ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΔΥΤΙΚΗΣ ΑΤΤΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Εφαρμοσμένα Πληροφοριακά συστήματα ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Ηλεκτρικές μετρήσεις σε εργαστηριακές ασκήσεις με τη χρήση του NI mydaq και των λογισμικών Επιβλέπουσα Καθηγήτρια Βελώνη Αναστασία 0
Εξεταστική Επιτροπή 1
Περίληψη Η διπλωματική εργασία ασχολείται με τη λήψη μετρήσεων σε ηλεκτρικά κυκλώματα εργαστηριακών ασκήσεων. Η λήψη των μετρήσεων γίνεται με τη συσκευή NI mydaq της National Instrument. Η συσκευή αυτή δεν έχει την δυνατότητα να μας εμφανίσει τα αποτελέσματα των μετρήσεων αφού πρόκειται για μια κάρτα συλλογής δεδομένων με δυνατότητες παραγωγής σημάτων. Για την παρουσίαση των αποτελεσμάτων η συσκευή συνεργάζεται με λογισμικά της National Instrument που τρέχουν σε υπολογιστικό περιβάλλον και συγκεκριμένα το LabVIEW, MultiSim και NI ELVISmx, το τελευταίο είναι ειδικά διαμορφωμένο για αυτή τη συσκευή. Συνεπώς η παρούσα διπλωματική εργασία εξηγεί πως κάποιος μπορεί να χρησιμοποιήσει τη συσκευή σε συνεργασία με τα λογισμικά NI ELVISmx και LabVIEW ώστε λάβει μετρήσεις ηλεκτρικών μεγεθών μέσω απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων, να τις επεξεργαστεί και να τις παρουσιάσει. 2
Abstract This thesis deals with measurements in electrical circuits of laboratory exercises. The measurements are taken with the National Instrument NI mydaq. This device alone cannot show us the results of the measurements since it is a data capture card with signal generating capabilities. For the display of results, the device cooperates with the National Instrument software which running on computing environment, namely LabVIEW, MultiSim and NI ELVISmx; the latter is specially designed for this device. Therefore, this thesis explains how someone can use the device in conjunction with the software ELVISmx and NI LabVIEW to take measurements of electrical magnitudes through simple electrical circuits, to process the results and finally to present them. 3
Περιεχόμενα Περίληψη... 2 Abstract... 3 Κατάλογος Εικόνων... 5 1. Η ΣΥΣΚΕΥΗ NI mydaq... 9 1.1. Περιγραφή της συσκευής ΝΙ mydaq... 9 1.2. Το NI mydaq ως πολύμετρο... 12 2. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ NI ELVISmx... 13 2.1. Σύνδεση με υπολογιστή... 13 2.2. Μέτρηση Ηλεκτρικής Τάσης... 15 2.3. Μέτρηση Έντασης Ηλεκτρικού Ρεύματος... 18 2.4. Μέτρηση Ηλεκτρικής Αντίστασης... 21 3. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ LabVIEW... 25 3.1. Εικονόργανο VI... 25 3.2. Εισαγωγή σημάτων στο LabVIEW... 27 3.3. Μέτρηση Ηλεκτρικής Τάσης... 29 3.4. Μέτρηση Έντασης Ηλεκτρικού Ρεύματος... 37 3.5. Μεταβλητή αντίσταση Κύκλωμα Ποτενσιόμετρου... 46 3.6. Μεταβλητή αντίσταση Κύκλωμα Ροοστάτη... 62 4
Κατάλογος Εικόνων Εικόνα 1.1.1 : Συσκευασία NI mydaq Εικόνα 1.1.2: Συσκευή NI mydaq Εικόνα 1.1.3: Ακροδέκτες Μετρήσεων Εικόνα 1.1.4: Καλώδιο σύνδεσης συσκευής - υπολογιστής (USB) Εικόνα 1.1.5: Εξάρτημα συνδέσεων εισόδων Εικόνα 1.1.6: Κατσαβίδι ίσιο Philips Εικόνα 1.1.7: Εγχειρίδια χρήσης ενημερωτικά φυλλάδια Εικόνα 1.1.8 : CDs με τα λογισμικά που συνεργάζονται με τη συσκευή Εικόνα 1.2.1: Υποδοχές Πολύμετρου (DMM) Εικόνα 1.2.2: Υποδοχές Πολύμετρου Μέτρησης Τάσης, Αντίστασης, Έλεγχος Διόδου Συνέχειας Εικόνα 1.2.3: Υποδοχές Πολύμετρου Μέτρησης Ρεύματος Εικόνα 1.2.3: Υποδοχές Πολύμετρου Μέτρησης Ρεύματος Εικόνα 2.1.1: Εικονίδιο εφαρμογής NI ELVISmx Εικόνα 2.1.2: Εφαρμογή NI ELVISmx Εικόνα 2.1.3: Εικονίδιο εφαρμογής Πολύμετρου Εικόνα 2.1.4: Εφαρμογή Πολύμετρου Εικόνα 2.2.4: Ρύθμιση εύρους μέτρησης Τάσης Εικόνα 2.2.5: Κουμπί Run Stop Εικόνα 2.2.6: Μέτρηση Τάσης με ακρόδεκτες Εικόνα 2.2.7: Εφαρμογή Πολύμετρου Μέτρηση Τάσης Εικόνα 2.2.8: Κουμπί Run Stop Εικόνα 2.3.1: Measurements Settings Αdc Εικόνα 2.3.2: Υποδοχές σύνδεσης για μέτρηση ρεύματος Εικόνα 2.3.3: Υποδοχές σύνδεσης για μέτρηση ρεύματος Εικόνα 2.3.4: Ρύθμιση εύρους μέτρησης Ρεύματος Εικόνα 2.3.5: Κουμπί Run Stop Εικόνα 2.3.6: Μέτρηση Ρεύματος με ακροδέκτες πολύμετρου Εικόνα 2.3.8: Κουμπί Run Stop Εικόνα 2.4.1: Measurements Settings R 5
Εικόνα 2.4.2: Υποδοχές σύνδεσης μέτρησης Αντίστασης Εικόνα 2.4.3: Υποδοχές σύνδεσης μέτρησης Αντίστασης Εικόνα 2.4.4: Ρύθμιση εύρους μέτρησης Αντίστασης Εικόνα 2.4.5: Κουμπί Run Stop Εικόνα 2.4.6: Μέτρηση Αντίστασης με ακροδέκτες πολύμετρου Εικόνα 2.4.7: Εφαρμογή Πολύμετρου μέτρηση Αντίστασης Εικόνα 2.4.8: Κουμπί Run Stop Εικόνα 3.1.1: Front Panel Εικόνα 3.1.2: Block Diagram Εικόνα 3.1.3: Front Panel & Block Diagram Εικόνα 3.2.1: Εισαγωγή Σήματος μέσω του NI ELVISmx Εικόνα 3.2.2: Εισαγωγή Σήματος μέσω NI DAQmx Εικόνα 3.3.1: Εισαγωγή DAQ Assist Εικόνα 3.3.2: Εικονίδιο DAQ Asssist Εικόνα 3.3.3: Παράθυρο επιλογής σήματος Εικόνα 3.3.4: Παράθυρο επιλογής τύπου σήματος Εικόνα 3.3.5: Παράθυρο επιλογής αναλογικής εισόδου Εικόνα 3.3.6: Πλαίσιο διαλόγου για τη ρύθμιση παραμέτρων μέτρησης τάσης Εικόνα 3.3.6: Παλέτα Controls Indicators Front Panel Εικόνα 3.3.8: VI Μέτρησης Τάσης Εικόνα 3.3.9: Συνδεσμολογία Μέτρησης Τάσης Εικόνα 3.4.1: Εισαγωγή DAQ Assist Εικόνα 3.4.1: Εικονίδιο DAQ Asssist Εικόνα 3.4.2: Παράθυρο επιλογής σήματος Εικόνα 3.4.3: Παράθυρο επιλογής τύπου σήματος Εικόνα 3.4.4: Πλαίσιο διαλόγου για τη ρύθμιση παραμέτρων μέτρησης ρεύματος Εικόνα 3.4.5: Παλέτα Controls Indicators Front Panel Εικόνα 3.4.6: Indicators Block Diagram Εικόνα 3.4.7: Properties Indicatos 6
Εικόνα 3.4.8: Properties Scale Indicator Meter Εικόνα 3.4.9: Μετατροπή Α σε ma Block Diagram Εικόνα 3.4.10: VΙ Μέτρηση Ρεύματος Εικόνα 3.4.11: Συνδεσμολογία Μέτρηση Ρεύματος Εικόνα 3.5.1 Αριστερά: Οριζόντιος, Δεξιά: Περιστροφικός Εικόνα 3.5.2 Κύκλωμα Ποτενσιόμετρου Εικόνα 3.5.3: Εισαγωγή DAQ Assist Εικόνα 3.5.4: Εικονίδιο DAQ Asssist Εικόνα 3.5.5: Παράθυρο επιλογής σήματος Εικόνα 3.5.6: Παράθυρο επιλογής τύπου σήματος Εικόνα 3.5.7: Παράθυρο επιλογής αναλογικής εισόδου Εικόνα 3.5.9: Παράθυρο επιλογής αναλογικής εισόδου Εικόνα 3.5.10: Πλαίσιο διαλόγου για τη ρύθμιση παραμέτρων μέτρησης τάσης Εικόνα 3.5.11: Παλέτα Controls - Indicators Εικόνα 3.5.12: Indicators Block Diagram Front Panel Εικόνα 3.5.13: While Loops Μέτρηση Τάσης Εικόνα 3.5.14: Μετατροπή σε ποσοστό Block Diagram Εικόνα 3.5.15: VI Ποτενσιόμετρο Front Panel Εικόνα 3.5.16: VI Ποτενσιόμετρο Block Diagram Εικόνα 3.6.1: Εισαγωγή DAQ Assist Εικόνα 3.6.2: Εικονίδιο DAQ Asssist Εικόνα 3.6.4: Παράθυρο επιλογής τύπου σήματος Εικόνα 3.6.6: Παλέτα Controls - Indicators Εικόνα 3.6.7: Indicators Front Panel Block Diagram Εικόνα 3.6.8: Properties Indicator Front Panel Εικόνα 3.6.9: Properties Scale Indicator Meter Εικόνα 3.6.10: Μετατροπή από Α σε ma Block Diagram Εικόνα 3.6.11: Properties Indicator Tank Front Panel Εικόνα 3.6.12: Properties Scale Indicator Tank 7
Εικόνα 3.6.12: Properties Scale Indicator Tank Εικόνα 3.6.13: Μετατροπή σε ποσοστό Block Diagram Εικόνα 3.6.14: VI Ροοστάτης Front Panel Εικόνα 3.6.15: VI Ροοστάτης Block Diagram Εικόνα 3.6.16: Συνδεσμολογία Ροοστάτη 8
1. Η ΣΥΣΚΕΥΗ NI mydaq 1.1. Περιγραφή της συσκευής ΝΙ mydaq Το NI mydaq είναι μια φορητή συσκευή συλλογής και επεξεργασίας δεδομένων (DAQ) η οποία χρησιμοποιεί λογισμικά της National Instruments (ΝΙ) όπως το LabVIEW και το Multisim δίνοντας την δυνατότητα τους σπουδαστές να μετρήσουν και αναλύσουν σε πραγματικό χρόνο ηλεκτρικά σήματα. Το NI mydaq είναι ιδανικό για τον πειραματισμό σε ηλεκτρονικά κυκλώματα τους βασικούς νόμους του ηλεκτρικού ρεύματος που τα διέπουν καθώς και για τη λήψη μετρήσεων από αισθητήρια όργανα. Συνδυάζοντας με τα λογισμικά που προανέφερα οι σπουδαστές με την χρήση ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή μπορούν να αναλύσουν, να παράγουν σήματα και να ελέγξουν απλές διαδικασίες οποιαδήποτε στιγμή και σε οποιαδήποτε μέρος. Το NI mydaq έρχεται σε αυτή τη συσκευασία. Εικόνα 1.1.1 : Συσκευασία NI mydaq Που Περιέχει Την συσκευή 9
Εικόνα 1.1.2: Συσκευή NI mydaq Ακροδέκτες μετρήσεων Εικόνα 1.1.3: Ακροδέκτες Μετρήσεων Καλώδιο σύνδεσης συσκευής - υπολογιστής (USB) Εικόνα 1.1.4: Καλώδιο σύνδεσης συσκευής - υπολογιστής (USB) Εξάρτημα συνδέσεων εισόδων Εικόνα 1.1.5: Εξάρτημα συνδέσεων εισόδων Κατσαβίδι ίσιο Philips 10
Εικόνα 1.1.6: Κατσαβίδι ίσιο Philips Εγχειρίδια χρήσης ενημερωτικά φυλλάδια Εικόνα 1.1.7: Εγχειρίδια χρήσης ενημερωτικά φυλλάδια CDs με τα λογισμικά που συνεργάζονται με τη συσκευή Εικόνα 1.1.8 : CDs με τα λογισμικά που συνεργάζονται με τη συσκευή 11
1.2. Το NI mydaq ως πολύμετρο Μια από τις χρήσεις του NI mydaq είναι αυτή του πολύμετρου. Το NI mydaq διαθέτη στην μπροστινή του πλευρά, όπως και κάθε πολύμετρο, τρεις υποδοχές όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα Εικόνα 1.2.1: Υποδοχές Πολύμετρου (DMM) Σημείωση: DMM Digital MultiMeter Υποδοχές για μέτρηση Τάσης, Αντίστασης, Έλεγχος Διόδου Συνέχειας Εικόνα 1.2.2: Υποδοχές Πολύμετρου Μέτρησης Τάσης, Αντίστασης, Έλεγχος Διόδου Συνέχειας Υποδοχές για μέτρηση Ρεύματος Εικόνα 1.2.3: Υποδοχές Πολύμετρου Μέτρησης Ρεύματος 12
2. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ NI ELVISmx 2.1. Σύνδεση με υπολογιστή Συνδέουμε το NI mydaq με το USB καλώδιο στον υπολογιστή μας Εκκινούμε την εφαρμογή NI ELVISmx Instrument Launcher Εικόνα 2.1.1: Εικονίδιο εφαρμογής NI ELVISmx Στην εφαρμογή αυτή βρίσκονται όλες οι εφαρμογές που αφορούν τις μετρήσεις που μπορεί να κάνει κάποιος με το NI mydaq μέσω του λογισμικού NI ELVISmx Εμείς θα χρησιμοποιήσουμε την εφαρμογή «Digital Multimeter» πολύμετρο δηλαδή. το ψηφιακό Εικόνα 2.1.2: Εφαρμογή NI ELVISmx Κάνοντας κλικ στο εικονίδιο Εικόνα 2.1.3: Εικονίδιο εφαρμογής Πολύμετρου 13
θα ανοίξει η εφαρμογή και θα μας εμφανίσει το παρακάτω παράθυρο στην οθόνη. Εικόνα 2.1.4: Εφαρμογή Πολύμετρου 14
2.2. Μέτρηση Ηλεκτρικής Τάσης Στην περίπτωση μας θέλουμε να μετρήσουμε την τάση μιας μπαταρίας οπότε επιλέγουμε από την περιοχή Measurement Settings το αντίστοιχο εικονίδιο Εικόνα 2.2.1: Measurements Settings Vdc Η εφαρμογή μας ενημερώνει για το ποιες υποδοχές πρέπει να χρησιμοποιήσουμε Εικόνα 2.2.2: Υποδοχές σύνδεσης για μέτρηση τάσης Συνδέουμε τους ακροδέκτες στην αριστερή και μεσαία υποδοχή Εικόνα 2.2.3: Υποδοχές σύνδεσης για μέτρηση τάσης Ρυθμίζουμε το εύρος μέτρησης της τάσης Εικόνα 2.2.4: Ρύθμιση εύρους μέτρησης Τάσης 15
Πατάμε το κουμπί Run Εικόνα 2.2.5: Κουμπί Run Stop Ακουμπάμε τους ακροδέκτες στους πόλους της μπαταρίας προσέχοντας την πολικότητα (σε περίπτωση λανθασμένης πολικότητας θα μας εμφανίσει αρνητικό πρόσημο) Εικόνα 2.2.6: Μέτρηση Τάσης με ακρόδεκτες 16
Στο παράθυρο του ψηφιακού πολύμετρου θα έχουμε την ένδειξη της ηλεκτρικής τάσης της μπαταρίας Εικόνα 2.2.7: Εφαρμογή Πολύμετρου Μέτρηση Τάσης Στην περίπτωση που θέλουμε να σταματήσουμε τη λειτουργία πατάμε του κουμπί Stop Εικόνα 2.2.8: Κουμπί Run Stop 17
2.3. Μέτρηση Έντασης Ηλεκτρικού Ρεύματος Για να μετρήσουμε την ένταση ηλεκτρικού ρεύματος θα πρέπει να έχουμε ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα Ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα περιλαμβάνει μια πηγή, αντίσταση και όργανα μέτρησης. Η αντίσταση είναι απαραίτητη στην μέτρηση γιατί αν δεν υπάρχει τότε υπάρχει κίνδυνος βραχυκυκλώματος. Επιλέγουμε από την περιοχή Measurement Settings το αντίστοιχο εικονίδιο Εικόνα 2.3.1: Measurements Settings Αdc Η εφαρμογή μας ενημερώνει για το ποιες υποδοχές πρέπει να χρησιμοποιήσουμε Εικόνα 2.3.2: Υποδοχές σύνδεσης για μέτρηση ρεύματος Συνδέουμε τους ακροδέκτες στην μεσαία και δεξιά υποδοχή Εικόνα 2.3.3: Υποδοχές σύνδεσης για μέτρηση ρεύματος 18
Ρυθμίζουμε το εύρος μέτρησης της τάσης Εικόνα 2.3.4: Ρύθμιση εύρους μέτρησης Ρεύματος Πατάμε το κουμπί Run Εικόνα 2.3.5: Κουμπί Run Stop Ακουμπάμε τους ακροδέκτες στο σημείο που έχουμε «κόψει» το κύκλωμα Εικόνα 2.3.6: Μέτρηση Ρεύματος με ακροδέκτες πολύμετρου 19
Στο παράθυρο του ψηφιακού πολύμετρου θα έχουμε την ένδειξη της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος του κυκλώματος Εικόνα 2.3.7: Εφαρμογή Πολύμετρου Μέτρηση Ρεύματος Στην περίπτωση που θέλουμε να σταματήσουμε τη λειτουργία πατάμε του κουμπί Stop Εικόνα 2.3.8: Κουμπί Run Stop 20
2.4. Μέτρηση Ηλεκτρικής Αντίστασης Για να μετρήσουμε την αντίσταση ενός εξαρτήματος και συγκεκριμένα στην περίπτωση μας ενός αντιστάτη θα πρέπει να βρίσκεται εκτός κυκλώματος, γιατί υπάρχει το ενδεχόμενο η ένδειξη να μας δείχνει την συνολική αντίσταση του κυκλώματος και επίσης αν το κύκλωμα τροφοδοτείται με τάση τότε να υποστεί βλάβη η συσκευή. Επιλέγουμε από την περιοχή Measurement Settings το αντίστοιχο εικονίδιο Εικόνα 2.4.1: Measurements Settings R Η εφαρμογή μας ενημερώνει για το ποιες υποδοχές πρέπει να χρησιμοποιήσουμε Εικόνα 2.4.2: Υποδοχές σύνδεσης μέτρησης Αντίστασης Συνδέουμε τους ακροδέκτες στην αριστερή και μεσαία υποδοχή Εικόνα 2.4.3: Υποδοχές σύνδεσης μέτρησης Αντίστασης 21
Ρυθμίζουμε το εύρος μέτρησης της τάσης Εικόνα 2.4.4: Ρύθμιση εύρους μέτρησης Αντίστασης Πατάμε το κουμπί Run Εικόνα 2.4.5: Κουμπί Run Stop Ακουμπάμε τους ακροδέκτες στα άκρα του αντιστάτη Εικόνα 2.4.6: Μέτρηση Αντίστασης με ακροδέκτες πολύμετρου 22
Στο παράθυρο του ψηφιακού πολύμετρου θα έχουμε την ένδειξη της ηλεκτρικής αντίστασης του αντιστάτη Εικόνα 2.4.7: Εφαρμογή Πολύμετρου μέτρηση Αντίστασης Στην περίπτωση που θέλουμε να σταματήσουμε τη λειτουργία πατάμε του κουμπί Stop Εικόνα 2.4.8: Κουμπί Run Stop 23
24
3. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ LabVIEW 3.1. Εικονόργανο VI Για να λάβουμε μετρήσεις με το LabVIEW είναι απαραίτητο να δημιουργήσουμε ένα εικονόργανο virtual instrument εφεξής vi Η εικονική ενοργάνωση ορίζεται ως συνδυασμός του υλικού και του λογισμικού με τα βιομηχανικά πρότυπα στις τεχνολογίες υπολογιστών για τη δημιουργία καθορισμένων από το χρήστη λύσεων ενοργάνωσης. Τα προγράμματα εφαρμογών, όπως το LabVIEW, LabWindows/CVI, Components Works, παρέχουν δυνατότητες προγραμματιστικού επιπέδου και ανάλυσης δεδομένων, στοιχεία που απαιτούνται για την εικονική ενοργάνωση. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την εικονική ενοργάνωση για να δημιουργήσουμε ένα σύστημα μετρήσεων και ελέγχου, επεκτείνοντας τον ρόλο τους στον τομέα της βιομηχανικής αυτοματοποίησης με συνδυασμό διαφορετικών τμημάτων υλικού και λογισμικού. 1 Κάθε vi αποτελείται από 1. Το παράθυρο γραφικών (Front Panel) 2. Διαγραμματικό μπλοκ ή (Blog diagram) Το front panel αποτελεί το τμήμα εκείνο όπου ο χρήστης αναγνωρίζει τις εισόδους και εξόδους του προγράμματος. Εικόνα 3.1.1: Front Panel 25
Σε κάθε στοιχείο του front panel αντιστοιχεί και ένα εικονίδιο στο block diagram στο οποίο με την ανάλογη καλωδίωση ενώνονται τα σχετικά αντικείμενα μεταξύ τους, έτσι μπορούμε να πούμε ότι το προηγούμενο αποτελεί τον κώδικα του προγράμματος. Εικόνα 3.1.2: Block Diagram Συνήθως τα παράθυρα αυτά ο χρήστης τα χρησιμοποιεί ταυτόχρονα επομένως η παρακάτω η διάταξη είναι ιδιαίτερα χρήσιμη Εικόνα 3.1.3: Front Panel & Block Diagram 26
3.2. Εισαγωγή σημάτων στο LabVIEW Στο LabVIEW μπορούμε με δύο τρόπους να εισάγουμε σήματα 1 ος τρόπος Χρήση του NI ELVISmx Εικόνα 3.2.1: Εισαγωγή Σήματος μέσω του NI ELVISmx Ο τρόπος αυτός χρησιμοποιεί το λογισμικό NI ELVISmx που είδαμε στο προηγούμενο κεφάλαιο 27
2 ος τρόπος Εικόνα 3.2.2: Εισαγωγή Σήματος μέσω NI DAQmx Ο τρόπος αυτός χρησιμοποιεί την συσκευή σαν μια κάρτα συλλογής δεδομένων (DAQ) Αυτόν τον τρόπο θα χρησιμοποιήσουμε στο κεφάλαιο αυτό. 28
3.3. Μέτρηση Ηλεκτρικής Τάσης Από την παλέτα Measurrement I/O επιλέγουμε το NI DAQmx DAQ Assist Εικόνα 3.3.1: Εισαγωγή DAQ Assist Στο block diagram θα εμφανιστεί το παρακάτω εικονίδιο Εικόνα 3.3.2: Εικονίδιο DAQ Asssist 29
Και ακολούθως θα ανοίξει το παρακάτω παράθυρο Εικόνα 3.3.3: Παράθυρο επιλογής σήματος Επιλέγουμε την επιλογή Acquire Signals 30
Ακολούθως από την επιλογή Analog Input επιλέγουμε Voltage Εικόνα 3.3.4: Παράθυρο επιλογής τύπου σήματος 31
Έπειτα μας ζητάει να επιλέξουμε την είσοδο, επιλέγουμε την a0. Εικόνα 3.3.5: Παράθυρο επιλογής αναλογικής εισόδου Και στο τέλος το κουμπί Finish 32
Έπειτα επιλέγουμε «1 sample On Demand» και το κουμπί ΟΚ Εικόνα 3.3.6: Πλαίσιο διαλόγου για τη ρύθμιση παραμέτρων μέτρησης τάσης Στη συνέχεια στο front panel από την παλέτα Controls Numeric επιλέγουμε ένα Meter και Numeric Indicator 33
Εικόνα 3.3.6: Παλέτα Controls Indicators Front Panel Στο Block Diagram θα δούμε ότι εμφανίστηκαν τα αντίστοιχα εικονίδια Εικόνα 3.3.7: Indicators Block Diagram Βάζουμε όλα τα εικονίδια σε ένα While loop η οποία σταματά με ένα button stop Το κάθε indicator μπορούμε να το μετανομάσουμε κάνοντας διπλό κλικ στο όνομα του 34
Το τελικό vi θα έχει την παρακάτω μορφή 35
Εικόνα 3.3.8: VI Μέτρησης Τάσης Η συνδεσμολογία που θα χρησιμοποιήσουμε για να μετρήσουμε την τάση της πηγής μας θα έχει την παρακάτω συνδεσμολογία. Συνδέοντας τις υποδοχές 0+ και 0- της συσκευής στην τροφοδοσία του breadboard. Εικόνα 3.3.9: Συνδεσμολογία Μέτρησης Τάσης Πατώντας το κουμπί Run θα δούμε την ένδειξη της τάσης στα indicators meter και numeric. 36
3.4. Μέτρηση Έντασης Ηλεκτρικού Ρεύματος Για την μέτρηση της έντασης ηλεκτρικού ρεύματος με τις αναλογικές εισόδους θα πρέπει να τροποποιήσουμε το κύκλωμα που είχαμε χρησιμοποιήσει και αυτό γιατί η αναλογική είσοδος δεν μπορεί να μετρήσει απευθείας ένταση ηλεκτρικού ρεύματος. Η συσκευή χρησιμοποιεί μια μέθοδο όπου μετράει την πτώση τάσης σε μια γνωστή αντίσταση και η ένδειξη σε εμάς είναι η ένταση ηλεκτρικού ρεύματος. Από την παλέτα Measurrement I/O επιλέγουμε το NI DAQmx DAQ Assist Εικόνα 3.4.1: Εισαγωγή DAQ Assist Στο block diagram θα εμφανιστεί το παρακάτω εικονίδιο 37
Εικόνα 3.4.1: Εικονίδιο DAQ Asssist Και ακολούθως θα ανοίξει το παρακάτω παράθυρο Εικόνα 3.4.2: Παράθυρο επιλογής σήματος Επιλέγουμε την επιλογή Acquire Signals Ακολούθως από την επιλογή Analog Input επιλέγουμε Current Και στο τέλος το κουμπί Finish 38
Εικόνα 3.4.3: Παράθυρο επιλογής τύπου σήματος 39
Από το παράθυρο με τις ρυθμίσεις που θα ανοίξει επιλέγουμε «External» και ρυθμίζουμε την αντίσταση στα 200 Ω. Και κάνουμε κλικ στο κουμπί OK. Εικόνα 3.4.4: Πλαίσιο διαλόγου για τη ρύθμιση παραμέτρων μέτρησης ρεύματος Εισάγουμε από την παλέτα Controls indicators 40
Εικόνα 3.4.5: Παλέτα Controls Indicators Front Panel Στο Block Diagram θα δούμε ότι εμφανίστηκαν τα αντίστοιχα εικονίδια Εικόνα 3.4.6: Indicators Block Diagram Ρύθμιση των indicators για μεγαλύτερη ευκρίνεια των ενδείξεων Με δεξί κλικ στο Meter επιλέγουμε Properties 41
Εικόνα 3.4.7: Properties Indicatos Από την καρτέλα Scale αλλάζουμε την προεπηλεγμένη τιμή σε 20 μιας και οι τιμές του ρεύματος που θα μετρήσουμε θα είναι μέχρι 20mA 42
Εικόνα 3.4.8: Properties Scale Indicator Meter Έπειτα στο Block Diagram χρησιμοποιόντας τον τελεστή του πολλαπλασιασμού και μια σταθερά ρυθμισμένη στη τιμή 1000 και με την κατάλληλη συνδεσμολογία μετατρέπουμε την είσοδο από amper σε mamper. Εικόνα 3.4.9: Μετατροπή Α σε ma Block Diagram 43
Βάζουμε όλα τα εικονίδια σε ένα While loop η οποία σταματά με ένα button stop Το κάθε indicator μπορούμε να το μετονομάσουμε κάνοντας διπλό κλικ στο όνομα του Το τελικό vi θα έχει την παρακάτω μορφή Εικόνα 3.4.10: VΙ Μέτρηση Ρεύματος 44
Η συνδεσμολογία που θα χρησιμοποιήσουμε για να μετρήσουμε την τάση της πηγής μας θα έχει την παρακάτω συνδεσμολογία. Συνδέοντας τις υποδοχές 0+ και 0- της συσκευής παράλληλα στην αντίσταση. Η συσκευή θα μετρήσει την πτώση τάσης στην αντίσταση των 200 Ω και από την ρύθμιση που έχουμε κάνει στο block diagram (external) θα την μετατρέψει σε ρεύμα όπου είναι και η ένδειξη στο VI μας. Εικόνα 3.4.11: Συνδεσμολογία Μέτρηση Ρεύματος Πατώντας το κουμπί Run θα δούμε την ένδειξη της τάσης στα indicators meter και numeric. 45
3.5. Μεταβλητή αντίσταση Κύκλωμα Ποτενσιόμετρου Όπως γνωρίζουμε η μεταβλητή αντίσταση είναι ένα εξάρτημα το οποίο μπορεί να μεταβάλει την αντίσταση του, συνήθως έχει τρία άκρα. Δύο σταθερά (που είναι συνήθως στα άκρα) όπου πάντα η τιμή της αντίστασης θα είναι ίδια και ίση με την μέγιστη του αντιστάτη, και το τρίτο (συνήθως) μεσαίο το οποίο σε συνδυασμό με ένα από τα δύο άκρα μεταβάλλεται η τιμή από τη μέγιστη έως το μηδέν. Οι σύνηθες μορφές που βρίσκουμε τα εξαρτήματα είναι οι παρακάτω Εικόνα 3.5.1 Αριστερά: Οριζόντιος, Δεξιά: Περιστροφικός Στην συνδεσμολογία ποτενσιόμετρου συνδέουμε τα σταθερά άκρα στα άκρα της πηγής και την μεταβλητή τάση την λαμβάνουμε από το μεσαίο και ένα σταθερό άκρο. 46
Είναι κατανοητό ότι η συνδεσμολογία του ποτενσιόμετρου μας επιτρέπει να έχουμε μεταβλητή τιμή τάσης. Εικόνα 3.5.2 Κύκλωμα Ποτενσιόμετρου Για την άσκηση αυτή θα χρησιμοποιήσουμε και τις δυο αναλογικές εισόδους επομένως, Από την παλέτα Measurrement I/O επιλέγουμε το NI DAQmx DAQ Assist 47
Εικόνα 3.5.3: Εισαγωγή DAQ Assist Στο block diagram θα εμφανιστεί το παρακάτω εικονίδιο Εικόνα 3.5.4: Εικονίδιο DAQ Asssist Και ακολούθως θα ανοίξει το παρακάτω παράθυρο 48
Εικόνα 3.5.5: Παράθυρο επιλογής σήματος Επιλέγουμε την επιλογή Acquire Signals 49
Ακολούθως από την επιλογή Analog Input επιλέγουμε Voltage Εικόνα 3.5.6: Παράθυρο επιλογής τύπου σήματος 50
Έπειτα μας ζητάει να επιλέξουμε την είσοδο, επιλέγουμε την a0. Εικόνα 3.5.7: Παράθυρο επιλογής αναλογικής εισόδου Και στο τέλος το κουμπί Finish 51
Έπειτα επιλέγουμε «1 sample On Demand» και το κουμπί ΟΚ Εικόνα 3.5.8: Πλαίσιο διαλόγου για τη ρύθμιση παραμέτρων μέτρησης τάσης 52
Ακολουθούμε την ίδια διαδικασία μόνο που στην περίπτωση της ρυθμιζόμενης τάσης θα επιλέξουμε την αναλογική είσοδο a1. Εικόνα 3.5.9: Παράθυρο επιλογής αναλογικής εισόδου Και στο τέλος το κουμπί Finish 53
Έπειτα επιλέγουμε «1 sample On Demand» και το κουμπί ΟΚ Εικόνα 3.5.10: Πλαίσιο διαλόγου για τη ρύθμιση παραμέτρων μέτρησης τάσης 54
Στη συνέχεια στο front panel από την παλέτα Controls Numeric επιλέγουμε δύο Meter, ένα Numeric Indicator και ένα Horizontal Progress Bar Εικόνα 3.5.11: Παλέτα Controls - Indicators 55
Δύο Meter ένα για την τάση της πηγής και ένα για την ρυθμιζόμενη τάση. Το Numeric Indicator και το Horizontal Progress Bar θα τα ρυθμίζουμε ώστε να να μας δείχν ει την θέση του δρομ έα της μεταβ λητής αντίσ τασης. Εικόνα 3.5.12: Indicators Block Diagram Front Panel 56
Συνδέουμε το DAQ Assistant με το Meter καθώς και την κάθε διεργασία σε ένα While Loop με ένα κουμπί STOP Εικόνα 3.5.13: While Loops Μέτρηση Τάσης 57
Χρησιμοποιούμε ένα τελεστή διαίρεσης που εισάγουμε τα σήματα από τις εισόδους ώστε να εκφράσουμε το ποσοστό της τάσης της πηγής σε σχέση με την ρυθμιζόμενη τάση. Έπειτα ένα τελεστή πολλαπλασιασμού όπου πολλαπλασιάζουμε το αποτέλεσμα της διαίρεσης με το εκατό για να εκφράσουμε το ποσοστό τοις εκατό. Το αποτέλεσμα του πολλαπλασιασμού θα εμφανίζεται στον front panel μέσω της μπάρας προόδου και του αριθμητικού ενδείκτη. Εικόνα 3.5.14: Μετατροπή σε ποσοστό Block Diagram 58
Το κάθε indicator μπορούμε να το μετονομάσουμε κάνοντας διπλό κλικ στο όνομα του Το τελικό vi θα έχει την παρακάτω μορφή 59
Εικόνα 3.5.15: VI Ποτενσιόμετρο Front Panel Εικόνα 3.5.16: VI Ποτενσιόμετρο Block Diagram 60
Η συνδεσμολογία που θα χρησιμοποιήσουμε για το κύκλωμα του ποτενσιόμετρου φαίνεται στη παρακάτω εικόνα. Συνδέουμε τις υποδοχές 0+ και 0- της συσκευής στην είσοδο της πηγής και τις υποδοχές 1+ και 1- στην ρυθμιζόμενη τάση από το ποτενσιόμετρο. Εικόνα 3.5.17: Συνδεσμολογία Ποτενσιόμετρου Πατώντας το κουμπί Run θα δούμε την ένδειξη της τάσης στα indicators meter και numeric. Μετακινώντας τον δρομέα του ποτενσιόμετρου θα μεταβάλλεται η τάση επομένως θα μετακινείται και η μπάρα προόδου. 61
3.6. Μεταβλητή αντίσταση Κύκλωμα Ροοστάτη Η μεταβλητή αντίσταση εκτός από ρύθμιση τάσης με την συνδεσμολογία ποτενσιόμετρου που είδαμε στην προηγούμενη ενότητα μπορεί να κάνει και ρύθμιση ρεύματος. Στη συγκεκριμένη άσκηση βάζουμε σε σειρά με την μεταβλητή αντίσταση ένα λαμπάκι LED ώστε να βλέπουμε εκτός από την ρύθμιση ρεύματος και την ρύθμιση φωτεινότητας. Από τη στιγμή που έχουμε ρύθμιση ρεύματος θα χρησιμοποιήσουμε τη συσκευή ώστε να μετρήσουμε το ρεύμα που του κυκλώματος, είναι επομένως λογικό όπως και στην ενότητα μέτρησης έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος να βάλουμε μια αντίσταση της τάξης των 200 Ω ώστε η αναλογική είσοδος να μετρήσει την πτώση τάσης και επομένως να την μετατρέψει σε ρεύμα. Από την παλέτα Measurrement I/O επιλέγουμε το NI DAQmx DAQ Assist Εικόνα 3.6.1: Εισαγωγή DAQ Assist 62
Στο block diagram θα εμφανιστεί το παρακάτω εικονίδιο Εικόνα 3.6.2: Εικονίδιο DAQ Asssist Και ακολούθως θα ανοίξει το παρακάτω παράθυρο Εικόνα 3.6.3: Παράθυρο επιλογής σήματος Επιλέγουμε την επιλογή Acquire Signals 63
Ακολούθως από την επιλογή Analog Input επιλέγουμε Current Και στο τέλος το κουμπί Finish Εικόνα 3.6.4: Παράθυρο επιλογής τύπου σήματος 64
Από το παράθυρο με τις ρυθμίσεις που θα ανοίξει επιλέγουμε «External» και ρυθμίζουμε την αντίσταση στα 200 Ω. Και κάνουμε κλικ στο κουμπί OK. Εικόνα 3.6.5: Πλαίσιο διαλόγου για τη ρύθμιση παραμέτρων μέτρησης ρεύματος 65
Εισάγουμε από την παλέτα Controls indicators ένα Meter, δύο Numeric Indicator και ένα Tank Εικόνα 3.6.6: Παλέτα Controls - Indicators 66
Το Meter θα μας δείχνει με αναλογικό τρόπο τα ma του κυκλώματος Το Tank θα μας δείχνει τη φωτεινότητα στο LED που θα προκύπτει από το λόγο του μέγιστου ρεύματος με το ρεύμα που ρέει στο κύκλωμα εκείνη την στιγμή. Τα δύο Numeric Indicators θα δείχνουν αντίστοιχα τα ma του κυκλώματος και σε ποσοστό τη φωτεινότητα. Εικόνα 3.6.7: Indicators Front Panel Block Diagram 67
Ρύθμιση των indicators για μεγαλύτερη ευκρίνεια των ενδείξεων Με δεξί κλικ στο Meter επιλέγουμε Properties Εικόνα 3.6.8: Properties Indicator Front Panel 68
Από την καρτέλα Scale αλλάζουμε την προεπιλεγμένη τιμή σε 20 μιας και οι τιμές του ρεύματος που θα μετρήσουμε θα είναι μέχρι 20mA Εικόνα 3.6.9: Properties Scale Indicator Meter Έπειτα στο Block Diagram χρησιμοποιώντας τον τελεστή του πολλαπλασιασμού και μια σταθερά ρυθμισμένη στη τιμή 1000 και με την κατάλληλη συνδεσμολογία μετατρέπουμε την είσοδο από Amper σε mamper. Εικόνα 3.6.10: Μετατροπή από Α σε ma Block Diagram 69
Το ίδιο θα πράξουμε και για το Indicator Tank, κάνουμε δεξί κλικ και επιλέγουμε Properties. Εικόνα 3.6.11: Properties Indicator Tank Front Panel 70
Στην καρτέλα Scale αλλάζουμε την προεπιλεγμένη τιμή στο Maximum σε 100 που θα εκφράζει την φωτεινότητα. Εικόνα 3.6.12: Properties Scale Indicator Tank 71
Για να εκφράσουμε το ρεύμα του κυκλώματος σε ποσοστό χρησιμοποιούμε ένα τελεστή διαίρεσης με μια σταθερά που προκύπτει από το μέγιστο ρεύμα δηλαδή τη μέγιστη φωτεινότητα. Έπειτα τον αριθμό που προκύπτει με την βοήθεια ενός τελεστή πολλαπλασιασμού και τη σταθερά 100 το εκφράζουμε το ποσοστό τοις εκατό. Εικόνα 3.6.13: Μετατροπή σε ποσοστό Block Diagram 72
Βάζουμε όλα τα εικονίδια σε ένα While loop η οποία σταματά με ένα button stop Το κάθε indicator μπορούμε να το μετονομάσουμε κάνοντας διπλό κλικ στο όνομα του Το τελικό vi θα έχει την παρακάτω μορφή Εικόνα 3.6.14: VI Ροοστάτης Front Panel 73
Εικόνα 3.6.15: VI Ροοστάτης Block Diagram 74
Η συνδεσμολογία που θα χρησιμοποιήσουμε για τη μέτρησης της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Συνδέουμε τις υποδοχές 0+ και 0- της συσκευής παράλληλα στην αντίσταση 200 Ω. Η συσκευή θα μετρήσει την πτώση τάσης στην αντίσταση των 200 Ω και από την ρύθμιση που έχουμε κάνει στο block diagram (external) θα την μετατρέψει σε ρεύμα όπου είναι και η ένδειξη στο VI μας. Εικόνα 3.6.16: Συνδεσμολογία Ροοστάτη 75
Βιβλιογραφία Καλοβρέκτης, Κ (2015). LabVIEW για μηχανικούς Συστήματα συλλογής Δεδομένων, Τζιόλα Τεχνικά Εγχειρίδια της National Instrument 76