Mérés és adatgyűjtés levelező tagozat

1. Mérés és adatgyűjtéslevelező tagozat Elektromos mennyiségek mérése Mingesz Róbert 2014. április 4. v4.1

2. Tartalom • Valós idejű rendszerek • Programozható eszközök • Programozási környezetek • Szenzorok • Hőmérséklet mérése • Fény érzékelése • Mágneses tér érzékelése • Pozíció mérése • További szenzorok • Aktuátorok

3. Valós idejű rendszerek

4. Valós idejű rendszer • Megbízhatóan válaszol egy eseményre • Műveleteket garantált időn belül elvégez

5. Fogalmak • Ciklusidő / válaszidő • Jitter (bizonytalanság) • Determinizmus(konzisztens válasz és válaszidő) • Determinisztikus feladat(mindig időben kell végezzen) • Prioritás

6. Hagyományos OS • A processzoridő megoszlik a programok között • Háttérfeladatok megszakíthatják a kritikus programokat • Vírusírtók • Hálózatkezelés... • Magas jitter • Nem determinisztikus

7. Valós idejű operációs rendszerek • A magas prioritású feladatok lesnek először végrehajtva • Magas megbízhatóság • Általában nincs UI • Példák: • NI ETS • Wind River VxWorks • Valód idejű Linux

8. Programozható eszközök

9. Ember • Válaszidő: 1-2 s • Magas jitter • Konzisztens válasz ? • Üzemidő: 8/5 • Motiváció → öntanuló, optimalizálás • Objektumorientált

10. PC • Válaszidő: ~ 100 ms • Magas jitter • Általában konzisztens válasz • Üzemidő: 24/7, 1-5 éves élettartam • „Korlátlan” erőforrások • GUI, felhasználói interfész • Alacsony ár • Nagy méret

11. Ipari PC • Válaszidő: ~ 100 ms • Üzemidő: 24/7, 5-10 éves élettartam • Környezeti hatásokkal szemben ellenálló • „Korlátlan” erőforrások • GUI, felhasználói interfész • Magas ár

12. Egylapos PC-k • RaspberryPi ? • BeagleBone • Ipari egylapos PC-k • Windows, Linux, Android, ... • Bő erőforrások(< 1 GHz, RAM < 1 GB, Flash < 32 GB) • Válaszidő, élettartam ? • Kis méret, beágyazható

13. Mikrovezérlők • 8 bit (pl. 8051) • 32 bit (pl. ARM cortex m4) • Korlátozott erőforrások • Memória, flash < 128 kB • Órajel < 100 MHz • Alacsony fogyasztás (pl. 30 mW, 3 µW alvó mód) • Válaszidő ~ µs (rendszerfüggő, determinisztikus) • Alacsony ár, beágyazható

14. DSP (digitális jelprocesszor) • 16-32 bit • Jelfeldolgozási feladatokra optimalizálva • Lebegőpontos számolás, párhuzamos műveletek • 1 órajeles végrehajtása a műveleteknek • 400 MHz • 2,4 GFLOPS (1 mag) • 1,43 W

15. FPGA (field-programmablegatearray) • Programozható logikai eszköz(20-200 ezer cella, 1 Mbit memória, < 500 MHz) • Párhuzamos végrehajtás • Magas megbízhatóság • Válaszidő < 100 ns(determinisztikus) • VHDL • Kisebb rokonok: CPLD, PAL

16. PLC (Programozható logikai vezérlő) • Szabványosított be és kimenetek (ipari) • Moduláris felépítés • Válaszidő: 10-100 ms (determinisztikus) • Magas megbízhatóság, 10-20 éves élettartam

17. cRIO • Változatos I/O opciók • Válaszidő < 1µ, determinisztikus • Jelentős mennyiségű erőforrás(< 1,3 GHz, RAM < 2 GB, Flash < 32 GB, FPGA)

18. Mobiltelefon, Tablet • Elsősorban mérési eredmények megjelenítése, mérések felügyelete • Kevés alkalmazás, sok lehetőség

19. Programozási nyelvek és környezetek

20. Assembly • A hardver összes képessége kihasználható • Maximális hatékonyság • Magas tudást igényel • Hosszú fejlesztési idő • Felhasználás: mikrovezérlők optimalizált rutinjai

21. C • Általános célú programozási nyelv • A legtöbb eszköz programozható segítségével • Alacsony szintű hatékony kód készíthető • Eszköztől függő variációk és képességek

22. C# • Elsősorban PC program • Platformfüggő • Korlátozott eszközhasználat, analíziskönyvtár

23. JAVA • PC, beágyazott rendszerek, mobil eszközök • Platform független • Korlátozott eszközhasználat, analíziskönyvtár

24. JavaScript, PHP • Webes interfészek készítése

25. Matlab • Cél: numerikus számítások elvégzése • Vezérlési feladatok (pl. PID szabályozás) • Eszközvezérlés

26. Simulink • Adatvezérelt grafikus programozás • Modellezés, szimuláció • Valós eszközök vezérlése • C kódgenerálás

27. A LabVIEW fejlesztőkörnyezet

28. Példa GUI

29. Példa kód

30. A LabVIEW környezet • Fejlesztő: National Instrumentshttp://www.ni.com/labview/ • Oktatóanyagokhttp://www.ni.com/gettingstarted/labviewbasics/http://zone.ni.com/wv/app/doc/p/id/wv-3220http://zone.ni.com/wv/app/doc/p/id/wv-3221

31. Miért LabVIEW? • Könnyű megtanulni és használni • Bárki megtanulhatja, nem szükség programozónak lenni • Tudósokra és mérnökökre optimalizálva • Vizuális dizájn, egyszerű vizualizáció • Gyors fejlesztés • Produktivitás növelése • Költségek csökkentése

32. Miért pont a LabVIEW? • Teljes funkcionalitás • Beépített analízis funkciók • Jelanalízis és matematika • Számos beépített kommunikációs protokoll • Többszálú végrehajtás, eseményvezérlés, objektumok, ... • Számos platform programozható egy nyelven keresztül (PC, beágyazott rendszerek, valós idejű rendszerek, FPGA, mikrovezérlők)

33. Miért pont a LabVIEW? • Ipari szabvány • Rengeteg kompatibilis hardver • Tipikus felhasználások • Mérés, adatgyűjtés, adatok elemzése • Ipari vezérlés • Egyedi rendszerek, prototípusok fejlesztése • Komplex tudományos mérőrendszerek vezérlése (Big Physics) • Oktatás

34. Hátrányok • Nem nyílt szabvány • Magas ár • Futtatókörnyezet szükséges a LabVIEW programok végrehajtásához • Bonyolultabb kódok esetén: oda kell figyelni a karbantarthatóság érdekében

35. Spagetti VI

36. Példák a LabVIEW alkalmazására

37. Elektronika • Tesztelés • Félvezetők működése • Audió áramkörök tesztelése • Videó • Rádiófrekvenciás áramkörök • Vezetéknélküli kommunikáció • Teljesítményelektronikák vezérlése http://www.ni.com/solutions/

38. Járműipar • Gyors prototípusfejlesztés • Hardware-in-the-Loop • Vezérlőelektronikák fejlesztése • Tesztelés • Végső termék tesztelése • Valós idejű mérések http://www.ni.com/solutions/

39. Hadi és repülőgépipar • Repülés • Katonai kommunikáció • Radar • Űrprogramok • Automatizált tesztrendszerek http://www.ni.com/solutions/

40. SpaceX

41. További területek • Olajipar • Fényelemek, szélerőművek • Egészség • Műszerek tesztelése • Tudomány http://www.ni.com/solutions/

42. Pl. mosógép fejlesztése http://sine.ni.com/cs/app/doc/p/id/cs-14447

43. Big Physics - CERN • Nem megfelelő irányú részecskék elfogása • 120 valós idejű PXI rendszer http://sine.ni.com/cs/app/doc/p/id/cs-10795

44. Big Physics - TOKAMAK • Valós idejű mérések • Szabályozás http://www.ni.com/white-paper/6436/en

45. Lego

46. A LabVIEW programozás alapjai

47. Kezdőablak

48. Virtual Instrument – VI

49. Projektek

50. Eszköztárak