για το παράδειγμά μας. Θερμοκρασία Πίνακας 1 Χαρακτηριστικά του μεταδότη KWL Κλίμακα μέτρησης θερμοκρασίας Αισθητήριο θερμοκρασίας 0...50 C LM35 Ακρίβεια (10...40 C) ±1 C Υγρασία Κλίμακα μέτρησης σχετικής υγρασίας Αισθητήριο υγρασίας Ακρίβεια στους 23 C 0...100%rh Πυκνωτής FE09/4 ±3 %RH (40...60%rh) ±5 %RH (αλλιώς) Για τις ηλεκτρικές συνδέσεις, ο μεταδότης KWL διαθέτει ένα μπλοκ 6 ακροδεκτών αριθμημένων από 1 ως 6. Η αντιστοιχία των ακροδεκτών προς τις εξόδους ρεύματος είναι η εξής: Για την υγρασία, οι ακροδέκτες (1-) και (2+), Για τη θερμοκρασία, οι ακροδέκτες (3-) και (4+). 32

Στην Εικ. 27 δείχνεται το σχηματικό διάγραμμα του κυκλώματος διπλού βρόχου ρεύματος στο οποίο σημειώνονται και οι θέσεις των ακροδεκτών 1 4 εξόδου του διπλού αισθητηρίου KWL, οι δύο αντιστάσεις υποδοχής (R1 και R2), καθώς και τους ακροδέκτες (Analog In 0 και Analog In 1) για τη σύνδεση στις δύο αναλογικές εισόδους της συσκευής DAQ. 4 2 1 3 Εικόνα 27 Σχηματικό διάγραμμα σύνδεσης του διπλού βρόχου ρεύματος για τη θερμοκρασία και τη σχετική υγρασία του KWL 10.3 Διαμόρφωση της Μέτρησης και Σύνδεση των Αναλογικών Σημάτων του KWL στη συσκευή DAQ Σ αυτήν την παράγραφο, ακολουθώντας τα βήματα 3 ως 10 της παραγράφου 7.2, διαμορφώνουμε τις δύο αναλογικές εισόδους μέτρησης της συσκευής DAQ και δείχνουμε τον τρόπο σύνδεσης με το αισθητήριο KWL. Στο βήμα 6, πατώντας <Ctrl> ή <Shift>, κάνετε κλικ στα ai0 και ai1 για να επιλέξετε τα δύο πρώτα κανάλια εισόδου (Εικ. 28). Με τον ίδιο τρόπο επιλέγουμε οποιοδήποτε αριθμό καναλιών της συσκευής DAQ. Κάνοντας κλικ στο Next, εισάγετε σαν όνομα για την εργασία (task), που ανοίξατε, MyTempAndRHTask (ή οποιοδήποτε άλλο όνομα επιθυμείτε). Μετά, πατάτε Finish. Στο βήμα 9, στην καρτέλα ρυθμίσεων (Configuration), στον πίνακα Voltage Input Setup, απ όπου ρυθμίζεται η τάση εισόδου, μπορείτε να βάλετε στη θέση Min την τιμή 1 και στη θέση Max την τιμή 5, μιας και, όπως αναφέραμε στην παράγραφο 10.1, η τάση, που αναπτύσσεται στις αντιστάσεις 250 Ω από το ρεύμα 4 20 ma, κυμαίνεται μεταξύ 1 και 5 V. Προσοχή: η ρύθμιση αυτή θα πρέπει να γίνει και για τα δύο κανάλια, Voltage_0 και Voltage_1, τα οποία εμφανίζονται στον πίνακα Channel Settings. Στη θέση Terminal Configuration επιλέξτε τον τρόπο σύνδεσης των ακροδεκτών (Differential, RSE, NRSE, ή Pseudo differential). Επιλέγουμε NRSE (βλ. Παράρτημα Α). Στη θέση Acquisition Mode επιλέξτε τον τρόπο λήψης των μετρήσεων (1 Sample, Ν Samples, κ.α.). Επιλέγουμε N Samples. 33

Εικόνα 28 Στη θέση Rate (Hz) αφήνουμε την τιμή 1k και στη θέση Samples to Read θέτουμε την τιμή 1000. Κάνοντας κλικ στην καρτέλα Connection Diagram, εμφανίζονται οι συνδέσεις των δύο προς μέτρηση σημάτων τάσης στα κανάλια ai0 και ai1 (Εικ. 29). Η συνδεσμολογία του μεταδότη KWL με το τροφοδοτικό και τις εισόδους της συσκευής DAQ, φαίνονται στην Εικ. 30. 34

Εικόνα 29 Οι συνδέσεις των δύο σημάτων τάσης στα δύο κανάλια ai0 (πάνω) και ai1 (κάτω) της συσκευής DAQ. 35

Εικ. 30 Τροφοδοσία και σύνδεση του μεταδότη KWL στη συσκευή DAQ. 10.4 Η Κατασκευή του Εικονικού Οργάνου Temp&RH Acquisition&Graph. vi Στην παράγραφο αυτή θα κατασκευάσουμε το εικονικό όργανο Temp&RH Acquisition&Graph. vi, με το οποίο θα προγραμματίσουμε τη λήψη (acquisition) και την παρουσίαση σε γραφική παράσταση (graph) των τιμών της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας με το μεταδότη KWL. Στο κουτί διαλόγου, που εμφανίζεται μετά την εκκίνηση του προγράμματος LabVIEW, επιλέγουμε Blank VI. Επιλέγοντας File Save As από τη γραμμή εργαλείων, δίνουμε σαν όνομα αρχείου Temp&RH Acquisition&Graph. vi και το σώζουμε σε φάκελο της επιλογής μας. Στην εμπρόσθια επιφάνεια του Temp&RH Acquisition&Graph. vi εισάγουμε τους δύο δείκτες για τη θερμοκρασία, δηλαδή, το θερμόμετρο και το γράφημα της θερμοκρασίας, από την παλέττα ελέγχου επιλέγοντας, αντίστοιχα Controls Num Inds Thermometer 36

και Controls Graph Indica Chart Στους δύο αυτούς δείκτες δίνουμε τίτλους γράφοντας Temperature (degc) και Temperature vs Τime, αντίστοιχα. Επίσης, εισάγουμε τους δύο δείκτες για τη σχετική υγρασία, δηλαδή, ένα μετρητή και το γράφημα της υγρασίας, επιλέγοντας από την παλέττα ελέγχου, αντίστοιχα και Controls Num Inds Gauge Controls Graph Indica Chart Στους δείκτες αυτούς δίνουμε τους τίτλους Relative Humidity (%) και Relative Humidity vs Τime, αντίστοιχα. Μετά απ αυτό, η εμπρόσθια επιφάνεια του εικονικού οργάνου είναι όπως στην Εικ. 31. Εικόνα 31 Στο δομικό διάγραμμα του Temp&RH Acquisition&Graph.vi, εισάγουμε το πολυμορφικό vi DAQmx Read.vi με την ακολουθία Functions Measurement I/O NI-DAQmx DAQmx Read.vi 37

Στον επιλογέα, που εμφανίζεται ακριβώς κάτω από το πολυμορφικό DAQmx Read.vi, επιλέγουμε (βλ. Εικ. 11) Analog Multiple Channel Multiple Samples 2D DBL, Λόγω της επιλογής Multiple Channel, η έξοδος data του DAQmx Read.vi δίνει τις δύο τιμές τάσης που αναπτύσσονται στις αντιστάσεις R1 και R2 από το αισθητήριο KWL. Για να τις ξεχωρίσουμε χρησιμοποιούμε τη λειτουργία Index Array (βλ. εικόνα δίπλα). Το Index Array εισάγεται με την ακολουθία Functions Programming Array Index Array. Με το εργαλείο καλωδίωσης (Connect Wire) συνδέουμε την έξοδο data του DAQmx Read.vi με την είσοδο n-dimension array του Index Array. Η έξοδος element or subarray του Index Array δίνει 1000 τιμές της τάσης στα άκρα της αντίστασης R1 που μετράει το πρώτο κανάλι ai0 της συσκευής DAQ. Παίρνουμε τη μέση τιμή αυτών των 1000 τιμών χρησιμοποιώντας το Mean.vi (βλ. Πργ. 9.3). Για να μετατρέψουμε την τάση αυτή σε θερμοκρασία θα πρέπει να προσδιορίσουμε τη σχέση που συνδέει τα δύο μεγέθη (ονομάζεται και σχέση μεταφοράς του αισθητήρα). Η σχέση αυτή προσδιορίζεται καλύτερα αν κάνουμε μια γραφική παράσταση της τάσης εξόδου ως προς τη θερμοκρασία. Από τον Πίνακα 1 βλέπουμε ότι η κλίμακα μέτρησης θερμοκρασίας του KWL, είναι 0 ως 50C. Η κλίμακα αυτή θερμοκρασίας αντιστοιχεί σε ρεύματα από 4 ως 20 ma η οποία, με τη σειρά της, αντιστοιχεί σε τάσεις στην αντίσταση R1 από 1 ως 5 V. Η γραφική παράσταση αυτής της σχέσης φαίνεται στην Εικ. 32. V Εικόνα 32 Από την Εικ. 32 προκύπτει η κλίση της ευθείας είναι 50C/4V = 12.5 C/V. Σε μια τυχαία τάση εξόδου V (σε volts) αντιστοιχεί θερμοκρασία = 12.5 (V-1) σε C. Τοποθετώντας το εργαλείο καλωδίωσης (connect wire) στην έξοδο mean του Mean.vi κάνουμε δεξί κλικ και, από το μενού που εμφανίζεται, επιλέγουμε 38

Numeric Palette Subtract (Αφαίρεση) Την είσοδο x του Subtract συνδέουμε με την έξοδο element του Array Index, ενώ στην είσοδο y του Subtract συνδέουμε μια αριθμητική σταθερά που εισάγουμε με την ακολουθία Functions Programming Numeric Numeric Constant και στο εσωτερικό της γράφουμε τη σταθερή τιμή 1. Στη συνέχεια, τοποθετώντας το εργαλείο καλωδίωσης στην έξοδο x-y του Subtract, κάνουμε δεξί κλικ και, από το μενού που εμφανίζεται, επιλέγουμε Numeric Palette Multiply Την είσοδο x του Multiply συνδέουμε με την έξοδο x-y του Subtract, ενώ στην είσοδο y του Multiply συνδέουμε μια αριθμητική σταθερά, όπως παραπάνω, στην οποία δίνουμε την τιμή 12.5. Την έξοδο x*y του Multiply συνδέουμε με τους δείκτες Temperature (degc) και Temperature vs Time. Με αυτό ολοκληρώνουμε τις συνδέσεις για τη θερμοκρασία. Το δομικό διάγραμμα του εικονικού οργάνου δείχνεται στην Εικ. 33. Εικόνα 33 Η τάση σε volts της αντίστασης R2, που μετράει το δεύτερο κανάλι ai1 της συσκευής DAQ, δίνεται από τη δεύτερη έξοδο subarray του Index Array. Εμφανίζουμε τη δεύτερη έξοδο subarray φέροντας το δείκτη (Position/Size/Select) από την παλέττα Tools πάνω στο Index Array και σύροντας το κάτω μέρος του κατά μία θέση. Η δεύτερη αυτή έξοδος subarray περιέχει 1000 τιμές της τάσης στην R2 (σύμφωνα με τη διαμόρφωση που κάναμε για την είσοδο ai1). 39

Παίρνουμε τη μέση τιμή της τάσης στην R2 εισάγοντας, όπως πριν, το Mean.vi. Για να μετατρέψουμε την τάση αυτή σε σχετική υγρασία θα προσδιορίσουμετη σχέση που συνδέει τα δύο μεγέθη (σχέση μεταφοράς του αισθητήρα), όπως κάναμε προηγουμένως για τη θερμοκρασία. Από τον Πίνακα 1 βλέπουμε ότι η κλίμακα μέτρησης της σχετικής υγρασίας του KWL, είναι 0 ως 100%. Η κλίμακα αυτή θερμοκρασίας αντιστοιχεί σε ρεύματα από 4 ως 20 ma η οποία, με τη σειρά της, αντιστοιχεί σε τάσεις στην αντίσταση R2 από 1 ως 5 V. Η γραφική παράσταση αυτής της σχέσης φαίνεται στην Εικ. 34 rh V Εικόνα 34 Από την Εικ. 34 προκύπτει η κλίση της ευθείας είναι (100 rh%)/4v = 25 rh%/v. Σε μια τυχαία τάση εξόδου V (σε volts) αντιστοιχεί σχετική υγρασία rh% = 25 (V-1). Επαναλαμβάνοντας τα βήματα της προηγούμενης σελίδας με τις πράξεις Subtract και Multiply, συνδέουμε την έξοδο mean του Mean.vi με τους δείκτες Relative Humidity (%) και Relative Humidity vs Time, όπως δείχνεται στην Εικ. 35. Εικόνα 35 40