Automatyzacja pomiarów za pomocą Digilent Analog Discovery PRO

| Prezentacje firmowe Pomiary

Jeśli chodzi o pomiary, oscyloskopy są ulubionymi narzędziami każdego inżyniera. Jeszcze lepiej, gdy przyrząd może również pracować jako generator przebiegów i wykonywać obliczenia matematyczne na uzyskanych sygnałach lub umożliwia automatyczne testy.

Automatyzacja pomiarów za pomocą Digilent Analog Discovery PRO

W przypadku wielu zadań pomiarowych, z jakimi mierzą się projektanci w swojej codziennej pracy, oscyloskopy są doskonałym wyborem, ponieważ oferują wiele sposobów na osiągnięcie dobrych rezultatów. Czasami jednak konieczne jest udokumentowanie uzyskanych danych lub dalsze przetwarzanie sygnałów. Oto prosty przykład: chcemy oszacować moc pewnego bloku w obwodzie, interesuje nas także przebieg fali pochodzącej z tych obliczeń, a nie tylko wartości bezwzględne.

Większość oscyloskopów mierzy jednak tylko napięcia, prąd, a zatem moc nie może być mierzona bezpośrednio. Z tego względu do uzyskania prądu przepływającego przez obwód należy użyć rezystora bocznikowego, co pozwoli na obliczenie pobieranej mocy (Rysunek 1). Należy również wziąć pod uwagę, że kanały większości oscyloskopów są typu single-ended i dlatego wszystkie pomiary muszą być odnoszone do masy. Nie ma możliwości bezpośredniego odczytu spadku napięcia na obciążeniu. Niezbędny jest drugi pomiar mierzący spadek napięcia na rezystorze bocznikowym. Ostatecznie oznacza to, że należy wykonać pewne obliczenia, aby uzyskać odczyt mocy.

 
Rys. 1. Prosty system pomiaru mocy

Tutaj do gry wchodzą oscyloskopy zdolne do wykonywania obliczeń bezpośrednio na urządzeniu, takie jak Analog Discovery Pro (ADP 3450) firmy Digilent. Ten czterokanałowy oscyloskop (dostępna jest również wersja dwukanałowa) z 14-bitową rozdzielczością przy częstotliwości próbkowania do 0,5 GSampli/s to urządzenie do pomiaru sygnałów mieszanych, które rzeczywiście spełnia wymagania elektronicznych stanowisk pomiarowych na profesjonalnym poziomie w biurze lub w domu. Oprócz wejść analogowych zapewnia inżynierom także 16 cyfrowych kanałów wejście/wyjście, dwa zewnętrzne wejścia wyzwalania oraz dwukanałowy generator przebiegów arbitralnych (Rysunek 2).

Urządzenie Analog Discovery Pro jest mniejsze i lżejsze niż laptop i nie ma wbudowanego interfejsu użytkownika. Łączy się z komputerem hostem przez jeden z czterech szybkich portów USB 2.0 lub przez interfejs Ethernet i jest obsługiwane przez bezpłatne oprogramowanie WaveForms firmy Digilent działające na hoście. Oprogramowanie to, doskonalone przez ponad 10 lat na podstawie opinii klientów, zapewnia użytkownikom komfort użytkowania i obsługi tradycyjnych aplikacji stacjonarnych i jest kompatybilne z systemami operacyjnymi macOS, Windows oraz Linux.

 
Rys. 2. Oscyloskopy, takie jak Analog Discovery Pro firmy Digilent, są sprzedawane z wieloma instrumentami, takimi jak generator przebiegów czy analizatory, i mogą być skryptowane do automatycznego testowania

Jedno oprogramowanie do wszystkich instrumentów

Oprogramowanie WaveForms jest dostarczane z dwunastoma wbudowanymi instrumentami programowymi, takimi jak oscyloskop, generator wzorców i przebiegów (który może tworzyć na przykład sygnał testowy do pomiaru mocy), sterowane zasilanie, wejścia/wyjścia, analizatory logiczne, widma, sieci, impedancji i protokołów, a także woltomierz i rejestrator danych. Dzięki temu użytkownicy mogą przechwytywać, rejestrować, analizować, dokumentować i generować sygnały mieszane i sygnały mieszanych domen. Dodatkowo aplikacja WaveForms zawiera narzędzie do edycji skryptów, które umożliwia niestandardowe programowanie instrumentów w JavaScript.

Czasami jednak, jak w przypadku pomiaru mocy, nie jest nawet konieczne tworzenie skryptu. Instrument oscyloskopowy oprogramowania zawiera tak zwane kanały matematyczne, które wykonują obliczenia i wykreślają wynik wraz z pomiarami. Tak więc, aby wyświetlić całkowitą moc obwodu, wystarczy wpisać "(C2 – C1) * C1 / RS" w polu "Skrypt" okna dialogowego, gdzie RS jest wartością rezystora bocznikowego.

Równanie to oblicza prąd, dzieląc napięcie VS na rezystorze pomiarowym (Kanał 1) przez jego wartość rezystancji, a następnie mnożąc wynik przez napięcie na łącznym obciążeniu (pojemność i rezystancja) uzyskane przez odjęcie napięcia VS (Kanał 1) od napięcia VG na obciążeniu (Kanał 2). W tym samym oknie można również ustawić jednostkę sygnału i zakres kanału w jednostkach na podział. Możliwa jest również zmiana nazw kanałów pomiarowych i kanałów matematycznych dla większej przejrzystości (Rysunek 3). Można również wykonać dodatkowe obliczenia, takie jak pobór mocy rezystora RL, dodając po prostu więcej kanałów matematycznych. Oprócz operacji arytmetycznych moduł obsługuje również operacje trygonometryczne i inne.

 
Rys. 3. Kanały matematyczne w oprogramowaniu ułatwiają proste obliczenia przy użyciu wejść do oscyloskopu

Moduł skryptów ułatwia automatyzację

Każdy z instrumentów Waveforms może być uruchamiany przez skrypty. Pisząc kod JavaScript i uruchamiając go w instrumencie "Skrypt", inżynierowie mogą sterować dowolnym innym instrumentem za pomocą rozbudowanych interfejsów programowania aplikacji (API). Dzięki temu możliwa jest również konfiguracja i obsługa kilku instrumentów jednocześnie w łatwo powtarzalny sposób.

Instrument skryptowy pozwala nie tylko kontrolować instrumenty i pozyskiwać dane. Zawiera również panel wykresu, w którym użytkownicy mogą integrować dane z wielu różnych instrumentów i wyświetlać je w wysoce konfigurowalny sposób. Co więcej, działania GUI mogą być zautomatyzowane, tak samo jak niestandardowe analizy i operowanie danymi.

Dzięki temu inżynierowie mogą monitorować sygnały i dokumentować wyniki pomiarów. Dzięki zestawowi WaveForms Software Development Kit (WaveForms SDK) możliwa jest jeszcze lepsza konfiguracja, ponieważ SDK może być używany do tworzenia niestandardowych aplikacji i skryptów w językach Python, C, C++, C# i Visual Basic. Dla LabVIEW i MATLAB dostępne są zestawy narzędzi innych firm.

 
Rys. 4. Instrument "Skrypt" w WaveForms umożliwia pisanie aplikacji użytkownika w JavaScript

Pełna automatyzacja w trybie Linux

Oprócz trybu standardowego, w którym urządzenie jest podłączone do komputera hosta obsługującego WaveForms za pomocą portu USB lub interfejsu Ethernet, Analog Discovery Pro działa również w trybie Linux. W tym trybie ADP uruchamia się w terminalowej dystrybucji systemu Linuksa z Debiana zainstalowanego na urządzeniu. Pozwala to na uruchamianie automatycznych skryptów testowych napisanych w językach Python, C, C++, C# lub Visual Basic za pośrednictwem interfejsów API zestawu WaveForms SDK bez komputera hosta. Analog Discovery Pro działa wtedy jako urządzenie wbudowane i zapewnia dodatkową elastyczność i łączność. Rysunek 6 pokazuje jako przykład fragment skryptu w języku Python demonstrujący zautomatyzowany test przetwornika analogowo-cyfrowego na Pmod AD5.

Podczas przeprowadzania automatycznych testów funkcje zdefiniowane przez użytkownika są wykorzystywane do powtarzania zadań, takich jak resetowanie lub zamykanie używanych instrumentów, wyświetlanie komunikatów o błędach i odczytywanie danych z interfejsu SPI. Przed ich użyciem programiści będą również musieli zdefiniować pewne słowa kluczowe i obsługę przerwań.

 
Rys. 5. W trybie Linux dostęp do Analog Discovery Pro można uzyskać przez terminal szeregowy. Po pierwszym uruchomieniu należy zmienić nazwę użytkownika i hasło

Analog Discovery Pro ma z tyłu panelu cztery porty USB, które działają w trybie Linux. Umożliwia to podłączenie urządzeń peryferyjnych, takich jak kompatybilny klucz sprzętowy Wi-Fi lub dysk z pamięcią flash sformatowany w systemie FAT/FAT32. Gdy skrypty są uruchamiane na urządzeniu, dane mogą być przechowywane lokalnie lub przesyłane strumieniowo przez USB albo interfejs bezprzewodowy na przykład do usługi opartej na chmurze, takiej jak ThingSpeak, w celu przechowywania, wyświetlania i dokonywania operacji.

Podczas pracy w trybie Linux urządzenie jest dostępne za pośrednictwem programu terminala szeregowego, takiego jak PuTTY czy TeraTerm. Komunikacja między urządzeniem a komputerem hostem jest obsługiwana przez USB, Ethernet i Wi-Fi. Możliwy jest również dostęp do Internetu na potrzeby uzyskania zdalnego dostępu lub internetu rzeczy (IoT). Dzięki WaveForms i podłączonemu dyskowi flash użytkownicy mogą aktualizować zainstalowany system Linux, utrzymując aktualność systemu operacyjnego. Zaktualizowane obrazy systemu operacyjnego dostarczyła firma Digilent.

Dzięki różnym metodom automatyzacji zadań – kanałom matematycznym, skryptom i trybowi Linux – Analog Discovery Pro wspiera inżynierów w badaniach, walidacji i testowaniu coraz bardziej złożonych systemów, pomagając skrócić czas cyklu projektowania.

 
Rys. 6. Przykładowy skrypt do sterowania przetwornikiem analogowo-cyfrowym w Pmod

Więcej przewodników, samouczków i aplikacji można znaleźć w Centrum zasobów Analog Discovery Pro.

Seria Digilent Analog Discovery Pro 3000 jest dostępna na stronie Kamami autoryzowanego dystrybutora firmy Digilent w Polsce.

Dostępne nowe wydanie
Pobierz bezpłatnie