Řízení experimentu počítačem (FSI-9PEX)

Akademický rok 2022/2023
Garant: doc. RNDr. Miroslav Doložílek, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština či angličtina
Cíle předmětu:
Cílem kursu je seznámit studenty se základními prvky automatizovaného měření s počítačovou podporou na takové úrovni, aby byli schopni vybrat a připojit detektory a měřící přístroje k počítači přes standardní rozhraní a ovládat je pomocí standardních programovacích nástrojů. Pozornost je věnována také využití sériového portu PC a DI/O signálů měřicích karet pro generování a detekci binárních signálů.
Výstupy studia a kompetence:
Realizace experimentu řízeného počítačem prostřednictvím standardních rozhraní a programovacích nástrojů. Podrobnější znalost rozhraní RS232, GPIB a USB pak umožní řešit i méně standardní situace. Realizace jednoduchých virtuálních přístrojů v prostředí LabVIEW.
Prerekvizity:
Číselné soustavy (decimální, hexadecimální, binární). Základy propgramování v některém z programovacích jazyků (Pascal, Visual Basic,C). Technické vybavení PC.
Obsah předmětu (anotace):
Hlavní důraz je kladen na technické problémy spojené s použitím počítače jako řídicího prvku experimentální sestavy a na programové prostředky 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 a sběrnicím (RS232, USB, GPIB, FireWire,Ethernet), měřicím zásuvným modulům a základnám. V oblasti programové podpory řízení, sběru dat a vyhodnocení experimentu je podán přehled o existujících systémech, podrobněji je pak pojednáno o vývojovém prostředí LabVIEW.
V rámci praktických cvičení se studenti blíže seznámí se základními charakteristikami rozhraní, sběrnic a měřicích modulů včetně senzorů hluku, vibrací a polohy. Pro návrh a realizaci některých jednoduchých automatizovaných experimentů se využívá převážně vývojové prostředí LabVIEW s měřicími moduly National Instrument, v rámci projektů rovněž programové prostředí Matlab a Simulink.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny a laboratorního měření.
Způsob a kritéria hodnocení:
Pro absolvování předmětu je třeba změřit dle vlastního výběru 2 úlohy související s připojením a ovládáním přístrojů a zařízení pomocí PC, odevzdat protokoly o měření a vypracovat závěrečný projekt.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na praktických měřeních kontroluje vyučující. Způsob náhrady za zmeškanou výuku stanoví učitel po dohodě se studentem.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  10 × 2 hod. nepovinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Obecné principy použití počítače v experimentu. Návrh experimentu, stimulace systému, měření a záznam odezvy.
2. Technické prostředky. D/A a A/D převodníky, multiplexery, FPGA, měřicí karty, měřicí základny.
3. Způsoby komunikace měřicích přístrojů s PC. Ovladače. Sériový a paralelní přenos dat. Signály a způsob komunikace pro RS232.
4. Normalizované sběrnice, význam, používané systémy. Signály a způsob komunikace pro USB, GPIB (IEEE-488), FireWire (IEEE-1394), Ethernet.
5. Programovací nástroje pro řízení experimentu. Tradiční a virtuální přístroje.
6. LabVIEW. Členění systému, programování, komunikace s přístroji, virtuální instrumentace.

Praktická měření:
1. Ovládání rozhraní RS232, nastavení linek Digital I/O multifunkční měřicí karty v prostředí LabVIEW.
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. Měření akustických charakteristik dutinových rezonátorů.
4. Měření vibrací elektrického motoru.
5. Měření s tenzometry.

Vlastní projekt.
Literatura - základní:
1. National Instruments. Austin, TX, USA. Technical support. http://www.ni.com/cs-cz/support.html .
2. Bishop, R.H.: LabWIEW Student Edition. Pearson Prentice Hall 2007
3. Tan, L; Diang, J.: Digital Signal Processing. Academic Press, 2019
Literatura - doporučená:
4. DEWETRON GmbH catalogs and technical brochures. https://pdf.directindustry.com/pdf/dewetron-gmbh-25786.html
5. Staudenmaier,H.M.: Physics Experiments Using PCs. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1995
6. Kainka B., Berndt H.-J.: Využití rozhraní PC pod Windows. Nakladatelství HEL, Ostrava, 2000.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
D-ENE-P prezenční studium --- bez specializace -- drzk 0 Doporučený kurs 3 1 Z
D-ENE-K kombinované studium --- bez specializace -- drzk 0 Doporučený kurs 3 1 Z