Vežba 5 Uvod u NI ELVIS okruženje Cilj vežbe Cilj vežbe je da studente upozna sa merenjem u NI ELVIS I okruženju kroz nekoliko primera merenja karakteristika električnih komponenti i kola. U svakom od primera, najpre treba odgovarajuće električno kolo sastaviti na protobord-u, a potom izvršiti merenje korišćenjem odgovarajućeg NI ELVIS instrumenta ili Labview Virtuelnog Instrumenta (u daljem tekstu Labview VI) iz NI ELVIS VI biblioteke. Uvod NI ELVIS I (The National Instruments 1 Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite I) okruženje je dizajnirano tako da u sebi objedinjuje nekoliko delova laboratorijske opreme. Ovaj paket čini rad u laboratoriji konfomnijim, preglednijim i eliminiše potrebu za gomilanjem mernih uređaja. Sistem koji će biti korišćen u ovoj laboratorijskoj vežbi obuhvata: 1. NI ELVIS softver sadrži grafički interfejs za 12 mernih instrumenata (SFP - Soft Front Panel) i NI ELVIS VI biblioteku virtuelnih instrumenata pisanih u Labview programskom paketu. NI ELVIS softver omogućava kontrolu i pristup NI ELVIS portovima. 2. NI A/D A/D konvertor sa analognim i digitalnim ulazima i izlazima sa liste A/D konvertora firme National Instruments. A/D konvertor može biti PCI kartica (Sl. 1A) ili NI USB A/D konvertor (Sl. 1B). 3. NI ELVIS Benchtop Workstation radna jedinica koja obuhvata, Sl. 1C: o protobord na kome korisnik sastavlja električno kolo čije karakteristike se ispituju, o front panel sa konektorima i kontrolnim dugmićima za merne instrumente, o konektorsku kutiju koja povezuje NI A/D karticu sa protobordom i front panel-om. Oprema Računar sa instaliranim NI Labview softverskim paketom i NI ELVIS softverom NI ELVIS I Benchtop Workstation NI USB A/D konvertor Otpornici, kondenzator Operacioni pojačavač 1 Sajt firme National Instruments: www.ni.com.
A računar kabl NI DAQ PCI B računar NI ELVIS Benchtop Workstation kabl NI USB A/D C konektori i kontrolni dugmići protobord NI ELVIS Benchtop Workstation konektorska kutija Slika 1: A) Veza računar - NI DAQ PCI NI ELVIS Benchtop Workstation, B) Veza računar NI USB A/D NI ELVIS Benchtop Workstation C) NI ELVIS Benchtop Workstation
Na Sl. 2A je prikazan protobord koji je postavljen na konektorsku kutiju Benchtop Workstation-a, a na Sl. 2B je prikazan front panel sa konektorima i kontrolnim dugmićima za merne instrumente. sve tačke na ovoj vertikali su na istom potencijalu V p2 sve tačke na ovoj vertikali su na istom potencijalu V p1 A) sve tačke na ovoj polovini horizontale su na istom potencijalu V p3 sve tačke na ovoj polovini horizontale su na istom potencijalu V p4 ACH0- ACH0+ ACH1- ACH1+... 5 V pin VPS (Variable Power Supply) Function Generator Out (FUNC_OUT) Ground... B) dugme za napajanje protoborda: Prototyping Power Board - DRŽATI ISKLJUĆENO SVE DOK DEŽURNI ASISTENT NE PROVERI KOLO! Slika 2: A) Protobord na vrhu konektorske kutije NI ELVIS BenchtopWorkstation-a, B) Front panel sa konektorima i kontrolnim dugmićima za merne instrumente
NI ELVIS softver NI ELVIS softver se pokreće izborom opcije: Start>All Programs>National Instruments>NI ELVIS Traditional>NI ELVIS Traditional ili klikom na NI ELVIS prečicu na Desktop-u. Na Sl. 3 je prikazan izgled ELVIS Instrument Launcher prozora koji se otvara nakon pokretanja NI ELVIS softvera. Dugme Configure u ovom prozoru služi za uspostavljanje komunikacije sa NI ELVIS Benchtop Workstation (u daljem tekstu: radna jedinica), dok preostale opcije otvaraju 12 različitih NI ELVIS mernih instrumenata. Slika 3: ELVIS Instrument Launcher: startni prozor NI ELVIS softvera
Digitalni multimetar (DMM) Namena instrumenta - merenje AC i DC napona i struja, vrednosti otpornosti, kapacitivnosti i induktivnosti. Instrument takođe ima diodni test i testiranje postojanja kratkog spoja. Prozor digitalnog multimetra je prikazan na Sl. 4. Slika 4: Prozor digitalnog multimetra Konektori - postoje Current Hi/Lo i Voltage Hi/Lo konektori na dva mesta: pinovi Current Hi/Lo i Voltage Hi/Lo u donjem levom uglu protoborda Sl. 5A) banana konektori na front panel-u radne jedinice, Sl. 5B). NEMOJTE ISTOVREMENO koristiti OBE vrste konektora pri merenju! Current Hi/Lo se koriste i za merenje struje i za merenje impedanse. Voltage Hi/Lo konektori se koriste samo za merenje napona. A B Slika 5: Konektori za merenje struje/impedanse i napona: A) na protobord-u, B) na front panel-u radne jedinice Kontrole postoje tri grupe kontrolnih dugmića na interfejsu DMM-a: FUNCTION dugmići njihovo korišćenje će biti opisano kroz primere u narednim poglavljima NULL dugme služi za kalibraciju instrumenta. Kalibracija se vrši samo jednom i to nakon izbora funkcije digitalnog mutimetra (izuzev za funkciju merenja struje gde je pre svakog
merenja potrebno vršiti kalibraciju). Kada se promeni funkcija DMM-a, kalibraciju treba ponoviti. Kalibracija za merenje struje: pri otvorenim krajevima Current Hi/Lo konektora pritisnuti dugme NULL. Kalibracija za merenje impedanse: za otpornost i induktivnost: pri kratko spojenim krajevima Current Hi/Lo konektora pritisnuti dugme NULL. za kapacitivnost: pri otvorenim krajevima Current Hi/Lo konektora pritisnuti dugme NULL. Kalibracija za merenje napona: pri kratko spojenim krajevima Voltage Hi/Lo konektora pritisnuti dugme NULL. RANGE dugme za svaku funkciju DMM-a moguće je izabrati jedan od 4 opsega merenja ili AUTO opciju za automatski izbor opsega. Zadatak i uputstvo za merenje Zadatak 1 merenje pomoću DMM Merenje otpornosti pomoću DMM 1. Povezati dva kabla sa banana konektorima na DMM ulaze za merenje struje/impedanse na front panel-u radne jedinice (Current Hi, Current Lo). 2. Pokrenuti NI ELVIS softver. Pritiskom na dugme Configure uspostaviti pravilnu komunikaciju sa NI ELVIS hardverom. 3. Izabrati Digital Multimeter. DMM može biti korišćen za različite funkcije. U narednom tekstu će biti korišćena notacija DMM [X] za označavanje primene X funkcije. a. Kliknuti na Ohm digme [] da bi se izabrala funkcija merenja digitalnim ommetrom: DMM []. b. Izvršite kalibraciju. c. Povezati otpornik R1 na Current Hi i Current Lo. Izmeriti vrednost otpornosti. NEMOJTE MERITI OTPORNOST kada je otpornik povezan u električno kolo objasnite zašto. Ponoviti merenje za otpornosti R2 i R3. d. Pomoću boja na otpornicima (kôda) i kolor kod šeme, Sl. 12) odredite nominalnu vrednost i toleranciju otpornika koje daje proizvođač. Uočiti odstupanja između nominalne vrednosti i izmerene vrednosti otpornika. Merenje napona pomoću DMM ISKLJUČITE napajanje protoborda (Prototyping Power Board) i držite ga isključenim sve dok dežurni asistent ne proveri kolo! Koristeći dva otpornika, R1 = 1 k i R2 = 2.2 k, sastaviti na protobordu kolo kao na Sl. 6. 1. Povezati pinove +5V i Ground u kolo kao na Sl. 6 (na Sl. 2 pogledati gde se nalaze pinovi +5V i Ground). 2. Povezati dva kabla sa banana konektorima na DMM ulaze za merenje napona na front panel-u radne jedinice (Voltage/Hi, Voltage/Lo). 3. Izvršiti kalibraciju.
4. Proveriti da li je kolo dobro povezano. Pozvati dežurnog asistenta. Uključiti napajanje protoborda (Prototyping Power Board). Upaliće se tri LED indikatora (+15V, -15V, +5V), Sl. 7. 5. Izmeriti napon V0 koristeći funkciju DMM [V]. 6. Izračunati teoretsku vrednost napona V1 na osnovu izmerenih vrednosti R1 i R2 u prethodnom zadatku. Izmeriti stvarnu vrednost napona V1 pomoću DMM [V] funkcije. +5 V R 1 V 0 HI Ground R 2 V 1 DMM [V] LO Slika 7: Tri led indikatora se pale nakon pritiska na dugme power. Slika 6. Razdelnik napona Merenje struje pomoću DMM ISKLJUČITE napajanje protoborda (Prototyping Power Board) i držite ga isključenim sve dok dežurni asistent ne proveri kolo! 1. Na osnovu izmerenih vrednosti V1 i R2 izračunati struju I koja protiče kroz rednu vezu otpornika u prethodnom zadatku. 2. Isključite kablove iz Voltage/Hi i Voltage/Lo konektora i povežite ih na DMM ulaze za merenje struje/impedanse na front panel-u radne jedinice (Current Hi, Current Lo). 3. Izaberite funkciju DMM [A-]. Izvršite kalibraciju. 4. Kolo sa Sl. 6 modifikujte kao što je to prikazano na Sl. 8 prekinite kolo sa Sl. 6 i priključite digitalni ampermetar DMM [A-]. 5. Proveriti da li je kolo dobro povezano. Pozvati dežurnog asistenta. Uključiti napajanje protoborda (Prototyping Power Board). 6. Izmeriti stvarnu vrednost struje I. +5 V R 1 V 0 I R 2 Ground LO HI DMM [A-] Slika 8: Merenje struje kroz rednu vezu otpornika
Zadatak 2 - Primer virtuelnog instrumenta ispitivanje karakteristika generatora a) Proveriti tačnost izlaznog napona generatora. b) Proveriti tačnost frekvencije generatora u dve tačke u svakom opsegu. c) Odrediti izlaznu otpornost generatora. Uputstvo za rad: Vežba je realizovana u okviru programskog paketa LabVIEW. Generator se priključuje tako što se izlaz označen kao 600 priključuje na protobord NI ELVIS-a tako što se + vodi na ulaz NI ELIVIS-a označen kao ACH0+ a masa na ulaz NI ELIVIS-a označen kao ACH0-, slika 9. sve tačke na ovoj vertikali su na istom potencijalu V p2 sve tačke na ovoj vertikali su na istom potencijalu V p1 sve tačke na ovoj polovini horizontale su na istom potencijalu V p3 sve tačke na ovoj polovini horizontale su na istom potencijalu V p4 ACH0- ACH0+ ACH1- ACH1+... Slika 9. NI ELVIS Benchtop Workstation. 5 V pin VPS (Variable Power Supply) Function Generator Out (FUNC_OUT) Ground... a) Maksimalna vrednost napona koja može da se meri je 5 V. Podesiti frekvencijsku skalu generatora na neku vrednost. Podesiti napon generatora na neku vrednost. U odgovarajuće polje prve kolone Unom (na interfejsu virtuelnog instrumenta) uneti vrednost podešenog napona. Pritisnuti dugme SNIMI NAPON na interfejsu. U slučaju greške poslednja izmerena vrednost se može obrisati pritiskom na dugme OBRIŠI SNIMLJEN NAPON. Podešavati napon generatora redom na vrednosti [0.01 0.03, 0.05, 0.1, 0.3, 0.5, 1, 3] V. Za napone manje od 1 V za analogni generator, koristiti ugrađeni atenuator kojim signal može da se oslabi za 20 ili 40 db u odnosu na vrednost očitanu na skali: U i a 20 log, U S gde je a (u db) slabljenje, Ui izlani napon a US napon očitan na skali instrumenta. Tako da je: a U 10 20 i U S. Kod digitalnog generatora direktno se unose tražene vrednosti. Kod digitalnog generatora unose se amplitude napona, a virtuelni isntrument meri efektivne vrednosti. b) Postupak je isti kao i za merenje napona, s tim što se podešene vrednosti frekvencije upisuju u kolonu fnom. Vrednost napona generatora postaviti na fiksnu vrednost. 2 V Pritisnuti dugme SNIMI FREKVENCIJU na interfejsu. U slučaju greške poslednja izmerena vrednost se može obrisati pritiskom na dugme OBRIŠI SNIMLJENU FREKVENCIJU. Podešavati frekvenciju generatora redom na [20, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000, 5000] Hz.
c) Povezati šemu prema slici 10. Prekidač je otvoren, Rp nije priključen. Pritiskom na dugme SNIMI NAPON V1, izmeriće se napon V1. Povezati Rp, (prekidač je zatvoren) i snimiti napon V2. U odgovarajuće polje uneti vrednost Rp (300 Ω) i pritiskom na dugme RAČUNAJ dobiće se izlazna otpornost generatora. R g G EV R p Slika 10. Merenje izlazne otpornosti generatora. Uneti ime, prezime i broj indeksa studenta koji rade vežbu. Rezultate sačuvati pritiskom na dugme SAČUVAJ. Na slici 11. prikazan je front panel virtuelnog instrumenta kojim je realizovano ispitivanje karakteristika niskofrekventnog generatora. Slika 11. Front panel virtuelnog instrumenta.
Slika 12. Koor kod šema za otpornike.