CC BY
42Многоканальные системы
для потоковой регистрации данных на базе USB-осциллографов АКИП
Сергей КорнЕЕв
info@prist.ru
в статье рассматривается расширение функциональных возможностей USB-осциллографов АКИП с помощью специализированного программного обеспечения PicoLog. Этот программный пакет обеспечивает программно-аппаратную реализацию функции сбора данных, благодаря которому осциллографы АКИП могут использоваться в качестве многоканальных цифровых регистраторов или электронных самописцев.
Осциллографы серий АКИП-4106... 4112, 4114 — это современные цифровые ШВ-приборы с высокими техническими характеристиками, широким набором функций и режимов анализа. Качество приборов на базе ПК определяется не только аппаратными средствами, но и программным обеспечением (ПО). В комплекте с ШВ-осциллографами АКИП поставляется ПО, которое обеспечивает быстрое и четкое отображение измеряемого сигнала, обладает множеством настроек, имеет интуитивно понятный пользовательский интерфейс. Разнообразие режимов и развитые системы запуска определяют устойчивый захват и отображение сигнала в полной полосе частот осциллографа, возможность математической обработки, исследование сигналов с помощью функции быстрого преобразования Фурье, автоматические и курсорные измерения и прочие возможности современных цифровых осциллографов. В некоторые модели встроен генератор стандартных сигналов или сигналов специальной формы. Все эти функции (рис. 1) позволяют использовать ШВ-осциллографы
АКИП в различных исследованиях, при производстве, отладке, обслуживании и ремонте электронного оборудования.
Однако зачастую, помимо наблюдения и анализа сигнала, необходимо регистрировать входной сигнал в течение длительного времени, а также оперативно отображать полученную информацию. Штатное ПО PICOSCOPE обеспечивает наблюдение сигнала на интервале времени, не превышающем 500 с, и, главное, не предназначено для автоматической записи данных на внешнее устройство сбора. Для решения этой задачи разработчики ШВ-осциллографов АКИП предусмотрели прикладное ПО PicoLog. Программа превращает любой из осциллографов в автоматический регистратор данных (самописец) на базе входного аналогоцифрового преобразователя (АЦП).
ПО PicoLog обеспечивает сбор и регистрацию данных (событий) во временном интервале от нескольких наносекунд до нескольких дней. Помимо этого, в меню программы предусмотрены различные режимы визуализации, обработки и протоколирования.
Прежде чем приступить к сбору и обработке данных, необходимо выполнить процедуру настройки: выбрать параметры регистрации, задать интервал между выборками, включить каналы регистрации (1, 2 или 4), задать метод обработки и т. д. Процесс настройки может показаться длинным и трудоемким из-за широкого набора параметров и доступных установок. Однако, выполнив настройку, в дальнейшем не нужно повторять всю процедуру заново. Данные о настройках хранятся в специальном файле программы и могут быть в любой момент скорректированы.
Программа PicoLog выполняет регистрацию данных в определенный файл с установленной скоростью записи. Скорость записи (интервал выборки) зависит от метода регистрации. В программе можно выбрать регистрацию на жесткий диск внешнего ПК в реальном времени или запись во внутреннюю память прибора. В первом варианте записанные данные передаются по ШВ-интерфейсу и минимальное время между отсчетами составляет 1 мс, что эквивалентно частоте дискретизации 1 кГц. Таким образом, можно осуществлять мониторинг в реальном времени, в том числе контроль аварийных ситуаций при выходе за установленные допуски. В этом режиме пользователь может сформировать многоканальную систему регистрации, активировав в оболочке программы сразу четыре ШВ-прибора АКИП. Максимально возможное число каналов сбора информации — 16 (для 4-канальных моделей АКИП-4109/2 и АКИП-4110/1).
При необходимости скорость сбора можно увеличить, выбрав второй способ — быструю регистрацию во внутреннюю память. Минимальное время между отсчетами в этом случае уже составит 5 нс, но при этом отсутствует возможность мониторинга, а количество используемых приборов для регистрации ограничено критерием «для одного ПК один ШВ-прибор».
Время Камал А Канал В Мат. Обработка
УС |нВ| (иВ) [иВ]
1 -0,444 -0,444 -1.621
103 -0,444 -0,891 -2,068
201 -0,444 -0,444 -1,621
302 -0,444 -0,444 -1,621
402 -0,444 -0,444 -1,621
501 -0,444 -0,444 -1.621
604 -0,444 -0,444 -1,621
700 0,003 -0,444 -0,436
803 -0,444 -0,891 -2,068
902 0,003 -0,444 -0.436
1001 -0,444 -0,444 -1.621
1101 -0.444 -0.444 -1.621
1202 -0,444 -0.444 -1.621
1301 -0.444 -0.444 -1.621
Рис. 2. Пример регистрации и анализа данных
Следует особо подчеркнуть, что каждый из собираемых отсчетов — это результат математической обработки нескольких выборок, производимых с частотой дискретизации АЦП и затем усредненных за период интеграции. В программе есть возможность выполнять мгновенные измерения без усреднения. Это требуется в некоторых случаях, например, когда вычисляется стандартное отклонение. Данные могут быть выборками сигнала, поступающего на вход осциллографа, результатом измерения параметра или результатом математической обработки этих данных. Записанные данные могут быть сохранены в отчет в виде графиков или таблиц данных, а также выведены на экран в реальном масштабе времени или с задержкой, если интервал между отсчетами меньше 50 мс.
Варианты отображения регистрируемых данных в программе:
1. Окно регистратора. В этом окне отображаются текущие значения на каналах, панель управления сбором данных. Управление настройками, обработкой и конфигурирование каналов осуществляется через это окно. Для допускового контроля имеется меню установки пределов и режимов сигнализации.
2. График в формате XY. Помогает определить зависимость между каналами, например построить диаграмму соотношений тока и напряжения.
3. Данные в крупноформатной таблице. В этой таблице выводятся все данные, которые могут быть сохранены на диск ПК (в стандартном текстовом формате).
4. График. В этом окне данные представлены в виде графика. Графики могут строиться непосредственно в процессе оцифровки или после сбора данных. Для разных каналов графики могут строиться отдельно или быть объединены в общий. Масштаб по осям может быть изменен вручную или автоматически. Интересующие обла-
Рис. 3. Пример табличного отчета
сти графика могут быть растянуты. График может быть сохранен на диск в графическом формате и прикреплен к отчету.
5. Примечание. Позволяет прикрепить к записанным данным пояснение (буквенно-цифровое примечание).
6. Проигрыватель. Позволяет просматривать ранее сохраненные данные. Старые данные могут исследоваться, пока новые регистрируются.
ПО PicoLog имеет два режима работы — регистратор и проигрыватель. Можно использовать одновременно несколько окон проигрывателя (рис. 2), чтобы просмотреть данные от различных источников.
Удобство регистрации данных при помощи программы состоит в том, что для отчета не нужно создавать разные форматы файлов. Данные записываются в один специализированный файл, данные из которого могут быть обработаны на любом компьютере. Для открытия этого файла требуется только сама программа PicoLog. Далее данные регистрации могут быть выведены в виде таблицы (рис. 3), визуализированы (преобразованы в графический формат) или добавлены в отчет. При этом параметры отчета не обязательно задавать перед регистрацией, они могут быть изменены после завершения сбора всех данных.
Программа PicoLog предоставляет широкие возможности по математической обработке данных (рис. 4, 5). Например, можно выполнить привязку к шкале с использованием масштабного коэффициента или формулы, совместить обработку данных по нескольким каналам, выполнить фильтрацию или усреднение и пр.
PicoLog позволяет линеаризовать функции любого датчика. Также в программе предусмотрена поддержка различных преобразователей — трансформаторов тока, термопар, датчиков освещенности, влажности и пр. Калибровочные таблицы преобразователей можно изменять — редактировать в табличном виде или с помощью математических функций, подгружать калибровочную таблицу из файла. Информация о типах датчиков хранится в отдельном файле программы, куда пользователь может добавить свои типы преобразователей. В программе PicoLog предусмотрен экспорт данных в различные фор-
Рис. 4. Пример настройки математической обработки
Рис. 5. Графический отчет с применением математической обработки
о*
Рис. 6. USB-осциллограф АКИП-4107/2
маты — текстовый, графический, поддерживается непосредственный вывод на печать, а также передача данных через удаленную сеть путем организации межсетевого протокола (ІР), который заложен в программе.
Программный пакет PicoLog превращает при необходимости ШВ-осциллографы АКИП в новый тип приборов — цифровые регистраторы. К функции наблюдения и анализа сигналов добавляется регистрация данных при помощи персонального компьютера. При этом не требуется дополнительных денежных расходов или конструктивных доработок. Цена вопроса — 18 380 рублей (цена верна на 31 марта 2010 г.) для АКИП-4107/2 (рис. 6). Пользователь становится обладателем многофункционального прибора на базе ПК в составе:
• осциллограф: 2 канала, АЦП 8 бит, полоса пропускания 25 МГц, максимальная частота дискретизации 200 МГц, память 16 кбайт (при объединении каналов);
• анализатор спектра: в полосе частот до 25 МГц (8 192 точек), 8 типов окон наблюдения спектрограмм, индикация —
амплитуда, удержание пика, среднее значение;
• генератор: 0,001 Гц — 100 кГц (синус, меандр, треугольник, пила нарастание/спад, постоянное напряжение, ГКЧ, сигнал СПФ — 4000 точек);
• регистратор данных.
С учетом такого программного усиления измерительных ресурсов за счет применения PicoLog ШВ-осциллографы серии АКИП-4106.4112, 4114 могут успешно применяться в таких областях, как управление и анализ производственных циклов, медицина, мониторинг различных процессов и аварийных ситуаций. С учетом их компактности они востребованы для архивирования данных (событий), в научных исследованиях, при эксплуатации различного рода объектов (холодильных камер, складов), в процессе приемо-сдаточных испытаний и пр. ■
