Создание программного осциллографа в среде LabVIEW
Работа направлена на разработку виртуального прибора цифрового осциллографа, предназначенного для наблюдения сигналов со входов лабораторной приставки DAQ-устройства и измерения их основных параметров.
Введение …………………………………………………………………………………………….. 15
1 Классификация осциллографов ………………………………………………………….. 17
1.1 Технические и функциональные характеристики современных
осциллографов…………………………………………………………………………………….. 20
1.2 Требования предъявляемые к осциллографу …………………………………….. 26
2 Обзор используемых устройств сбора данных …………………………………….. 35
3 Обзор программы LabVIEW ………………………………………………………………. 45
4 Создание виртуального цифрового осциллографа ……………………………….. 52
4.1 Создание блок-схемы осциллографа ………………………………………………… 52
4.2 Дополнительная функция для анализа спектра …………………………………. 60
4.3 Дополнительная функция генерации сигналов …………………………………. 65
5 Итоговый виртуальный прибор ………………………………………………………….. 67
5.1 Возможности панели управления…………………………………………………….. 67
5.2 Использование памяти виртуальным прибором………………………………… 74
6 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение. 78
6.1 Потенциальные потребители результатов исследования …………………… 79
6.2 Анализ конкурентных технических решений……………………………………. 80
6.3 Планирование научно-исследовательских работ ……………………………. 81
6.4 Определение трудоемкости выполнения работ …………………………………. 82
6.5 Бюджет научно-технического исследования …………………………………….. 87
6.6.1 Расчет материальных затрат …………………………………………………………. 87
6.6.2 Расчет заработной платы основных исполнителей проекта …………….. 88
6.6.3 Затраты по дополнительной заработной плате……………………………….. 90
6.6.4 Отчисления во внебюджетные фонды …………………………………………… 91
6.6.5 Накладные расходы ………………………………………………………………………… 91
6.6 Оценка абсолютной эффективности исследования……………………………. 93
Выводы по разделу ……………………………………………………………………………… 94
7 Социальная ответственность ……………………………………………………………… 95
7.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……. 95
7.2 Производственная безопасность ……………………………………………………… 98
7.3 Анализ опасных и вредных производственных факторов ………………….. 98
7.3.1 Отклонение показателей микроклимата ………………………………………… 98
7.3.2 Повышенный уровень шума …………………………………………………………. 99
7.3.3 Повышенный уровень электромагнитных излучений……………………. 100
7.3.4 Недостаточная освещенность рабочей зоны…………………………………. 101
7.3.5 Повышенный уровень вибрации …………………………………………………. 103
7.3 Опасность поражения электрическим током …………………………………… 104
7.4 Обоснование мероприятий по снижению уровней воздействия опасных
и вредных факторов на исследователя…………………………………………………. 105
7.5 Экологическая безопасность …………………………………………………………. 106
7.6 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………….. 107
7.7 Опасность возникновения пожара …………………………………………………. 108
Выводы по разделу: …………………………………………………………………………… 110
Заключение ……………………………………………………………………………………….. 111
Список использованных источников …………………………………………………… 112
Приложение А Созданный осциллограф …………………………………………….. 115
Приложение Б Пример работы созданного осциллографа …………………….. 116
Приложение В Английская часть………………………………………………………… 119
В настоящее время потребителям предлагается различное измерительное
оборудование представлен с широким выбором моделей.
Пожалуй, самый основной вопрос, который волнует не только рядовых
пользователей, но и инженеров крупных производственных предприятий,
научно-исследовательских лабораторий – стоимость осциллографа. На
формирование цены оказывают влияние его основные характеристики (частота
дискретизации, полоса пропускания, количество каналов, объем памяти,
возможность анализа, обработки получаемой информации и так далее).
Оптимальное сочетание таких факторов, как цена, функционал и известность
производителя помогут сделать правильный выбор.
Повсеместное продвижение персональных компьютеров на протяжении
минувших двадцати лет спровоцировало реальный переворот в структуре
программного предоставления для автоматизированных измерительных и
испытательных систем.
В учебной программе университета имеется такая дисциплина как:
Метрология, стандартизация и сетификация (МСИС). Традиционно в рамках
дисциплины МСИС лабораторные работы направленны на обработку прямых,
косвенных, однократных и многократных результатов измерений.
Поскольку учебное лабораторное оборудование в аудиториях позволяет
выполнять всевозможные виды электрических измерений, совершенно логично
будет совместить и использовать эти электрические измерения в лабораторных
работах по МСИС.
В распоряжении оборудования имеется продукция DAQ от компании
National Instruments. Данные устройства могут быть задействованы в этих
лабораторных работах. С этой целью необходимо создать на базе LabVIEW
комлекс виртиульных приборов по работе с устройством NI DAQ.
Одним из ключевых факторов в природе сигналов является его
наблюдение формы и спектра. На основе этих данных возможно получение
всех других параметров сигнала, такие как амплитуда, действующее значение,
коэфицент нелинейных искажений, уровень гармоник и прочее.
Таким образом актуальность работы заключается в необходимости
обеспечения виртуальным осциллографом аудитории не обеспеченые
подобным реальным оборудованием.
Целью магистерской диссертации является разработка виртуального
прибора цифрового осциллографа, предназначенного для наблюдения сигналов
со входов лабораторной приставки DAQ-устройства и измерение основных
параметров сигнала.
Предмет исследования: процесс измерения параметров электрических
сигналов.
Объект исследования: цифровая обработка измерительных сигналов с
приставки DAQ-устройства.
Задачи
1. Исследование принципов построения современных цифровых
осциллографов и определение их функциональных возможностей.
2. Изучение программы LabVIEW и освоение инструментов необходимых
для создания программных осциллографов.
3. Создание виртуального прибора осциллографа в среде LabVIEW.
При выполнении работы использовалось нижеследующее оборудование,
инструменты и программное обеспечение:
– персональный компьютер с ОС Microsoft Windows 7
– офисное программное обеспечение MS Office (Visio, Word);
– среда графического программирования LabVIEW;
– cистема сбора данных NI USB-6251 и DAQ Signal Accessory;
– литературный анализ научной литературы по теме.
1 Классификация осциллографов
Осциллограф используется в исследованиях электрических сигналов во
временной области путём наблюдения графика сигнала на экране
Цифровой осциллограф работает следующим образом. Полученный
аналогововый сигнал преобразуется с помощью аналого-цифровому
преобразователю (АЦП) в цифровую форму. Далее происходит кодирование,
запоминание и выполнение некоторую его обработку, затем аналоговая форма
сигнала восстанавливается и выдаеться на экран.
Осциллограф умеет:
– отображать значение напряжения в реальном времени;
– реализовывать функции сложение и вычитание сигналов;
– растягивать во времени записанный сигнал в памяти;
– захватывать, сохранять и отображает сигналы;
– отображать высокоскоростные периодические либо непериодические
сигналы, прибывающие в входной канал;
– выявлять частотный диапазон путём использования БПФ;
– измерять частоту сигнала, искажения, вписываемые повреждённым
компонентом, степень шумов, изменение шума в времени и большое
колличество иных характеристик.
По способу выведения информации их делят на две категории: с
периодической и непрерывной разверткой.[1]
В основном случае устройство дает возможность видеть действие сигнала
напрямую в экране. Их делят на стробоскопические, универсальные,
высокоскоростные, специализированные, с возможностью запоминания и
другие. Модели второго вида фиксируют получаемую кривую в фотоленте.
Согласно числу лучей их подразделяют в одно-лучевые, двух-лучевые и трех-
лучевые. Имеется в том числе и шестнадцати-лучевые (либо с огромным
числом лучей) приборы. Но в основном осциллографы систематизируют
согласно принципу действия. В данном случае акцентируют следующие
разновидности.
1) Аналоговые
На сегодняшний день наибольшее распространение имеют
осциллографы аналогового типа. Низкая стоимость аналоговых осциллографов
является причиной предпочтения в массовом использовании данного класса
осциллографов. Кроме того, благодаря постоянному развитию технологий
разработчики оснащают их новыми возможностями, расширяют их
функционал.
2) Цифровые
Предлагают больше опций, чем аналоговые модели. Их высокая цена
компенсируется комфортным использованием, способностью к запоминанию
полученной информации в цифровом виде в соответствии с заданными
требованиями (масштабированием, нанесением меток и так далее). Кроме того,
оцифровка сигнала повышает устойчивость «картинки».
3) Цифровые люминофорные
Модели этого типа наиболее дорогие. Однако использование технологии
цифрового люминофора расширяет сферу их использования, наделяет их рядом
преимуществ не только над аналоговыми, но и над цифровыми
осциллографами. Так, например, кроме простой записи результатов
тестирования, люминофорные приборы позволяют имитировать изменение
интенсивности линий на осциллограмме, что дает возможность пользователю
отслеживать все нюансы исследуемых сигналов.
4) Виртуальные
Приборы этого класса представляют собой приставку, которая может
подключаться к персональному компьютеру, ноутбуку, планшету посредством
не только USB-порта, но и через другие интерфейсы (ISA, PCI). При их
использовании, благодаря совместимости операционных систем виртуального
осциллографа и ПК, компьютер берет на себя задачу сбора, обработки,
хранения информации. Это обеспечивает более быстрый и масштабный анализ
получаемых сведений. Благодаря отсутствию монитора, блока для запоминания
они имеют компактные размеры и относительно невысокую стоимость, в
сочетании с повышенным быстродействием.
5) Портативные
Это также подраздел цифровых устройств, которые обладают
минимальными размерами благодаря использованию современных микросхем.
В то же время их эксплуатационные характеристики, технические возможности
практически не отличаются от обычных стационарных моделей.[3]
Разработанная компьютерная модель имеет ряд преимуществ
создаваемые в среде LabVIEW. Данная программная среда является более
наглядным, а также она проста в использовании. Преимуществом данной
программы является возможность создание своего пользовательского
интерфейса, с различными управляющими элементами и индикаторами.
В ходе работы были выполнены следующие задачи:
Исследованы принципы построения цифровых осциллографов и
определены их функциональные возможности.
Были изучены основные функции построения прибора в среде
программирования виртуальных приборов NI LabVIEW.
В итоге работы был создан виртуальный прибор цифровой осциллограф
и были успешно измерены сигналы с лабораторной приставки NI DAQmx.
1.Суранов А. Я. LabVIEW 8.20: Справочник по функциям. – М.: ДМК
Пресс, 2007. – 536 с.
2.Евдокимов Ю. К., Линдваль В. Р., Щербаков Г. И. LabVIEW для
радиоинженера: от виртуальной модели до реального прибора. – М.: ДМК
Пресс, 2007. – 400 с.
3.Трэвис Дж., Кринг Дж., LabVIEW для всех. 4-е издание,
переработанное и дополненное- М.: ДМК Пресс, 2011. – 904 с.
4.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.
5.ТехническиехарактеристикиосциллографаMSO4104/
http://printsip.ru/radioizmeritelnye-pribory/ostsillografy/ostsillografy-
tektronix/item/mso_4104;
6.https://www.novosystems.ru/produktsiya/electroizmeritelnie_pribori/osts
illografi_zarubegnogo_proizvodstva/product/ds1102c/
7.https://spb.tiu.ru/p180594817-ds1102c-tsifrovoj-ostsillograf.html
8.https://mirpriborov.com/survey/novaya-seriya-kombinirovannykh-
ostsillografov-rigol-mso5000-7-priborov-v-1-korpuse/
9.https://technica-m.ru/news/novinka-cifrovye-oscillografy-rigol-mso-
ds7000
10. LabView для новичков и специалистов// Пейч Л.И.
11. Учебный курс LabVIEW Основы I. Разработка приложений.
12. LabVIEW 7. справочник по функциям// Суранов А.Я.
13. Руководство по эксплуатации, Устройства сбора данных NI
myDAQ, М.: – 2011, – 54 с.
14. СанПиН2.2.2/2.4.1340–03.Санитарно-эпидемиологические
правила и нормативы «Гигиенические требования к персональным электронно-
вычислительным машинам и организации работы». – М.: Госкомсанэпиднадзор,
2003. – 36 с.
15. Трудовой кодекс Российской Федерации” от 30.12.2001 N 197-ФЗ
(ред. от 01.04.2019).
16. Трудовой кодекс РФ на 2012 год – перераб. и доп. – М.; Рид Групп,
2012. – 480 c.
17. СанПиН 2.2.4.548–96. Гигиенические требования к микроклимату
производственных помещений.
18. СП 51.13330.2011. Защита от шума. Актуализированная редакция
СНиП 23-03-2003
19. СанПиН2.2.2/2.4.1340-03.Гигиеническиетребованияк
персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы.
20. СП 52.13330.2016 Естественное и искусственное освещение.
Актуализированная редакция СНиП 23-05-95*
21. Гигиенические требования к естественному, искусственному и
совмещенномуосвещениюжилыхиобщественныхзданий.СанПиН
2.2.1/2.1.1.1278-03. – 28 c.
22. ГОСТ12.1.012-90ССБТ.Вибрационнаяболезнь.Общие
требования.
23. СНиП 21 – 01 – 97. Пожарная безопасность зданий и сооружений.
М.: Гострой России, 1997. – 12 c.
24. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации. – М.:
Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны,
чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий,
2003.
25. 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.
26. ГОСТ 17.4.3.04-85. Охрана природы. Почвы. Общие требования к
контролю и охране от загрязнения. – М: ИПК Издательство стандартов, 1986 –
28 с.
27. ГОСТ17.1.3.13-86.Охранаприроды.Гидросфера.Общие
требования к охране поверхностных вод от загрязнения. – М: ИПК
Издательство стандартов, 1987 – 25 с.
28. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 Санитарно-защитные зоны и санитарная
классификацияпредприятий,сооруженийииныхобъектов.–М.:
Госкомсанэпиднадзор России, 2003 – 34 c.
Последние выполненные заказы
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.9 (66 отзывов)
5 (8 отзывов)
4.8 (2878 отзывов)
4.8 (40 отзывов)
4.7 (18 отзывов)
5 (14 отзывов)
4.9 (20 отзывов)
4.3 (248 отзывов)
4.8 (1033 отзыва)
