Počítače v experimentu (FSI-TPE)

Akademický rok 2021/2022
Garant: Ing. Jakub Zlámal, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem kursu je seznámit studenty se základními prvky automatizovaného měření s počítačovou podporou na takové úrovni, aby byli schopni připojit měřící přístroje k počítači přes standardní rozhraní a ovládat je pomocí standardního programovacích nástrojů a také využít seriového portu PC pro generování a testování binárních signálů.
Výstupy studia a kompetence:
Realizace experimentu řízeného počítačem pomocí standardních rozhraní a programovacích nástrojů. Podrobnější znalost rozhraní RS232 a GPIB pak umožní řešit i méně standardní situace. Realizace jednoduchých virtuálních přístrojů v prostředí LabVIEW.
Prerekvizity:
Číselné soustavy - dekadická, binární, hexadecimální. Základy programování v některém programovacím jazyce (Pascal, Visual Basic, C). Technické prostředky počítače.
Obsah předmětu (anotace):
Hlavní důraz je kladen na hardwarové problémy spojené s použitím počítače jako řídicího prvku experimentální sestavy a na speciální software pro ovládání přístrojů, vytváření soustav virtuálních přístrojů a vyhodnocení výsledků experimentu. V oblasti technických prostředků je věnována pozornost A/D a D/A převodníkům, normalizovaným rozhraním (GPIB, MXI, USB, FireWire), sériovému portu, měřicím zásuvným modulům. V oblasti programové podpory řízení, sběru dat a vyhodnocení experimentu je podán přehled o existujících systémech, podrobněji je pak pojednáno o LabVIEW.
V rámci praktických cvičení se studenti seznámí se základními charakteristikami normalizovaných rozhraní. Pro návrh a realizaci některých jednoduchých automatizovaných experimentů se využívá zvuková karta PC a multifunkční měřicí moduly National Instrument. Z progaramovacích protředí se využívá převážně systému LabVIEW, v rámci projektů také prostředí Matlab.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:
Povinné absolvování všech zadaných experimentálních úloh. Zpracování závěrečného projektu. Výsledná klasifikace je dána úrovní závěrečného projektu (70%) a zpracování experimentálních úloh (30%).
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na cvičení je povinná a je kontrolována vyučujícím. Způsob nahrazení zmeškané výuky stanoví vyučující a to zpravidla vykonáním náhradního měření.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 1 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška Obecné principy použití počítače v experimentu. Návrh experimentu, stimulace systému, měření a záznam odezvy. Analýza, interpretace a prezentace výsledků. Základní obecné zásady pro přípravu experimentu.
Technické prostředky. Č/A převodníky, A/Č převodníky, multiplexery, časovače. Zásuvné moduly do PC pro komunikaci s reálným prostředím.
Způsoby komunikace měřicích přístrojů s PC. Sériový a paralelní přenos dat. Signály a způsob komunikace pro RS232, GPIB (IEEE-488), VXI, MXI,USB, FireWire (IEEE-1394).
Software pro řízení experimentu. Přehled používaných programů pro komunikaci a programovacích prostředí pro virtuální instrumentaci. Hlavní rysy a charakteristiky.
LabVIEW. Členění systému, způsob práce. Základní prostředí, způsob programování. Komunikace s měřicími přístroji v prostředí LabVIEW.
    Cvičení s počítačovou podporou 1. Programování rozhraní RS232 v prostředí LabVIEW
a) Rozsvěcování svítivek linkami rozhraní RS232
b) Ovládání multimetru Metex
2. Měřicí systém s multifunkční měřicí kartou, měření multimetrem Metex
a) Určení časové konstanty termočlánku
b) Charakteristika fotodiody
c) Nabíjení a vybíjení kondenzátoru
3. DAQ a zvukové karty pro analýzu signálů v prostředí LabView.
4. Vlastní projekt
Literatura - základní:
1. National Instruments: Instrumentation Ref. and Catalogue, 2012-2017. National Instruments, Austin TX, USA
2. IEE 488 and VXIbus Control, DA and Anal. National Instruments. Austin TX, USA.
3. Vlach, J; Havlíček, J; Vlach, M.: Začínáme s LabVIEW, Nakladatelství BEN, Praha 2008.
Literatura - doporučená:
1. Kainka B.: Měření, řízení a regulace pomocí PC. BEN - technická literatura, Praha, 2003.
2. Horák,J.: Hardware. Computer Press, Praha, 2000.
3. Matoušek,D.: USB prakticky. BEN - technická literatura, Praha 2003
4. http://czech.ni.com/akademicka-oblast
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-FIN-P prezenční studium --- bez specializace -- kl 2 Povinný 2 1 Z
M2A-P prezenční studium M-PMO Přesná mechanika a optika -- kl 2 Povinný 2 2 Z