Разработка программного цифрового осциллографа в среде LabView

Сальникова, Татьяна Валерьевна Отделение автоматизации и робототехники (ОАР)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В работе рассмотрена архитектура современных цифровых осциллографов. Изучены возможности программного пакета LabView с целью раз-работки и создания виртуального прибора – программного осциллографа, обладающего набором функций, реализуемых в существующих приборах. Результаты работы могут использоваться в учебном процессе ТПУ.

С.
Введение 14
1 Принципы построения цифровых осциллографов 17
1.1 Место осциллографов в измерительной технике 17
1.2 Аналоговые осциллографы 19
1.3 Цифровые осциллографы 22
1.4 Параметры и принципа действия цифровых осциллографов 30
2 Устройства-прототипы создаваемого прибора 37
2.1 Осциллограф фирмы АКТАКОМ 37
2.1.1 Основные характеристики осциллографа 37
2.1.2 Органы управления осциллографом 37
2.2 Особенности измерений цифровыми осциллографами 40
2.2.1 Измерение постоянных напряжений 40
2.2.2 Измерение частотных и временных параметров цифровых
осциллографов 40
2.2.3 Выбор вида интерполяции 42
2.2.4 Работа с памятью цифрового осциллографа 43
2.3 Виртуальный осциллограф NI ELVIS 44
3 Разработка виртуального прибора 48
3.1 Цифровая обработка сигналов и технология создания виртуальных
приборов 48
3.2 Среда разработки LabVIEW 49
3.2.1 Возможности языка LabVIEW 50
3.2.2 Основы по созданию виртуальных приборов 52
3.2.3 Алгоритм прибора 55
3.3 Прибор для генерации и обработки цифрового сигнала 56
3.4 Прибор для обработки аналогового сигнала 63
3.4.1 Устройство DAQmx 64
3.4.1.1 Датчики и измерительные преобразователи 64
3.4.2 Основы работы с устройством DAQmx 65
3.4.3 Функции сбора данных DAQmx 65
3.4.4 Осциллограф на базе DAQmx 66
3.4.5 Циклический буфер 72
3.4.6 Ошибка наложения записей 73
3.4.7 Ошибка переполнения 74
3.5 Итоговый виртуальный прибор 76
3.5.1 Объединение составляющих осциллографа 76
3.5.1 Характеристики разработанного осциллографа 78
4 Финансовый менеджмент 80
4.1 Предпроектный анализ 80
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 80
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений 80
4.1.4 SWOT-анализ 82
4.2 Инициация проекта 86
4.3 Планирование научно-исследовательских работ 88
4.4 Затраты по основной заработной плате исполнителей темы. Определение
трудоемкости выполнения работ 89
4.5 Бюджет научно-технического исследования 92
4.5.1 Расчет материальных затрат 92
4.5.2 Расчет заработной платы основных исполнителей проекта 93
4.5.4 Отчисления во внебюджетные фонды 94
4.6 Накладные расходы 94
4.7 Определение эффективности исследования 95
4.8 Выводы в заключение основной части 96
5 Социальная ответственность 97
5.1 Производственная безопасность 97
5.1.1Анализ вредных факторов 98
5.2.1 Анализ опасных факторов 105
5.2 Экологическая безопасность 107
5.2.1 Загрязнение гидросферы 108
5.2.2 Отходы 109
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 109
5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 112
5.5 Выводы по разделу 114
Заключение 115
Список публикаций 116
Список литературы 117
Приложение А 120

Осциллограф – один из важнейших приборов в радиоэлектронике,
необходимых для наблюдения формы сигнала, измерения его амплитудных и
временных параметров. С его помощью решаются прикладные, лабораторные и
научно-исследовательские задачи, он необходим чтобы контролировать, изучать
и измерять данные электрических сигналов – как непосредственно, так и
полученных при воздействии других устройств на датчики, преобразующих
такие воздействия в электрический сигнал и радиоволны. [1]
Изначально электрические колебания фиксировались вручную на бумаге.
Еще в 1880 году первые попытки автоматической записи были предприняты
Жюлем Франсуа Жубером, который внес предложение пошагового и
полуавтоматического метода регистрации сигнала. С помощью метода Жубера
впоследствии появился полностью автоматический ондограф Госпиталье. В 1885
году русский физик Роберт Колли создал осциллометр, а в 1893 году француз-
физик Блондель изобрел осциллоскоп с бифилярным подвесом
(магнитоэлектрический). [2]
Первые осциллографы имели регистрирующие подвижные части с
большой инерцией и не позволяли распознать быстропротекающие процессы.
Позже в 1897 году недостаток был устранен Уильямом Дадделлом, им был
создан светолучевой осциллограф, имевший в качестве измерительного элемента
маленькое лёгкое зеркальце. Регистрация проходила на светочувствительную
пластинку. Достижением этого метода в середине XX века стали ленточные
осциллографы, имевшие много каналов. [2]
Почти в одно время с Дадделлом Карл Фердинанд Браун разработал
кинескоп для отображения сигнала. В 1899 году Йонатан Зеннек доработал
кинескоп, он внедрил горизонтальную развертку, что приблизило кинескоп к
современным осциллографам. Кинескоп Брауна в 30-е годы прошлого века
заменило такое же устройство Зворыкина, и оно стало более надежным. [2]
На смену аналоговым устройствам в конце XX века пришли цифровые.
Благодаря развитию электроники и появлению быстрых аналого-цифровых
преобразователей, к 1980-м годам они заняли доминирующую позицию среди
осциллографов. [2]
В системах диагностики и исследования электрического сигнала
осциллографы остаются популярными и незаменимыми. Цифровые
осциллографы в настоящее время производятся в виде самостоятельных
приборов и в виде приставки к персональному компьютеру. Сейчас специалисту
достаточно подключить к компьютеру дополнительное устройство – модуль
цифрового осциллографа, для того чтобы измерить и проанализировать
физическую величину. Приборы на основе ПК относятся к ведущим
направлениям в измерительной технике – виртуальным приборам. Программная
часть виртуального прибора при этом эмулирует переднюю управляющую
панель стационарного измерительного устройства. С помощью мыши и
клавиатуры осуществляется управление прибором, специальные программы
обрабатывают поступившую информацию, а затем сохраняют её на накопителе
[1]
Существующие программные приборы несовершенны, поскольку не
обладают набором функций, присущих имеющимся на рынке цифровым
приборам. Путь решения данной проблемы состоит в изучении алгоритмических
основ функций уже существующих дорогих приборов и их реализация в
программной среде LabVIEW.
Осциллографы находят широкое применение в учебном процессе вузов,
в частности в ТПУ в учебных дисциплинах, таких как: электроника,
электротехника, метрология. Часть лабораторных и практических занятий
проходит в программно-аппаратной среде LabVIEW, на базе лабораторного
комплекса ELVIS II, который предназначен для проведения лабораторных работ
по общетехническим и специальным дисциплинам. В работе приводится
программный, уже созданный разработчиками ELVIS прибор – осциллограф.
Функциональные возможности такого осциллографа ограничены и уступают
полноценным аппаратным осциллографам. Кроме того, помимо сокращённого
набора функций, он обладает рядом недостатков, и в том числе отсутствие
информации об используемых в приборе алгоритмов в силу проприетарности
этого программного обеспечения. В работе предлагается изучить и исследовать
функциональные возможности современных цифровых осциллографов,
обозначить принципы, лежащие в основе функциональных возможностей. В
программной среде LabVIEW реализовать подобный прибор.
Таким образом, предметом исследования будет являться процесс
измерения параметров электрических сигналов, а объектом исследования –
цифровая обработка измерительных сигналов.
Пошаговая детальная разработка и рассмотрение каждого составляющего
блока цифрового программного осциллографа в среде разработки LabVIEW в
результате приводит к возможности узнать основные принципы построения
программных приборов, в чем состоит практическая новизна данного
исследования.
Исследование напрямую связано с образовательной программой
направления «Компьютеризация измерений и контроля».
Цель работы – изучение принципов построения, лежащих в основе
функционирования цифровых осциллографов, и их реализация в среде
LabVIEW.
Задачи
1. Исследование принципов построения современных цифровых
аппаратных и программных осциллографов и определение их функциональных
возможностей.
2. Изучение возможностей программного пакета LabVIEW, необходимых
для создания программных осциллографов.
3. Разработка и создание виртуального прибора – осциллографа в среде
LabVIEW.
1 Принципы построения цифровых осциллографов
1.1 Место осциллографов в измерительной технике

Подводя итог данной работе, можно сделать вывод, что поставленные
задачи выполнены в полной мере:
– были исследованы принципы построения современных цифровых
аппаратных и программных осциллографов, а также определены их
функциональные возможности, проведена сравнительная характеристика
функциональных возможностей, выявлены существенные недостатки
современных программных приборов, в результате чего обоснована
актуальность данной работы;
– изучены возможности программного пакета LabVIEW, в частности те,
что были необходимы для создания устройств программных осциллографов;
– выполнена разработка и создание виртуального прибора – осциллографа.
Таким образом была достигнута цель исследования, состоящая в
изучении принципов построения, лежащих в основе функционирования
цифрового осциллографа, и их реализация в среде LabVIEW.
В результате проделанной работы разработан цифровой программный
осциллограф, обладающий функциональными возможностями аппаратного
прибора. Подробно рассмотрены составные части цифрового программного
осциллографа. На основе полученных результатов могут создаваться более
сложные приборы.
Список публикаций
1. Сальникова Т. В. Применение методов прогнозирования в
управлении предприятием / Т. В. Сальникова, А. И. Заревич // Молодежь и
современные информационные технологии: сборник трудов XIV
Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и
молодых ученых, г. Томск, 7-11 ноября 2016 г. : в 2 т. — Томск : Изд-во ТПУ,
2016. — Т. 2. — [С. 86-87].
2. Сальникова Т. В. Контроль при изготовлении наружного кольца
подшипника факторы, влияющие на качество / Т. В. Мискевич, Т. В. Сальникова,
А. И. Заревич // Молодежь и современные информационные технологии:
сборник трудов XV Международной научно-практической конференции
студентов, аспирантов и молодых учёных, 04-07 декабря 2017 г., г. Томск. —
Томск : Изд-во ТПУ, 2017. — [С. 203-204].

1.Цифровой запоминающий осциллограф. Устройство и принцип
действия: учебно-методическое пособие / В.А. Тюрин. – Казань: Казанский
федеральный университет, 2016. – 101 с.
2.В. П. Дьяконов Современная осциллография и осциллографы. Серия
«Библиотека инженера». М.: СОЛОН-Пресс, 2013. 320 с.: ил.
3.Матвиенко А.Б. Основные характеристики с осциллографов.
Электронные компоненты, 2004.
4.Никитин В.А., Бойко С.В. Методы и средства измерений, испытаний
и контроля: Учебное пособие – 2-еизд. перераб. и доп.- Оренбург ГОУ ОГУ, 2004.
– 462 с.
5.Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы
измерений, Пер. с англ. – М.: Мир, 1990. -535 с.
6.Клаассен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в
измерительной технике М.: Постмаркет, 2002. – 352 с.
7.Уолт Кестер редактор. Проектирование систем цифровой смешанной
обработки сигналов. 2010 год. 330 с.
8.Webster John G. (Ed.) Measurements, Instrumentation and Sensors, CRC
Press, 1999. — 2584 p.
9.ДедюхинA.AОсновныехарактеристикисовременных
осциллографов: [Электронный ресурс] / А.А. Дедюхин – Режим доступа к
ст. http://www.prist.ru/info.php/articles/general_ch_modern_oscilloscopes.htm
10. Московский энергетический институт, Институт Автоматики и
вычислительной техники, В.Ю. Кончаловский, Цифровой осциллограф,
Методическое руководство, Москва 2005 г
11. ГОСТ 22737-77. Осциллографы электронно-лучевые. Номенклатура
параметров и общие технические требования.
12. ГОСТ 23158-78. Осциллографы электронно-лучевые универсальные.
Методы испытаний
13. ГОСТ 8.311-78. Осциллографы электронно-лучевые универсальные.
Методы и средства поверки.
14. Руководство пользователя. Цифровые запоминающие осциллографы
серии TDS1000 и TDS2000 071-1074-0, – 57 с.
15. Цимбалист, Эдвард Ильич. Исследование аналоговых схем в
программно-аппаратной среде NI ELVIS [Электронный ресурс] : учебное
пособие / Э. И. Цимбалист, С. В. Силушкин; Национальный исследовательский
Томский политехнический университет (ТПУ). — 1 компьютерный файл (pdf;
7.5 MB). — Томск: Изд-во ТПУ, 2010.
16. Суранов А. Я. LabVIEW 8.20: Справочник по функциям. – М.: ДМК
Пресс, 2007. – 536 с.
17. Евдокимов Ю. К., Линдваль В. Р., Щербаков Г. И. LabVIEW для
радиоинженера: от виртуальной модели до реального прибора. – М.: ДМК Пресс,
2007. – 400 с.
18. Трэвис Дж., Кринг Дж., LabVIEW для всех. 4-е издание,
переработанное и дополненное- М.: ДМК Пресс, 2011. – 904 с.
19. Лупов С.Ю., Муякшин С.И., Шарков В.В. Labview в примерах и
задачах.Учебно-методическиематериалыпопрограммеповышения
квалификации«Обучениетехнологиям National Instruments». Нижний
Новгород, 2007, – 101 с.
20. Руководство по эксплуатации, Устройства сбора данных NI myDAQ,
М.: – 2011, – 54 с.
21. СанПиН 2.2.2/2.4.1340 – 03. Санитарно – эпидемиологические
правила и нормативы «Гигиенические требования к персональным электронно-
вычислительным машинам и организации работы». – М.: Госкомсанэпиднадзор,
2003. – 36 с.
22. Гигиенические требования к естественному, искусственному и
совмещенномуосвещениюжилыхиобщественныхзданий.СанПиН
2.2.1/2.1.1.1278-03. – 28 c.
23. СНиП 21 – 01 – 97. Пожарная безопасность зданий и сооружений.
М.: Гострой России, 1997. – 12 c.
24. ГОСТ 17.4.3.04-85. Охрана природы. Почвы. Общие требования к
контролю и охране от загрязнения. – М: ИПК Издательство стандартов, 1986 –
28 с.
25. ГОСТ 17.1.3.13-86. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования
к охране поверхностных вод от загрязнения. – М: ИПК Издательство стандартов,
1987 – 25 с.
26. ППБ 01–03. Правила пожарной̆ безопасности в Российской
Федерации. – М.: Министерство Российской Федерации по делам гражданской
обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных
бедствий, 2003. – 92 c.
27. Трудовой кодекс РФ на 2012 год – перераб. и доп. – М.; Рид Групп,
2012. – 480 c.
28. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 Санитарно-защитные зоны и санитарная
классификацияпредприятий,сооруженийииныхобъектов.–М.:
Госкомсанэпиднадзор России, 2003 – 34 c.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Логик Ф. кандидат наук, доцент
    4.9 (826 отзывов)
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские дисс... Читать все
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские диссертации, рефераты, контрольные) уже много лет. Качество работ гарантирую.
    #Кандидатские #Магистерские
    1486 Выполненных работ
    Анна Александровна Б. Воронежский государственный университет инженерных технол...
    4.8 (30 отзывов)
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственно... Читать все
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственном университете инженерных технологий.
    #Кандидатские #Магистерские
    66 Выполненных работ
    Татьяна Б.
    4.6 (92 отзыва)
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские ди... Читать все
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские диссертации, курсовые работы средний балл - 4,5). Всегда на связи!
    #Кандидатские #Магистерские
    138 Выполненных работ
    Егор В. кандидат наук, доцент
    5 (428 отзывов)
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Ск... Читать все
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Скорее всего Ваш заказ будет выполнен раньше срока.
    #Кандидатские #Магистерские
    694 Выполненных работы
    Алёна В. ВГПУ 2013, исторический, преподаватель
    4.2 (5 отзывов)
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.
    #Кандидатские #Магистерские
    25 Выполненных работ
    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Мария А. кандидат наук
    4.7 (18 отзывов)
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет... Читать все
    Мне нравится изучать все новое, постоянно развиваюсь. Могу написать и диссертацию и кандидатскую. Есть опыт в различных сфера деятельности (туризм, экономика, бухучет, реклама, журналистика, педагогика, право)
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Ксения М. Курганский Государственный Университет 2009, Юридический...
    4.8 (105 отзывов)
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитыв... Читать все
    Работаю только по книгам, учебникам, статьям и диссертациям. Никогда не использую технические способы поднятия оригинальности. Только авторские работы. Стараюсь учитывать все требования и пожелания.
    #Кандидатские #Магистерские
    213 Выполненных работ
    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Применение метаматериалов в первичных измерительных преобразователях
    📅 2021 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Интеграция методологии FMEA с процессом проектирования и разработки продукции
    📅 2019 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Автоматическая коррекция систематической погрешности средств измерений
    📅 2019 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)