teoria i praktyka Laboratorium wirtualne: 20 luty 2014 Remigiusz RAK, OKNO PW Warszawskie Seminarium Środowiskowe Postępy edukacji internetowej

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "teoria i praktyka Laboratorium wirtualne: 20 luty 2014 Remigiusz RAK, OKNO PW Warszawskie Seminarium Środowiskowe Postępy edukacji internetowej"

Szczepan Sobczak
8 lat temu
Przeglądów:

1 Laboratorium wirtualne: teoria i praktyka Remigiusz RAK, OKNO PW 20 luty 2014

2 Plan prezentacji: e-eksperyment Laboratorium wirtualne Przykłady ćwiczeń Podsumowanie Obserwacja przebiegu eksperymentu Symulacja eksperymentu Zdalny dostęp do laboratorium rzeczywistego Projektowanie zdalne

przebiegu eksperymentu Symulacja eksperymentu

3 e-kształcenie w zakresie politechnicznym Dla naukowców i inżynierów kluczowa faza kształcenia to: E K S P E R Y M E N T - usprawnia transfer praktycznej wiedzy od nauczyciela do ucznia Wymóg w zakresie kształcenia inżynierów: Eksperymenty z użyciem rzeczywistej aparatury, w warunkach możliwie bliskich rzeczywistym, z możliwością nauki na błędach.

nauczyciela do ucznia Wymóg w zakresie kształcenia inżynierów: Eksperymenty z użyciem

4 e-kształcenie w zakresie techniki pomiarowej Powołano: Zespół roboczy (Working Group): e-tools for Education in Instrumentation & Measurement pod nadzorem: IEEE Instrumentation and Measurement Society, Technical Committee TC-23 Education in Instrumentation and Measurement Strona internetowa Zespołu:

and Measurement Society, Technical Committee TC-23 Education in Instrumentation and

5 e-kształcenie w zakresie politechnicznym Główne przesłanki wprowadzania nowych technik do organizacji laboratoriów: Obowiązujące tendencje w ramach EU; Wysoki koszt aparatury badawczej; Wysoki koszt zarządzania laboratorium; Trudności w odnawianiu personelu technicznego; Rosnąca liczba studentów. Koszty kształcenia!!!

koszt aparatury badawczej; Wysoki koszt zarządzania laboratorium; Trudności w

6 Zdalny dostęp do laboratorium - chronologia Na początku był przyrząd wirtualny VIRTUAL INSTRUMENT - VI

7 Wirtualny przyrząd pomiarowy - Definicja Przyrząd wirtualny - to rodzaj inteligentnego przyrządu pomiarowego powstałego w wyniku sprzężenia pewnego sprzętu nowej generacji z mikrokomputerem osobistym i przyjaznym dla użytkownika oprogramowaniem, które umożliwia użytkownikowi współpracę z mikrokomputerem na zasadach takich jakby obsługiwał tradycyjny przyrząd pomiarowy.

mikrokomputerem osobistym i przyjaznym dla użytkownika oprogramowaniem, które umożliwia

8 Aplet Javy: Oscyloskop

9 Aplet Javy: Generator Pole odczytu częstotliwości Ustawienie zakresu częstotliwości Wybór funkcji Pole odczytu amplitudy Płynna regulacja częstotliwości Ustawienie symetrii (wypełnienia) Płynna regulacja składowej stałej Płynna regulacja amplitudy

Płynna regulacja częstotliwości Ustawienie symetrii

10 Flash

11 LabWindows/CVI

12 Wirtualny przyrząd pomiarowy - przykład

13 Zdalny dostęp do laboratorium - chronologia Przyrząd wirtualny; Przyrząd wirtualny sprzęgnięty z lokalną siecią komputerową; System rozproszony w sieci komputerowej; Zdalny dostęp do laboratorium.

14 Laboratorium Wirtualne - definicja Heterogeniczne, rozproszone środowisko umożliwiające zdalny dostęp do programowych i sprzętowych zasobów laboratorium w sposób ciągły zarówno w sensie miejsca jak i czasu.

do programowych i sprzętowych zasobów laboratorium

15 Zasoby laboratorium w sieci komputerowej SERWER ZARZĄDZAJĄCY Przyrząd pomiarowy z RS-232 Serwer WWW Laboratorium komputerowe RS232 Serwer pomiarowy Przyrządy z wbudowanymi mikroserwerami WWW Przyrządy pomiarowe z GPIB

Laboratorium komputerowe RS232 Serwer pomiarowy

16 Zdalne Laboratorium - modele Model Synchroniczny (poziom 0) Obserwacja (bierna) pracy nauczyciela (laboranta) wykonującego eksperyment; Zdalna wizualizacja przebiegu eksperymentu (poziom 1) Obserwacja działania automatycznego systemu, obserwacja wyników; Zdalna kontrola eksperymentu (poziom 2) Zdalne sterowanie przebiegiem eksperymentu, obserwacja wyników; Zdalne projektowanie WP (poziom 3) Projektowanie i uruchamianie własnego WP (LabVIEW) i jego implementacja w zdalnym laboratorium

systemu, obserwacja wyników; Zdalna kontrola eksperymentu (poziom 2) Zdalne sterowanie przebiegiem eksperymentu,

17 Zdalne Laboratorium - zarządzanie Laboratorium zdalne musi odpowiadać wymogom standardów kształcenia na odległość!!! Musi więc zawierać cechy kompletnego Systemu Zarządzania Kształceniem Learning Management System (LMS)

18 Learning Management System (LMS) Złożone narzędzie programowe do wspomagania e-kształcenia, sterujące dystrybucją zasobów systemu kształcenia. Zawiera elementy administrowania przebiegiem procesu e-kształcenia, ewidencji studentów, kontroli ich uprawnień oraz postępów w nauce. Do zadań LMS należy także ochrona zasobów, a najnowsze wersje są wyposażone w fukcje kontroli spójności merytorycznej gromadzonych i dystrybuowanych treści. Standaryzacja: AICC IMS - ADL (SCORM) IEEE (LOM)

Zawiera elementy administrowania przebiegiem procesu e-kształcenia, ewidencji studentów, kontroli ich uprawnień oraz

19 Laboratorium wirtualne LMS

20 Bezpieczeństwo warstwa serwerów pomiarowych (Serwer LabVIEW) warstwa aplikacji klienckich (Klient via www) warstwa serwera głównego (Klient LabVIEW)

21 Bezpieczeństwo Serwer główny: jedyny punkt dostępu do lab. (dla użytkowników z zewnątrz) system weryfikacji/autentykacji użytkowników, zarządzanie dostępem, harmonogram laboratoriów, moduły sprawdzianów, baza danych wyników, ocen itp. symulatory ćwiczeń aplikacje narzędziowe np.: MATLAB, LabVIEW

22 Przykłady ćwiczeń laboratoryjnych

23 1. Stany przejściowe w obwodach RLC 2. Obwody rezonansowe RLC 3. Badanie przetworników A/C i C/A

24 1. Badanie filtrów 2. Badanie parametrów wzmacniacza elektroakustycznego 3. Analiza sygnałów 4. Projektowanie wirtualnych przyrządów pomiarowych w LabVIEW

25 1. Badanie charakterystyk diody półprzewodnikowej i tranzystora bipolarnego 2. Badanie charakterystyk stałoprądowych tranzystora MOS 3. Badanie charakterystyk wzmacniacza operacyjnego

26 1. Badanie parametrów wzmacniacza telekomunikacyjnego EDFA 2. Badanie parametrów spektralnych nadajników telekomunikacyjnych

27 1. Propagacja fal w linii długiej 2. Rezonatory i filtry mikrofalowe 3. Wzmacniacze mikrofalowe 4. Przemiana częstotliwości 5. Światłowód i jego charakterystyki 6. Analogowe łącze światłowodowe

28 1. Sterowanie robotem mobilnym 2. Sterowanie robotem przemysłowym

29 BADANIE WZMACNIACZA ELEKTROAKUSTYCZNEGO

30 Program badań: Charakterystyka przejściowa Charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowe w różnych warunkach pracy Pasmo przenoszenia (w zakresie 10 Hz 100 khz). Pomiar mocy wyjściowej. (Moc znamionowa: 100W/4Ω) Współczynnik THD. Stosunek S/N. Zakres dynamiki. Czułość. Pomiary przeprowadzane są w zakresie 0.1 V do 1 V. Pomiar przesłuchu pomiędzy kanałami.

31 Stanowisko laboratoryjne GENERATOR AFG-5101 MULTIMETR DM-5120 GENERATOR AFG 5101 WE > WY MULTIMETR DM5120 IEC-625

33 Pulpit aplikacji

34 Charakterystyka przejściowa

35 Charakterystyka częstotliwościowa w zależności od ustawienia filtracji tonów niskich

36 Charakterystyka częstotliwościowa w zależności od użytych filtrów typu contur

37 Zdalne stanowisko laboratoryjne do badania parametrów silnika indukcyjnego Kamil Możdżyński, Marcin Gąska POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

38 Schemat układu do badanie silnika indukcyjnego 38

39 Założenia projektowe stanowiska do pomiarów zdalnych Zakres badań/pomiarów, Możliwość realizacji pomiarów w stanach dynamicznych, Automatyzacja sterowania i pomiarów, Możliwość zdalnego dostępu z podglądem, Zapewnienie bezpieczeństwa: separacja galwaniczna obwodów, mocy i sygnałowych, zabezpieczenia przeciążeniowe, ograniczenia programowe. Aplikacja symulacyjna. 39

45 Architektura sprzętowa systemu

47 Graficzny Interfejs Użytkownika serwer

48 Graficzny Interfejs Użytkownika klient 1

49 Graficzny Interfejs Użytkownika klient 2

50 Aplikacja w LabVIEW Komunikacja z przemiennikiem częstotliwości Sterowanie przetwornicą napięcia DC/DC Zbieranie i przetwarzanie danych pomiarowych Prezentacja danych/wyników Zdalny dostęp via Internet Wyświetlanie obrazu z kamery (podgląd) 50

51 Aplikacja w LabVIEW Wykorzystane pakiety narzędziowe: Sterownik karty akwizycji danych: NI-DAQmx Obsługa protokołu Modbus: Modbus Library Obsługa zdalna: DataSocket Akwizycja obrazu: Image AcQusition Symulacje: Control Design & Simulation 51

52 Ograniczenie ilości przesyłanych danych Jak ograniczyć ilość przesyłanych danych? Zmniejszenie rozdzielczości FPS obrazu z kamery Ograniczenie liczby sygnałów sterujących (Boolean) Ograniczenie liczby danych pomiarowych: odtwarzanie prądu trzeciej fazy na podstawie dwóch pozostałych Dopasowanie formatu danych rezygnacja z typu Waveform zmiana reprezentacji liczb z Double na WordInteger 52

53 Podsumowanie Technologia dostarcza nam coraz to nowsze narzędzia do budowania laboratoriów wirtualnych, W zakresie projektowania laboratoriów wirtualnych - indywidualnie mamy duże osiągnięcia, W celu zbudowania sieci laboratoriów - mamy jeszcze wiele do zrobienia, Jesteśmy zmuszeni do działań zespołowych i solidarnych, Apel o patronat ze strony PTNEI!

54 LABORATORIUM WIRTUALNE Dziękuję za uwagę!

Podobne dokumenty

Laboratorium przez Internet w modelu studiów inżynierskich

Laboratorium przez Internet w modelu studiów inżynierskich Remigiusz Rak Marcin Godziemba-Maliszewski Andrzej Majkowski Adam Jóśko POLITECHNIKA WARSZAWSKA Ośrodek Kształcenia na Odległość Laboratorium