CC BY
14
Научни трудове на Съюза на учените в България-Пловдив. Серия В. Техника и технологии, т. XV, ISSN 1311 -9419 (Print), ISSN 2534-9384 (On- line), 2017. Scientific Works of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series C. Technics and Technologies, Vol. XV., ISSN 1311 -9419 (Print), ISSN 2534-9384 (On- line), 2017.
TOOLBOX КЪМ ПРОГРАМАТА MATLAB ЗА ВЪВЕЖДАНЕ В КОМПЮТЪР, ВИЗУАЛИЗАЦИЯ И ОБРАБОТВАНЕ НА АНАЛОГОВИ СИГНАЛИ Иван Рачев
ТУ-София, Филиал Пловдив, Катедра „Електроника", гр. Пловдив, бул. "Санкт Петербург"63
JVUVTLAC TOOLBOX FORIMPORTINGTO РП VISUALIZATION AND PROCESOING OF ANALOG SIGNALS
Ivan Rachev
TU-Sofia, Plovdiv Branch, DepartmentofEl ectronics, Plovdiv, 63 Sankt Petersburg, blvd
Abstract: This article presents a toolbox created in MATLAB IDE. The toolbox is designed to import analog signal into a PC. Besides, visualization of the imported analog signal and assessment of its parameters is being provided. The paper also presents an approbation of the toolbox in the mode of importing signal from a microphone and a photo receiver CCD line type. Recommendations are made in respect to its application.
Key words: Matlab toolbox, Analog Onput block, receiver CCD line type, microphone.
Въведение
В последните години все по-голямо приложение намират компютърно-интегрираните средства за измерване на електрични величини. Това се обяснява с все по-голямото приложени на компютрите (PC), от една страна, както и с допълнителните възможности, които тези устройства предоставят, от друга. Част от тези възможности са запис на резултатите от измерванията, възможност за тяхното изпращане по Internet, обработване на сигналите и др. От представеното следва, че усъвършенстването и автоматизирането на съществуващите средства за измерване и създаването на нови, вероятно, ще има важно значение и ще бъде винаги актуална задача.
Както е добре известно, повечето физични величини са аналогови и за въвеждането им в PC е необходима тяхната дискретизация по аргумент и по ниво. Тази задача се осъществява от аналого-цифрови преобразуватели. На практика се използват специализирани устройства, наричани адаптери. Съвременните адаптери имат висока разделителна способност, скорост на преобразуване и динамичен обхват на входните
аналогови сигнали. Голямо приложение намират предлаганите адаптери от фирмите „National Instrument" и „Advantech" (адаптерите PCL-812 и PCL-812) [1,2]. При по-нискочестотно приложения, в качеството на адаптер се използва и звуковата карта на компютъра.
В тази статия е представено разработването на Toolbox, предназначен за въвеждане на аналогови сигнали в PC, определяне на техни параметри и тяхната обработка. Последната може да бъде различна в зависимост от спецификата на използване. Целта на разработката е изследване на създадения програмен продукт и даване на препоръки относно условията за неговото използване и очакваните при това резултати.
Като среда за програмиране в разработвания програмен продукт е избрана средата, създадена от програмата MATLAB. Причината за това е, че тя предлага редица готови инструменти за въвеждане и обработване на сигналите, както и много добри графични възможности за визуализация на резултатите [3].
Описание на разработения програмен продукт
Като се има предвид приложението на разработвания Toolbox, то той трябва да отговаря на следните основни изисквания:
• да има подходящ (friendly) графичен потребителски интерфейс, т.е. да не се изискват знания в областта на компютърните системи и даже познаване на MATLAB при работа с него;
• резултатите от визуализацията и изчисленията да могат да се записват върху електронен носител, да се изпращат по Internet и да се разпечатват в документация.
След стартиране на програмата се създават графичен интерфейс, обект аналогов вход (analoginput) и се добавя хардуерен канал (addchannet). Чрез тях се задават типа на
О 100 200 300 400 600 600 700 800 900 1000
Фиг.1. Графичен интерфейс на разработения програмен продукт.
използваното устройство (адаптер), размерът на буфера и др. параметри, които определят въвеждането на сигнала.
Графичният интерфейс на програмата е показан на фиг.1. Той съдържа четири панела. В горния ляв панел е разположен текстов прозорец за изобразяване на текстова
информация. В случая е показана максималната стойност на сигнала Umax в снетата извадка и нейната ефективна стойност, определена със зависимостта
В последната формула N е броят на снетите отчети, а с Uk е означена стойността на к -тия отчет на сигнала.
В горния среден панел са разположени инструментите за управление на въвеждането. С превключвателя „CONNECT/DISCONNECT" се включва/изключва преобразуването на аналоговия сигнал и въвеждането му в PC. Важни свойства на обекта „аналогов вход" са обем (размер) на буфера и скорост на преобразуване, които може да се променят с редактируеми текстови прозорци, разположени в същия панел. На фиг.1 обемът на буфера е 1000 отчета, скоростта - 44100 отчета в секунда. След запълване на буфера се изпълнява функция, която изобразява сигнала от извадката в графичния прозорец, разположен в долния панел, и осъществява предварително зададени изчисления върху извадката (в случая Umax и
В десния панел са разположени инструменти за автоматично включване на преобразуването при първото надвишаване на входния сигнал на предварително зададена стойност, което е т.нар. тригериране. Напрежението на тригериране се променя със слайдер в интервала (-1 ^+1) V, а включването на този режим се
осъществява с превключвателя „Trig. on/ Trig. off ".
Апробацията на разработения Toolbox
За апробация на разработения Toolbox е използвана звуковата карта на PC, т.е. използваният адаптер е „winsound ". Първоначално бе подаден сигнал от микрофон към микрофонния вход на звуковата карта. При наличие на звук, в графичния прозорец се наблюдава осцилограма на извадката, а в текстовия се визуализират максималната и ефективната стойност на сигнала. Този резултат, представен на фиг.1, показва коректна работа на системта в „ режим на осцилоскоп ".
За изпробване на определянето на параметрите на сигнала бе подаден на линейния вход сигнал от синосоидален генератор. Амплитудата на сигнала бе 1 V, при което бе
определена ефективна стойност приблизително 0.7 V.
По-интересно приложение на разработения Toolbox е в оптоелектронните устройства за безконтактно определяне на малки премествания [4]. В този случай върху фотоприемник тип „линийка" се проектира изображение на процеп, което променя положението си при преместване. Сигналът в изхода на фотоприемника е най-често аналогов и се извежда във вид на „порции" (кадри) с обем, равен на броя на фоточувствителните елементи на фотоприемника. Този сигнал след нормализация се подава на линейния вход на звуковата карта. Осцилограмата на изходния сигнал при използване на линийка CCD133 с 1024 елемента е показан на фиг.2. За преместването се съди или по номера на елемента с максимална осветеност, или по номера на елемента, съответстващ на енергийния център на петното [4]. В разглеждания случай, програмата определя номера на максимално осветения елемент X.
Amax= 0.726 V Х= 499 samples CONNECT SAVE DATA | 44100 Vol=1000 m I Trig, level =0.12
0.8
0.6 0.4
< "°-2
-0.4 -0.Б_ -0.8
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 SAMPLES
Фиг.2. Сигнал от CCD линийка тип CCD133.
Експериментирането със създаденото програмно приложение показва, че използването едновременно на много инструменти за обработване на сигнала (филтрация, модулация, определяне на средна и средно-квадратична стойност и др.) е затруднителна и в повечето случаи нежелана задача. Това означава, че създаването и използването на един такъв „универсален" Toolbox е нерационално. Поради това се препоръчва да се използват различни Тоо1Ьох-ове в зависимост от конкретното приложение.
Литература
[1]. www.ni.com.
[2]. www. advantech. eu.
[3]. www.mathworks.com.
[4]. Рачев, И., Приложение на линейните фотоприемници TSLXXXX за безконтактно измерване на премествания, Списание на Технически университет -София, филиал Пловдив, България - Фундаментални науки и приложения, том 21, книга 1, ISSN1310-8271, 2015, стр.299 - 302.
Адрес за връзка: e-mail: [email protected]
