Sprawozdanie z realizacji pracy. w ramach Programu Priorytetowego Badań Własnych PW Inżynieria Fotoniczna

Transkrypt

1 Politechnika Warszawska Instytut Systemów Elektronicznych Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych Wydział Chemiczny Wydział Inżynierii Środowiska Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Sprawozdanie z realizacji pracy w ramach Programu Priorytetowego Badań Własnych PW Inżynieria Fotoniczna w okresie Temat pracy: Interakcyjna optoelektroniczna sieć telemetryczna, dla WEiTI PW, z interfejsem internetowym Realizacja wybranych elementów składowych sieci telemetrycznej oraz testy własności modelu sieci interaktywnej Warszawa,

2 Wykonawcy pracy: Kierownik tematu: dr inż. Ryszard Romaniuk, Instytut Systemów Elektronicznych Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych P.W. tel , , , , fax , rrom@ipe.pw.edu.pl ftp:// ; Główni wykonawcy: mgr inż. Krzysztof Poźniak, Instytut Systemów Elektronicznych Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych P.W. tel , , pozniak@ipe.pw.edu.pl ftp:// dr inż. Artur Dybko, Zakład Chemii Analitycznej Wydział Chemii P.W. tel , , dybko@ch.pw.edu.pl dr inż. Marian Kwietniewski, Instytut Zaopatrzenia w Wodę i Budownictwa Wodnego Wydział Inżynierii Środowiska P.W. tel , , kwietniewski@wis.pw.edu.pl dr inż. Radomir Kupczak, Instytut Fizyki, Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej P.W. tel , kupczak@if.pw.edu.pl

3 Interakcyjna optoelektroniczna sieć telemetryczna, dla WEiTI PW, z interfejsem internetowym Realizacja pracy składała się z następujących etapów i zadań szczegółowych. Wszystkie zadania zostały wykonane zgodnie z harmonogramem z porozumienia Etap 1: Realizacja wybranych elementów składowych interakcyjnej sieci telemetrycznej 1. zdefiniowanie protokołu systemu pozwalającego na dokonywania pomiarów i transmisje siecią internet i telefoniczną 2. zdefiniowanie parametrów interfejsu pozwalającego na podłączenie aparatury pomiarowej do sieci internet i telefonicznej z uwzględnieniem standardów GPIB, RS, CAN, 3. realizacja mikroprocesorowego interfejsu pomiarowego, 4. opracowanie wzorcowego meteorologicznego stanowiska pomiarowego, 5. wybór i opracowanie oprogramowania systemu (zbieranie danych, prezentacja) Etap 2: Testy własności modelu interaktywnej sieci telemetrycznej 6. przeprowadzenie wstępnych badań systemu z wykorzystaniem stanowiska meteorologicznego, 7. podłączenie i przebadanie wybranych i już istniejących rozwiązań systemów czujnikowych na terenie uczelni (pomiary fizykochemiczne), 8. podłączenie aparatury innych ośrodków, 9. przeprowadzenie wybranych eksperymentów badawczych łączących kilka ośrodków podłączonych do sieci telemetrycznej.

4 Interakcyjna optoelektroniczna sieć telemetryczna, dla WEiTI PW, z interfejsem internetowym 1. Charakterystyka funkcjonalna współczesnych pomiarowych sieci telemetrycznych Burzliwy rozwój różnorodnych metod przekazu informacji w połączeniu z postępem technologicznym dokonują fundamentalnych i nieodwracalnych zmian w metrologii. Zmiany te mają dwojaki charakter: obserwuje się ewolucję metod pomiarowych i sposobu realizacji procesów pomiarowych, dokonują się bardzo znaczące zmiany w sferze aparaturowej Widocznym efektem tych zmian, obserwowanym na przestrzeni ostatnich kilkunastu lat, jest odejście od niezależnych urządzeń pomiarowych do zintegrowanych i skomputeryzowanych systemów pomiarowych. Kolejny przełom dokonuje się obecnie. Jest on związany przede wszystkim z próbami wykorzystywania w procesach pomiarowych globalnych metod przekazu informacji za pomocą sieci komputerowe i innych usług telekomunikacyjnych opartych na łączach światłowodowe. Te prace mają swoje silne uzasadnienie. Wynika ono z coraz częstszych potrzeb realizacji pomiarów o rozproszonym, wieloparametrowym i wielowątkowym charakterze. Przykładem, niezwykle ważnym z naukowego oraz społecznego punktu widzenia, są pomiary środowiskowe. Biorąc pod uwagę współczesne wymagania stawiane metrologii, nowoczesne sieci telemetryczne powinny umożliwiać: 1) pomiary rozproszone i wieloparametrowe, czyli realizowane na dużych obszarach przy pomocy bardzo wielu sond pomiarowych i współpracujących z nimi elektronicznych torów przetwarzania sygnałów. Przykładem może być monitoring jakości wód rzecznych na obszarze całego kraju. 2) pomiary wielowątkowe polegające na jednoczesnej realizacji wielu niezależnych torów pomiarowych o cechach opisanych w punkcie (1), w obrębie tego samego systemu telemetrycznego, 3) wielodostępność operatorską, która pozwala na jednoczesny dostęp dużej liczby użytkowników do systemu telemetrycznego. Każdy z użytkowników powinien mieć możliwość interaktywnego kreowania pomiarów wielowątkowych ujętych w punkcie (2). Zdaniem autorów, tak postawione wymagania powodują, że sieć telemetryczna można rozpatrywać wręcz jako pomiarowy system operacyjny na podobieństwo komputerowych systemów operacyjnych o charakterze wielozadaniowym i wielodostępnym: procesy (programy) można utożsamiać z rozproszonymi i wieloparametrowymi procesami pomiarowymi (por. punkt 1), wielozadaniowość można przyrównać do pomiarów wielowątkowych (por. punkt 2), wielodostępność jest równoważna wielodostępności operatorskiej w systemie (por. punkt. 3). Takie rozumowanie prowadzi wprost do bardzo ciekawego stwierdzenia, że sieć telemetryczna stanowi sprzętową platformę operacyjną na której wielu operatorów może uruchamiać niezależnie wielowątkowe, rozproszone i wieloparametrowe pomiary (zwane dalej procesami pomiarowymi). Procesy pomiarowe realizowane w ramach sieci: 1. mają charakter stochastyczny, czyli moment ich powstania i czas istnienia nie jest określany przez sieć telemetryczną, ale przez niezależnych operatorów, 2. są oparte na wirtualnych magistralach potokowych, co oznacza, że operator kreuje strukturę procesu pomiarowego łącząc za ich pomocą dostępne w systemie bloki funkcjonalne (sondy pomiarowe, czujniki, urządzenia pomiarowe, bloki przetwarzania elektronicznego i

5 komputerowego itp.). Wirtualność magistrali wynika z faktu, że zrealizowane w ramach procesu połączenia w rzeczywistości zapewniane są przez system telemetryczny i ich forma oraz czas istnienia nie jest zdefiniowana jednoznacznie. 2. Uzyskane parametry funkcjonalne sieci telemetrycznej dla WEiTI Autorzy w tym miejscu pragną zwrócić uwagę na bardzo istotny fakt, ze w sieciach telemetrycznych musi zachodzić wzajemne dostosowanie funkcjonalne sfer: pomiarowej i teletransmisyjnej. Sfera teletransmisyjna rozwija się bardzo dynamicznie i stwarza coraz większe możliwości. Jej rozwój stymulowany jest przez wiele dziedzin nauki i techniki. W tej sytuacji, zdaniem autorów należy wykorzystać oferowane usługi telekomunikacyjne i dostosować platformę funkcjonalna sieci telemetrycznych do korzystania z tych usług. Natomiast istnieje pilna potrzeba dostosowania strukturalnego sfery pomiarowej do wymagań systemów telemetrycznych. Obserwowane w ostatnich latach próby połączenia standardowej aparatury pomiarowej z systemami teletransmisyjnymi (np. sieciami komputerowymi, modemami telefonicznymi) stanowią raczej przejściową formę hybrydową realizowaną dla celów komercyjnych lub na rzecz konkretnych potrzeb. Zrealizowany model sieci telemetrycznej powinien przyczynić się do szybszego rozwoju tego typu sieci oraz wyznaczyć kierunki ich rozwoju. Podczas tego etapu zrealizowano model sieci telemetrycznej w/g przyjętych w ramach pierwszego etapu założeń i starano się przede wszystkim: w jak największym stopniu zapewnić standaryzację elementów sieci telemetrycznej, zapewnić otwartość struktury systemu, czyli umożliwić jej rozbudowy o nowe elementy, postępować algorytmicznie podczas realizacji projektu, co prowadziło do radykalnego zmniejszenia czasu oraz kosztów wykonania projektu oraz uruchamiania zarówno elementów systemu telemetrycznego jak i systemu jako całości zwiększyć niezawodności poszczególnych elementów systemu telemetrycznego stosując rozwiązania wcześnie sprawdzone, wbudowywać elementy warstwy kontrolno-diagnostycznej w wszystkie krytyczne elementy systemu Sieć telemetryczna zrealizowano w formie sprzętowo-programowej platformy operacyjnej. Założeniem tak przyjętej strategii było dążenie otrzymania rozwiązania charakteryzującego się wysoką niezawodnością i zdolnością wykrywania błędów dla każdego jej elementu składowego. Trzeba bowiem mieć na uwadze, że: nie można przewidzieć wszelkich potencjalnych problemów jakie mogą wystąpić, gdyż struktura sieci ciągle ewoluuje (np. jest rozbudowywana o nowe elementy), nie można szczegółowo przetestować systemu z uwagi na jego rozmiary i dynamicznie zmieniające się procesy pomiarowe W tym momencie, mając świadomość, że nie można zmienić obiektywnych uwarunkowań związanych zarówno z charakterem sieci telemetrycznej jak i z jej potencjalną podatnością na awarie, zrealizowano takie rozwiązanie modelu sieci telemetrycznej aby: sieć telemetryczna była przygotowana na wystąpienie nieznanych problemów: umiała je wykryć, zdiagnozować bądź umożliwić ich dalszą analizę, blok kontrolno-diagnostyczny stanowił nierozłączną cześć każdego elementu sieci telemetrycznej i jego zadaniem było jak najszybsze stwierdzenie i umożliwienie rozwiązania problemu, można było w sposób strukturalny (blokowy) realizować różnorodne funkcjonalne elementy sieci telemetrycznej i włączać do nich standardowe bloki kontrolno-diagnostyczne, zapewnić nadrzędną warstwę kontrolną systemu telemetrycznego przy pomocy automatycznej kontroli komputerowej

6 3. Realizacja platformy sprzętowej sieci telemetrycznej Otwarta organizacja platformy sprzętowej sieci telemetrycznej zaproponowana i opracowana podczas pierwszego etapu pracy została w ramach obecnego etapu zaimplementowana w taki sposób, aby mogły być realizowane różne procesy pomiarowe współpracujące m.in. czujnikami optoelektronicznymi. Dokonana optymalizacja polegała na przyjęciu i wykonaniu w formie sprzętowo-aplikacyjnej otwartej struktury sieci. W ten sposób uzyskano rozwiązanie, które łatwo może podlegać modernizacji i akceptuje szybki oraz niezależny od modelu rozwój warstwy telekomunikacyjnej. Ogólną strukturę zrealizowanej sieci telemetrycznej dla WEiTI przedstawiono na rysunku 1. Przykład podany na rysunku przedstawia zespół złożony z trzech równorzędnych stacji. Takie podejście zapewnia realizację wcześniej postulowanej telemetrii wielooperatorowej (ang. Multi-operator telemetry). Rys 1. Organizacja platformy sprzętowej sieci telemetrycznej Platforma sprzętowa została podzielona na: węzły centralne, które mogą stanowić komputery lub specjalizowane jednostki wyposażone w mikroprocesory. Struktura sieciowa jest oparta na standardowej strukturze sieci komputerowych. Łączność z siecią może mieć charakter bezpośredni (np. karty sieciowe) i pośredni przez modemy (łączność telefoniczna). Autorzy projektu są zdania, że ta część sieci telemetrycznej nie wymaga prac rozwojowych, a jedynie opracowania optymalnych rozwiązań aplikacyjnych. W ramach pierwszego etapu, na podstawie analizy rozwoju rynku (m.in. oferowanych profesjonalnych pakietów programistycznych), wybrano jako podstawowy, protokół TCP/IP. W ramach drugiego etapu dokonano uruchomienia sprzętowego i programowego serwera komunikacyjnego opartego na protokole TCP/IP w środowisku realizowanego serwera metrologicznego.

7 źródła, które mogą stanowić niezależne czujniki, standardowa, komercyjna aparatura pomiarowa oraz zgrupowana w ramach sieci lokalnych aparatura wyposażona w standardowe interfejsy, np. RS-232, GPIB, CAN. W takim wypadku sieć lokalna jest rozpatrywana jak oddzielne, złożone i wielofunkcyjne źródło. W ramach pierwszego etapu projektu, po przeprowadzonej analizie użyteczności najpopularniejszych standardowych interfejsów komunikacyjnych, jako uniwersalny standard dla sieci lokalnych został wybrany standard CAN. Przyjęto, że pozostałe, brane pod uwagę standardy: (np. RS-232, GPIB), będą podlegać konwersji do standardu CAN. Zrealizowanie powyższego postulatu narzuciło w ramach pierwszego etapu projektu opracowanie algorytmu konwersji i stworzenie specjalizowanego protokołu transmisji dla konwertowanych standardów, oraz realizację dedykowanej jednostki mikroprocesorowej, tzw. konwertera standardów pracującego w czasie rzeczywistym. Prace w ramach drugiego etapu dotyczące powyższych założeń zaowocowały realizacją protokołu komunikacyjnego, który zapewnił łączność lokalną między grupą inteligentnych urządzeń pomiarowych i kontrolerem sieci lokalnej opartym na mikroprocesorze jednoukładowym. Zrealizowane dedykowane oprogramowanie zarówno dla kontrolera sieci jak i w warstwie interfejsu węzła metrologicznego. Następnie przeprowadzono serię testów dla rożnych typowych konfiguracji pracy urządzeń pomiarowych. Uzyskane rezultaty w formie nieprzerwanej i stabilnej pracy potwierdziły prawidłowość przyjętych założeń w ramach pierwszego etapu i zrealizowanych aplikacji na etapie drugim. 4. Realizacja organizacji platformy programowej sieci telemetrycznej Na podobnych zasadach jak sprzętowo-aplikacyjne realizacja otwartej platformy sprzętowej sieci telemetrycznej, w ramach drugiego etapu została zrealizowana platforma zarządzająca pracą węzła centralnego. W ramach pierwszego etapu projektu platforma programowa zarządzająca pracą węzła centralnego została opracowana w postaci szkieletu oprogramowania otwartego na bazie języka C++ i platformy programistycznej Lab-Windows CVI,. W ogólnym ujęciu można następująco pogrupować nakładane na oprogramowanie wymagania: możliwość współpracy z wieloma typami interfejsów komunikacyjnych w czasie rzeczywistym, uwzględnienie sieciowego charakteru węzła centralnego, wykorzystanie zasobów sieciowych, zapewnienie łączności między węzłami, zapewnienie elastycznego charakteru oprogramowania, które pozwoli użytkownikowi realizować indywidualne procesy pomiarowe, dołączać nowe interfejsy, moduły sterujące, biblioteki wspomagające (np. przetwarzające dane pomiarowe), udostępnienie rozbudowanych narzędzi wizualizacji danych, za pomocą których użytkownik sam dokonuje ostatecznej realizacji formy prezentacji, realizowanie akwizycji danych, realizacji oprogramowania które pozwala użytkownikowi na interaktywne uczestnictwo w sieci telemetrycznej. Prace realizacyjne wykonane w ramach drugiego etapu zostały dodatkowo rozszerzone o aplikacje w środowisku Lab-Brigde i Lab-View ponieważ autorzy uznali, że uzyska się wtedy kompletne wielo-platformowe środowisko aplikacyjne. Takie rozszerzenie prac powinno ułatwić integrację węzłów sieci w postaci serwerów metrologicznych na różnych platformach sprzętowych i operacyjnych użytkowników. Dodatkowym czynnikiem była potrzeba zbadania założonego uniwersalnego charakteru węzłów sieci. 5. Organizacja platformy pomiarowej sieci telemetrycznej

8 Platforma pomiarowa została opracowana w postaci otwartej struktury, na bazie języka C++ i platformy programistycznej Lab-Windows CVI. Platforma pomiarowa jest klientem platformy programowej zarządzającej pracą węzła centralnego. W ten sposób dokonuje się zadaniowego ukierunkowania węzła centralnego staje się on węzłem metrologicznym pracującym w czasie rzeczywistym. Zadania nałożone na platformę pomiarową można podzielić na trzy wzajemnie powiązane warstwy: warstwa procesów pomiarowych, realizująca zadania w czasie rzeczywistym poprzez specjalizowane interfejsy programowe. Warstwa współpracuje zarówno z niezależnymi czujnikami przyłączonymi do kart pomiarowych, jak i obsługuje standardowe interfejsy oraz sieci lokalne, warstwa przetwarzania, której zadaniem jest zarówno nadążna analiza strumieni danych pomiarowych (tzw. praca on-line) jak i analiza danych po procesie akwizycji (tzw. praca offline), warstwa wizualizacji o charakterze interaktywnym, za pomocą której użytkownik dokonuje prezentacji wyników procesu pomiarowego. Konstrukcja platformy pomiarowej wykorzystuje możliwości oferowane przez sieć telemetryczną i pozwala realizować wielowątkowe, o rozproszonym charakterze procesy pomiarowe dostępne jednocześnie dla wielu niezależnych użytkowników. Na rys. 2 został przedstawiony prosty przykład realizacji procesu pomiarowego w układzie serwer-klient na bazie globalnej sieci Internet: Rys 2. Procesy pomiarowe w układzie serwer-klient serwer stanowi węzeł centralny pełniący rolę węzła metrologicznego bazującego na aplikacji serwera WWW wykreowanego w środowisku Lab-Windows CVI, klient jest węzłem centralnym ukierunkowanym na obsługę użytkownika i pełni rolę węzła operatorskiego.

9 6. Realizacja struktury sieci telemetrycznej W ramach pierwszego etapu projektu została opracowana struktura organizacyjna sieci telemetrycznej dla WEiTI przedstawiona na rys. 3. Zasadniczymi kryteriami opracowania były: zaproponowanie rozwiązania łatwego i taniego w realizacji, wykorzystującego istniejącą infrastrukturę sieciową WEiTI, otwartą, czyli umożliwiającą swobodne włączanie zarówno węzłów metrologicznych jaki i operatorskich, wykorzystującą dostępne narzędzia programistyczne i oprogramowanie w formie zamkniętych aplikacji. Na bazie tak przyjętych założeń w ramach prac drugiego etapu obejmujących praktyczną realizację, skonstruowano modelową sieć telemetryczną opartą na: Rys 3. Struktura organizacyjna sieci telemetrycznej serwerach metrologicznych bazujących na aplikacjach współpracujących ze standardowymi serwerami WWW. Tego typu serwery oparto zarówno na bazie standaryzowanego oprogramowania jaki i dedykowanych aplikacji. Uniwersalny charakter sieci WWW, bogata paleta oferowanych usług sieciowych i pomocniczych narzędzi programistycznych stanowi ogromny, a zarazem darmowy potencjał wspomagający realizację takich serwerów. Także producenci najważniejszych profesjonalnych platform programistycznych obecnie dostarczają serwery WWW jako standardowe wyposażenie oprogramowania, serwerach operatorskich wykorzystujących standardowe przeglądarki WWW. W tym wypadku nie ponosi się żadnych dodatkowych kosztów, a włącznie się użytkownika do sieci telemetrycznej nie wymaga żadnych dodatkowych przedsięwzięć. W ramach drugiego etapu przetestowano kilka najpopularniejszych przeglądarek pod kątem wzajemnych zgodności jak i różnic, tak aby zapewnić warstwie aplikacyjnej serwerów metrologicznych jak najdalej posuniętą kompatybilność z oferowanymi na rynku aplikacjami. Analizie podlegały m.in. produkty firm Microsoft, National Instrument i Netscape. W ten sposób postulowany w ramach pierwszego etapu dostęp do sieci telemetrycznych pracujących w innych ośrodkach (co pozwala na łatwe nawiązanie bezpośredniej współpracy) został w ramach drugiego etapu zrealizowany i sprawdzony. Uzyskano zakładaną widoczność sieci telemetryczna WEiTI na całym świecie poprzez sieć Internet.

10 7. Realizacja interakcyjnej sieci telemetrycznej Przedstawiono tutaj w skrócie elementy składowe sieci wykonane w ramach niniejszej pracy. Szerszy opis oraz działającą sieć można znaleźć w domenie ipe(ise).pw.edu.pl pod adresami DNS pergx (x=1,2,3,4,5) oraz nms. Szczegółowe parametry wybranych elementów optoelektronicznej sieci telemetrycznej zostaną podane w czasie seminarium odbiorczego Realizacja systemu sieci telemetrycznej Proces realizacji projektu systemu przedstawiono w poprzednich punktach. Podsumowując: sieć powinna być dostępna przez WWW, powinna posiadać bazę danych metrologicznych, i można do niej dołączyć czujniki o dowolnym standardzie, w dowolnym miejscu naszej uczelni i poza nią Realizacja oprogramowania systemu telemetrycznego oraz interfejsu internetowego Na rys 4. Przedstawiono wygląd trójpoziomowego panelu graficznego interfejsu użytkownika sieci w oknie przeglądarki internetowej. W oknie przeglądarki dostępny jest sprzęt pomiarowy, parametry procesu pomiarowego, sub-panel DSP oraz panel wizualizacji. Możliwy jest wybór kilku rodzajów pracy układu klient serwer np. client pull lub server push a także channel w formacie (*.cdf). Panel posiada narzędzia konfiguracji sieci oraz narzędzia komunikacyjne jak kanał audio, kanał wideo, kanał stałej łączności nadzoru operatorskiego, , ftp, itp. Oprogramowanie układu klient serwer WWW systemu zgodnie z założeniami etapu pierwszego zostało upublicznione na serwerze metrologicznym WWW zespołu pod adresem internetowym Sieć nie jest ograniczona do WEiTI PW. Kilka innych ośrodków zostało zaproszonych przez nasz zespół do współpracy. Powstał projekt utworzenia akademickiej sieci o szerszym zasięgu. Dokumentacja jest dostępna na sieci WWW.

11 Rys. 4. Dostęp do graficznego interfejsu użytkownika optoelektronicznego systemu telemetrycznego poprzez przeglądarkę internetową. Górny obraz pokazuje trójwarstwowy interaktywny panel dostępu do systemu. Dolny obraz pokazuje tryb pracy client pull układu klient serwer. Zrealizowano w praktyce nie tylko serwer metrologiczny zakładany do realizacji w ramach drugiego etapu w środowisku programistycznym Lab-Windows/CVI i w oparciu o programowanie obiektowe w języku C ++. Dodatkowo, wychodząc naprzeciw potrzebom i zakładanej w pracy wysokiej uniwersalności całego projektu, zrealizowano również platformę serwera metrologicznego w środowisku programistycznym Lab-View i Lab-Bridge. Przykłady graficznych interfejsów użytkownika serwerów metrologicznych zaprezentowano poniżej.

12 Rys 6. Panel kontrolny operatora serwera metrologicznego zrealizowany w środowisku Lab- Windows udostępniony pod adresem Rys7. Panel kontrolny serwera metrologicznego zrealizowany w środowisku Lab-View 7.3. Opracowanie strukturalnej biblioteki programistycznej serwera metrologicznego W ramach realizacji drugiego etapu została opracowana strukturalna biblioteka programistyczna zrealizowana w języku obiektowym C ++ i graficznym G posiadająca zintegrowane interfejsy sterująco-komunikacyjne ze wszystkimi platformami programistycznymi użytymi do realizacji serwerów metrologicznych. Uzyskano w ten sposób użyteczne narzędzie pozwalające włączać tego typu serwery w ramy innych aplikacji opartych na tego typu platformach programistycznych. Przykłady realizacji pokazują rysunki 8 i 9.

13 Rys 8. Przykład realizacji procesu pomiaru wilgotności jako części składowej biblioteki hierarchicznej serwera metrologicznego zrealizowany w środowisku Lab-View Rys 9. Struktura hierarchiczna serwera metrologicznego zrealizowany przy pomocy języka programowania G 7.4 Realizacja interfejsu pomiarowego oraz warstwa sprzętowa sieci Na kolejnych rysunkach zostały przedstawione fragmenty zrealizowanej sieci telemetrycznej. warstwy sprzętowej

14 Rys. 10. Centrum operatorskie sieci. Widoczny zwój kabla światłowodowego i konwertery optoelektroniczne do połączeń ze stacjami roboczymi na terenie WEiTI. Widoczna również kamera do operatorskiej łączności wizyjnej. Rys. 11. Metrologiczna robocza stacja internetowa (o danym adresie DNS) z dwoma optoelektronicznymi mikroprocesorowymi panelami komunikacyjnymi CAN do podłączania czujników.

15 Rys. 12. Bezpośrednie otoczenie internetowej metrologicznej stacji roboczej oraz mikroprocesorowy interfejs pomiarowy z czujnikami. 7.5 Realizacja wzorcowego meteorologicznego stanowiska pomiarowego Na terenie WEiTI został uruchomiony ogródek meteorologiczny obsługiwany przez opisywaną sieć pomiarową. Poniższe rysunki pokazują fragmenty tej instalacji.

16 Rys. 13. Graficzny interfejs głównego panelu użytkownika dla Wydziałowej internetowej stacji meteorologicznej widzianej poprzez sieć WWW pod adresem Rys. 14a. Graficzny interfejs sczególowego panelu pomiarowego dla Wydziałowej internetowej stacji meteorologicznej widzianej poprzez sieć WWW pod adresem

17 Rys. 14b. Graficzny interfejs sczególowego panelu pomiarowego dla Wydziałowej internetowej stacji meteorologicznej widzianej poprzez sieć WWW pod adresem Rys. 15.Usytuowanie ogródka meteorologicznego na dachu budynku WEiTI PW, fragmenty aparatury czujnikowej, wyniki pomiarów tła promieniowania jonizującego w stacji meteo.

18 Rys. 16. Graficzny interfejs dostępu do zarchiwizowanych danych pomiarowych jako plików w formacie tekstowym dla Wydziałowej internetowej stacji meteorologicznej widzianej poprzez sieć WWW pod adresem Rozwój systemu Rozwój systemu może następować poprzez dołączanie zainteresowanych zespołów naukowych na terenie naszego Wydziału pracujących w zakresie czujników optoelektronicznych oraz innych. Kilka takich zespołów wyraziło deklaracje podłączenia swojej aparatury pomiarowej. Na terenie Wydziału Chemii przeprowadzono eksperyment przyłączenia do naszej sieci laboratorium syntezy ozonu. Zainstalowano czujniki, aparaturę wykonawczą oraz serwer kamerowy oraz modelowano system syntezy w taki sposób aby był dostępny zdalnie. Wyniki eksperymentu zostały przedstawione w czasie styczniowego seminarium odbiorczego. Wydziałowa stacja meteorologiczna jest rozwijana, docelowo będzie mierzyć kilkanaście parametrów, kilka z nich metodami optoelektronicznymi. Transmisja danych z ogródka meteo na dachu budynku i umieszczonej tam metrologicznej stacji roboczej do laboratorium PERG i serwera sieciowego jest realizowana przy pomocy kabla światłowodowego. W ramach drugiego etapu prac wykonano dodatkowo eksperymentalne podłączenie czujnika fotonicznego mierzącego podstawę chmur. Realizacja procesu pomiarowego przebiega niezależnie w autonomicznym środowisku kontrolnym. Interfejs komunikacyjny został oparty na transmisji plików danych protokołem ftp. Przykład zrealizowanego panelu prezentującego pomiary w ciągu ostatniej doby prezentuje rys.17.

19 Rys. 17. Graficzny panel danych pomiarowych wysokości podstawy chmur dla Wydziałowej internetowej stacji meteorologicznej widzianej poprzez sieć WWW pod adresem Parametry serwera metrologicznego Poniżej przedstawiamy, w postaci syntetycznej listy, parametry techniczne pracującego obecnie w trybie ciągłym serwera metrologicznego stanowiącego podstwę do dalszego rozwoju dyskutowanej tutaj sieci telemetrycznej. Karta przetworników: - pomiar do 16 sygnałów analogowych +/-10V - z konwersja 8 lub 12 bitów -/+10V Dz dla 8 bitów -/+10V Dz dla 12 bitów, Dz - wartość dziesiętna (12 bitowy przetwornik AD574, Analog Devices USA), dokładność w zakresie 1-10V < 0,1%, dla 12 bit - 16 wyjść cyfrowych TTL, - 16 wejść cyfrowych TTL, - programowany zegar transmisji DMA do komputera (od 60s do 5-ciu dób z rozdzielczością 1s), - dwa liczniki (po 64 kb, 500 khz, we - zbocze narastające TTL). Funkcje: licznik, pomiar czasu, częstościomierz, wielokanałowy multiskaler z dowolna liczba kanałów, Oprogramowanie: Oprogramowanie LabWindows/CVI, LabView, Dhtml i Java (w przygotowaniu), Pomiary parametrów meteorologicznych

20 Wizualizacja ciągła kilku parametrów pogodowych (obecnie) i kilkunastu (w przygotowaniu i docelowo): Temperatura powietrza ( C +/-1 ) Temperatura wody Prędkość i kierunek wiatru ( 0-30 m/s +/-0.5) Nasłonecznienie (0-100%, nasycenia fotoelementu) Radiacja (miernik wojskowy dp-66m) Wysokość podstawy chmur (dane z Instytutu Telekomunikacji PW, zespół prof.k.holejko) Przejrzystość powietrza (w przygotowaniu) (dane z Inst.Telekom. PW, zespół prof.k.holejko) Ciśnienie atmosferyczne Wilgotność względna, Zanieczyszczenie powietrza, opad pyłowy (w przygotowaniu) (dane z WIŚ PW) ph opadów atmosferycznych (w przygotowaniu), pomiar fotoniczny, transmisja z Wydz. Chemii PW, zespół prof. Z.Brzózki, ph wody wodociągowej (w przygotowaniu), Zintegrowany pojedynczy parametr jakościowy wody wodociągowej (w przygotowaniu), (transmisja z WIŚ, zespół dr M.Kwietniewskiego), Wybrane parametry zanieczyszczenia powietrza (w przygotowaniu) (spektrofotometr fourierowski, transmisja z Wydz. Mechatroniki, zespół prof.r.jóźwickiego), Pomiary stężenia CO2, NOx w powietrzu w funkcji wysokości od powierzchni ziemi (w przygotowaniu, transmisja danych z systemu pomiarowego na WIŚ, kordynator dr M.Kwietniewski) Możliwość dołączenia wielu innych czujników Pomiary próbkowanie co 2 sekundy zapis danych pomiarowych co 5 minut -baza danych pomiarowych dobowe pliki tekstowe z tabulacją i nagłówkiem dla każdej kolumny plik pomiarów z ostatnich 24 godzin -wizualizacja w sieci Internet pliki w formacie html wykorzystujące do wizualizacji zbiory graficzne jpeg. 8. Podsumowanie Systemy telemetryczne oparte na sieciach teletransmisyjnych upowszechniają się dopiero od niedawna. Jednak obserwowane ciągle wzrastające zainteresowanie na świecie tego typu systemami są dowodem na ich wzrastające znaczenie. Są odzwierciedleniem powszechnej tendencji poszukiwania uniwersalnych platform. W sferze przekazu informacji przy pomocą sieci komputerowych za taką platformę można uważać np. system WWW. Wychodząc na przeciw tym tendencjom, autorzy projektu uważają, że niniejsza praca budowy interaktywnej sieci telemetrycznej dla WEiTI, może w rzeczywistości bardzo szybko upowszechnić się i służyć w wielu innych ośrodkach akademickich. Obserwowane duże zainteresowanie powstaniem i eksploatacją takich sieci utwierdzają autorów, że prace związane z opracowywaniem i jej budową powinny być prowadzone jak najbardziej intensywnie. Urządzenia optoelektroniczne przy realizacji niniejszej sieci zastosowano do transmisji sygnałów pomiędzy niektórymi węzłami sieci,

21 od niektórych czujników optoelektronicznych do systemu akwizycji danych, w konwerterze standardów pomiarowych i przy konstrukcji niektórych czujników. Praca składa się z następujących warstw realizacyjnych: charakterystyka funkcjonalna zrealizowanej sieci telemetrycznej i jej ogólna struktura organizacyjna (pomiary rozproszone i wieloparametrowe, pomiary wielowątkowe, wielodostępność operatorska), organizacja platformy sprzętowej sieci (standaryzacja sprzętowa, otwartość i akceptacja wielu standardów uznanych metrologicznych, automatyczne wbudowywanie warstwy kontrolnej działania sieci), organizacja platformy programowej sieci (elastyczność oprogramowania, możliwość rozbudowy, standaryzowane biblioteki funkcjonalne, szybka reakcja na zjawiska sieciowe), organizacja platformy pomiarowej sieci (warstwa procesów pomiarowych, warstwa przetwarzania wyników pomiarów, warstwa wizualizacji wyników pomiarów), realizacja wybranych elementów składowych sieci interakcyjnej (koszty realizacji projektu, wykorzystanie istniejącej infrastruktury sieciowej, swobodne włączanie węzłów metrologicznych i operatorskich, wykorzystanie dostępnych narzędzi programistycznych, wykorzystanie dostępnego sprzętu optoelektronicznego), budowa interfejsu internetowego sieci, budowa interfejsu pomiarowego sieci, konfiguracja stacji roboczych sieci telemetrycznej, budowa warstwy sprzętowej, operatorskie i ogólnodostępne funkcje komunikacyjne sieci telemetrycznej, organizacja serwera i układu serwer klient, warstwa optoelektroniczna (komunikacja, konwertery, czujniki), opracowanie wzorcowego stanowiska pomiarowego obsługiwanego przez sieć (serwer meteorologiczny), opracowanie interaktywnego graficznego interfejsu użytkownika dla sieci telemetrycznej, przykłady pracy sieci, formaty akwizycji danych, problematyka publicznego udostępniania danych pomiarowych przez sieć telemetryczną, zagadnienia rozwoju sieci telemetrycznej na terenie Wydziału i Uczelni. Rezultatem realizacji pracy jest powstanie na terenie Wydziału działającego w trybie ciągłym centrum operatorskiego sieci telemetrycznej. Jednym z elementów sieci jest obecnie serwer meteorologiczny mierzący kilkanaście parametrów na terenie centralnym PW. Ilość mierzonych parametrów jest ciągle zwiększana. Do sieci może dołączyć się każdy zainteresowany zespół badawczy na terenie PW, chcący udostępnić on-line (w czasie rzeczywistym) wyniki pomiarów. Autorzy pracy udostępniają oprogramowanie i dokumentację optoelektronicznych interfejsów sprzętowych.