RaÄunarski sistem za izvodjenje laboratorijskih vežbi iz ... - LEDA
RaÄunarski sistem za izvodjenje laboratorijskih vežbi iz ... - LEDA
RaÄunarski sistem za izvodjenje laboratorijskih vežbi iz ... - LEDA
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
RAČUNARSKI SISTEM ZA IZVOĐENJE LABORATORIJSKIH VEŽBI IZ ELEKTRONIKEMarko Dimitrijević, Vančo Litovski, Elektronski fakultet Niš,Slavoljub Jovanović, IRVAS NišSadržaj – Računarski <strong>sistem</strong> <strong>za</strong> <strong>iz</strong>vođenje<strong>laboratorijskih</strong> vežbi <strong>iz</strong> elektronike se sastoji <strong>iz</strong> hardverskog isoftverskog dela. Hardverski deo <strong>sistem</strong>a se sastoji od PCračunara, akv<strong>iz</strong>icionih kartica i maketa koje predstavljajuelektronska kola čiji se parametri mere. Softver je real<strong>iz</strong>ovanpomoću LABVIEW razvojnog alata. Cilj ovog <strong>sistem</strong>a je daomogući jednostavniju manipulaciju instrumentima, brže<strong>iz</strong>vođenje merenja i notiranje rezultata, što omogućava koncentrisanjepažnje na suštinu merenja. Softverski deo uključujei funkcije <strong>za</strong> evidenciju studenata i praćenje rezultatavežbi.1. UVODRazvoj tehnologije personalnih računara je naročitointenzivan u prethodnih deset godina. Ovakav trend je doveodo razvoja uređaja <strong>za</strong> akv<strong>iz</strong>iciju i obradu podataka sa odgovarajućiminterfejsom <strong>za</strong> računar. Veliki broj klasičnih mernihuređaja takođe poseduje interfejs <strong>za</strong> povezivanje sa računarom.Ovi uređaji mogu pove<strong>za</strong>ti eksterno preko serijskogRS232/RS422/RS485 interfejsa, paralelnog printerskog interfejsa,ili preko bržih USB 1.1/2.0 i Ethernet interfejsa. Ethernetinterfejs je naročito pogodan, jer pruža mogućnost povezivanjavelikog broja različitih uređaja i računara u heterogenumrežu. Komunikacija sa uređajima se real<strong>iz</strong>uje preko standardnihOSI i TCP/IP modela. Ovakva reali<strong>za</strong>cija osim skalabilnostiomogućava i povećanje distance <strong>iz</strong>među uređaja iračunara. Ukoliko se primenjuje TCP/IP model, distanca jepraktično neograničena. Uređaji koji ne mogu da rade samostalno,bez računara, su real<strong>iz</strong>ovani kao PCI ili PCMCIA akv<strong>iz</strong>icionekartice. PCI kartice su namenjene desktop računarima,dok se PCMCIA kartice povezuju na prenosive računarei PDA uređaje. Prateći softver čine drajveri <strong>za</strong> rad sa uređajemi softver <strong>za</strong> akv<strong>iz</strong>iciju i obradu podataka. Funkcijeuređaja se mogu i softverski definisati, tako da su ponuđenirazvojni alati i okruženja <strong>za</strong> ovu namenu. Moguće je softverskidefinisati virtuelni instrument <strong>za</strong> različite vrste merenja.Računarski <strong>sistem</strong> <strong>za</strong> merenja u elektronici je edukativni<strong>sistem</strong>. Osnovni cilj je maksimalno uprošćavanje procesamerenja, i stavljanje u prvi plan rezultata merenja, odnosno<strong>za</strong>ključaka koji <strong>iz</strong> tih merenja proističu. Ovakav cilj je mogućenajefikasnije real<strong>iz</strong>ovati primenom akv<strong>iz</strong>icionih kartica.Merenja su podeljena po ciklusima i vežbama: prvi ciklus sesastoji od šest vežbi koje predstavljaju određivanje statičkih idinamičkih parametara poluprovodničkih elemenata i snimanjeodgovarajućih karakteristika elemenata; drugi cikluspredstavlja merenja karakteristika i snimanje amplitudskekarakteristike pojačavača sa bipolarnim tranzistorom i FETovima,dvostepenog i diferencijalnog pojačavača; treći ciklussadrži vežbe ve<strong>za</strong>ne <strong>za</strong> linearna elektronska kola – operacionipojačavač, oscilator, pojačavač snage i stabili<strong>za</strong>tor [1].2. REALIZACIJA HARDVERA SISTEMAZa reali<strong>za</strong>ciju <strong>sistem</strong>a <strong>za</strong> merenja u elektronici su korišćeneakv<strong>iz</strong>icione kartice National Instruments NIDAQPCI-6013 i PCI-6014. Kartice imaju 16 analognih ula<strong>za</strong>,brzine semplovanja 200KS/s, dva analogna <strong>iz</strong>la<strong>za</strong>, 8 digitalnihI/O kanala i dva 24-bitna brojača. Kartice se povezuju naPCI magistralu računara. Kartice su pove<strong>za</strong>ne SH68-68-EPkablom <strong>za</strong> razvodni blok CB-68LP. Merna mesta na maketamakoje predstavljaju merna kola su pove<strong>za</strong>ne na odgovarajućekonektore bloka (slika 1).Sl. 1. Razvodni blok CB-68LPAnalogni <strong>iz</strong>lazi kartice su iskorišćeni kao generatorinapona napajanja i pobudnih signala. Maksimalni jednosmerni<strong>iz</strong>lazni napon koji je moguće generisati je 10V. Ovaj naponje dovoljan <strong>za</strong> polari<strong>za</strong>ciju, napajanje maketa i merenjestatičkih karakteristika poluprovodničkih komponenti (slika2).Analogni ulazi kartice se mogu pove<strong>za</strong>ti na tri načinasa jednim priključkom bez referentne tačke (NRSE – nonreferencedsingle-ended), sa jednim priključkom i referentnomtačkom (RSE – referenced single-ended) i diferencijalno. Ureali<strong>za</strong>ciji je najčešće korišćen diferencijalni način povezivanjaradi eliminacije šuma koji nastaje na liniji razvodni blok– kartica i potiskivanje srednje vrednosti signala. Ovaj šumiako mali, može da utiče na prec<strong>iz</strong>nost merenja kod malihveličina (na primer inverzne struje <strong>za</strong>sićenja germanijumskediode). Prilikom ovakvog povezivanja ulazni signal se povezujena pozitivni ulaz instrumentacionog pojačavača na karici(odnosno pozitivni ulaz jednog analognog kanala), a referentnisignal na negativni ulaz. Ovakvim povezivanjem brojulaznih analognih kanala je smanjen na osam. Radi većegpotiskivanja common-mode šuma, može se pove<strong>za</strong>ti otpornik<strong>iz</strong>među referentne tačke (negativnog ula<strong>za</strong> instrumentacionogpojačavača na kartici) i mase. Vrednost otpornika je stotinuputa veća od ekvivalentne Tevenin-ove otpornosti kola <strong>iz</strong>međutačaka na kojima se vrši merenje. Moguća je i konfiguracijasa drugim otpornikom koji se vezuje <strong>iz</strong>među mase i pozitivnogterminala analognog kanala, čime se ostvaruje neznatnobolje potiskivanje srednje vrednosti, ali se unosi <strong>sistem</strong>atskagreška u merenje, jer smanjuje napon koji se meri zbogredne veze otpornika.Merenje struje se vrši pretvaranjem u naponski signalpomoću šanta od 100Ω. Imajući u vidu veliku ulaznu otpor-
nost instrumentacionog pojačavača, postiže se dovoljna prec<strong>iz</strong>nostovakvim merenjem.Sl. 2 Kolo <strong>za</strong> merenje karakteristike diodePrilikom reali<strong>za</strong>cije vežbi u kojima se određuju frekventno<strong>za</strong>visne veličine postoji ograničenje gornje graničnefrekvencije na 100kHz, koje je određeno maksimalnom brzinomsemplovanja akv<strong>iz</strong>icione kartice od 200kS/s. Ograničenje<strong>iz</strong>laznih analognih kanala je 10kS/s, te se prilikom <strong>iz</strong>vođenjaovakvih merenja mora koristiti eksterni generator.3. REALIZACIJA SOFTVERAU ponudi su različiti softverski alati <strong>za</strong> reali<strong>za</strong>ciju softverskogdela <strong>sistem</strong>a. Pro<strong>iz</strong>vođači akv<strong>iz</strong>icione opreme isporučujudrajvere i razvojna okruženja <strong>za</strong> reali<strong>za</strong>ciju mernih<strong>sistem</strong>a. National Instruments nudi n<strong>iz</strong> softverskih alata <strong>za</strong>razvoj aplikacija. Softverski alati mogu biti samostalna radnaokruženja, kao što je LABVIEW i LABWINDOWS/CVI, iliskup klasa, ActiveX i .NET komponenti <strong>za</strong> druga razvojnaokruženja kao što je Measurement Studio.Softver koji upravlja procesima merenja i prikazujerezultate je real<strong>iz</strong>ovan je u LABVIEW razvojnom okruženju,koje omogućava jednostavnu <strong>iz</strong>radu virtualnih instrumenata.Virtualni instrument čine interfejs ka akv<strong>iz</strong>icionoj kartici ikorisnički interfejs.PCI 6013/6014 kartice su podržane TraditionalNI-DAQ i NI-DAQmx drajverima. Interfejs ka akv<strong>iz</strong>icionojkartici je baziran na NI-DAQmx drajveru. Sva merenja seobavljaju preko virtualnih kanala, koji predstavljaju skupparametara kao što su ime kanala, f<strong>iz</strong>ički kanal, ulazni terminacionikonektori, tip merenja ili generisanja i skaliranje signala.Virtuelni kanali se mogu konfigurisati globalno na nivou<strong>sistem</strong>a ili programski preko aplikacionog interfejsa.Kod NI-DAQmx drajvera moguće je <strong>iz</strong>vršiti agregaciju višerazličitih kanala u jedan proces (task) koji predstavlja merenje,odnosno generisanje signala (slika 3), pri čemu će svikanali imati isti način akv<strong>iz</strong>icije. Analogno kanalima, procesise mogu kreirati globalno na nivou <strong>sistem</strong>a, i preko aplikacionoginterfejsa <strong>iz</strong> programa.Sl. 3 Proces koji sadrži jedan virtualni kanalKorisnički interfejs sadrži kontrole kojima se upravljaprocesom merenja (napon napajanja, frekvencija i amplitudapobudnog napona, itd.) i indikatora sa kojih se očitavaju <strong>iz</strong>merenevrednosti.4. INFORMACIONA INFRASTRUKTURA ZAIZVOĐENJE LABORATORIJSKIH VEŽBIIzvođenje <strong>laboratorijskih</strong> vežbi vrši se uz pomoć upotpunosti kompletirane informacione infrastrukture„RexxNastava“. Na sl. 4 je dat šematski prikaz arhitekture<strong>sistem</strong>a. Osnovu <strong>sistem</strong>a čine Sistem <strong>za</strong> upravljanje dokumentima„RexxDocumentum“ i web portal „Elektronika 1“.Sl. 4 Arhitektura <strong>sistem</strong>aPortal je namenjen pre svega studentima. Tome odgovarai sadržaj Portala, koji obuhvata sve bitne informacijepotrebne studentima <strong>za</strong> praćenje nastave. Portal ima statusjavnog servisa Elektronskog fakulteta. Sadržaj Portala se
kompletira <strong>iz</strong> Intranet pod<strong>sistem</strong>a koji obezbeđuje <strong>iz</strong>vođenjenastave.„RexxDocumentum“ čini Intranet infrastrukturu <strong>sistem</strong>a.Reč je o integrisanom <strong>sistem</strong>u <strong>za</strong> upravljanje Predmetimai Dokumentima (Case & Document Management), koji korisnikuobezbeđuje sve preduslove <strong>za</strong> obuhvat, kreiranje, upravljanjetokovima kretanja, pretragu i arhiviranje dokumenta,uz mogućnost digitalnog potpisivanja. Obrada obuhvatadokumente svih kategorija. Po medijumu na kome senalaze mogu se obrađivati materijalni (papirni, folije, mikrofilmovi,...) i elektronski (e-mail, web formulari, fajlovi, ...)dokumenti. Prema osnovnom sadržaju obrada obuhvata tehničko-tehnološke(bez CAD funkcija) kao i administrativnedokumente (korespondencija, fin-komercijalni dokumenti,itd.).Za potrebe <strong>iz</strong>vođenja nastave Elektronike 1„RexxDocumentum“ sadrži kompletnu dokumentaciju, kojaobuhvata:• Teorijska nastava:o Priprema predavanjao PowerPoint slide komplet• Računske vežbe:o Zbornik rešenih <strong>za</strong>datakao Komplet ispitnih <strong>za</strong>dataka• Laboratorijske vežbe:o Priručnik <strong>za</strong> laboratorijske vežbeo Izveštaje studenata o real<strong>iz</strong>ovanim vežbama• Kolokvijumi:o Zadaci <strong>za</strong> kolokvijumeo Rezultati kolokvijuma• Ispiti:o Zadaci <strong>za</strong> ispiteo Rezultati ispita5. DOKUMENTOVANJE LABORATORIJSKIHVEŽBILaboratorijske vežbe se <strong>iz</strong>vode na već opisanoj platformičiju osnovu čini merni <strong>sistem</strong> LABVIEW. Pored merenja,<strong>sistem</strong> <strong>za</strong>pisuje rezultate merenja u tabelu propisanu <strong>za</strong>određeno merenja. Po <strong>za</strong>vršetku merenja, rezultati se kompletirajuu obliku spreadsheet dokumenta, <strong>za</strong> koji postojiodgovarajući šablon.Na početku vežbe student aktivira„RexxDocumentum“ klijent, što predstavlja i zvaničnu prijavu<strong>za</strong> početak rada. U aplikaciji student može, po potrebi,konsultovati Priručnik <strong>za</strong> <strong>iz</strong>vođenje vežbe.Po <strong>za</strong>vršetku merenja student kompletira vežbu timešto „RexxDocumentum“-om obuhvati <strong>iz</strong>veštaj o vežbi u okvirusvog Dosijea, kao što je ilustrovano na slici 7. Na taj način,kompletna dokumentacija o radu studenta na vežbama sekompletira u uređeni skup, koji dokumentuje rad studenta. Tipodaci su potom na raspolaganju <strong>za</strong> sve moguće potrebe.Sl. 5 Korisnički interfejs virtuelnog instrumenta
Sl 6. Izgled grafičkog kôda u okruženju LABVIEWSl. 7 RexxDocumentum
6. ZAKLJUČAKRačunarski <strong>sistem</strong> <strong>za</strong> <strong>iz</strong>vođenje <strong>laboratorijskih</strong> vežbi<strong>iz</strong> elektronike će omogućiti jednostavniji i efikasnijiedukativni proces. Sistem ima <strong>za</strong> cilj kako olakšanje procesasavladavanja materije <strong>iz</strong> oblasti linearne elektronikestudentima, tako i jednostavan proces evidencije pohađanjanastave.Dosadašnja iskustva pokazuju da se najveći deovremena u procesu <strong>iz</strong>vođenja <strong>laboratorijskih</strong> vežbi <strong>iz</strong>gubina proveri pripremljenosti studenata i pregledu <strong>iz</strong>veštaja ourađenim vežbama. Naredni <strong>za</strong>datak će biti integrisanjeinteraktivnog testa koji će dodatno poboljšati efikasnostnastave.7. LITERATURA[1] Litovski V., Petković P., Milenković S., MilovanovićD., Glozić D., Mrčarica Ž., Maksimović D., RanđelovićZ., „Praktikum <strong>laboratorijskih</strong> vežbi <strong>iz</strong> Elektronike I“,šesto <strong>iz</strong>danje, Elektronski fakultet Niš, 1998[2] Litovski V., Lazović S., „Osnovi elektronike“, ProsvetaNiš, 1996.[3] National Instruments PCI 6014 Product Data Sheet,http://ni.com.Abstract – Computer system for laboratory exercises inelectronics consists of hardware and software part. Thehardware part is based on PC computers with acquisitioncards and circuits which parameters are measured. Thesoftware part is real<strong>iz</strong>ed using LABVIEW programmingtool. The main goal of this system is to simplify manipulationof instruments, faster measurement and notation ofthe results, providing students to concentrate on measurementessence. The software part includes functions forrecord of students and control of exercises.COMPUTER SYSTEM FOR LABORATORYEXERCISES IN ELECTRONICSMarko Dimitrijević, Vančo Litovski, Slavoljub Jovanović
Change language