KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE Wprowadzenie do środowiska HP VEE Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z obsługą i właściwościami środowiska programowego HP VEE. Wymagania: 1. Programowanie w języku wyŝszego rzędu. 2. Struktury programowe, funkcje, procedury. Przebieg ćwiczenia: 1. Uruchom program HP VEE klikając na odpowiednią ikonę na pulpicie. 2. W celu uzyskania maksymalnego obszaru roboczego wybierz View i kliknij na pozycję Program Explorer, aby go wyłączyć. Następnie powiększ okno główne Main. 3. Generacja liczby pseudolosowej. Wybierz Device Functions & Object Browser (lub kliknij na ikonę fx). Na ekranie pojawi się nowe okno zawierające listę funkcji matematycznych dostępnych w programie. Wybierz Type Built-in Functions, Category Probability & Statistics, Member Random i następnie kliknij na klawisz Create Formula. Kursorem myszy przeciągnij zarys obiektu i umieść go kliknięciem w centralnej części okna Main. Na ekranie pojawi się obiekt o wyglądzie jak na rysunku poni- Ŝej. Wszystkie obiekty w programie charakteryzują się tym, Ŝe na ich krawędziach występują małe czarne prostokąty stanowiące zaciski. Na lewej krawędzi umieszczono zaciski wejściowe, na prawej zaciski wyjściowe, na krawędzi górnej wejściowy zacisk sekwencyjny i na dolnej wyjściowy zacisk sekwencyjny. W części środkowej prostokąta umieszczono funkcję realizowaną przez obiekt. Przedstawiony obiekt słuŝy do generacji liczby pseudolosowej z przedziału określonego przez stałe low i high. W celu zdefiniowania dolnej i górnej granicy przedziału liczbowego naleŝy wybrać Data Constant Real i umieścić obiekt z lewej strony obiektu Random. W naszym przypadku potrzebne są dwa obiekty definiujące stałe rzeczywiste. Drugi moŝna uzyskać w ten sam sposób, co pierwszy, albo teŝ moŝna kliknąć prawym klawiszem na wybrany obiekt i wybrać z menu pozycję Clone. Drugi obiekt umieścić równieŝ z lewej strony obiektu Random. Połączyć zaciski wyjściowe dwóch ostatnich obiektów odpowiednio z zaciskami wejściowymi low i high obiektu Random. Zdefiniować dolną i górną granicę przedziału wpisując w pola wewnętrzne obiektów odpowiednio 5 i 5.
Generowane liczby będą wyświetlane na wyświetlaczu alfanumerycznym. Wybrać Display AlphaNumeric i ustawić obiekt po prawej stronie obiektu Random. Połączyć wyjście obiektu Random z wejściem obiektu AlphaNumeric. Po tych operacjach struktura programu powinna wyglądać tak jak na poniŝszym rysunku. Gotowy program uruchamia się klikając na strzałkę w linijce narzędziowej. Na wyświetlaczu pojawi się wygenerowana liczba pseudolosowa. 4. Tworzenie pętli w celu generacji dziesięciu liczb. Zminimalizować obiekt Random klikając w jego prawy górny róg. Usunąć obiekt AlphaNumeric przez dwukrotne kliknięcie w lewy górny róg obiektu lub przez kliknięcie prawym klawiszem myszy ustawionej na obiekcie i wybór pozycji Cut. Wybrać Display Logging AlphaNumeric i umieścić obiekt z prawej strony obiektu Random. Połączyć odpowiednio wyjście z wejściem. Wygenerowanie dziesięciu liczb wymaga utworzenia pętli programowej. NaleŜy wybrać Flow Repeat For Count. Domyślną liczbą powtórzeń pętli jest 10. Połączyć zacisk wyjściowy obiektu For Count do górnego wejściowego zacisku sekwencyjnego obiektu Random. Do zamknięcia pętli naleŝy wybrać Flow Repeat Next i po umieszczeniu obiektu poniŝej obiektu Random połączyć dolny wyjściowy zacisk sekwencyjny obiektu Random z górnym zaciskiem sekwencyjnym obiektu Next. Po wprowadzonych zmianach struktura programu powinna być podobna do przedstawionej na poniŝszym rysunku. Uruchomić program. W polu wyświetlacza powinno się pojawić 10 wygenerowanych liczb z przedziału [-5, 5].
5. Symulacja, analiza i wyświetlanie danych. Celem tego przykładu jest pokazanie moŝliwości symulacji pomiarów, zastosowanie obiektów umoŝliwiających przeprowadzanie złoŝonych operacji matematycznych i graficzną prezentację wyników. Uruchomić nowy program wybierając File New. Do symulacji przebiegów zmiennych w czasie wybrać Device Virtual Source Function Generator. Wybrany obiekt umieścić w górnym lewym rogu obszaru roboczego. Ustawić niŝej podane parametry wirtualnego generatora Function Square Frequency 100 Amplitude 1 DcOffset 0 Phase Deg 0 TimeSpan 20m NumPoints 100 Sklonować generator umieszczając otrzymany obiekt pod poprzednim i zmienić parametr Function na Sine, a pozostałe parametry pozostawić bez zmian. Zmienić nazwę powyŝszych obiektów. W tym celu naleŝy ustawić kursor w polu generatora przebiegu prostokątnego i po kliknięciu prawym klawiszem myszy wybrać pozycję Properties. Zmienić nazwę w polu Title na Prostokąt i kliknąć klawisz OK. W taki sam sposób zmienić nazwę generatora przebiegu sinusoidalnie zmiennego wpisując w polu Title Sinus. W celu minimalizacji obu funkcji kliknąć lewym klawiszem myszy po ustawieniu kursora w prawym górnym rogu obiektu. W kolejnym kroku naleŝy pomnoŝyć dwa generowane sygnały. Kliknąć klawisz fx i w otwartym oknie wybrać Type: Operators, Category: Arithmetic, Member: *, a następnie kliknąć na klawisz Create Formula. W okienku operacji obok A*B wpisać +1.5. W ten sposób pełną operacją wykonywaną przez wybrany obiekt będzie A*B+1.5. Wynika stąd moŝliwość zmiany operacji realizowanych przez obiekty poprzez ich edycję. W celu łatwiejszego poruszania się po programie zmienić nazwę ostatniego obiektu wpisując w oknie Properties w polu Title A*B+Stała, po czym zminimalizować ten obiekt. Połączyć wyjścia generatora przebiegu prostokątnego i generatora przebiegu sinusoidalnie zmiennego odpowiednio z wejściami A i B obiektu mnoŝącego. W celu wyświetlenia generowanych przebiegów wybrać Display XYTrace. Wirtualny oscyloskop posiada tylko jedno wejście sygnałowe. W naszym przypadku potrzebne są trzy wejścia. Liczbę wejść sygnałowych moŝna zwiększyć. W tym celu naleŝy, po ustawieniu kursora na obiekcie, kliknąć prawym klawiszem myszy i wybrać AddTerminal Data Input. Tę operację wykonać dwukrotnie dodając drugie i trzecie wejście sygnałowe. Połączyć wyjścia generatorów przebiegów prostokątnego i sinusoidalnego oraz wyjście obiektu mnoŝącego z trzema wejściami obiektu XYTrace. Po tych operacjach struktura programu powinna wyglądać tak jak na poniŝszym rysunku.
Uruchomić program. Jaki rzeczywisty układ symuluje ten program? Rozszerzyć program o analizę widma sygnału prostokątnego. Wybrać Display Spectrum(Freq) MagnitudeSpectrum. Połączyć wyjście generatora przebiegu prostokątnego z wejściem analizatora widma. Zminimalizować obiekt XY Trace. Po uzupełnieniu struktura programu powinna wyglądać tak, jak na poniŝszym rysunku. Uruchomić program. 6. Przesyłanie danych, funkcje uŝytkownika i panele. Kolejny przykład pokazuje sposób korzystania z obiektów wejścia/wyjścia, dostosowywanie obiektów z pomocą funkcji ich właściwości (Properties), programowanie
strukturalne z uŝyciem obiektów uŝytkownika, tworzenie i wywoływanie funkcji uŝytkownika jak równieŝ strukturę i uŝycie paneli uŝytkownika. Uruchomić nowy program wybierając File New. Wybrać Device Virtual Source Function Generator w celu symulacji danych pomiarowych i Device Virtual Source Noise Generator, aby dodać sygnał szumu do generowanego przebiegu. UŜyć domyślnych parametrów dla kaŝdego z obiektów. W celu dodania sygnałów generowanych przez ww. obiekty naleŝy wybrać (po kliknięciu na ikonę fx) Type: Operators, Category: Arithmetic, Member: +, a następnie kliknąć na klawisz Create Formula. Połączyć wyjścia generatora funkcyjnego i generatora szumu odpowiednio z wejściami A i B sumatora. Wybrać Display XYTrace i połączyć wyjście sumatora z wejściem obiektu XY- Trace. Uruchomić program. Zgodnie z załoŝeniem parametry obu generatorów mają ustalone domyślne parametry. MoŜliwe jednak jest zastosowanie wirtualnych potencjometrów, którymi moŝna zmieniać wybrane parametry obiektów. NaleŜy wybrać Data Continuous Integer Slider i obiekt umieścić po lewej stronie generatora funkcyjnego. Dodać zacisk wejściowy w generatorze funkcyjnym, który umoŝliwi programowe sterowanie jego częstotliwością. Po kliknięciu prawym klawiszem myszy na obiekcie generatora wybrać Add Terminal Data Input Frequncy. Połączyć wyjście potencjometru suwakowego z utworzonym wejściem sterowania częstotliwością. Wybrać Data Continuous Real Knob. Dodać zacisk wejściowy w generatorze szumu do sterowania amplitudą generowanego przebiegu. Ustawić oba potencjometry w ten sposób, by zmiana częstotliwości lub amplitudy powodowała kaŝdorazowo uruchomienie programu. Kliknąć prawym klawiszem
myszy na potencjometr suwakowy, wybrać Properties i zaznaczyć kwadrat opisany jako Auto Execute. Operację powtórzyć dla potencjometru obrotowego. Zminimalizować obiekty generatora funkcyjnego i generatora szumu. Struktura programu powinna wyglądać tak, jak na rysunku powyŝej. Zmieniając nastawę potencjometru suwakowego lub obrotowego uruchomić program. Na wirtualnym oscyloskopie powinien wyświetlić się zaszumiony przebieg sinusoidalnie zmienny. Środowisko HP VEE umoŝliwia grupowanie obiektów i tworzenie na ich bazie nowego obiektu zwanego obiektem uŝytkownika (UserObject). W przypadku bardziej złoŝonych programów taka operacja zwiększa ich przejrzystość i oszczędza miejsce na ekranie. W celu utworzenia obiektu uŝytkownika naleŝy zaznaczyć obiekty, które go utworzą. Trzymając naciśnięty klawisz Ctrl kliknąć na obiekty generatora funkcyjnego, generatora szumów i sumatora. Zaznaczone obiekty wyróŝniają się swoim cieniem. Wybrać Edit Create UserObject. Wpisać w polu tytułu Symulacja jako nazwę nowego obiektu. Wokół wybranych obiektów zostanie utworzona ramka z zaciskami wejściowymi i wyjściowymi. Obiekt uŝytkownika Symulacja zajmuje cały ekran. Zamknąć obiekt klikając na x w górnym prawym rogu ramki nowego obiektu i uruchomić program zmieniając połoŝenie jednego z potencjometrów. Program powinien działać tak samo jak przed utworzeniem obiektu uŝytkownika. Z punktu widzenia uŝytkownika programu jego struktura nie jest istotna. WaŜne są natomiast te jego elementy, z pomocą których moŝna wpływać na jego przebieg oraz zmieniać istotne parametry. W środowisku HP VEE przewidziano moŝliwość tworzenia tzw. paneli uŝytkownika. Wybrać potencjometr suwakowy, potencjometr obrotowy i wirtualny oscyloskop poprzez ich zaznaczenie, a następnie wybierając Edit Add To Panel utworzyć panel uŝytkownika. Dobierając wielkość okna i przesuwając w nim obiekty umieścić je tak, by były widoczne. UŜywając ikonek w lewym górnym naroŝniku okna moŝna uaktywniać okno panelu uŝytkownika albo okno główne programu. Przy otwartym oknie panelu uŝytkownika zmienić połoŝenie jednego z potencjometrów uruchamiając w ten sposób program, by sprawdzić jego działanie. Łącząc wybrane obiekty za pomocą ich zacisków sekwencyjnych ustala się kolejność realizacji operacji w programie. W przypadku braku takich połączeń operacje realizowane są według zasady lewo prawo, góra dół. Uaktywnić okno główne programu. Połączyć wyjściowy zacisk sekwencyjny potencjometru suwakowego z wejściowym zaciskiem sekwencyjnym potencjometru obrotowego. Wybrać Flow Confirm (OK). Na ekranie pojawi się obiekt w postaci klawisza, który zatrzymuje realizację programu w miejscu, w którym jest umieszczony. Zmienić opis klawisza wybierając Properties i wpisując w linijce tytułu Statystyka. Dostosować wielkość klawisza tak, by cały jego opis był widoczny. Połączyć
wyjściowy zacisk sterujący potencjometru obrotowego z zaciskiem sterującym klawisza Statystyka. Poprzez kliknięcie na klawisz Statystyka zaznaczyć go i dodać do panelu uŝytkownika wybierając Edit Add to Panel. W ten sposób klawisz stanie się dostępny dla operatora programu. Uruchomić program (zmieniając nastawę jednego z potencjometrów i nacisnąć klawisz Statystyka, gdy ten stanie się aktywny. Uaktywnić okno główne programu. Aby zdefiniować zmienną globalną naleŝy wybrać Data Variable Set Variable. W oknie pojawi się obiekt Set Variable, którego wejście naleŝy połączyć z wyjściem obiektu Symulacja. Zmienić domyślną nazwę zmiennej globala na dane_symulacji wpisując tę nazwę w miejsce poprzedniej. Po zdefiniowaniu zmiennej globalnej moŝna ją wykorzystać w podprogramie (UserFunction). Wybrać Device UserFunction. W ten sposób definiuje się niezaleŝną funkcję, w ramach której moŝna stworzyć samodzielny podprogram. Wybrać Data Variable Get Variable. Zmienić nazwę zmiennej na dane_symulacji, aby była zgodna z nazwą zmiennej globalnej utworzonej poprzednio. Kliknąć myszką na klawisz fx i w otwartym oknie wybrać Type: Butli-In- Functions, Category: Probabilisty & Statistics, Metod:max. Nacisnąć klawisz Create Formula. W taki sam sposób wybrać obiekty min i median. Połączyć zacisk wyjściowy obiektu Get dane_symulacji z zaciskami wejściowymi obiektów max, min i median. Wybrać Display Alphanumeric i po dwukrotnym sklonowaniu połączyć wyjścia obiektów max, min i median z wejściami wyświetlaczy alfanumerycznych. Zmienić nazwy wyświetlaczy wpisując w polach Title w ich oknach Properties odpowiednio Maksimum, Minimum i Średnia. Wybrać Flow Confirm (OK) i połączyć wyjściowy zacisk sterujący obiektu Get dane_symulacji z wejściowym zaciskiem sterującym klawisza Confirm (OK), a potem zmienić jego nazwę na Zamknij panel statystyki. Dobrać wielkość klawisza tak, by widoczny był cały jego opis. Strukturę funkcji uŝytkownika przedstawiono na poniŝszym rysunku.
Utworzyć panel uŝytkownika dla utworzonej funkcji. Panel powinien zawierać trzy wyświetlacze alfanumeryczne i ostatnio zdefiniowany klawisz. Trzymając wciśnięty klawisz Ctrl zaznaczyć wymienione obiekty i wybrać Edit Add to Panel. Przy otwartym oknie panelu wybrać Properties i zaznaczyć opcję Show Panel On Execute. Następnie zmienić nazwę panelu na Analiza i kliknąć na klawisz Ok. Zamknąć panel. Wywołanie funkcji uŝytkownika z poziomu programu głównego. Otworzyć okno programu głównego i wybrać Device Call. Wybrany obiekt umieścić w dolnej części okna. Zmienić domyślną nazwę myfunction na Analiza ; jest to, jak wiadomo, nazwa funkcji uŝytkownika, która będzie wywołana podczas realizacji programu głównego. Połączyć wyjściowy zacisk sterujący obiektu Statystyka z wejściowym zaciskiem sterującym obiektu Call Analiza. Struktura kompletnego programu przedstawiona jest na poniŝszym rysunku.
Literatura: 1. Nawrocki W. Rozproszone systemy pomiarowe WKŁ Warszawa 2006. 2. Mielczarek W. Urządzenia pomiarowe i systemy kompatybilne ze standardem SCPI Helion, Gliwice 1999. 3. HP VEE 5.0 Evaluation Kit W opracowaniu powyŝszego wprowadzenia korzystano z instrukcji dołączonej do HP VEE 5.0 Evaluation Kit.