Software Vzhled Ovládání Rozložení Nastavení Funkce Celkem
54 642D 2 1 1 1 1 1,2
BitScope DSO 1.1 2 2 1 2 2 1,8
ETC M621 2 3 2 1 1 1,8
VBScope 3 1 4 4 4 3,25
Scopal 4 4 3 3 3 3,4
3.2.2 Podporované funkce
V tabulce 3.2 je znázorněna podpora vybraných funkcí jednotlivými měřícími systémy. Jelikož ani jeden software jsem neměl možnost porovnávat včetně hardwaru (měřících karet), tak je možné, že ve skutečnosti je podpora některých funkcí rozdílná.
Tabulka 3.2: Podporované funkce
Funkce BitScope
DSO 1.1 ETC M621 VBScope Scopal Osciloskop 54 624D
Inverze
Součet
signálů
Rozdíl
signálů
Střední
hodnota
Efektivní
hodnota
Frekvence
FFT
4 P OPIS APLIKACE „E MU 2PC“
Předchozí verze uživatelského rozhraní pro komunikaci EMU-2 s počítačem byla vytvořena v rámci disertační práce Ing. Miroslava Nováka [12]. Hlavním cílem
(viz Obrázek 4.1) obsahuje graf a všechny základní ovládací prvky. Druhé okno „Graph settings“ slouží pro nastavení barev průběhů hodnot jednotlivých vstupů v grafu. Třetí okno „Auto Calibration“ umožňuje nastavení a spuštění autokalibrace. Čtvrté okno
„Communication settings“ obsahuje položky pro nastavení IP adresy a komunikačního portu EMU-2. Páté okno „Axis“ slouží pro nastavení logaritmických měřítek os při zobrazení FFT.
4.1.1 Hlavní okno „EMU2PC“
Vzhled a rozmístění ovládacích prvků aplikace vychází z analýzy podobných systémů jako je EMU-2, která je popsána v kapitole 3. Největší část zabírá graf pro zobrazení jednotlivých průběhů. V pravé části jsou prvky pro nastavení rozsahů a vlastností jednotlivých vstupů v grafu. Ve spodní části se nacházejí prvky pro nastavení a spuštění měření a volba zobrazovaných hodnot v grafu. V části nad grafem se zobrazují vypočítané hodnoty zvoleného vstupu a aktuální souřadnice kurzoru v grafu.
Popis obrázku 4.1:
1. Hlavní menu (více v kapitole 4.1.1.1).
2. Panel pro zobrazení vypočítaných hodnot: střední hodnota (elektrická), prostá průměrná hodnota, efektivní hodnota, hodnota špička-špička, maximální a minimální hodnota a frekvence.
3. Panel pro zobrazení aktuálních souřadnic kurzoru v grafu.
4. Graf (více v kapitole 4.1.1.2).
5. Panel vstupů (více v kapitole 4.1.1.3).
6. Nastavení měření (více v kapitole 4.1.1.4).
7. Možnost přepnutí zobrazení grafu mezi naměřenými hodnotami (XY) a rychlou Fourierovou transformací (FFT).
8. Volné místo pro trigger, který zatím není v EMU-2 naprogramován.
9. Stavový řádek. V levé části se zobrazují informace o průběhu komunikace s EMU-2 (posílání příkazu, počet přijatých hodnot a konec přenosu).
V pravé části se zobrazuje IP adresa počítače, na kterém je spuštěna tato aplikace.
Obrázek 4.1: Vzhled uživatelského rozhraní
4.1.1.1 Hlavní menu
V hlavním menu jsou obsaženy všechny funkce a nastavení, které aplikace nabízí.
Struktura hlavního menu je na obrázku 4.2.
1 2 3 4 5 6 7
8
9
Hlavní
Obrázek 4.2: Struktura hlavního menu
Hlavní menu je rozděleno do čtyř základních skupin:
a) File
o Load ini – Načte nastavení aplikace (autokalibrační konstanty, nastavení rozsahů jednotlivých vstupů a jejich zapnutí/vypnutí) z vybraného INI souboru.
o Save ini – Uloží nastavení aplikace do zvoleného INI souboru.
o Save data – Uložení přijatých dat včetně spočítaných hodnot (frekvence, efektivní hodnota, ...) do souboru ve třech různých formátech. Prvním formátem je CSV (hodnoty oddělené čárkou), druhým je textový formát s koncovkou *.txt a posledním je formát pro Matlab s koncovkou *.dat (ukládají se pouze hodnoty přijaté z EMU-2 a bez popisků).
o Save graph as image – Možnost uložení grafu jako obrázku ve formátu
„Windows Bitmap“ *.bmp nebo „Windows Meta File“ *.wmf.
o Exit - Ukončení programu s dotazem na uložení nastavení aplikace.
b) Tools
o Start measure – Spustí zaznamenávání hodnot v EMU-2 a jejich přenos přes internet do počítače. Doba zaznamenávání hodnot odpovídá počtu vzorků a
vzorkovací frekvenci nastavených ve spodní části aplikace (více v kapitole 4.1.1.4).
o Start measure G=1 – Spustí zaznamenávání hodnot v EMU-2 s kalibračními konstantami Gain=1 a Offset=0, pro získání co největšího rozlišení signálu, a jejich přenos do počítače přes internet.
o Auto Calibration – Zobrazí okno pro autokalibraci. (více o autokalibraci naleznete v kapitole 4.1.2).
c) Settings
o Graph lines color – Zobrazí okno s nastavením barev jednotlivých vstupů zobrazených v grafu.
o Axis – Zobrazí okno, ve kterém je možno nastavit logaritmické měřítko os při zobrazení FFT.
o Communication settings – Zobrazí okno pro nastavení IP adresy a portu pro komunikaci s EMU-2.
d) Help
o Help – Spustí nápovědu k aplikaci „Emu2PC“.
o About ... – Zobrazí informace o aplikaci.
4.1.1.2 Graf
Graf je asi nejdůležitější část této aplikace. Slouží pro zobrazování hodnot jednotlivých vstupů. Graf byl vytvořen pomocí komponenty [14] TChart, která je obsažena v základní instalaci Delphi5. Tato komponenta umožňuje samostatné pracování s jednotlivými sériemi hodnot a tím výrazně zjednodušit přístup k jejich nastavení. Další výhodou je podpora zvětšování/zmenšování měřítka grafu.
Horizontální osa grafu zobrazuje časový průběh signálu a její jednotky jsou milisekundy (ms), nebo frekvenční spektrum při zobrazení FFT, potom jsou její jednotky Hertzy (Hz). Po načtení všech hodnot jsou tyto zobrazeny a měřítka os se automaticky upraví. Graf je možno uložit do grafického souboru ve formátu *.bmp nebo
*.wmf pomocí příkazu v menu „File → Save graph as image“. Aktuální souřadnice (hodnoty) kurzoru v grafu se zobrazují v panelu nad grafem (viz Obrázek 4.1, položka 3).
4.1.1.3 Panel vstupů
Další důležitou částí pracovní plochy aplikace je panel vstupů (viz Obrázek 4.3).
Tento panel slouží pro nastavení jednotlivých vstupů. Je rozdělen na dvě části. První část (Differential High Voltage Probes) slouží k nastavení třech trojic vysokonapěťových vstupů a druhá (Universal Voltage Inputs) pro nastavení třech trojic nízkonapěťových vstupů. Pomocí rozbalovacích seznamů je možno nastavit zisk jednotlivých trojic vstupů a to 0, 6, 12 nebo 18 dB. U nízkonapěťových vstupů se dají nastavit i rozsahy a to 150 mV, 1,5 V a 15 V. Je zde i možnost pojmenovat jednotlivé trojice vstupů pro snadnější orientaci např. v uložených datech. V základním nastavení jsou pojmenovány pro měření 3-fázového transformátoru. Další možností nastavení jsou zaškrtávací políčka pro vypnutí/zapnutí zobrazení hodnot vstupů v grafu. A to buď pro každý vstup zvlášť, ty jsou umístěny vedle čtverečků s barvou vstupů v grafu, nebo pro jednotlivé trojice vstupů, které zároveň slouží pro zapnutí/vypnutí měření těchto vstupů v EMU-2.
Obrázek 4.3: Panel vstupů
4.1.1.4 Nastavení měření
Pod grafem je umístěn panel s tlačítky „Start measure“ a „ Measure G=1“ pro zahájení měření, rozbalovacím seznamem pro výběr vzorkovací frekvence fvz s hodnotami od 1,28 kHz až po 51,2 kHz a pole pro nastavení počtu vzorků N.
4.1.2 Okno „Auto Calibration“
Okno autokalibrace se vyvolá položkou v hlavním menu „Tools → Auto Calibration”. Toto okno slouží pro kalibraci vstupů a obsahuje dvě záložky. Na první jsou základní prvky pro kalibraci a na druhé je tabulka kalibračních konstant pro jednotlivé vstupy a zesílení. Obě varianty okna autokalibrace jsou na obrázku 4.4. Na záložce „AutoCalibration“ jsou umístěny přepínače pro volbu zisku a rozsahu kalibrovaných vstupů. Dále zde jsou zaškrtávací políčka pro výběr kalibrovaných vstupů, vstupní pole pro zadání počtů vzorků, vstupní pole a tlačítka pro zahájení měření a tlačítko po zkopírovaní vypočítaných hodnot do tabulky kalibračních konstant, která je na druhé záložce. Spodní polovinu potom zabírají tři pole, kam se vypíší vypočítané hodnoty autokalibrace.
Obrázek 4.4: Okno autokalibrace
4.1.3 Okno „Graph Settings“
Toto okno slouží pro nastavení barev jednotlivých průběhů v grafu a vyvolá se položkou v hlavním menu „Settings → Graph Settings“. Vzhled okna je na obrázku 4.5.
Pro každý vstup je možné nastavit libovolnou barvu a nebo nastavení vrátit do původních hodnot pomocí tlačítka „Default“.
Obrázek 4.5: Okno pro nastavení barev
4.2 P
OPIS OVLÁDÁNÍPo spuštění „Emu2PC“ se zobrazí hlavní okno (viz Obrázek 4.1) aplikace. Nejprve by jste si měli zkontrolovat nastavení IP adresy a komunikačního portu EMU-2.
V menu zvolte položku „Settings → Communication settings“ a zobrazí se okno pro zadání IP adresy a komunikačního portu. Jestliže máte uložené nastavení programu, tak je možné si ho nahrát pomocí položky menu „File → Load ini“, nebo pomocí klávesové zkratky „Ctrl+L“. Tím se nahrají kalibrační konstanty, nastavení rozsahů a zisků vstupů. Nemáte-li uložené nastavení, tak prvním krokem by mělo být zkalibrování aplikace s EMU-2. Kalibrační okno se vyvolá položkou v menu „Tools → Auto Calibration“. Toto okno je na obrázku 4.4.
4.2.1 Postup při autokalibraci
1. Připojte na vybrané vstupy EMU-2 první referenční napětí. Nejlépe stejnosměrné a se zápornou polaritou.
2. V okně autokalibrace zvolte rozsah nebo zisk a vyberte vstupy, na které je připojeno referenční napětí. Do editačního pole vepište počet měřených vzorků.
3. Poté zadejte hodnotu referenčního napětí do prvního editačního pole a klikněte na tlačítko „1. Measure“. Do levého pole se vypíší průměrné hodnoty jednotlivých vstupů.
4. Na kalibrované vstupy připojte druhé referenční napětí. Například s opačnou polaritou než první.
5. V okně autokalibrace ponechte zvolené nastavení vstupů a do druhého editačního pole zapište hodnotu druhého referenčního napětí. Potom klikněte na druhé tlačítko „2. Measure“. Do prostředního pole se vypíší průměrné hodnoty při druhém měření a do třetí pole se vypíší vypočítané kalibrační konstanty.
6. Zkontrolujte vypočítané kalibrační konstanty zobrazené v levém záznamovém poli a jestliže odpovídají, klikněte na třetí tlačítko „3. Copy to constants“. Tím se hodnoty uloží do tabulky na druhé záložce toho okna.
7. Body 1-6 opakujte pro ostatní vstupy a jejich nastavení.
8. Po skončení kalibrace zavřete okno tlačítkem „Close“.
4.2.1.1 Vztahy pro výpočet kalibračních konstant
Kalibrační konstanty pro zesílení G (gain) a posunutí O (offset) se vypočítají podle vztahů:
UAVRmax je průměrná hodnota naměřeného signálu při druhém referenčním měření.
UAVRmin je průměrná hodnota naměřeného signálu při prvním referenčním měření.
Po kalibraci přejdeme k nastavení rozsahů a zisků jednotlivých trojic vstupů EMU-2. To provedeme vybráním požadovaných hodnot na panelu vstupů (viz Obrázek 4.3).
Poté už můžeme přejít k vlastnímu měření. Na spodním panelu (viz Obrázek 4.1, položka 6) zvolíme v rozbalovacím seznamu požadovanou vzorkovací frekvenci fvz a do editačního pole zadáme počet měřených vzorků N. Kliknutím na tlačítko „Start
measure“, nebo položkou v menu „Tools → Start measure“, zahájíme měření. Nebo můžeme zvolit měření s kalibračními konstantami rovnými 1 pro zesílení a 0 pro posunutí. Během měření je v levé části stavového řádku zobrazen nápis „Measuring“.
Doba měření t v sekundách je potom dána vztahem:
[
s Hz]
zobrazeno ve stavovém řádku nápisem „Done: počet přijatých dat“.Po ukončení přenosu se všechna data zobrazí v grafu.
4.2.2 Ovládání grafu
Měřítko os x a y se automaticky přizpůsobí měřenému signálu tak, aby byly zobrazeny všechny hodnoty. Zvětšování měřítka se provádí pomocí myši. Nad grafem stiskneme a držíme levé tlačítko, táhneme směrem doprava a dolů a poté pustíme levé tlačítko. Vybraný obdélník se potom zvětší na celou plochu grafu. Zvětšený graf poté můžeme posouvat stisknutím pravého tlačítka a současným pohybem myší. Na původní měřítko se vrátíme stisknutím levého tlačítka a pohybem doleva a nahoru. Aktuální poloha kurzoru v grafu se zobrazuje vlevo nad grafem (viz Obrázek 4.1, položka 3). Na panelu vstupů (viz Obrázek 4.1, položka 5) můžeme vypnout zobrazení vstupů, které nepotřebujeme, a to buď po trojících nebo jednotlivé vstupy. Měřítko grafu se poté přizpůsobí opět pro nejlepší zobrazení všech hodnot.
Panel pro nastavení barev (viz Obrázek 4.5) jednotlivých průběhů zobrazíme položkou v menu „Settings → Graph lines color“. Kliknutím na barevné obdélníky, které ukazují aktuální barvu příslušného vstupu v grafu, se zobrazí panel s výběrem barvy. Vybranou barvu potvrdíme kliknutím na tlačítko „OK“. Původní nastavení barev vrátíme pomocí tlačítka „Default“. Změny barev můžeme potvrdit tlačítkem „OK“ nebo zrušit kliknutím na „Cancel“.
Dalším krokem asi bude zobrazení vypočítaných hodnot vybraného signálu. Na panelu pro tyto hodnoty (viz Obrázek 4.1, položka 2) si v rozbalovacím seznamu vybereme, pro který vstup je chceme zobrazit. K dispozici jsou tyto hodnoty:
Střední hodnota z usměrněného signálu (Mean),
frekvence (Freq), která se počítá pomocí průchodu signálu nulou a proto je tato správná jen pro jednoduchý periodický signál.
Pro složitější signály je potřeba zjistit frekvenci z FFT (rychlé Fourierovy transformace). Kliknutím na přepínač „FFT“ (je povolen pouze jestliže jsou přijatá nějaká data z EMU-2) na panelu pro zobrazení hodnot grafu (viz Obrázek 4.1, položka 7) se vypočítá a zobrazí FFT. Na ose x grafu je potom frekvence v Hetzích. Na ose y je magnituda. Pro opětovné zobrazení původních signálů klikněte na přepínač „XY“.
4.2.3 Ukládání
Naměřené hodnoty je možno také uložit. V menu vyberte „File → Save data“, nebo stiskněte kombinaci kláves „Ctrl+S“, a tím se zobrazí dialog pro uložení dat. Vyberte si cestu a jméno, kam chcete soubor uložit. Na výběr máte tři formáty souborů:
Výchozím formátem je TXT. Jedná se o standardní textový formát, kde jsou hodnoty oddělené středníkem „;“ a desetinný oddělovač odpovídá nastavenému oddělovači v systému Windows (pro české prostředí je to čárka
„,“ a pro anglické to je tečka „.“). Tento formát je vhodný pro importování hodnot např. do Microsoft Excel. Uloží se všechny naměřené hodnoty včetně popisu vstupů a všechny vypočítané hodnoty (frekvence, ...).
Druhým formátem je CSV. U tohoto formátu jsou hodnoty oddělené čárkou
„,“ a desetinný oddělovač je tečka „.“. Formát CSV je základní formát souborů pro importování hodnot do databázových systémů. Opět jsou uloženy všechny naměřené a spočítané hodnoty.
Třetím formátem je DAT. Tento formát je určen pro import hodnot do Matlabu. Uloženy jsou jen naměřené hodnoty oddělené mezerou.
Uložení potvrďte tlačítkem „OK“ nebo zrušte stisknutím tlačítka „Cancel“.
Déle si můžete uložit nastavení programu, tzn. kalibrační konstanty a nastavení rozsahů a zisků vstupů. V menu vyberte položku „File → Save ini“. Zobrazí se dialog pro uložení souboru. Vyberte cestu kam chcete soubor uložit a zadejte jeho jméno.
Soubor se uloží v textovém formátu INI. INI soubory se skládají ze sekcí a klíčů. Název sekce je vždy uveden v hranatých závorkách. Každá sekce pak obsahuje několik klíčů.
Název klíče je vždy na samostatném řádku a znakem „=“ je přiřazen obsah. Díky této jednoduché struktuře je možné změnit nastavení i jednoduchém textovém editoru.
Poslední možností k uložení, je uložení grafu. V menu vyberte „File → Save graph as image“, nebo stiskněte kombinaci kláves „Ctrl+G“, a zobrazí se dialog pro uložení grafu. Na výběr máte dva grafické formáty a to BMP a WMF. WMF (Windows Meta File) je vektorový formát, který umožňuje uložení obrázku v barevné hloubce 1 až 24 bitů (až 16 milionů barev) a je vhodný pro obrázky obsahující jednoduché grafické útvary. Formát BMP (bitmap) je rastrový formát a umožňuje uložení obrázku v barevné hloubce 1 až 24 bitů. Jeho nevýhodou je velikost výsledného souboru. S grafem se uloží i legenda, která slouží k lepší orientaci v grafu.
Kompletní nápovědu k aplikaci „Emu2PC“ zobrazíte pomocí menu „Help → Help“
nebo klávesovou zkratkou „F1“.
Práci s aplikací ukončíte stisknutím kombinace kláves „Alt+X“ nebo v menu „File
→ Exit“. Před ukončením jste dotázáni, jestli chcete uložit nastavení do souboru
„main.ini“. Tento soubor naleznete v adresáři s touto aplikací.
5 S TRUKTURA APLIKACE „E MU 2PC“
V této kapitole jsou popsány zdrojové soubory neboli unity [14] a jejich funkce a procedury. Dále se zde popisují potřebné teoretické informace k programovaným funkcím.
5.1 P
OPIS ZDROJOVÝCH SOUBORŮAplikace je pro lepší přehlednost zdrojových kódů rozdělena do několika souborů:
„main.pas“ – je hlavní soubor aplikace a obsahuje definici všech použitých komponent na hlavním okně a funkce a procedury k nim vázané. Soubor také obsahuje definici všech globálních proměnných. Dále je v něm napsáno několik základních funkcí pro fungování aplikace.
„func.pas“ – tento soubor obsahuje definici použitých konstant a funkcí a procedur (většinou to jsou často používané funkce).
„UInputs.pas“ – v souboru je definice třídy pro jednu hodnotu jednotlivých vstupů a definice třídy pro seznam těchto hodnot. Dále v něm jsou funkce pro přidání hodnot, konstruktor, destruktor a inicializace a zrušení seznamu hodnot.
„calibr.pas“ – zdrojový soubor pro okno autokalibrace.
„colors.pas“ – zdrojový soubor pro okno nastavení grafu.
„communset.pas“ – zdrojový soubor pro okno s nastavením IP adresy a portu.
„axis.pas“ – zdrojový soubor pro okno nastavení logaritmických os.
„FFTs.pas“, „Complexs.pas“, „Types.pas“ – tyto soubory slouží pro výpočet FFT. Podpora FFT nebyla požadována v zadání diplomové práce, ale během vývoje aplikace se ukázalo, že by se hodila možnost výpočtu FFT. Proto jsem na internetu našel již naprogramovanou FFT pro Deplhi a použil ji.
Originální zdrojové kódy můžete nalézt na internetových stránkách společnosti SimDesign [9] a byly vydány pod licencí Mozilla Public License [11].
V následujících podkapitolách budou popsány jednotlivé proměnné, konstanty a základní funkce jednotlivých souborů.
5.1.1 Soubor „main.pas“
Proměnné: