Технические науки/6.
Электротехника и радиоэлектроника
д.т.н.
Осадчук О. В., Барабан С. В., Звягін О. С., Криночкін Р. В.
Вінницький національний технічний університет, Україна
USB-частотомір
В ході проведення
експериментальних досліджень за своїм основним науковим напрямком (частотні
перетворювачі фізичних величин на основі транзисторних структур з від'ємним
опором) автори роботи зіткнулися з цікавою проблемою - відсутність можливостей
комунікації вимірювального обладнання багатьох учбових та навчальних лабораторій
з сучасними ЕОМ. Це приводить до того, що практичні дослідження проводяться без
участі автоматизованих систем збору і обробки інформації. Фактично значну
кількість часу необхідно витрачати на характеріографію в ручному режимі.
Основними проблемами при
проведенні досліджень в навчальній технічній лабораторії є застаріле
обладнання, неможливість автоматизації проведення вимірювань, повна відсутність
комунікації з сучасним ЕОМ, складність будови вимірювальних приладів, яка для
проведення вимірювань в навчальній лабораторії непотрібна (більшість приладів
була придбана ще за часів СРСР для виконання держаних замовлень). Ці проблеми
також впливають і на технічну підготовку майбутніх фахівців, і на
конкурентоспроможність на ринку праці вже дипломованих інженерів.
Одним з перспективних шляхів
розвитку навчальної технічної лабораторії є використання комп’ютера в якості
багатофункціонального приладу обробки інформації (див. напр. [1]), з одночасним
застосуванням комутаційних та вимірювальних пристроїв, що відповідають
характеру вимірюваної величини. Вимірювання і перетворення виконується на базі
швидкодіючих, надійних і точних схемних компонентів, а завданням ПК є індикація
і статистична обробка виміряної інформації та забезпечення керування приладами.
Складовими частинами такої лабораторії є «інформатизовані інструменти» – набір
апаратних і програмних засобів, доданих до звичайного комп'ютера таким чином,
що користувач одержує можливість взаємодіяти з комп'ютером як зі спеціально
розробленим електронним приладом. Істотна частина інформатизованого інструменту
і інформаційної лабораторії – ефективний інтерфейс користувача, тобто
програмний інструментарій з розвинутою системою меню у виді наочних графічних
образів звичної для користувача предметної області, що забезпечує зручний
інтерактивний режим його взаємодії з комп'ютером.
На базі описаної технічної
лабораторії планується реалізувати
проект: інформаційно-вимірювальна система (ІВС) для дослідження характеристик
транзисторних структур з від'ємним опором (ТСВО). На рис. 1 показано блок-схему
майбутньої ІВС.
Рис. 1 – Блок-схема ІВС для
дослідження частотних перетворювачів фізичних величин на основі ТСВО
На даний момент виконана одна з
найскладніших частин проекту – розроблений USB-частотомір з відповідним програмним
забезпеченням [2]. Функціонування частотоміра з USB-виходом
засноване на використанні всього одного мікроконтроллера. Головною перевагою
даного пристрою є простота, яка поєднана з економічністю і зручним керуванням
через інтерфейс ПК. Основні технічні характеристики частотоміра наступні:
діапазон вимірювання частоти 100 Гц – 20 МГц (реально верхня границя вище),
поріг чутливості по вхідному вузлі – 40 мВ, мінімальне значення частоти
синусоїдального сигналу, що фіксується частотоміром – 10 Гц, максимальна
амплітуда вхідного сигналу - 30 В, вимірювання частоти відбувається з точністю
0,1 % (вище 10 кГц) . Живлення від USB-приводу ПК (напруга 5 В), струм, що
споживає прилад – до 35 мА. Передбачено автоматичний вибір оптимального часу
вимірювання в залежності від вхідної частоти (2,5; 25; 250; 2500 мс); утримання
виміряних показів на екрані, відображення зміни миттєвого значення частоти в
часі. Ввімкнення частотоміра відбувається автоматично, після під'єднання до
USB-шини ПК, зчитування даних комп’ютером починається після 15 мс від
комунікації з приладом. Вимкнення частотоміра відбувається автоматично після
від'єднання від ПК. Калібрування частотоміра в невеликих межах можна здійснити
на зразковому генераторі/частотомірі за допомогою прецизійного підстроювального
конденсатора. В більших межах можливе програмне калібрування прошивки
мікроконтроллера.
Авторами було розроблено програмне
забезпечення для приймання і обробки
даних з USB-частотоміра, а також можливість керування певними настройками
пристрою. ПЗ побудоване на мові візуального програмування G та складається з віртуальних пристроїв із
бібліотеки пакету програм LabVIEW
[3]. Лицьова панель розробленого ПЗ для
USB-частотоміра представлена на рис. 2.
Рис. 2 – Інтерфейс
програмного забезпечення для USB-частотоміра
Отже, це дійсно простий,
економічний і
надійний пристрій, ще й зручний у
керуванні.
Література
1. Бутырин П. А.
Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и
виртуальные приборы на основе LabVIEW 7 – М.: ДМК Пресс, 2005.
3. Суранов А. Я. LabVIEW 8.20: Справочник по
функциям. – М.: ДМК
Пресс, 2007. – 536 с.