Detail předmětu

Řízení experimentu počítačem

FSI-9PEXAk. rok: 2022/2023

Hlavní důraz je kladen na technické problémy spojené s použitím počítače jako řídicího prvku experimentální sestavy a na programové prostředky pro ovládání přístrojů, vytváření soustav virtuálních přístrojů a vyhodnocení výsledků experimentu. V oblasti technických prostředků je věnována pozornost A/D a D/A převodníkům, normalizovaným rozhraním a sběrnicím (RS232, USB, GPIB, FireWire,Ethernet), měřicím zásuvným modulům a základnám. V oblasti programové podpory řízení, sběru dat a vyhodnocení experimentu je podán přehled o existujících systémech, podrobněji je pak pojednáno o vývojovém prostředí LabVIEW.
V rámci praktických cvičení se studenti blíže seznámí se základními charakteristikami rozhraní, sběrnic a měřicích modulů včetně senzorů hluku, vibrací a polohy. Pro návrh a realizaci některých jednoduchých automatizovaných experimentů se využívá převážně vývojové prostředí LabVIEW s měřicími moduly National Instrument, v rámci projektů rovněž programové prostředí Matlab a Simulink.

Jazyk výuky

čeština

Garant předmětu

doc. RNDr. Miroslav Doložílek, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikálního inženýrství (ÚFI)

Výsledky učení předmětu

Realizace experimentu řízeného počítačem prostřednictvím standardních rozhraní a programovacích nástrojů. Podrobnější znalost rozhraní RS232, GPIB a USB pak umožní řešit i méně standardní situace. Realizace jednoduchých virtuálních přístrojů v prostředí LabVIEW.

Prerekvizity

Číselné soustavy (decimální, hexadecimální, binární). Základy propgramování v některém z programovacích jazyků (Pascal, Visual Basic,C). Technické vybavení PC.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny a laboratorního měření.

Způsob a kritéria hodnocení

Pro absolvování předmětu je třeba změřit dle vlastního výběru 2 úlohy související s připojením a ovládáním přístrojů a zařízení pomocí PC, odevzdat protokoly o měření a vypracovat závěrečný projekt.

Učební cíle

Cílem kursu je seznámit studenty se základními prvky automatizovaného měření s počítačovou podporou na takové úrovni, aby byli schopni vybrat a připojit detektory a měřící přístroje k počítači přes standardní rozhraní a ovládat je pomocí standardních programovacích nástrojů. Pozornost je věnována také využití sériového portu PC a DI/O signálů měřicích karet pro generování a detekci binárních signálů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Účast na praktických měřeních kontroluje vyučující. Způsob náhrady za zmeškanou výuku stanoví učitel po dohodě se studentem.

Základní literatura

Bishop, R.H.: LabWIEW Student Edition. Pearson Prentice Hall 2007 (EN)
National Instruments. Austin, TX, USA. Technical support. http://www.ni.com/cs-cz/support.html . (EN)
Tan, L; Diang, J.: Digital Signal Processing. Academic Press, 2019 (EN)

Doporučená literatura

DEWETRON GmbH catalogs and technical brochures. https://pdf.directindustry.com/pdf/dewetron-gmbh-25786.html (EN)
Kainka B., Berndt H.-J.: Využití rozhraní PC pod Windows. Nakladatelství HEL, Ostrava, 2000. (CS)
Staudenmaier,H.M.: Physics Experiments Using PCs. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1995 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program D-ENE-K doktorský 1 ročník, zimní semestr, doporučený kurs
  • Program D-ENE-P doktorský 1 ročník, zimní semestr, doporučený kurs

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

20 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. RNDr. Miroslav Doložílek, CSc.

Osnova

1. Obecné principy použití počítače v experimentu. Návrh experimentu, stimulace systému, měření a záznam odezvy.
2. Technické prostředky. D/A a A/D převodníky, multiplexery, FPGA, měřicí karty, měřicí základny.
3. Způsoby komunikace měřicích přístrojů s PC. Ovladače. Sériový a paralelní přenos dat. Signály a způsob komunikace pro RS232.
4. Normalizované sběrnice, význam, používané systémy. Signály a způsob komunikace pro USB, GPIB (IEEE-488), FireWire (IEEE-1394), Ethernet.
5. Programovací nástroje pro řízení experimentu. Tradiční a virtuální přístroje.
6. LabVIEW. Členění systému, programování, komunikace s přístroji, virtuální instrumentace.

Praktická měření:
1. Ovládání rozhraní RS232, nastavení linek Digital I/O multifunkční měřicí karty v prostředí LabVIEW.
2. Měřicí systém s multifunkční měřicí kartou, měření multimetrem Metex.
a) Určení časové konstanty termočlánku.
b) Charakteristika fotodiody.
c) Nabíjení a vybíjení kondenzátoru.
3. DAQ a zvukové karty pro analýzu signálů v prostředí LabView. Měření akustických charakteristik dutinových rezonátorů.
4. Měření vibrací elektrického motoru.
5. Měření s tenzometry.

Vlastní projekt.