David Novák - Odbor termomechaniky a techniky prostředí
Transkript
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta strojního inženýrství Energetický ústav DIPLOMOVÁ PRÁCE Brno 2002 David Novák VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ENERGETICKÝ ÚSTAV ODBOR TERMOMECHANIKY A TECHNIKY PROSTŘEDÍ DIPLOMOVÁ PRÁCE MĚŘÍCÍ A VIZUALIZAČNÍ PROGRAM PRO MĚŘENÍ VNITŘNÍCH A VNĚJŠÍCH TEPLOT BUDOVY Vypracoval: David Novák Vedoucí diplomové práce: Ing. Josef Štětina Číslo diplomové práce: VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Celkový počet stran: 61 BRNO červen 2002 Čestné prohlášení Prohlašuji, že tuto diplomovou práci jsem vypracoval samostatně bez cizí pomoci. Vycházel jsem při tom ze svých znalostí, odborných konzultací a doporučené literatury, uvedené v seznamu.. V Brně dne 25.5.2002 …………………………………… podpis Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval svým rodičům, kteří mi svou podporou umožnily studium na této škole. Dále děkuji svému vedoucímu diplomové práce Ing. Josefu Štětinovi za poskytnutí cenných rad a připomínek k tomuto projektu. VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Anotace: Projekt je zaměřen na návrh software pracujícího pod operačním systémem MS Windows pro sběr a zpracování dat z měřících modulů ADAM 4018 s možností prezentace dat na síti Internet. Součástí jsou i příklady použití programu a modulů v praxi spolu s různými typy měřících čidel. Přiložen je zdrojový kód programu v jazyku Delphi 5. Annotation: The project deals with the design of a software, running under MS Windows operating system, for the acquisition and processing of data from measuring modules ADAM 4018 with data presentation on a website. The project contains examples of implementation of the program and the use modules with different measuring sensors. The appended source code of the software for the Delphi 5 compiler. 6 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 OBSAH 1 ÚVOD ............................................................................................................................... 10 2 HARDWARE ................................................................................................................... 11 2.1 Moduly firmy Advantech............................................................................................ 11 2.1.1 Základní přehled................................................................................................... 11 2.1.2 Měřící modul ADAM 4018.................................................................................. 12 2.1.3 Komunikační modul ADAM-4520 ...................................................................... 13 2.1.4 Komunikační modul ADAM-4561 ...................................................................... 14 2.1.5 Příkazová sada modulu ADAM 4018 .................................................................. 15 2.2 Měřící čidla ................................................................................................................. 25 2.2.1 Termoelektrické teploměry .................................................................................. 25 2.2.2 Integrovaný teplotní senzor AD592 ..................................................................... 26 2.2.3 Čidlo měření intenzity slunečního záření – Pyranometr SG002 .......................... 28 2.2.4 Souprava pro měření směru větru a rychlosti větru ............................................. 29 2.3 Komunikační sběrnice ................................................................................................ 30 2.3.1 Sběrnice RS-485................................................................................................... 30 2.3.2 Sběrnice RS-232................................................................................................... 30 2.3.3 Sběrnice USB ....................................................................................................... 32 2.4 Řídící počítač .............................................................................................................. 33 2.5 Chyby měření.............................................................................................................. 34 2.5.1 Přímé měření ........................................................................................................ 35 2.5.2 Nepřímé měření.................................................................................................... 35 2.5.3 Rozbor chyb v měřícím řetězci ............................................................................ 36 2.6 Kalibrace ..................................................................................................................... 36 2.6.1 Kalibrace měřících čidel AD 592BN ................................................................... 36 2.6.2 Kalibrace CJC senzoru modulu ADAM 4018...................................................... 37 3 SOFTWARE .................................................................................................................... 38 3.1 Vývojové prostředí Borland Delphi............................................................................ 38 3.2 Vytvořený program Akomuni..................................................................................... 39 3.2.1 Stručný popis........................................................................................................ 39 3.2.2 Diagramy programu ............................................................................................. 39 3.2.3 Statistické informace ............................................................................................ 41 3.3 Konfigurační utilita firmy Advantech......................................................................... 42 4 POUŽITÍ PROGRAMU V PRAXI................................................................................ 45 4.1 Solární systém Moravské zemské knihovny............................................................... 45 4.1.1 Rozmístění čidel................................................................................................... 46 4.1.2 Schéma a popis zapojení ...................................................................................... 47 4.1.3 Příklad naměřených hodnot.................................................................................. 48 4.2 Experimentální výzkum teplotních polí ve vytápěných místnostech ......................... 49 4.2.1 Rozmístění čidel................................................................................................... 49 4.2.2 Schéma a popis zapojení ..................................................................................... 50 4.2.3 Příklad naměřených hodnot.................................................................................. 51 4.3 Meteorologická stanice .............................................................................................. 53 4.3.1 Umístění čidel ...................................................................................................... 54 4.3.2 Schéma a popis zapojení ...................................................................................... 54 7 VUT BRNO, FSI-EÚ 4.3.3 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Příklad naměřených hodnot.................................................................................. 55 5 ZÁVĚR ............................................................................................................................. 57 6 PŘÍLOHY NA CD ........................................................................................................... 58 7 POUŽITÉ ZDROJE INFORMACÍ ............................................................................... 59 7.1 7.2 8 Použitá literatura ......................................................................................................... 59 Ostatní zdroje informací ............................................................................................. 59 SEZNAM OBRÁZKŮ A TABULEK ............................................................................ 60 8.1 8.2 Seznam obrázků .......................................................................................................... 60 Seznam tabulek ........................................................................................................... 61 8 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Seznam použitých veličin Značka p(y) R t ts u v δ σ τ Veličina pravděpodobnost funkce y odpor teplota teplota CJC senzoru napětí rychlost celková chyba měření rozptyl časová konstanta termočlánku 9 Jednotka % Ω °C °C V m.s-1 % % s VUT BRNO, FSI-EÚ 1 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Úvod Prudká dynamika rozvoje v oblasti výpočetní techniky se samozřejmě projevuje i v oblasti měřících systémů. Jedná se jak o vlastní technické vybavení (nové sběrnice a rozhraní), tak o programové prostředky a programovací techniky (grafická vývojová prostředí, programovací techniky pod Windows a Unix, operační systémy reálného času). Tyto technologie nám dovolují v určitých oblastech dosáhnout vyšší přesnosti měření eliminací chybného odečítání z analogového měřícího přístroje nebo automatickou kalibrací. Největší výhoda však spočívá v automatizaci celého procesu měření od sběru dat přes přenos do řídícího systému (ve většině případů PC IBM kompatibilní) a následného zpracovaní, případně prezentaci naměřených dat (v grafické nebo tabulkové podobě). Tímto se dá také zredukovat potřebný počet obsluhy na minimum. 10 VUT BRNO, FSI-EÚ 2 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Hardware 2.1 Moduly firmy Advantech Firma Advantech má ve svém výrobním programu mnoho různých průmyslových měřících modulů. Moduly řady ADAM-4000 jsou navrženy jako kompaktní a univerzální vstupní a výstupní jednotky rozhraní mezi řídicím počítačem a technologií. S řídicím počítačem komunikují prostřednictvím průmyslové sběrnice RS-485 (formou dotaz odpověď). Softwarově nastavitelná konfigurace, komunikační parametry a síťová adresa každého modulu se zapisují do paměti typu EEPROM. Široký sortiment modulů, jednoduchá montáž na DIN-lištu, velký rozsah napájecích napětí, nízká spotřeba a možnosti využití vlastností sběrnice RS-485 (až 32 modulů v jednom segmentu, délka segmentu až 1200 m) předurčují tyto moduly pro výstavbu rozsáhlých sítí pro vzdálené měření a řízení. K dispozici jsou také komunikační moduly pro přenos dat po optických kabelech, sítí Ethernet nebo rádiově, podporovány jsou sběrnice RS-232 a modernější USB, které zajišťují připojení ke standardnímu IBM PC. 2.1.1 Základní přehled V tabulce 1 jsou uvedeny základní typy modulů včetně stručného popisu funkce. Označení ADAM-4011 ADAM-4012 ADAM-4013 ADAM-4016 ADAM-4017 ADAM-4018 ADAM-4019 ADAM-4021 ADAM-4050 ADAM-4052 ADAM-4053 ADAM-4060 ADAM-4080 ADAM-4500 ADAM-4510 ADAM-4520 ADAM-4521 ADAM-4522 ADAM-4530 ADAM-4541 ADAM-4542 ADAM-4550 ADAM-4561 ADAM-4572 Popis Analogový vstupní modul Analogový vstupní modul Analogový RTD vstupní modul Modul voltmetru 8-kanálový vstupní modul 8-kanálový termočlánkový vstupní modul 8-kanálový univerzální analogový vstupní modul Analogový výstupní modul Digitální I/O modul Digitální vstupní modul s izolovanými vstupy 16-kanálový vstupní modul Reléový výstupní modul Modul čítače Komunikační kontroler na bázi PC Repeater RS-422/485 Izolovaný RS-232 - RS-422/RS-485 převodník Adresovatelný RS-232 - RS-422/RS-485 převodník RS-232 - RS-422/RS-485 převodník Leased modem inteface RS-232/RS-422 - Optické vlákno převodník RS-232/RS-422 - Optické vlákno převodník Rádio modem 2,4GHz USB – RS-232/RS-422/RS-485 převodník Ethernet/Modbus brána Tab. 1 Moduly ADAM řady 4000 a 4500 11 VUT BRNO, FSI-EÚ 2.1.2 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Měřící modul ADAM 4018 ADAM-4018 je šestnáctibitový, osmikanálový analogový vstupní modul, který zabezpečuje programovatelnost vstupních rozsahů na všech kanálech. Tyto moduly jsou cenově výhodným řešením pro průmyslové měření a monitorování aplikací. Modul provádí převod analogového signálu na číslicový signál na všech osmi kanálech, obsahuje pouze jeden D/A převodník, jednočipový mikrokontrolér a podpůrné obvody. Měření probíhá postupně, jednotlivé kanály jsou ke vstupu převodníku připojovány pomocí multiplexeru, který zajišťuje periodické střídání všech kanálů (dynamický režim). Každý kanál je k převodníku připojen na předem stanovenou dobu ve které se provede měření a převod analogové (napěťové) úrovně vstupu na číselnou hodnotu. Takto získaná data dále zpracovává mikrokontrolér, který provede zpracování a pošle je po sběrnici RS-485 k řídicímu počítači. Obr. 1 Blokové zapojení modulu ADAM 4018 Parametry: • • • • • • • • • • • 8 vstupů (6 diferenčních vstupů + 2 se společnou zemí) 16 bitové rozlišení Vstupní rozsahy: ± 15 mV, ± 50 mV, ± 100 mV, ± 500 mV, ± 1 V, ± 2,5 V, ± 20 mA Izolační ochrana 3000V= Rychlost vzorkování 10 samplů/s Vstupní impedance 20MΩ Šířka pásma 13,1 Hz při 50 Hz; 15,72 Hz při 60 Hz Přesnost napěťových vstupů ± 0,1% Rozsahové kolísání ± 25 ppm/°C Nulové kolísání ± 3 µV/°C Napájecí napětí: +10 ÷ +30V= 12 VUT BRNO, FSI-EÚ • • VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Maximální příkon 0,8 W Typy termočlánků a rozsah pracovních teplot: Typ J K T E R S B Rozsah teplot 0÷760°C 0÷1370°C -100÷400°C 0÷1000°C 500÷1750°C 500÷1750°C 500÷1800°C Tab. 2 Typy termočlánků 2.1.3 Komunikační modul ADAM-4520 Umožňuje využívat výhody RS-485 i u systémů původně vybavených RS-232. Tento převaděč konvertuje signál RS-232 na samostatný signál RS-485. To znamená, že není třeba měnit počítačový hardware ani software. ADAM-4520 umožňuje jednoduše vybudovat dálkový komunikační systém na průmyslové úrovni se standardním počítačovým hardwarem. ADAM-4520 je vybaven konektorem RS-232 DB-9. Tento konektor umožňuje jednoduché propojení s téměř každým počítačem, který podporuje RS-232. Spojení RS-485 je uskutečňováno přes šroubovací terminály, které jsou uzpůsobeny pro zapojení krouceného páru drátů. Kroucený pár drátů umožní posílat RS-485 signál přes celou EIA standardní vzdálenost (1200 m). Šroubovací snadno vyjímatelné svorkovnice umožňují vypojení modulu i bez narušení elektroinstalace. Vlastnosti: • • • • • • • • • Rychlost přenosu až 115,2 Kbps Izolační ochrana 3000V= Automatická kontrola toku dat u sběrnice RS-485 Maximální komunikační vzdálenost 1200m (pro RS-485) Maximální délka propojovacího kabelu 5m Maximální příkon 1,2 W Napájecí napětí: +10 ÷ +30V= Připojení konektorem DB9 Podpora operačních systémů DOS 6,Windows 98/ME/2000, Linux 13 VUT BRNO, FSI-EÚ 2.1.4 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Komunikační modul ADAM-4561 Novinka v sortimentu firmy Advantech, reagující na zavedení sběrnice USB, která má v budoucnu nahradit pomalejší a zastaralé sběrnice pro připojení periférií. U novějších počítačů (zejména pak notebooků) slouží i k připojení starších periférií sběrnice RS-232. Připojením tohoto modulu dostáváme k dispozici 2 porty RS-232/RS-422/RS-485. Na IBM PC po nainstalování speciálního driveru je možné používat programy původně psané pro komunikaci po RS-232 (ADAM-4520, atd.), s tím, že jako komunikační port se využívá virtuální COM port vytvořený uvedeným driverem. Není tedy nutné vyvíjet programy nové. Parametry: • • • • • • • • • • • Plně kompatibilní se specifikací USB v1.1 Podpora dvou portů RS-232/RS-422/RS-485 Rychlost přenosu až do 115,2 Kbps Izolační ochrana 3000V = Automatická kontrola toku dat u sběrnice RS-485 Plug & Play instalace Podpora pro operační systémy Windows 98/ME/2000, Linux Maximální délka propojovacího kabelu 4,6 m Odběr typicky 270 mA při 5V, maximálně 300 mA při +5V (z portu USB) Rozsah pracovních teplot 0÷70°C Rozsah pracovních vlhkostí 20÷95% (nekondenzující) 14 VUT BRNO, FSI-EÚ 2.1.5 Příkazová sada modulu ADAM 4018 Syntaxe příkazu %AANNTTCCFF $AA2 $AAF $AAM #AA #AAN #AA5VV $AA6 $AA0 $AA1 #** $AA4 $AA3 $AA9 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Název příkazu Konfigurace Popis Nastavuje adresu, vstupní rozsah, rychlost přenosu dat, formát dat, kontrolní součet, a integrační čas pro specifik. analogový modul Konfigurační status Vrací konfigurační parametry pro specifikovaný analogový modul Čti verzi firmwaru Vrací kódové číslo firmwaru pro specifikovaný analogový modul Čti jméno modulu Vrací jméno specifikovaného analogového modulu Vstupní analogová data Vrací vstupní hodnoty ze specifikovaného analogového modulu ve smluveném formátu dat Čti analogová data z kanálu N Vrací vstupní hodnotu z kanálu čísla N specifikovaného analogového modulu Povol/Zakaž kanály pro Povoluje/Zakazuje multiplexování multiplexování současně pro jednotlivé kanály spec. vstupního modulu Čti status kanálů Vrací informace o statusu všech osmi kanálů Kalibrace zesílení Kalibruje analogový vstup na korekci chyby zesílení Kalibrace offsetu Kalibruje analogový vstup pro kompenzaci chyby offsetu Synchronizované vzorkování Přikáže všem analogovým vstupním modulům vzorkovat hodnoty a uložit je ve speciálních registrech. Čtení synchronizovaných dat Vrací hodnotu které byly uloženy ve speciálních registrech modulu po použití příkazu #** CJC Status Vrací hodnotu CJC senzoru pro specifikovaný analogový vstupní modul CJC Kompenzační kalibrace Kalibruje CJC senzor pro kompenzaci chyby Tab. 3 Příkazy měřícího modulu ADAM 4018 15 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 %AANNTTCCFF Jméno Konfigurace Popis Nastavuje adresu, vstupní rozsah, rychlost přenosu dat, formát dat, kontrolní součet, a/nebo integrační čas pro specifikovaný analogový modul Syntaxe %AANNTTCCFF(cr) % je oddělovací znak. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu určeného ke konfiguraci. NN reprezentuje novou adresu analogového vstupního modulu. Rozsah je od 00h do FFh. TT reprezentuje kód vstupního rozsahu. (tab. 4) CC reprezentuje kód přenosové rychlosti. (tab. 5) FF je hexadecimální číslo které je ekvivalentní 8-bitovému parametru reprezentující datový formát, status kontrolnímu součtu a integrační čas. Rozbor 8-bitového parametru je na obr. 2 . Bity 2 až 5 nejsou použity a jsou nastaveny na 0. (cr) příznak konce řetězce (0Dh) Obr. 2 Popis jednotlivých bitů parametru FF příkazu %AANNTTCCFF Odezva !AA(cr) jestliže je příkaz platný. ?AA(cr) jestliže je příkaz neplatný. ! oddělovací znak indikující platný příkaz. ? oddělovací znak indikující neplatný příkaz AA (rozpětí 00-FF) reprezentující 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). 16 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Kód vstupního rozsahu (HEX) 00 01 02 03 04 05 06 0E 0F 10 11 12 13 14 Vstupní rozsah ± 15 mV ± 50 mV ± 100 mV ± 500 mV ±1V ± 2,5 V ± 20 mA1 Termočlánek J 0º to 760º C Termočlánek K 0º to 1000º C Termočlánek T -100º to 400º C Termočlánek E 0º to 1000º C Termočlánek R 500º to 1750º C Termočlánek S 500º to 1750º C Termočlánek B 500º to 1800º C Tab. 4 Kódy vstupních rozsahů Kód přenosové rychlosti (HEX) 03 04 05 06 07 08 Přenosová rychlost 1200 bps 2400 bps 4800 bps 9600 bps 19,2 kbps 38,4 kbps Tab. 5 Kódy přenosových rychlostí 17 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 $AA2 Jméno Konfigurační status Popis Příkaz požadující vrácení konfiguračních dat z analogového vstupního modulu na adrese AA. Syntaxe $AA2(cr) $ je oddělovací znak. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu. 2 je příkaz Konfigurační status. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). Odezva !AATTCCFF(cr) jestliže je příkaz platný. ?AA(cr) jestliže byl příkaz neplatný. ! oddělovací znak indikující platný příkaz. ? oddělovací znak indikující neplatný příkaz. AA (rozpětí 00-FF) reprezentující 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu. TT reprezentuje aktuální kód vstupního rozsahu (Tab.4). CC reprezentuje aktuální kód rychlosti přenosu (Tab.5). FF je hexadecimální číslo které je ekvivalentní 8-bitovému parametru reprezentující datový formát, status kontrolnímu součtu a integrační čas. Rozbor 8-bitového parametru je na obr. 2 . Bity 2 až 5 nejsou použity a jsou nastaveny na 0. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). $AAF Jméno Čti verzi firmwaru Popis Vrací kódové číslo firmwaru pro specifikovaný analogový modul Syntaxe $AAF (cr) $ je oddělovací znak. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu. F identifikuje příkaz. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). Odezva !AA(Verze)(cr) jestliže je příkaz platný. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu. (Verze) verze firmwaru modulu na adrese AA (cr) příznak konce řetězce (0Dh). 18 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 $AAM Jméno Čti jméno modulu Popis Vrací jméno specifikovaného analogového modulu Syntaxe $AAM (cr) $ je oddělovací znak. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu. M identifikuje příkaz. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). Odezva !AA(Jméno modulu)(cr) jestliže je příkaz platný. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu. (Jméno modulu) jméno modulu na adrese AA. Např.: !014018(cr) pro modul ADAM 4018 s adresou 01H #AA Jméno Vstupní analogová data Popis Vrací vstupní hodnoty ze specifikovaného analogového modulu ve smluveném formátu dat Syntaxe #AA(cr) # je oddělovací znak. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). Odezva >(data)(cr) > je oddělovací znak. (data) je vstupní hodnota v konfigurovaném formátu. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). 19 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 #AAN Jméno Čti analogová data z kanálu N Popis Vrací vstupní hodnotu z kanálu čísla N specifikovaného analogového modulu. Syntaxe #AAN(cr) # je oddělovací znak. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu. N identifikuje kanál ze kterého chceme číst. Platná hodnota N je v rozpětí 0 - 7. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). Odezva >(data)(cr) > je oddělovací znak. (data) vstupní hodnota kanálu N. Data obsahují znaménko + nebo – , následuje 5 číslic s pevnou desetinou čárkou. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). $AA5VV Jméno Povol/Zakaž kanály pro multiplexování Popis Povoluje/Zakazuje multiplexování současně pro jednotlivé kanály spec. vstupního modulu. Syntaxe $AA5VV(cr) $ je oddělovací znak. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu. 5 identifikuje příkaz. VV jsou 2 hexadecimální hodnoty. Horní 4-bity reprezentují status kanálů 4-7, spodní 4-bity pak status kanálů 0-3. Hodnota 0 příslušného bitu značí vypnutý kanál, 1 zapnutý kanál. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). Odezva !AA(cr) jestliže je příkaz platný. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). 20 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 $AA6 Jméno Čti status kanálů Popis Vrací informace o statusu všech osmi kanálů Syntaxe $AA6(cr) AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu. Status kanálů definuje, který kanál je zapnutý nebo vypnutý. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). Odezva !AAVV(cr) jestliže je příkaz platný. ?AA(cr) jestliže je příkaz neplatný. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu. VV jsou 2 hexadecimální hodnoty. Horní 4-bity reprezentují status kanálů 4-7, spodní 4-bity pak status kanálů 0-3. Hodnota 0 příslušného bitu značí vypnutý kanál, 1 zapnutý kanál. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). $AA0 Jméno Kalibrace zesílení Popis Kalibruje analogový vstup na korekci chyby zesílení Syntaxe $AA0(cr) $ je oddělovací znak. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu určeného ke kalibraci. 0 identifikuje příkaz. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). Odezva !AA(cr) jestliže je příkaz platný. ?AA(cr) jestliže je příkaz neplatný. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). 21 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 $AA1 Jméno Kalibrace offsetu. Popis Kalibruje analogový vstup pro kompenzaci chyby offsetu Syntaxe $AA1(cr) $ je oddělovací znak. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu určeného ke kalibraci. 1 identifikuje příkaz. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). Odezva !AA(cr) jestliže je příkaz platný. ?AA(cr) jestliže je příkaz neplatný. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). #** Jméno Synchronizované vzorkování Popis Přikáže všem analogovým vstupním modulům vzorkovat hodnoty a uložit je ve speciálních registrech. Syntaxe #** # je oddělovací znak. ** identifikuje příkaz. příznak konce řetězce (0Dh) není vyžadován. Odezva Po provedení tohoto příkazu nepošlou analogové vstupní moduly odpověď. Požadavek na vrácení dat musí být vydán pro každý modul samostatně , tj. zasláním příkazu Čtení synchronizovaných dat. 22 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 $AA4 Jméno Čtení synchronizovaných dat Popis Vrací hodnotu které byly uloženy ve speciálních registrech modulu po zaslání příkazu #** Syntaxe $AA4(cr) $ je oddělovací znak. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu ze kterého mají být zaslány data. 4 identifikuje příkaz. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). Odezva !AA(status)(data)(cr) jestliže je příkaz platný. ?AA(cr) jestliže je příkaz neplatný. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu, který odpověděl. (status) značí zda data (data) po posledním příkazu synchronizovaného čtení (#**) byla již odeslána. Jestliže má status hodnotu 1, byla data poslána poprvé od zaslání příkazu synchronizovaného vzorkování, v případě, že status má hodnotu 0, byla data poslána alespoň jednou již dříve. (data) je vstupní hodnota uložená ve speciálním registru v konfigurovaném formátu. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). $AA3 Jméno CJC Status Popis Vrací hodnotu CJC senzoru pro specifikovaný analogový vstupní modul Syntaxe $AA3(cr) $ je oddělovací znak. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu jehož CJC status chceme vrátit. 3 identifikuje příkaz. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). Odezva >data(cr) jestliže je příkaz platný. ?AA(cr) jestliže je příkaz neplatný. > je oddělovací znak. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu. (data) hodnota CJC senzoru. Data obsahují znaménko + nebo – , následuje 5 číslic s pevnou desetinou čárkou. Rozlišení je 0,1ºC. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). 23 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 $AA9 Jméno CJC Kompenzační kalibrace Popis Kalibruje CJC senzor pro kompenzaci chyby. Syntaxe $AA9S(number of counts)(cr). $ je oddělovací znak. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu. 9 identifikuje příkaz. S znaménko, + nebo -, indikující směr změny korekce CJC senzoru. (počet dílků) čtyři hexadecimální znaky, jeden “dílek” = 01H Každý dílek odpovídá přibližně 0,009° C. Hodnota v rozsahu od 0000 do FFFF. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). Odezva !AA(cr) jestliže je příkaz platný. ?AA(cr) jestliže je příkaz neplatný. AA (rozsah 00-FF) reprezentuje 2-znakovou hexadecimální adresu analogového vstupního modulu. (cr) příznak konce řetězce (0Dh). 24 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 2.2 Měřící čidla 2.2.1 Termoelektrické teploměry Zahříváním spoje dvou různých elektricky vodivých látek vzniká potenciální rozdíl, ze kterého lze usuzovat na teplotu spoje. Termoelektrické teploměry jsou vybaveny termoelektrickými čidly – termočlánky. Termočlánek představuje dva různé vodiče, které jsou na jednom konci spojené nejlépe svařením nebo pájením a na druhém konci připojeny ke svorkovnici. Vzhledem k relativně malému rozměru termočlánkového spoje lze termočlánky využívat i pro dynamická měření nebo měření teplot povrchů. Příklady vhodných dvojic kovů pro termočlánky jsou uvedeny v tab. 6, v praxi se však můžeme setkat i s jinými typy. Plášťové termočlánky mají plášť z nerezavějící oceli, inconelu apod. Vodiče mohou být v plášti izolovány stlačeným MgO nebo AL2O3. Spoje termočlánků mohou být propojené s pláštěm (uzemněné) nebo izolované, popřípadě otevřené – termočlánek bez pláště a bez izolace. Krajní náhodné chyby termočlánků mohou být u laboratorních měření od 0,2K a u provozních měření se pohybují v jednotkách Kelvina, přičemž vyšší hodnoty platí pro vyšší teploty. Značení Materiály Barevné značení T Cu – CuNi oranžová J Fe – CuNi černá L Fe – ko E NiCr – CuNi hnědá K NiCr – NiAl žlutá S PtRh10 – Pt zelená R PtRh13 – Pt zelená B PtRh30 – PtRh6 fialová A WRe5 - WRe20 - Rozsah teplot -200 až 400 -200 až 900 -200 až 900 -200 až 1300 0 až 1600 0 až 1600 300 až 1800 0 až 2500 Tab. 6 Přehled termočlánků dle ČSN EN 25 8304 Vlastní zapojení termočlánků může být různé. Přímé zapojení (obr. 3a) obsahuje pouze jeden termočlánkový spoj ts, který je umístěn v měřeném prostředí. Napětí U měřené na volných koncích termočlánku je úměrné teplotní diferenci mezi termočlánkovým spojem ts a teplotou na svorkách rs, které se chovají jako referenční – studené spoj. Pokud měříme teplotu referenčních spojů nebo pokud měřící přístroj udržuje referenční spoje na známé teplotě, lze určit absolutní hodnotu termočlánkového spoje ts tj. v měřeném místě. V laboratorních podmínkách, ale i v provozních měřeních se používá vhodnější zapojení dle (obr. 3b), kde referenční – studený spoj (zde druhý termočlánkový spoj) je umístěn ve zvláštním prostoru s konstantní teplotou (směs vody s ledovou tříští, termostat pro udržování teplot referenčních spojů termočlánků apod.). Pro zesílení výstupního napětí lze termočlánky řadit sériově, viz. (obr. 3c). 25 VUT BRNO, FSI-EÚ a) přímé VUT-EU-ODDI-3302-16-02 b) diferenční c) sériové Obr. 3 Možné způsoby připojení termočlánků Aplikace termoelektrických teploměrů je výhodná, chceme-li použít naměřené signály pro další elektrické zpracování naměřených hodnot – v oblasti automatizace a v oblasti měření s využitím počítačů. Měření termoelektrického napětí se provádí pomocí výchylkové nebo kompenzační metody měření malých stejnosměrných napětí. Výstupní napětí termočlánku je nelineárně závislé na teplotě, proto se provádí linearizace měřeného napětí. Měřící modul ADAM 4018 provádí tuto linearizaci automaticky podle vztahu (1). Stupeň polynomu závisí na typu použitého termočlánku, konstanty a 0 ....a n jsou uloženy v interní paměti modulu. t = a 0 + a1u + a 2 u 2 + ... + a n u n 2.2.2 (1) Integrovaný teplotní senzor AD592 AD592 je dvouvývodový monolitický integrovaný obvod – převodník teplota / proud, který na výstupu poskytuje proud úměrný absolutní teplotě. Díky širokému rozsahu napětí slouží snímač jako vysoce impedanční, na teplotě závislý zdroj proudu o hodnotě 1 μA/K. Na obr. 4 je převodní charakteristika. Obr. 4 Převodní charakteristika čidla AD 592 26 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Teplotní čidlo AD592 je vyráběno ve třech modifikacích, AN, BN, CN. Liší se „pouze“ přesností měření teploty. Hlavní parametry jsou uvedeny v tab.7. Max. chyba v Max. nelinearita Napájecí Rozsah Max. kalibrační rozsahu v rozsahu napětí pracovních [V] teplot [°C] chyba při +25°C pracovních teplot pracovních teplot AD592AN 2,5 3,5 0,5 -25 až -4 až +30 AD592BN 1,0 2,0 0,4 +105 AD592CN 0,5 1,0 0,35 Typ Tab. 7 Hlavní parametry čidla AD 592 Obr. 5 Přesnost v pracovním rozsahu teplot Odezva výstupu čidla na prudkou změnu okolní teploty muže být modelována časovou konstantou τ exponenciální funkce. Obrázek 6 ukazuje typickou dobu odezvy pro různá média. Obr. 6 Odezva čidla na prudkou změnu teploty v různém prostředí 27 VUT BRNO, FSI-EÚ 2.2.3 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Čidlo měření intenzity slunečního záření – Pyranometr SG002 Přístroj slouží k měření intenzity slunečního záření. Měření je založeno na principu teplotní diference, vzniklé slunečním zářením na černé a bílé ploše. Vlivem teplotní diference vzniká na připevněných termočláncích elektrické proporcionální napětí, které po zesílení je přímo závislé na intenzitě slunečního záření. Technické parametry: Měřící rozsah 0 ÷ 1200 Wm-2 Spektrální rozsah 0,3 ÷ 3 μm Výstup (napěťový) 0÷2 V Napájecí napětí 18 ÷ 30 V (DC) Časová konstanta (při 95%) 50 s Rozsah pracovních teplot -30 ÷ +60 °C Min. zatěžovací impedance 500 Ω Přesnost měření ±3 % Tab. 8 Technické parametry SG002 Ve spodní části snímače je umístěna výměnná šroubovací vysoušecí vložka s barevným indikátorem účinnosti, připojovací vodotěsný konektor a komínek pro připevnění pyranometru na čep ∅12 mm s bočním zajišťovacím šroubem M4. Pyranometr upevňujeme ve vodorovné poloze v místě, kde okolní předměty nemohou bránit slunečnímu svitu. Neměl by se upevňovat v blízkosti vysílacích antén. Barevný indikátor vysoušecí vložky upozorňuje, kdy je nutné vložku vyjmout a vysušit. Barva suché vložky je modrá, která vlivem navlhání postupně přechází na barvu růžovou až bílou. Vložka se po vysušení může opětovně použít. Obr. 7 SG002 a jeho schéma s označením vývodů 28 VUT BRNO, FSI-EÚ 2.2.4 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Souprava pro měření směru větru a rychlosti větru Souprava se skládá z čidla W2 (popřípadě W2t), jež používá pro měření rychlosti větru rotační lopatkový kříž a pro měření směru otočnou lopatkovou směrovku. Snímání otáček kříže a polohy směrovky je prováděno optoelektronicky a k dalšímu zpracování předáno v digitální formě. Čidlo W2t má zabudované topení a regulátor teploty, k temperování horní části čidla tj. osa směrovky a spodní části – Robinsonova kříže. Při dosažení povrchové teploty nad cca +5°C dojde samočinně k vypnutí topení, po poklesu teploty pod +1°C se opět zapne (nemusíme se proto obávat zamrznutí, zejména v zimních měsících). Technické parametry: Rozsah měření rychlosti větru Rozsah měření směru větru Mez citlivosti měření rychlosti a větru Rozlišení měření směru větru Rozsah pracovních teplot Napájecí napětí topení (W2t) Maximální výkon topení Hmotnost čidla Stupeň pokrytí Výstupní napětí (rychlost)1 Výstupní napětí (směr) 1 30 m/s 0 ÷ 360 0,7 m/s 10 -40 ÷ +60 C 24 V (DC) 30 W 175 g IP 53 0 ÷ 2,5 V 0 ÷ 2,5 V Tab. 9 Technické parametry W2t 1 Měřená veličina nabývá hodnot výstupního napětí 0 ÷ 2,2 V, jestliže je hodnota měřené veličiny pod prahem citlivosti je výstupní napětí 2,5 V 29 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 2.3 Komunikační sběrnice 2.3.1 Sběrnice RS-485 Sběrnice RS-485 je jednou z dalších velmi rozšířených, v současné době nejpoužívanějších přenosových kanálů se sériovým přenosem dat. Je odvozena od méně používaného propojení RS-422A, což je stejně jako RS-232 propojení bod-bod, avšak s diferenčním zapojením vysílačů a přijímačů a s jinými paměťovými úrovněmi. Jako Blokové připojení jednotlivých funkčních jednotek ke sběrnici je uvedeno na obr. 8. Jedná se o diferenciální uspořádání, což jednak umožňuje dosažení přenosové rychlosti až v = 10 Mb/s, jednak zvyšuje odolnost proti rušení. Maximální přenosová rychlost je pochopitelně omezena též skutečnou délkou sběrnice l (jež může dosahovat dle normy až 1200 m), tedy součinem v.l, pro který v tomto případě platí vl < 108 b.m/s. Jako přenosové médium je zde použit normou blíže nespecifikovaný dvojdrát. Pro zvýšení odolnosti proti rušení bývá většinou zkroucen popř. i stíněn. Ke sběrnici může být připojen libovolný počet vysílačů s třístavovým výstupem (samozřejmě pouze jeden může být aktivní, ostatní musí být uvedeny do stavu vysoké impedance), počet přijímačů je omezen na 32. Obr. 8 Schéma sběrnice RS-485 2.3.2 Sběrnice RS-232 Sériové rozhraní RS-232-C bylo původně určeno ke spojení koncového datového zařízení ( Data Terminal Equipment DTE – např. terminálu a počítače) s komunikačním datovým zařízením (Data Communication Equipment DCE – modemem). V průběhu doby se rozhraní RS-232-C začalo používat i mimo obor telekomunikační techniky. K výraznému rozšíření přispělo zejména jeho užití v osobních počítačích standardu IBM PC. V současnosti přes všechny jeho nedostatky (dvoubodové spojení, nízká přenosová rychlost a malá odolnost proti rušení) má toto rozhraní velmi výrazné postavení v měřící technice, kde je aplikováno především u levnějších měřících přístrojů, speciálních modulů, inteligentních snímačů či mobilních telefonů apod. 30 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Elektrické parametry rozhraní Při sériové komunikaci jsou data vysílána jako posloupnosti jednotlivých bitů, přičemž v jednom časovém okamžiku je předáván vždy jediný bit. Přenášené bity nabývají logických hodnot 0 nebo 1. V případě RS-232-C odpovídá logická 1 napěťové úrovni –3 až –15 V, logická 0 úrovni +3 až +15 V. Obvody rozhraní jsou nesymetrické, proto se uvedené úrovně vztahují k potenciálu nulového signálového vodiče. Odpor zátěže se může pohybovat v rozmezí 3 až 7 kΩ , kapacita zátěže nesmí být větší než 2500 pF. Signály rozhraní RS-232-C Standard definuje celkem 20 signálů rozhraní a přiřazuje je konkrétním pozicím na konektoru s 25 kontakty. Typ konektoru není specifikován, prakticky se především používají konektory Cannon s 25 nebo 9 kontakty (norma ISO připouští i 15 a 37 kontaktů) . V případě měřících přístrojů a osobních počítačů se používá pouze 9 základních signálů (tab. 9). Signál Protective Ground Transmitend Data Received Data Request To Send Symbol Číslo kontaktu konektoru 25 9 kontaktů kontaktů Funkce - 1 - Ochranný zemnící vodič. TxD 2 3 Data vysílaná z DTE. RxD 3 2 RTS 4 7 Clear To Send CTS 5 8 Data Set Read DSR 6 6 7 5 Data přijímaná do DTE. Signál vysílaný z DTE; sděluje DCE, že DTE je připraveno přijímat data. Signál vysílaný z DCE; sděluje DTE, že DCE je připraveno přijímat data od DTE a vysílat je do komunikačního kanálu. Signál vysílaný z DCE; sděluje DTE, že DCE je funkční a připraveno komunikovat. Signálový zemnící vodič. Signal Ground - Data Carrier Detected DCD 8 1 Signál vysílaný z DCE; sděluje DTE, že byl detekován signál vysílaný modemem na opačném konci komunikačního kanálu. Data Terminal Ready DTR 20 4 Signál vyslaný z DTE; sděluje DCE, že DTE je funkční. 9 Signál vysílaný z DCE; indikuje „vyzváněcí“ signál v komunikačním kanálu (např. telefonní lince). Ring Indicator RI 2 Tab. 10 Signály rozhraní RS-232 31 VUT BRNO, FSI-EÚ 2.3.3 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Sběrnice USB Jak již z názvu vyplývá (Universal Serial Bus), jde o moderní sériovou sběrnici, přijatou za standart teprve v roce 1995. Hlavním důvodem vzniku byl požadavek na vysokorychlostní sběrnici obsahující napájecí napětí, výrobně jednoduchou s možností připojení, automatické identifikace a konfigurace periferie za chodu bez nutnosti vypínání zařízení. V dnešní době je již k dispozici verze 2.0 umožňující komunikovat po této sběrnici rychleji než například po klasickém paralelním portu LPT. V tabulce jsou uvedeny možné komunikační rychlosti. Mód Rychlost [Mbps] Verze Low speed 1,5 1.0 (1.1) Full speed 12 1.0 (1.1) High speed 480 2.0 Tab. 11 Rychlost komunikace USB sběrnice Vlastnosti USB: • • • • • • • • • Možnost snadného rozšíření počtu připojených periférií Levné řešení pro přenosy do 12 Mbps Podpora přenosu dat v reálném čase Možnost připojení až 127 periférií Indikace chyb přenosu a jejich korekce, indikace vadné periférie Automatická indikace připojení a odpojení periferie Jednoduchý protokol konsistentní s filozofií Plug&Play Podpora ve většině operačních systémů na různých platformách Přítomnost napájecího napětí na konektoru Tato sběrnice umožňuje propojení tzv. USB zařízení (USB device) s počítačem (USB host). USB zařízení je buď tzv. hub (centrální jednotka hvězdicové struktury) , nebo funkční jednotka (klávesnice, myš, modem, měřící modul ...). Propojení je řešeno pomocí víceúrovňové hvězdicové struktury. Příklad takového propojení je na obr. 9, středem každého hvězdicového propojení je jednotka „hub“ a jednotlivé propojovací segmenty spojují buď počítač s jednotkou „hub“ nebo jednotku „hub“ na vyšší úrovni s funkčními jednotkami a jednotkou „hub“ na nižší úrovni. Každé zařízení má v rámci USB sběrnice svoji adresu a podporuje jednu nebo více koncových jednotek (end-points), se kterými může počítač komunikovat. 32 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Obr. 9 Topologie USB Sběrnice 2.4 Řídící počítač Na řídící počítač jsou kladeny požadavky jak ze strany hardware tak i software. K připojení popsaných měřících systému by postačil jakýkoliv počítač se sériovým portem (v případě že nebudeme využívat USB), takovýto požadavek splňují počítače třídy IBM PC už od prvopočátku své výroby. Dnes je však jasně patrná tendence přechodu na grafické operační systémy typu user friendly, jako jsou MS Windows 95 / 98 / 2000 / XP, atd. Nároky těchto systému jsou daleko vyšší něž u DOSu, platí že konfigurace by měla být vyšší než minimální doporučená pro bezproblémový chod. Operační systém CPU RAM Windows 95 i486DX/100MHz 8 MB Windows 98 Pentium 150MHz 16 MB Windows 2000 Pentium II 266MHz 64 MB Windows XP Pentium III 500MHz 128 MB Tab. 12 Nároky OS na CPU a RAM Dále je důležité mít dostatečný prostor na disku pro uložení dat, vhodné je počítač opatřit ZIP mechanikou pro přenášení většího objemu naměřených dat. Na ostatních perifériích jako grafické kartě, síťové kartě (nebo modemu) moc nezáleží, nejlépe je použít hardware přímo podporovaný operačním systémem. Při použití USB je vhodnější operační systém Windows 98 a vyšší namísto Windows 95, kde nejsou přímo podporovány USB porty a zařízení. 33 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 2.5 Chyby měření Při každém měření je potřeba počítat s tím, že naměřené údaje jsou zatíženy chybami. Patří k nim chyby čidel, chyby přístrojů, chyby převodníků signálů, chyby obsluhy, chyby zvolené metody, chyby umístění čidel, chyby způsobené okolním prostředím, chyby zpracování naměřených dat apod. Z pohledu matematické definice chyby rozlišujeme chyby absolutní a relativní. Absolutní chyba se nazývá odchylka ε naměřené hodnoty y od předpokládané správné hodnoty y* a je dána vztahem: ε = y – y*. ( 2) Rozměr absolutní chyby je stejný jako rozměr měřené hodnoty. Správnou hodnotu měření nelze vlastně nikdy určit, a proto jí nahrazujeme nejpravděpodobnější hodnotou (konvenčně pravou hodnotou), určenou např. u měření nezávislých veličin jako střední hodnotu (aritmetický průměr). Relativní chyba je bezrozměrná, a často se uvádí v procentech, a lze jí definovat poměrem: ε y* (3) Z hlediska možnosti odstranění chyb můžeme dělit chyby na hrubé, symetrické a nahodilé. Hrubé chyby jsou způsobené omyly nebo nepozorností obsluhy, neznalostí metod měření, nebo poškozením měřícího zařízení. Tyto chyby se vyznačují především tím, že se vymykají trendu ostatních naměřených hodnot, a proto je můžeme obvykle snadno identifikovat a z dalšího statistického zpracování vyloučit. Systematické chyby mohou být způsobeny nevhodně zvolenou měřící metodou, chybnou měřící aparaturou, neznalostí nebo nedostatečnými schopnostmi obsluhy apod. Tyto chyby lze identifikovat porovnáním naměřených hodnot s výsledky měření jinou metodou, odhalením chování měřícího zařízení (cejchováním přístroje, rozborem principu práce přístroje – statických a dynamických charakteristik, digitalizace, volbou vzorkovací frekvence apod.), nebo rozborem zvolené metody měření či přístupu obsluhy k měření. Po odhalení lze systematické chyby korigovat. Korekční hodnoty se přičítají k nekorigovaným výsledným hodnotám měření, čímž se systematické chyby kompenzují. Nahodilé chyby vznikají především nekontrolovatelným působením celé řady vlivů. Těmto chybám nelze obvykle vzhledem k jejich charakteru čelit, ani je nelze korigovat. Někdy však po rozboru měření lze nalézt zdroj těchto chyb (nahodilé vlivy okolí, nekvalitní příprava na průběh měření) a jejich vliv minimalizovat. Výsledky měření budou proto po vyloučení hrubých chyb a po korigování systematických chyb stále zatíženy jistými nahodilými chybami. 34 VUT BRNO, FSI-EÚ 2.5.1 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Přímé měření Nahodilé chyby přímých měření nezávislých veličin se snažíme vyjádřit pomocí zákonů matematické statistiky. Lze očekávat, že naměřená hodnota bude ležet v intervalu α až β možných hodnot y (obecně by mohla hodnota y ležet v intervalu − ∞ až + ∞ ). Pravděpodobnost P výsledku hodnoty y v intervalu α až β je dána vztahem β P = ∫ p ( y )dy, ( 4) α kde p( y ) je hustota pravděpodobnosti, kterou lze vyjádřit normálním zákonem rozložení 1 − ( y − y *) exp p( y ) = . 2σ 2 σ 2π 2 (5 ) kde σ je výběrová směrodatná odchylka a σ 2 je rozptyl možných hodnot y kolem nejpravděpodobnější hodnoty y * . 2.5.2 Nepřímé měření Odchylky či nejistoty nepřímých měření nezávislých veličin jsou funkcí odchylek či nejistot jednotlivých veličin, ze kterých se výsledná veličina počítá. Je-li výsledná veličina y funkcí veličin a, b, c…, y = f (a, b, c...), lze z teorie chyb určit směrodatnou odchylku (nejistotu) veličiny y ve tvaru 2 2 2 ⎞ ⎞ ⎛ ∂f ⎛ ∂f ⎞ ⎛ ∂f σ y = ⎜ σ a ⎟ + ⎜ σ b ⎟ + ⎜ σ c ⎟ + ......, ⎝ ∂a ⎠ ⎝ ∂b ⎠ ⎝ ∂c ⎠ ( 6) kde σ a ,σ b ,σ c ... jsou směrodatné odchylky veličin a, b, c... mohou být jednak námi naměřené veličiny, ale mohou se zde vyskytnout i hodnoty převzaté z literatury (konstanty a fyzikální vlastnosti látek z tabulek, z převzatých rovnic apod.), u kterých je rovněž nutné znát jejich reálné odchylky či nejistoty. 35 VUT BRNO, FSI-EÚ 2.5.3 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Rozbor chyb v měřícím řetězci Jako příklad pro výpočet chyby jsem zvolil kombinaci měřícího modulu a čidla AD 592BN, pro vstupní rozsah ±50mV. Jedná se o nepřímé měření hodnot a tedy celková odchylka měření je funkcí odchylek jednotlivých veličin: • • • Chyba 16-ti bitového číslicového převodníku je oproti ostatním chybám velice malá (0,0015259%) a proto jí v následujícím výpočtu nebudeme uvažovat. Max. chyba senzoru AD592BN pro rozsah teplot 0 až 70 °C je podle výrobce 1,5 °C. Chyba vzniklá zaokrouhlením naměřených hodnot na dvě desetinná místa je 0,005 při měřeném rozsahu ± 50mV . Výpočet celkové chyby měření: 2 2 ⎛ 1,5 ⎞ ⎛ 0,005 ⎞ δ = ⎜ ⎟ +⎜ ⎟ = 0,02143 ⎝ 70 ⎠ ⎝ 50 ⎠ (7 ) Celková chyba měření tedy je 2,143 % z měřené hodnoty. Porovnáním hodnoty chyby 16-bitového převodníku (0,0015259%) s hodnotou chyby čidla AD 592BN (2,143%) se ukazuje, že chybu převodníku je možné opravdu zanedbat. Největší vliv na hodnotu celkové chyby měření má hodnota chyby použitého čidla. Snížit celkovou chybu lze také kalibrací čidla. 2.6 Kalibrace 2.6.1 Kalibrace měřících čidel AD 592BN Referenční teplota [°C] 0,20 0,20 10,60 10,60 21,05 21,10 30,10 30,00 29,90 39,60 39,40 49,50 49,20 1 1,03 1,06 10,93 10,95 21,87 21,87 30,33 30,33 30,33 39,94 39,85 49,94 49,82 2 -0,02 -0,01 10,09 10,10 20,98 20,98 29,77 29,71 29,71 39,42 39,31 49,44 49,33 3 0,35 0,35 10,52 10,55 21,49 21,49 30,31 30,21 30,21 39,90 39,79 49,87 49,76 Číslo čidla 4 5 1,19 0,60 1,27 0,60 11,00 10,50 11,02 10,52 21,76 21,72 21,74 21,71 30,51 29,79 30,46 29,88 30,46 29,88 40,17 39,44 40,05 39,40 50,22 49,54 49,99 49,46 6 0,74 0,81 10,59 10,61 21,46 21,46 30,24 30,17 30,17 39,86 39,75 49,88 49,72 7 0,82 0,83 10,87 10,89 22,08 22,08 30,38 30,41 30,41 39,99 39,93 50,01 49,91 Tab. 13 Kalibrace používaných čidel AD 592BN (1. sada) 36 8 0,82 0,83 10,87 10,89 22,08 22,08 30,38 30,40 30,41 39,99 39,94 50,02 49,91 VUT BRNO, FSI-EÚ Referenční teplota [°C] 0,20 0,20 0,20 10,50 10,60 10,60 16,60 20,80 29,40 39,20 49,50 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 1 0,96 0,89 0,89 10,99 11,12 11,13 17,79 21,50 29,67 39,75 50,07 2 0,78 0,74 0,74 10,95 11,06 11,06 17,75 21,59 29,81 39,88 50,15 3 0,60 0,56 0,57 10,83 10,95 10,95 17,22 21,28 29,70 39,90 50,18 Číslo čidla 4 5 0,59 0,55 0,52 0,53 0,52 0,53 10,85 10,91 10,95 11,00 10,95 11,00 17,46 17,36 21,34 21,46 29,68 29,92 39,86 40,19 50,22 50,48 6 0,39 0,32 0,32 10,34 10,47 10,48 17,01 20,74 28,88 38,86 49,05 7 1,30 1,23 1,23 11,46 11,56 11,56 18,09 21,90 30,11 40,17 50,42 8 1,29 1,22 1,23 11,46 11,55 11,56 18,08 21,89 30,10 40,17 50,42 Tab. 14 Kalibrace používaných čidel AD 592BN (2. sada) 2.6.2 Kalibrace CJC senzoru modulu ADAM 4018 Moduly ADAM 4018 obsahují integrovaný teplotní senzor k určení teploty studeného konce termočlánku (CJC). Kalibrace se provádí pomocí programu ADAM-4000 ADAM5000/485 Utility. Vychází se z porovnání známé měřené teploty a teploty CJC senzoru. Rozdílem2 je automaticky kompenzována měřená hodnota. Tuto proceduru je vhodné provádět po uplynutí doby minimálně 30 minut od zapnutí přístroje. Obr. 10 Termočlánek a CJC senzor modulu ADAM 4018 Výstupní napětí bude úměrné teplotě (t − ts) . Příklad: jestliže je t = 25 ° C a ts = 5 ° C bude výstupní napětí termočlánku úměrné teplotě 20°C. Hodnota kterou se bude kompenzovat měřená teplota je 5°C. 2 Je uchován v interní paměti modulu 37 VUT BRNO, FSI-EÚ 3 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Software 3.1 Vývojové prostředí Borland Delphi Moderní vývojové prostředí firmy Borland International na 32-bitové bázi v aktuální verzi 6 řadící se mezi tzv. RAD (Rapid Application Developer). Je to nástroj, kterého se využívá při tvorbě aplikací pro prostředí Windows (95,98,NT a dříve i 3.x (Delphi 1.0)). Delphi jsou založeny na využívání komponent a následného propojení mezi nimi a přiřazení specifických funkcí daným komponentám. Je zde používáno syntaxe jazyku Object Pascal, která je vlastně objektovým rozšířením syntaxe jazyku Pascal, jež např. používal dříve velmi populární produkt Borland Pascal (jak už z názvu vyplývá také od firmy Borland International). Toto rozšíření, s nástupem MS Windows využívajících grafické rozhraní podporuje intuitivní programování, což spolu se širokou programátorskou základnou přispělo velké oblíbenosti a podpoře tohoto produktu. Obr. 11 Vývojové prostředí Delphi 5 (s rozpracovaným projektem) Delphi není jediný program, nýbrž celý balík programů, který uživateli dovoluje vytvářet výkonné programy na profesionální úrovni v co nejkratší době. Neocenitelným pomocníkem je také integrovaný debugger sloužící ke krokování programu po jednotlivých řádcích při odlaďování programu a hledání chyb. Program je určen pro Windows 95 / 98 / 2000 / NT 4.0, minimální hardwarové nároky jsou: procesor Intel Pentium 90 nebo vyšší, 32MB RAM, 80MB volného prostoru na HDD. 38 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 3.2 Vytvořený program Akomuni Pro vytvoření měřícího programu jsem si vybral vývojové prostředí Borland Delphi 5, kterému jsem přednost před ostatními z důvodu dlouhodobého používání tohoto programu a znalosti syntaxe. 3.2.1 Stručný popis Program umožňuje trvalé měření různých veličin pomocí čidel s napěťovým nebo proudovým výstupem, přepočet měřených napěťových nebo proudových hodnot podle použitého čidla na měřenou veličinu (nepřímé měření), ukládání do souboru formátů CSV nebo XLS, grafické znázornění časového průběhu měřených veličin (vždy pro jeden modul), součástí programu je i terminálové okno, které slouží ke komunikaci s měřícími moduly na úrovni ASCII příkazů (popis příkazů modulu ADAM 4018 v kapitole 2.1.5). Volitelně může být generován soubor v HTML kódu s aktuálními měřenými hodnotami, který může být následně včleněn do skriptu zajišťujícího automatické obnovování internetové stránky v určitém časovém intervalu. Podrobný uživatelský manuál je uveden v příloze. 3.2.2 Diagramy programu Nastavení sériového portu Výběr počáteční a koncové adresy hledání Hledací smyčka Nalezené připojené moduly Obr. 12 Diagram hledání připojených modulů 39 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Nastavení Hledání připojených modulů Ne Moduly nalezeny Ano Zahájení komunikace Ukončení komunikace Zaslání příkazu Ne Měřící moduly Přijata odezva Ano Zpracování a zobrazení odezvy Ne Změnilo se datum Ne Ukončení komunikace Ano Uložení naměřených hodnot do souboru Obr. 13 Blokový diagram měření 40 Uložení naměřených hodnot Ano VUT BRNO, FSI-EÚ 3.2.3 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Statistické informace Název Počet řádků Velikost celkem hlavni.pas 1098 hledani.pas 174 nastav.pas 60 prepocet.pas 183 48kB tabulka.pas 44 terminal.pas 79 about.pas 34 errormsg.pas 10 Tab. 15 Zdrojové soubory programu Název akomuni.exe akomuni.hlp akomuni.cnt adam4018.ini prepocet.dat Popis Velikost celkem aplikace nápověda 2,6MB kontextová nápověda konfigurace data programu Tab. 16 Kompilované soubory programu 41 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 3.3 Konfigurační utilita firmy Advantech Pro zjištění a změnu konfigurace modulů ADAM vyvinula firma Advantech software ADAM-4000 ADAM-5000/485 Utility. Program umožňuje vyhledat připojené moduly a změnit jejich konfiguraci v závislosti na typu modulu lze nastavovat různé parametry. Změnu adresy modulu a nastavení komunikačního umožňují všechny podporované moduly, další parametry dle typu modulu. Program je určen pro Windows 95 / 98 / 2000 / NT 4.0 . Série 4000 ADAM 4011 ADAM 4014D ADAM 4018M ADAM 4053 ADAM 4011D ADAM 4016 ADAM 4021 ADAM 4060 ADAM 4012 ADAM 4017 ADAM 4050 ADAM 4080 ADAM 4013 ADAM 4018 ADAM 4052 ADAM 4080D Tab. 17 Podporované moduly ADAM řady 4000 Série 5000 ADAM 5013 ADAM 5024 ADAM 5056 ADAM 5017 ADAM 5050 ADAM 5060 ADAM 5017H ADAM 5018 ADAM 5051 ADAM 5052 ADAM 5068 ADAM 5080 Tab. 18 Podporované moduly ADAM řady 5000 Detailní nastavení modulu ADAM 4018: Obr. 14 Okno aplikace ADAM 4000/5000 Utility program 42 VUT BRNO, FSI-EÚ • VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Adress Určuje adresu daného modulu v síti měřících modulů, je důležité aby žádné dva moduly zapojené do měřící sítě neměly stejnou adresu. Bylo-li by tomu tak pak komunikace mezi řídícím systémem a těmito dvěma moduly byla nefunkční. V prvním políčku je adresa zapsána v dekadickém vyjádření ( 11 ), vedle je ve vyjádření hexadecimálním ( 0B (HEX) ) tedy šestnáctkovém. Novou adresu lze přímo zapsat do prvního políčka nebo lze také použít tlačítek k inkrementaci či dekrementaci adresy o jedničku. Korektní adresa je celé číslo z intervalu < 0 ; 255 >. • Baudrate Přenosová rychlost použitá při komunikaci. Jsou podporovány tyto rychlosti: 1200 • 2400 4800 9600 19200 38400 Checksum Zapnutí / vypnutí komunikace s kontrolním součtem. Komunikace s kontrolním součtem se používá pro zabezpečení správnosti přenášených dat. • Firmware version Tato položka má pouze informativní charakter, je zde zobrazena verze firmwaru měřícího modulu (např. D1.1). • Input range Vstupní rozsah měřené veličiny je napěťový, speciálně pak přímo nastaven jako termočlánkový (napěťový), kdy je měřená hodnota linearizována pomocí algoritmu uvnitř modulu. ±15 mV ±50 mV ±100 mV ±500 mV ±1 V ±2,5 V ±20 mA3 Termočlánek J Termočlánek K Termočlánek T Termočlánek E Termočlánek R Termočlánek S Termočlánek B Tab. 19 Vstupní rozsahy modulu ADAM 4018 3 Tento rozsah vyžaduje připojení převodního rezistoru 125Ω 43 VUT BRNO, FSI-EÚ • VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Integration time Integrační čas je možné nastavit buď na 50ms nebo 60ms. Aby všechny provedené změny nabyly na účinnosti je nutné stisknout tlačítko Update. Jestliže aktualizace parametrů proběhne v pořádku je zobrazeno dialogové okno oznamující úspěšnou aktualizaci parametrů. • Data Area Zde se zobrazují informace o všech osmi měřících kanálech Channel 0 – Channel 7. Zatrhnutím příslušného políčka je možné kanál zapnout či vypnout, při zapnutém kanálu se za názvem kanálu objevuje aktuální měřená hodnota s příslušnou jednotkou (mV, V, °C). Tlačítka Zero Calibration, Span Calibration a CJC Calibration slouží ke kalibraci modulu. K dispozici je také funkce Terminal emulation (emulace terminálu), sloužící ke komunikaci s moduly na úrovni ASCII příkazů viz. příloha. V okně je přímo vidět jaká je odezva na daný příkaz, automaticky se také zjišťuje tzv. Respouse time, což je čas odezvy na daný signál, lépe řečeno čas, který uplyne od vyslání příkazu do přijetí odpovědi. Je užitečné znát tuto hodnotu pro nastavení správné časové hodnoty Time Out při žádosti o naměřená data, tj. doby po jejíž uplynutí je modul, kterému je příkaz adresován označen za nedostupný (indikace chyby). Při konfiguraci většího počtu připojených modulů lze nahrát připravený konfigurační soubor, odpadne tedy ruční konfigurace každé položky samostatně. 44 VUT BRNO, FSI-EÚ 4 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Použití programu v praxi 4.1 Solární systém Moravské zemské knihovny Cílem měření je energetické ověření funkce energetické fasády v zimním otopném období a vliv fasády na přirozené větrání vnitřních prostor budovy v letním i v přechodném období. Vyhodnocené výsledky celoročního měření mají sloužit pro optimalizaci provozu a efektivní využívaní dvojité větrané solární fasády. Systém zahrnuje průběžná celoroční měření vnějších klimatických podmínek, vnitřního prostředí a teplotních poměrů v prostoru dutiny dvojité solární fasády zahrnující zejména vliv přímého solárního záření, rychlosti proudění vzduchu a aerodynamického činitele tlaku vzduchu působícího na obvodové vnější konstrukce budovy. 45 VUT BRNO, FSI-EÚ 4.1.1 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Rozmístění čidel Obr. 15 Řez solární stěnou MZK s rozmístěním čidel 46 VUT BRNO, FSI-EÚ 4.1.2 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Schéma a popis zapojení Měřící systém je zapojen podle obr. 16, typy jednotlivých čidel popisuje tab. 19. Odečet ze všech čidel je prováděn v intervalu 1 minuty po celý den, data jsou ukládána do souboru ve formátu CSV (vždy data za celý den do jednoho souboru). Jako teplotní čidla jsou použity AD 592, pyranometr firmy Tlusťák SG 002. Obr. 16 Schéma zapojení Označení Měřená veličina Čidlo 1 / 0 Teplota AD 592 1 / 1 Teplota AD 592 1 / 2 Teplota AD 592 2 / 0 Teplota AD 592 2 / 1 Teplota AD 592 2 / 2 Teplota AD 592 2 / 3 Teplota AD 592 2 / 4 Teplota AD 592 3 / 0 Teplota AD 592 3 / 1 Teplota AD 592 Označení Měřená veličina Čidlo 3 / 2 Teplota AD 592 3 / 3 Teplota AD 592 3 / 4 Dopadající záření SG 002 4 / 0 Teplota AD 592 4 / 1 Teplota AD 592 5 / 0 Teplota AD 592 5 / 1 Teplota AD 592 5 / 2 Teplota AD 592 5 / 3 Teplota AD 592 5 / 4 Teplota AD 592 Tab. 20 Typy jednotlivých čidel 47 VUT BRNO, FSI-EÚ 4.1.3 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Příklad naměřených hodnot Slunečný den 31.3.2002 Teplota 5/4 Teplota (°C) 60 Teplota 2/0 Pyrometr 3/4 50 500 400 40 300 30 200 20 100 10 10 h 11 h 12 h 13 h 14 h 15 h 16 h 17 h 18 h 19 h 20 h 9h 8h 7h 0 6h 0 5h 600 Dopadající záření (W/m) 70 Denní doba (h) Obr. 17 Grafické znázornění vzorku naměřených hodnot slunečného dne Zataženo 25.3.2002 70 Pyranometr 3/4 60 15 50 40 10 30 20 5 10 17 h 18 h 19 h 20 h 8h 9h 10 h 11 h 12 h 13 h 14 h 15 h 16 h 0 6h 7h 0 5h Teplota(°C) Teplota 5/4 Denní doba (h) Obr. 18 Grafické znázornění vzorku naměřených hodnot zataženého dne 48 Dopadající záření (W/m) 80 Teplota 2/0 20 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Příklady naměřených hodnot ve formátu CSV (jako oddělovací znak je středník) naleznete na přiloženém CD v adresáři: \prilohy\merene_hodnoty\mzk\ 4.2 Experimentální výzkum teplotních polí ve vytápěných místnostech Měření rozložení teplot v různě velkých, podobných prostorách a místnostech pomocí sítě termočlánků, a to při zátopu otopným tělesem. Porovnání tvaru teplotního pole různě velikých místností. Diplomovou práci na toto téma řeší Tomáš Loula. 4.2.1 Rozmístění čidel Obr. 19 Řez měřenou místností s rozmístěním termočlánkových čidel 49 VUT BRNO, FSI-EÚ 4.2.2 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Schéma a popis zapojení Obr. 20 Schéma zapojení Celkem je připojeno 37 měřících termočlánků typu T, které jsou v podélném osovém řezu místnosti rozmístěny dle obr. 20. Svazek čidel ve volném prostoru je zavěšen pomocí provazů u stropu. Jednotlivé svazky jsou označeny římskými číslicemi, čidla na každém svazku jsou číslována od stropu místnosti (nejnižší číslo u stropu, nejvyšší u podlahy). Experimentálně byla zjištěna časová konstanta termočlánku τ = 9,6s. Modul 1 Modul 2 Modul 3 Modul 4 Modul 5 0 VI 1 I1 III 5 V1 III 1 1 VI 2 I2 III 6 V2 III 2 2 VI 3 I3 IV 1 V6 III 3 Číslo svorky modulu 3 4 5 VI 4 V6 VI 5 I4 I5 II 1 IV 2 IV 3 IV 4 V4 V5 okolí III 4 II 7 II 4 Tab. 21 Označení připojených čidel 50 6 VI 6 II 2 IV 5 stěna L II 5 7 VI 7 II 3 IV 6 stěna P II 6 VUT BRNO, FSI-EÚ 4.2.3 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Příklad naměřených hodnot Obrázky 21-23 ukazují rozložení teplot naměřené při zátopu otopným tělesem v čase 30, 60 a 270 sekund po zátopu. Obr. 21 Rozložení teplot v řezu místností v čase t=30 sekund od zátopu 51 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Obr. 22 Rozložení teplot v řezu místností v čase t=60 sekund od zátopu Obr. 23 Rozložení teplot řezu místnosti v čase t=270 sekund od zátopu 52 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Příklady naměřených hodnot ve formátu XLS (Excel 97) naleznete na přiloženém CD v adresáři: \prilohy\merene_hodnoty\tep_pole\ 4.3 Meteorologická stanice Jedná se o stanici instalovanou na střeše objektu A3, v areálu VUT Brno. Nepřetržitě měří teplotu, dopadající záření, směr a rychlost větru. Obr. 24 Meteorologická stanice 53 VUT BRNO, FSI-EÚ 4.3.1 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Umístění čidel Čidla jsou umístěna ve volném prostoru, tak aby nebyla negativně ovlivňována okolím. Orientace stanice je na obrázku 24. Obr. 25 Orientace meteorologické stanice oproti severu s umístěním čidel - půdorys 4.3.2 Schéma a popis zapojení Označení Měřená veličina 1 / 0 Dopadající záření 1 / 1 Dopadající záření 1 / 2 Dopadající záření 1 / 3 Směr větru 1 / 4 Rychlost větru 1 / 5 Dopadající záření 1 / 6 Teplota Čidlo SG 002 SG 002 SG 002 W2t Kipp&Zonen AD 592 Tab. 22 Typy jednotlivých čidel 54 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Obr. 26 Schéma zapojení 4.3.3 Příklad naměřených hodnot 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 30 Pyranometr 25 20 15 10 5 10 h 11 h 12 h 13 h 14 h 15 h 16 h 17 h 18 h 19 h 20 h 9h 8h 0 Denní doba (h) Obr. 27 Vzorek měřených dat dopadajícího záření a teploty 55 Teplota ( C) Teplota 7h 6h Dopadající záření (W/m) Měřené hodnoty ze dne 23.5.2002 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 10 h 11 h 12 h 13 h 14 h 15 h 16 h 17 h 18 h 19 h 20 h 9h 8h 7h 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 6h Rychlost větru (m/s) Měřené hodnoty ze dne 23.5.2002 Denní doba (h) Obr. 28 Vzorek naměřených dat rychlosti větru Příklady naměřených hodnot ve formátu XLS (Excel 97) naleznete na přiloženém CD v adresáři: \prilohy\merene_hodnoty\meteo\ 56 VUT BRNO, FSI-EÚ 5 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Závěr Navržený měřící program již funguje a byl nasazen v aplikacích popsaných v kapitole 4, které měli ověřit jeho funkčnost. Obsahoval některé chyby, které bylo nutné opravit a program odladit. V této chvíli se program jeví jako provozuschopný bez chyb, je však možné, že některé kombinace hardware a software mohou způsobit chybné chování programu (které však nemusí být nutně způsobeno navrženým programem), proto je k dispozici zdrojový kód programu pro případné opravy, rozšíření, nebo přizpůsobení. Do budoucna by bylo možné také doplnit celou řadu dalších funkcí jako podpora jiných modulů ADAM, jejich konfigurace (nahrazení dodávané konfigurační utility), dálkové řízení programu pomocí sítě Internet, možný by byl také převod aplikace pod operační systém Linux pomocí programu Borland Kylix (jež používá stejnou syntaxi jako Delphi), jedná se o práci velmi časově náročnou, která však dále zkvalitní program pro použití koncovým uživatelem. 57 VUT BRNO, FSI-EÚ 6 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Přílohy na CD Zdrojové texty programu pro Delphi 5 \program\zdrojovy_kod Instalační soubory programu \program\setup.exe \program\setup.da_ \program\setup.op_ \program\gksl_cz2.dll Manuál programu \manual\akomuni.pdf Použité komponenty pro Delphi 5 \komponenty\async32.zip \komponenty\abk240d5.zip \komponenty\axxlsrw.zip 58 VUT BRNO, FSI-EÚ 7 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Použité zdroje informací 7.1 Použitá literatura (řazeno v abecedním pořádku) [1] [2] [3] [4] [5] [6] Cantú, M. : Mistrovství v Delphi 2, Computer Press 1996 Cihelka, J.: Solární tepelná technika. T. Malina, Praha 1994. Haasz,V.-Roztočil,J.-Novák,J.: Číslicové měřící systémy. ČVUT, Praha 2000. Pavelek, M.-Štětina,J.: Experimentální metody v technice prostředí. VUT Brno 1997. Firemní literatura, Pyranometr SG002, Tlusťák 1999 Firemní literatura, Měřící moduly ADAM , Advantech 2000. 7.2 Ostatní zdroje informací [1] [2] [3] [4] [5] [6] www.advantech.com www.torry.net products.analog.com dt.fme.vutbr.cz www.kippzonen.com www.zive.cz/h/Developerdaily/ 59 VUT BRNO, FSI-EÚ 8 VUT-EU-ODDI-3302-16-02 Seznam obrázků a tabulek 8.1 Seznam obrázků Obr. 1 Blokové zapojení modulu ADAM 4018 ....................................................................... 12 Obr. 2 Popis jednotlivých bitů parametru FF příkazu %AANNTTCCFF ............................... 16 Obr. 3 Možné způsoby připojení termočlánků......................................................................... 26 Obr. 4 Převodní charakteristika čidla AD 592 ......................................................................... 26 Obr. 5 Přesnost v pracovním rozsahu teplot ............................................................................ 27 Obr. 6 Odezva čidla na prudkou změnu teploty v různém prostředí........................................ 27 Obr. 7 SG002 a jeho schéma s označením vývodů .................................................................. 28 Obr. 8 Schéma sběrnice RS-485 .............................................................................................. 30 Obr. 9 Topologie USB Sběrnice .............................................................................................. 33 Obr. 10 Termočlánek a CJC senzor modulu ADAM 4018 ...................................................... 37 Obr. 11 Vývojové prostředí Delphi 5 (s rozpracovaným projektem) ...................................... 38 Obr. 12 Diagram hledání připojených modulů......................................................................... 39 Obr. 13 Blokový diagram měření............................................................................................. 40 Obr. 14 Okno aplikace ADAM 4000/5000 Utility program .................................................... 42 Obr. 15 Řez solární stěnou MZK s rozmístěním čidel............................................................. 46 Obr. 16 Schéma zapojení ......................................................................................................... 47 Obr. 17 Grafické znázornění vzorku naměřených hodnot slunečného dne.............................. 48 Obr. 18 Grafické znázornění vzorku naměřených hodnot zataženého dne.............................. 48 Obr. 19 Řez měřenou místností s rozmístěním termočlánkových čidel................................... 49 Obr. 20 Schéma zapojení ......................................................................................................... 50 Obr. 21 Rozložení teplot v řezu místností v čase t=30 sekund od zátopu................................ 51 Obr. 22 Rozložení teplot v řezu místností v čase t=60 sekund od zátopu................................ 52 Obr. 23 Rozložení teplot řezu místnosti v čase t=270 sekund od zátopu................................. 52 Obr. 24 Meteorologická stanice ............................................................................................... 53 Obr. 25 Orientace meteorologické stanice oproti severu s umístěním čidel - půdorys............ 54 Obr. 26 Schéma zapojení ......................................................................................................... 55 Obr. 27 Vzorek měřených dat dopadajícího záření a teploty................................................... 55 Obr. 28 Vzorek naměřených dat rychlosti větru ...................................................................... 56 60 VUT BRNO, FSI-EÚ VUT-EU-ODDI-3302-16-02 8.2 Seznam tabulek Tab. 1 Moduly ADAM řady 4000 a 4500................................................................................ 11 Tab. 2 Typy termočlánků ......................................................................................................... 13 Tab. 3 Příkazy měřícího modulu ADAM 4018........................................................................ 15 Tab. 4 Kódy vstupních rozsahů................................................................................................ 17 Tab. 5 Kódy přenosových rychlostí ......................................................................................... 17 Tab. 6 Přehled termočlánků dle ČSN EN 25 8304 .................................................................. 25 Tab. 7 Hlavní parametry čidla AD 592 .................................................................................... 27 Tab. 8 Technické parametry SG002......................................................................................... 28 Tab. 9 Technické parametry W2t............................................................................................. 29 Tab. 10 Signály rozhraní RS-232............................................................................................. 31 Tab. 11 Rychlost komunikace USB sběrnice........................................................................... 32 Tab. 12 Nároky OS na CPU a RAM ........................................................................................ 33 Tab. 13 Kalibrace používaných čidel AD 592BN (1. sada)..................................................... 36 Tab. 14 Kalibrace používaných čidel AD 592BN (2. sada)..................................................... 37 Tab. 15 Zdrojové soubory programu........................................................................................ 41 Tab. 16 Kompilované soubory programu ................................................................................ 41 Tab. 17 Podporované moduly ADAM řady 4000 .................................................................... 42 Tab. 18 Podporované moduly ADAM řady 5000 .................................................................... 42 Tab. 19 Vstupní rozsahy modulu ADAM 4018 ....................................................................... 43 Tab. 20 Typy jednotlivých čidel .............................................................................................. 47 Tab. 21 Označení připojených čidel......................................................................................... 50 Tab. 22 Typy jednotlivých čidel .............................................................................................. 54 61
Podobné dokumenty
Tomáš Valníček - Odbor termomechaniky a techniky prostředí
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ
FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ
ENERGETICKÝ ÚSTAV
ODBOR TERMOMECHANIKY A TECHNIKY PROSTŘEDÍ
SHIMURA Minnows
Plovoucí návnada - hloubka: do 2.5m
Je spousta různýc návnad, dobrá a ne tak dobré a také spousta těch, které si ani nezaslouží označení návnada. Ale je jen jeden „KING of JERK“, každý rybář by
ho ...
LOW-COHERENCE INTERFEROMETRY, AN ADVANCED
Systém tvoří měřicí jednotka pro statická měření, měřicí jednotka pro dynamická měření, soubor extenzometrů na
bázi optických vláken s dlouhou měřicí základnou, připojovací optické kabely, zařízení...
Protokol SAM
pro úplnost a z důvodu zpětné kompatibility s moduly
SAM-xx. U nových typů výrobků již není podporován.
Jiří David - Odbor termomechaniky a techniky prostředí
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ
FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ
ENERGETICKÝ ÚSTAV
ODBOR TERMOMECHANIKY A TECHNIKY PROSTŘEDÍ