CC BY
30
Научни трудове на Съюза на учените в България - Пловдив Серия В. Техника и технологии, том XIII., Съюз на учените, сесия 5 - 6 ноември 2015 Scientific Works of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series C. Technics and Technologies, Vol. XIII., Union of Scientists, ISSN 1311-9419, Session 5 - 6 November 2015.
ВИРТУАЛЕН БАРОМЕТЪР СЪС СТАТИСТИКА Венцеслав Пеев*,Ваня Рангелов а*,Николай Паунков* ТУ С!офия, Филиал Пловдив*
VIRTUALBAROMETERWITH STATISTICS Venceslav Peev*, Vania Rangelova*, NikolaiPaunkov* Technical University of Sofia, Br auch Pl ovdiv*
Abstract:Developed a virtual instrument for monitoring of the atmospheric pressure. Used a programming environment LabView. For the sensor is used a chip with integrated piezo crystal - MPX2202. Have been added and functions for statistical processing of the real input signal. Measurement data can be stored in a file and also read form it. Histogram, average, maximum and minimum value of accumulated for a given time interval data also appear on the front panel of the instrument.
Key words: virtual instrument, LabView, barometer, statistics
1. Въведение
В последните години бързото развитие на изчислителната техника и широкото използване на персоналните компютри (PC), свързано с все повече нарастващите им възможности и достъпни цени, определя нови направления в развитието на информационно-управляващите технологии, съответно — в системите за измерване, управление и регулиране. Масово се налага използуването на компютърно базирани системи за измерване и управление, известни като PC-базирани системи за събиране на данни (Data Acquisition -DAQ) и управление, изградени на основата на специализирани PC-платки, модули и компоненти. Чрез тях с подходящ софтуер PC се превръща във виртуален инструментариум (Virtual Instrumentation) с широки функционални възможности и голяма гъвкавост, като класическите панели, скали, бутони и пр. на уредите тук се заменят от дисплея на компютъра и съответно - от клавиатура/мишка.[1,2]
2.Разработване и експерименти с виртуален барометър за реални сигнали Използваме за DAQ системата EMANT300 USB модул за събиране на данни. За
сензор - чип модул MPX2202№ фиг. 1 е показана разработената платка. ХАРАКТЕРИСТИКИТЕ на чипа са
• 200 кРа Freescale MPX2202
• термична компенсация над 0 ° C до + 85 ° C
• ± 0.25% Линейност
• предлага се в абсолютни или диференциални конфигурации. MPX2202 е силициев пиезорезистивен сензор за налягане, който осигурява много точен и линеен изход на напрежение - пряко пропорционален на приложеното налягане. Сензорът е единичнамонолитна силициевадиафрагма.
Фиг.1
Чипът е лазерно балансиран за точен обхват,калибриране и компенсация на температурата.Диференциалното напрежение на изхода на чипа е право пропорционално на приложеното диференциално налягане. При възбудително напрежение отU=10V, измерва налягане от 0 до 200 кРа и изходно максимално напрежение 40mV.B нашия случай, сензорът е възбуден VEXC = 2.5V. Тъй катонеобходимиятток за моста е по-високот това, което е на разположение от REFOUT се изисква прост буферен усилвател.Възбудителното напрежение е 2.5V, затова пълният обхват за изхода се мащабира до 10mV. Когато входа на EMANT300 е настроен на този диапазон, модулът може да измерва с резолюция по малка от 1uV поради своя програмируем коефициент на усилване и резолюция на ADC(24 bit). Налягането в кРа по отношение на изходното напрежение VO (при диференциалния вход AIN4, AIN3 на EMANTa) ще е :р = VO * 20000
Крайният вид на разработения инструмент е даден на фиг.2 в работен режим на измерване, а на фиг. 3 блоковата му диаграма.
Pressure monitoring instrument with statistics
Фиг.2
На базата на направени изследвания се установява, че атмосферното налягане варира в малки граници и зада се покажат възможностите на инструментасе добавя бял Гаусов шум.Гаусовият шум е намесващо се въздействие което се наблюдава в канала за предаване на данни. За този шум са характерни :равномерна спектрална плътност,нормално разпределение на амлитудата,допълнителен метод за въздействие на сигнала. С помощта на бутон 81аШйссе избират различните видове статистически стойности:Средна аритметична, Стандартно отклонение, Вариация, Асиметрия ,Ексцес , Медиана, Мода, Средна квадратична .
Добавя се също и Write To Measurement File от палетата с функции. Тази функция записва стойностите от измервания сигнал в текстов формат с разширение LVM или бинарен формат с разширение TDMS или TDM. След като се постави се появява диалогов прозорец. По подразбиране функцията ще запазва данните в текстов формат и ще ги запаметява в папка "LabVIEW Data", която се намира в Documents на компютъра.
На фигура 1 се вижда как виртуалният инстумент работи и измерва реалното атмосферно налягане. Стойността на налягането е 1022 hPa и 767 mmHg ..Стойността на входния сигнал е 0,00028 mV, с честота на дисктетизация 10S/s^ помощта на белия Гаусов шум се променя процентната грешка в зависимост от претенциите към виртуалния инструмент.
Таблица 1.
Максимум 1034.157 hPa Minimum 1029.035 hPa
№ hPa № hPa № hPa № hPa
1 1032.019 21 1030.254 41 1032.326 61 1030.250
2 1030.889 22 1032.965 42 1029.514 62 1031.710
3 1031.903 23 1031.501 43 1032.089 63 1033.287
4 1032.715 24 1032.091 44 1029.035 64 1031.187
5 1031.358 25 1033.422 45 1031.995 65 1032.934
6 1030.011 26 1032.535 46 1030.042 66 1032.150
7 1033.025 27 1032.332 47 1034.149 67 1033.425
8 1031.119 28 1030.356 48 1031.356 68 1033.402
9 1032.807 29 1031.710 49 1031.034 69 1030.346
10 1032.571 30 1033.287 50 1030.776 70 1030.231
11 1030.442 31 1031.187 51 1032.891 71 1030.658
12 1032.534 32 1032.934 52 1031.746 72 1030.901
13 1031.997 33 1032.150 53 1031.672 73 1031.689
14 1031.587 34 1033.425 54 1033.950 74 1032.291
15 1032.332 35 1033.402 55 1031.120 75 1030.765
16 1031.668 36 1030.346 56 1032.434 76 1032.302
17 1033.801 37 1030.231 57 1033.114 77 1034.157
18 1032.337 38 1030.658 58 1031.348 78 1033.246
19 1029.743 39 1030.901 59 1031.910 89 1032.308
20 1032.307 40 1031.689 60 1030.826 80 1033.255
Крайни стойности от измерванията:
> При 0% грешка стойността на атмосферното налягане за избрания период от време е 1023 ЬРа
> При 1% грешка минималната и максималната стойности на налягането отчетено от хистограмата е 1029 - 1034ЬРа
> При 5% грешка минималната и максималната стойности на налягането отчетено от хистограмата е 1071 - 1075 hPa
> При 10% грешка минималната и максималната стойности на налягането отчетено от хистограмата е 1120 - 1126 hPa
> Напрежението е 0,00028 V
С помоща на функцията Write To Measurement Ш^в алгоритъма на виртуалния инстрирумент, се дава възможност да се извеждат данните на измереното налягане В табл. 1 е са показани резултати от тези измервания при зададена 1% грешка. След направените измервания, получените данни се въвеждат в готова програма за статистикаStatisticks Solver. Получените резултата са показани на фиг 3
MiSd]
■*1иы*1 rjurmr Гц Jm^idW ill Cmih^iJ
Фиг.3.
3. Изводи
Разработеният виртуален инструмент е реален измервателен уред и служи за измерване на атмосферното налягане. Добавянето Гаусов шум, дават възможност дасе покажат възможностите на разработения инструмент за мониторинг на атмосферното налягане в реално време и последваща статистика.Полученият масив от данни за определено време може да се съхрани във вид на файл и да се ползва по-късно. Понеже се използва 24 битов ЛБСработещ в обхвата от ±2,5У точността на изходнотонапрежение е около 0,3цУ, което е и една много добра точност.Използва се допълнителна програма за статистика, в която се вкарват данните от разработения виртуален барометър за последваща по пълна статистическа Системата за събиране на данни на разработеният инструмент лесно се контролира и модифицира чрез компютър.
4. Литература
[1]Г.Кръстев.Средства за автоматизация на научните изследвания.Въведение в ЬаЬУЕУ, Русе,2000г
[2] http://emant.com/251004.page
