Detail předmětu

Řízení experimentu počítačem

FSI-9PEXAk. rok: 2024/2025

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

Ing. Zdeněk Nováček, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikálního inženýrství (ÚFI)

Vstupní znalosti

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

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

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

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.
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.

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

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

20 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Zdeněk Nováček, Ph.D.

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.