Gliwice, 1.07.2014

Laboratorium

Oprogramowanie Systemów Pomiarowych

Tester filtrów dolnoprzepustowych

Skład sekcji:

Walentek Adrian

Olberek Kamil

AIR, gr. TI-2

Cel projektu

Celem projektu było stworzenie aplikacji służącej do wyznaczania charakterystyki częstotliwościowej filtrów dolnoprzepustowych.

1. Definicje pojęć

• UUT – Unit Under Test, urządzenie poddawane testowi –filtr dolnoprzepustowy.

• VISA - The Virtual Instrument Software Architecture – biblioteka I/O zdolna do obsługi urządzeń pracujących w interfejsach VXI, GPIB oraz szeregowych (RS232).

Wymagane oprogramowanie

• LabVIEW Professional Development System, wersja 2013

• PDFCreator - potrzebny do zapisu danych w formacie PDF

1. Konfiguracja systemu

W skład stanowiska pomiarowego wchodzą następujące urządzenia:

1. Komputer PC

2. Multimetr HP 34401A

3. Generator HP 33120A

4. Filtr dolnoprzepustowy

Rysunek 1 Schemat poglądowy stanowiska pomiarowego

Do komputera PC należy podłączyć przez interfejs GPIB generator HP 33120A oraz multimetr HP 34401A. Następnie wyjście z generatora należy podłączyć do filtra dolnoprzepustowego (do wejścia IN). W generatorze należy wybrać sygnał sinusoidalny o amplitudzie 1V. Wyjście OUT z filtru dolnoprzepustowego należy podłączyć do multimetru HP 34401A. W multimetrze należy wybrać pomiar napięcia przemiennego. W komputerze PC przy użyciu oprogramowania National Instruments Max należy sprawdzić, czy widoczny jest multimetr oraz generator.

Oprogramowanie

Opis funkcjonalny aplikacji

Aplikacja służy do wyznaczania charakterystyki częstotliwościowej filtru. Cała aplikacja opiera się na maszynie stanów. Najpierw użytkownik wybiera źródło VISA generatora i multimetru oraz podaje częstotliwość początkową i końcową. Następnie przy pomocy przycisku na front panelu uruchamia funkcje sprawdzającą poprawność danych, w razie problemów informowany jest o tym odpowiednią informacją. Jeżeli podane dane są prawidłowe użytkownik może przejść do kolejnej fazy, którą jest podłączenie testowanego urządzenia tj. filtru dolnoprzepustowego. Na ekranie wyświetla się obrazek ze schematem podłączenia. Po podłączeniu filtru, użytkownik przechodzi do głównego panelu aplikacji, gdzie wyświetlany jest wykres z charakterystyką częstotliwościową badanego filtru. Po zakończeniu badania użytkownik ma możliwość zapisu otrzymanych danych do 3 różnych formatów: PDF, XLS oraz TDMS.

Opis interfejsu użytkownika

Aplikacja posiada trzy zakładki, które wyświetlane są w odpowiedniej kolejności. Użytkownik nie ma możliwości przejścia z jednej do drugiej bez spełnienia odpowiednich warunków. Pierwsza zakładka przedstawia panel z ustawieniami. Wygląda ona następująco:

Rysunek 2 Panel konfiguracyjny programu

Na panelu tym znajdują się następujące kontrolki dzięki, którym użytkownik wchodzi w interakcje z programem:

Typ	Nazwa	Funkcja
VISA resource name (control)	VISA resource (generator)	Wybór dostępnego generatora z listy
VISA resource name (control)	VISA resource (multimeter)	Wybór dostępnego multimetru z listy
Numeric Control	Start frequency [Hz]	Wybór częstotliwości początkowej, od której zacznie się badanie filtru
Numeric Control	Stop frequency [Hz]	Wybór częstotliwości końcowej
VISA resource name (indicator)	Generator identification	Wyświetla identyfikacje wybranego generatora
VISA resource name (indicator)	Multimeter identification	Wyświetla identyfikacje wybranego multimetru
Boolean Square LED	Ready (generator)	Sygnalizuje poprawne połączenie z generatorem
Boolean Square LED	Ready (multimeter)	Sygnalizuje poprawne połączenie z multimetrem
Boolean Button	Check settings	Służy do zbadania poprawności wprowadzonych danych
Boolean Button	Next	Przejście do następnego kroku
String Indicator	String	Wyświetla opisy (description) wszystkich kontrolek na panelu

Opisy dopisane do każdej z kontrolek pokazują do czego służy każda kontrolka. Dodatkowo na dole okna w kontrolce String Indicator pokazują się opisy po najechaniu na daną kontrolkę.

Wszystkie kontrolki są z palety Silver, dzięki czemu kontrolki mają ładne, gładkie kontury oraz nadają aplikacji nowoczesny wygląd.

Zmiana rozmiaru okna została zablokowana, usunięto scrollbary oraz belkę narzędziową. Menu zastąpiono własnym z zakładkami File oraz Help. W File znajduje się opcja Close, zaś w Help trzy opcje: Show Context Help, About Us oraz About Labview. Dodatkowo po naciśnięciu „x” w prawym górnym rogu, wyskakuje okienko z informacją, czy użytkownik jest pewien zamknięcia aplikacji.

Druga zakładka przedstawia okno ze schematem podłączenia filtru dolnoprzepustowego do generatora oraz multimetru. Okno to wygląda następująco:

Rysunek 3 Panel połączenia filtra dolnoprzepustowego

Na tym panelu znajduje się jedynie jedna kontrolka typu Boolean Button – Confirm and continue the TEST. Dzięki tej kontrolce użytkownik potwierdza podłączenie filtru i zostaje przeniesiony do ostatniego okna, w którym zostaje przetestowany filtr i przedstawiona jego charakterystyka. Okno to wygląda następująco:

Rysunek 4 Panel z charakterystyką filtru

Charakterystyka przedstawiona na powyższym obrazku, nie przedstawia charakterystyki filtru, tylko przykładowe wylosowane dane za pomocą funkcji Random Number. Na panelu tym znajdują się następujące kontrolki dzięki, którym użytkownik wchodzi w interakcje z programem:

Typ	Nazwa	Funkcja
XY Graph	Frequency characteristic	Przedstawia charakterystykę filtru
Enum Control	File format	Przedstawia możliwe formaty do zapisu
Boolean Button	Save	Zapisuje dane w formacie wybranym w kontrolce Save
Boolean Button	Exit	Zamyka aplikacje

Po wygenerowaniu wykresu, użytkownik może zamknąć aplikacje lub zapisać dane do plików. Do pliku TDMS oraz XML zapisywane są jedynie wartości częstotliwości oraz odpowiadające jej wartości napięcia. W przypadku formatu PDF zapisywany jest również zrzut wykresu z charakterystyką.

Opis kodu

Cała aplikacja została stworzona przy wykorzystaniu schematu State Machine. W maszynie tej znajduje się 7 stanów:

• Start – stan początkowy, w którym inicjalizowane są zmienne oraz dezaktywowane kontrolki; po wykonaniu czynności program przechodzi do stanu „Wait for user event”

• Initialize – stan ten wywoływany jest, gdy użytkownik kliknie w kontrolkę „Check” w pierwszej zakładce programu. W stanie tym wywoływany jest VI „IDN Instruments”, w którym sprawdzane jest połączenie z urządzeniami (multimetrem i generatorem), ponadto w stanie tym sprawdzane jest czy wprowadzone częstotliwości początkowe i końcowe są poprawne oraz czy częstotliwość końcowa jest większa od początkowej. Jeżeli nie wystąpił żaden błąd program przechodzi do stanu „Wait for user event”, w innym wypadku do stanu „Error”.

• Wait for user event – stan, w którym główną funkcją jest Event Structure. W strukturze tej sprawdzane są interakcje użytkownika z programem. Po wykryciu odpowiedniej akcji wykonuje się odpowiedni program np. po kliknięciu na odpowiedni przycisk użytkownik zostaje przeniesiony do następnej zakładki programu. Po wykonaniu każdego stanu program powraca do tego stanu i oczekuje na akcje użytkownika.

• Connector – stan, który zmienia okno programu na zakładkę z obrazkiem połączenia filtra dolnoprzepustowego.

• Acquire – stan, w którym wykonywana jest główna funkcjonalność programu – badanie filtra dolnoprzepustowego. W stanie tym najpierw obliczana jest liczba próbek na każdy przedział skali logarytmicznej, następnie dla częstotliwości początkowej zostaje zmierzone napięcie RMS i wyliczona następna częstotliwość do zbadania. Całość powtarza się, aż do osiągnięcia częstotliwości końcowej. Charakterystyka filtru rysowana jest na bieżąco za pomocą wykresu XY Graph. Po wykonaniu się pętli program przechodzi do stanu „Wait for user event”. Jeżeli w trakcie badania wystąpią błędy program przerywa badanie i przechodzi do stanu „Error”.

• Error – stan odpowiedzialny za wyświetlanie informacji o błędach na ekranie. Użytkownik informowany jest o błędzie w postaci okienka (One Button Dialog), w którym znajduje się opis błędu. W przypadku wykrycia niezidentyfikowanego błędu program zapisuje numer oraz informacje o błędzie do pliku tekstowego.

• Exit – stan zamykający aplikacje. Przed zamknięciem aplikacji wyświetlana jest informacja, czy użytkownik na pewno chce zamknąć program. W zależności od wyboru program jest zamykany lub przechodzi do stanu „Wait for user event”.

Opis użytych SubVI

Nazwa	Ikona	Opis
Error Handler		Sprawdzanie czy wystąpił jakikolwiek błąd. Jeżeli tak, to program przechodzi do stanu „Error”. Jeżeli nie przechodzi do stanu podłączonego do wejścia SubVI'a (Initial State in).
IDN Instruments		Sprawdzenie, czy przyrządy o podanych adresach są wykrywane w systemie pomiarowym. W tym celu wysyłana jest odpowiednia komenda *IDN?. Prawidłowo zaadresowany (i podłączony) przyrząd odpowiada na nią automatycznie, przesyłając podstawowe dane przyrządu (np. model).
Number of Sample		SubVI obliczający liczbę próbek w każdym przedziale skali logarytmicznej. Dzięki temu unikamy sytuacji, że dla najmniejszych przedziałów częstotliwości np. od 1Hz do 10Hz mamy tylko jedną próbkę.
Set frequency and measure		SubVI, którego celem jest zadanie nowej częstotliwości sygnału generowanego przez generator oraz następnie sczytanie wartości napięcia zmierzonego przez multimetr.
Graph to Chart		SubVI, którego celem jest stworzenie Clastra z tymczasowymi wartościami potrzebnymi do wyrysowania wykresu przy pomocy XY Graph. Dzięki temu podprogramowi, jesteśmy w stanie rysować na wykresie XY Graph kolejne próbki.
New Frequency		SubVI, który wylicza nową częstotliwość na podstawie poprzedniej oraz na podstawie ilości próbek na dany przedział.