Цель работы

Разработать систему для измерения постоянного и переменного тока и напряжения, а так же сопротивления с помощью средств National Instruments, а именно с помощью системы сбора информации DAQ.
Разработанная система должна позволять анализировать результаты измерения с помощью компьютера, а также синхронизировать данные с компьютером для дальнейшего их анализа.

Описание решения

Рассмотрим функциональную схему системы на рисунке 1.

Рисунок 1 – Функциональная схема

Разрабатывая систему мультиметр, я разделил ее на 3 блока:

Измерительный преобразователь, который обеспечивает на выходе напряжение пропорциональное измерительной величине, а так же обеспечивает возможность переключения диапазонов измерения.
Система сбора информации. В работе используется система сбора информации National Instruments PCI-6221. Критерием выбора системы было наличие встроенного ЦАП (цифро-аналового преобразователя) и АЦП (аналого-цифрового преобразователя). Система обеспечивает передачу данных через шину PCI.
Программная часть виртуальной системы «Мультиметр» была написана на графическом языке LabVIEW от фирмы National Instruments.

Для снятия данных и переключения диапазонов — была разработана схема измерительного преобразователя (Рисунок 2).

Рисунок 2 – Схема электрическая принципиальная

Мультиметр на базе National Instruments может измерять напряжение в диапазоне от -100В до +100В. Поскольку PCI-6221 позволяет снимать напряжение -10В до +10В, то спроектирован переключатель диапазонов.
Для измерения тока был использован шунтирующий резистор. Устройство сбора данных воспринимает падение напряжение на нем и согласно закону Ома вычисляет силу тока.
Реализована возможность измерения сопротивления. Для этой цели используется ЦАП. Поскольку система сбора информации не может служить источников тока, то воспользуемся прецизионным резистором. После чего DAQ будет снимать падение напряжения на измеряемом резисторе и по закону Ома рассчитывать его сопротивление.
На основе принципиальной платы была разработана печатная плата.

LabVIEW

При проектировании фронтальной панели прибора, был сделан акцент на удобство использования. Для работы программы требуется установленное на ПК программное обеспечение LabVIEW. На ней расположены такие элементы, как: вывод результата измерения, область подсказок в которой выводится дополнительная информация об измерении, панель выбор типа измеряемой величины, панель выбора предела измерения, а так же вывод дополнительных характеристик сигнала.

На блок диаграмме (рисунок 3) показан блок принятия решения с развернутым листингом блока для измерения постоянного напряжения, используется драйвер VI NI-DAQmx. После выбора измеряемой величины и придела измерения система сбора данных считывает данные.
Блок DAQmx Create Virtual Channel создает виртуальный канал Analog Input Voltage, который способен воспринимать аналоговое входное напряжение.
После чего, блок DAQmx Read считывает данные. Полученное значение измеряемого напряжения подается на блок принятия решения, де проводиться дальнейший анализ сигнала.

Рисунок 3 – Блок диаграмма LabVIEW

Вывод

В результате разработан прибор «Мультиметр» на базе National Instruments. В дальнейшем будет реализована возможность сохранения данных, оповещении оператора о нежеланном изменении данных, автоматическое составление отчетов и тд.
При разработке виртуальной системы была использована литература NI, а так же проводились консультации с представителями NI на Украине.

Литература

1. В. П. Федосов Цифровая обработка сигналов в LabVIEW. Москва.: ДМК Пресс, 2007. – 456 с.
2. Е. В. Свиридов, Я.И. Листратов, Н.А. Виноградова Разработка прикладного программного обеспечения в среде LabVIEW. Москва.: Издательство МЭИ, 2005. – 50 с.

Разработка виртуальной системы «Мультиметр» на базе National Instruments