Měření rozednívání lumiforu zářivky

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Fakulta mechatroniky a mezioborových inženýrských studií

Měření rozednívání lumiforu zářivky

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

2008

Radek Mrázek

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Fakulta mechatroniky a mezioborových inženýrských studií

Měření rozednívání lumiforu zářivky Radek Mrázek

Studijní program: B 2612 – Elektrotechnika a informatika

Studijní obor: 1802R022 – Informatika a logistika

Pracoviště Ústav řízení systémů a spolehlivosti

Fakulta mechatroniky a mezioborových inženýrských studií

Technická univerzita v Liberci Studentská 2, 461 17 LIBEREC 1 Školitel: Ing. Jiří Jelínek, Ph.D.

Rozsah bakalářské práce Rozsah příloh bakalářské práce

Počet stran:

Počet obrázků:

Počet tabulek:

50 30 17

Počet stran:

Počet obrázků:

Počet tabulek:

4 7 0

Zadání

Zadání této práce vydané a podepsané děkanem je k náhlednutí v originálních výtiscích.

Abstrakt:

Měření rozednívání lumiforu zářivky.

Cílem bakalářské práce je tvorba laboratorní úlohy s pomocí profesionálních přístrojů Almemo® . Práce zahrnuje vytvoření měřícího přípravku a naprogramování software pro příjem dat z datalogeru. Je třeba, aby software byl adaptabilní pro více druhů datalogerů.

Úloha bude spočívat v měření svítivosti kompaktních zářivek pomocí dostupného datalogeru Almemo®. Výsledkem měření budou naměřené hodnoty a grafické závislosti průběhů veličin různých druhů kompaktních zářivek, které bude možno po skončení měření mezi sebou porovnat. Měření bude probíhat na více kompaktních zářivkách, které se budou lišit jak výkonově, tak délkou nasvícených hodin.

Klíčová slova: měření svítivosti, přípravek, dataloger, software

Abstract:

Measurement Dawn Phosphor in Fluorescent Lamp.

The aim of disertation work is to create laboratory measurment of profesional devices Almemo®.The work will include developing of gauging fixture and programming software in order to recieve data from data capture .

Software must be adaptive for more types of datalogers. The task will rest on measuring of luminance of compact fluorescent lamps using available Almemo® data capture. The result s of the measuring will be measured values and graphic dependencies of quantities behaviours took from different types of compact fluorescent lamps, which can be compared with each other at the end of measuring. The measuring will be made on various compact fluorescent lamps, which will be differenciated in capacity as well as in length of lightninghours.

Keywords: measurement luminance, case, data capture, software

Prohlášení:

Byl(a) jsem seznámen(a) s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 o právu autorském, zejména § 60 (školní dílo).

Beru na vědomí, že TUL má právo na uzavření licenční smlouvy o užití mé bakalářské práce a prohlašuji, že s o u h l a s í m s případným užitím mé bakalářské práce (prodej, zapůjčení apod.).

Jsem si vědom(a) toho, že užít své bakalářské práce či poskytnout licenci k jejímu využití mohu jen se souhlasem TUL, která má právo ode mne požadovat přiměřený příspěvek na úhradu nákladů, vynaložených univerzitou na vytvoření díla (až do jejich skutečné výše).

Bakalářskou práci jsem vypracoval(a) samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím bakalářské práce a konzultantem.

V Liberci 21. 4.2008

Radek Mrázek Krátká 647 517 73 Opočno

Poděkování:

Rád bych poděkoval vedoucímu bakalářské práce Ing. Jiřímu Jelínkovi, Ph.D. za odborné vedení a cenné rady při zpracování bakalářské práce. Poděkování patří také mým rodičům, kteří mi umožnili studovat tuto školu a všem, kteří mě podporovali během studia.

7

Obsah

Obsah ... 7

Seznam použitých symbolů ... 10

Seznam použitých zkratek ... 10

Seznam obrázků ... 11

Seznam tabulek... 11

Úvod ... 12

1. Měření svítivosti zdroje ... 13

1.1 Úvod ... 13

1.1.1 Vizuální metoda ... 13

1.1.2 Objektivní metoda ... 14

1.2 Základní jednotky pro měření světla ... 15

1.2.1 Svítivost... 15

1.2.2 Světelný tok ... 16

1.2.3 Osvětlenost ... 16

1.3 Kompaktní zářivka ... 17

1.4 Převod luxů na lumeny ... 17

2. Řízení měřících přístrojů pomocí počítače ... 19

2.1 Řízení přes sériový port ... 19

Zapojení konektoru ... 19

2.2 Parametry přenosu ... 20

2.2.1 BaudRate ... 20

2.2.2 Parita ... 20

2.2.3 Stop bit ... 21

2.3 Alternativy RS-232 ... 21

2.3.1 RS-422... 21

2.3.2 RS-485... 22

2.3.3 IrDA ... 22

2.3.4 USB ... 22

3. Přípravek ... 23

3.1 Postup výroby přípravku ... 23

3.1.1 Nastříhání plechu ... 23

3.1.2 Ohnutí plechu ... 23

3.1.3 Sváření ... 24

3.1.4 Stříkání ... 24

3.1.5 Příprava pro přírubu, vypínač, kontrolku a napajení... 24

3.1.6 Vrtání ... 25

8

3.1.7 Instalace součástí ... 25

3.1.8 Elektrická instalace ... 25

3.1.9 Dokončení ... 26

3.1.10 Odzkoušení ... 26

3.2 RS-232 Datový kabel ... 27

3.3 Luxmetr FL A613-VL ... 27

3.4 Digitální wattmetr ... 28

4. Almemo® ... 30

4.1 Datalogery ... 30

4.1.1 Almemo® 2690-8 ... 30

4.1.2 Almemo® 2590-4S ... 31

4.1.3 Almemo® 2290-8 ... 33

4.1.4 Almemo® 3290 ... 33

4.2 Čidla a konektory ... 34

4.2.1 Snímače a konektory ... 35

4.2.2 Moduly pro měření ... 36

5. Software ... 39

5.1 Ovládání sériového portu v Delphi 7 ... 39

5.1.1 TAfComPort ... 39

5.1.2 TAfDataDispatcher ... 40

5.1.3 TAfDataTerminal ... 41

5.1.4 TAfPortCombobox ... 41

5.2 Popis systému ... 42

5.2.1 Základní popis programu ... 42

5.3 Volba měření ... 43

5.4 Menu ... 44

5.4.1 Uložení hodnot a grafů ... 44

5.4.2 Automatické měření ... 44

5.4.3 Reset ... 45

5.5 Vybrané příkazy pro ovládání Almema® ... 45

5.5.1 Rychlost měření ... 45

5.5.2 Rychlost Baud ... 45

5.5.3 Režimy měření ... 46

5.5.4 Výstupní funkce ... 47

5.5.5 Výstupní formát dat ... 47

5.5.6 Další funkce ... 48

9

Závěr ... 49

Použitá literatura ... 50

Přílohy bakalářské práce ... 51

Seznam příloh ... 52

Příloha A - Grafy naměřených veličin ... 53

A.1 Měření na 18 W kompaktní zářivce ... 53

A.2 Měření na halogenové žárovce ... 54

Příloha B - Grafické uživatelské prostředí ... 56 Přílohy v elektronické podobě ... CD

10

Seznam použitých symbolů

Symbol Legenda

N Etalon svítivosti

Z Měřený zdroj

lN Vzdálenost etalonu svítivosti

l_Z Vzdálenost měřeného zdroje

H Fotometrická hlavice s trojbokým hranolem

I Svítivost

Ø Světelný tok

E Osvětlenost

L Jas

P Výkon

sr Jednotka prostorového úhlu

π Ludolfovo číslo

Cd Jednotka svítivosti

lx Jednotka osvětlení

Hz Jednotka frekvence

Ω Jednotka odporu

K Jednotka teploty

V Jednotka elektrického napětí

A Jednotka elektrického proudu

Seznam použitých zkratek

Zkratka Celý název Význam

IrDA Infrared Data Association Rozhraní pro bezdrátový přenos dat USB Universal Serial Bus Rozhraní pro přenos dat

DIN Deutsches Institut für Normung Německá národní norma LCD Liquid crystal display Displej z tekutých krystalů

RMS Root Mean Square Efektivní hodnota

A/D Analog/Digital Převodník

PC Pesonal Computer Stolní počítač

MMC Multi Media Card Paměťová karta

AC Alternating Current Střídavý tok

DC Direct Current Stejnosměrný tok

11

Seznam obrázků

Obrázek 1-1: Schématické uspořádání vizuálního měření na fotometrické lavici ... 13

Obrázek 1-2: Kompaktní zářivka ... 17

Obrázek 1-3: Převod jednotek ... 17

Obrázek 2-1: Cannon 9 ... 19

Obrázek 2-2: Princip přenosu dat u RS-422 ... 21

Obrázek 2-3: Princip přenosu dat u RS-485 ... 22

Obrázek 3-1: Ohýbačka ... 23

Obrázek 3-2: Postup začištění svaru ... 24

Obrázek 3-3: Pohled na přípravek zepředu ... 24

Obrázek 3-4: Pohled na úhelníky ... 25

Obrázek 3-5: Elektroinstalace ... 25

Obrázek 3-6: Svorkovnice ... 26

Obrázek 3-7: Kabel pro sériový přenos ... 27

Obrázek 3-8: Luxmetr FLA613VL ... 27

Obrázek 3-9: Wattmetr DW-6090 ... 28

Obrázek 4-1: Almemo® 2690-8 ... 30

Obrázek 4-2: Almemo® 2590-4S... 31

Obrázek 4-3: Almemo® 2290-8 ... 33

Obrázek 4-4: Almemo® 3290 ... 33

Obrázek 4-5: Luxmetr FLA613VL ... 35

Obrázek 4-6:Konektor pro měření stejnosměrného proudu ... 35

Obrázek 4-7: Konektor pro měření stejnosměrného napětí ... 36

Obrázek 4-8: Konektor pro měření frekvence ... 36

Obrázek 4-9: Modul pro měření stejnosměrného napětí ... 36

Obrázek 4-10: Modul pro měření stejnosměrného proudu ... 37

Obrázek 4-11: Modul pro měření střídavého napětí ... 38

Obrázek 4-12: Modul pro měření střídavého proudu ... 38

Obrázek 5-1: Hlavní obrazovka programu pro měření ... 43

Obrázek 5-2: Synchronizace wattmetru ... 43

Obrázek 5-3: Výstupní formát s hlavičkou a bez hlavičky... 46

Seznam tabulek Tabulka 1: Základní jednotky pro měření světla ... 15

Tabulka 2: Příklady svítivosti ... 16

Tabulka 3: Příklady světelného toku ... 16

Tabulka 4: Příklady osvětlenosti ... 16

Tabulka 5: Zapojení devítikolíkového konektoru ... 19

Tabulka 6: Maximální délka vedení ... 20

Tabulka 7: Příklad použití paritního bitu ... 21

Tabulka 8: Technické údaje Wattmetru DW-6090 ... 29

Tabulka 9: Technická data snímače osvětlení FLA613VL ... 35

Tabulka 10: Technická data pro konektor měření stejnosměrného napětí ... 36

Tabulka 11: Technická data modulu pro měření stejnosměrného napětí ... 37

Tabulka 12: Technická data pro modul měření střídavého napětí ... 37

Tabulka 13: Technická data pro modul měření střídavého proudu ... 38

Tabulka 14: Vybrané vlastnosti pro komponentu TAfComPort ... 40

Tabulka 15: Vybrané vlastnosti pro komoponentu TAfDataDispatcher ... 40

Tabulka 16: Vybrané funkce a procedury pro komoponentu TAfDataDispatcher ... 41

Tabulka 17: Přehled BaudRate ... 46

12

Úvod

Cílem mé práce bylo vytvoření přípravku a software pro měření svítivosti kompaktních zářivek pomocí datalogeru Almemo®. Při měření svítivosti je potřeba pomocí vytvořeného programu zachytávat měřená data posílaná od datalogeru Almemo®. Rozhodl jsem se pro vytvoření programu v Delphi7. Důvod zvolení tohoto programu byl ten, že jsem se s ním seznámil ve druhém semestru mého studia a poznal jsem jeho vysoký potenciál. Delphi7 umožňuje snadnou orientaci a intuitivní postup práce.

První kapitola se týká definování základních pojmů ze světelné techniky, především popsání metod měření svítivosti.

Ve druhé kapitole se zabývám popisem možností řízení měřících přístrojů pomocí počítače. Zaměřil jsem se na sériový port RS-232, protože se podle mého názoru v praxi nejvíce používá a také proto, že datalogery Almemo® komunikují přes sériový port.

Dále jsem uvedl další varianty řízení.

Třetí kapitola je věnována vytvoření přípravku. V této kapitole podrobně popisuji výrobu přípravku pro měření. Je zde popsán postup vytvoření od základního stříhání plechu až po elektroinstalaci.

Ve čtvrté kapitole se zabývám datalogery Almemo® a dostupnými čidly a senzory pro měření veličin. Uvádím a stručně popisuji základní technické vlastnosti těchto komponent.

Pátá kapitola je nazvána Software. Tato kapitola obsahuje základní seznámení s možností ovládání sériového portu z programovacího přostředí Delphi7.

Pro komunikaci přes sériový port jsem zvolil balíček AsyncFree. V další části kapitoly popisuji základní vlastnosti použitých komponent v mém programu. Dále jsem se věnoval popsání vybraných příkazů pro ovládání datalogerů Almemo®.

V závěru jsou shrnuty základní poznatky při měření svítivosti kompaktních zářivek.

13 N

1. Měření svítivosti zdroje

1.1 Úvod

Měření fotometrických veličin se dělí na dvě metody. První metoda je vizuální (subjektivní metoda, při které se využívá zraku). Druhou metodou se měří fyzikálními čidly, nazýváme jí fyzikální (objektivní).

Subjektivní měření jsou závislá na individuálních vlastnostech zraku různých pozorovatelů. V současnosti se dává přednost fyzikálním měřením, při nichž se využívá přesných objektivních přístrojů, vybavených kvalitními fotočlánky.

1.1.1 Vizuální metoda

Při vizuálním měření se buď přímo porovnává svítivost měřeného zdroje se svítivostí etalonu, nebo se měří substituční metodou s použitím srovnávácího světelného zdroje.

Pro měření svítivosti se využívá fotometrická lavice. Je to laboratorní přístroj sloužící k měření svítivosti, porovnávání světelných zdrojů a k ověřování fotočlánků.

Mezi její neobvyklé schopnosti patří také měření rozložení svítivosti.

Lavice se skládá z vodících tyčí, na nichž se mohou volně pohybovat posuvné vozíky. Na jednom konci lavice se umístí měřený zdroj Z, na druhém konci etalon svítivosti N a mezi nimi fotometrická hlavice H, tvořená například trojbokým hranolem, umožňujícím měření na stejný jas. Odrážející plochy hranolu musí být dokonale rozptýlené, aby jasy pozorovaných ploch byly úměrné jejich osvětlenosti. Stejného jasu obou částí pole fotometru lze dosáhnout za předpokladu stejné chromatičnosti světla etalonu a zkoušeného zdroje v souladu se zákonem čtverce vzdálenosti, změnou vzdáleností l_N, respektive l_Z [12]_.

Obrázek 1-1: Schématické uspořádání vizuálního měření na fotometrické lavici

14

Po vyrovnání jasů platí pro poměr svítivosti I_Z měřeného zdroje ke svítivosti I_N srovnávacího zdroje vztah

(cd, cd; m, m), (1)

z něhož se při známé svítivosti I_N snadno určí svítivost I_Z měřeného zdroje. Pojížděním fotometru mezi oběma zdroji se vyrovná na stejný jas nebo kontrast obou částí fotometrického pole, odečte se zvdálenost l_N normálu I_N a l_Z měřeného zdroje I_Z a měřená svítivost se pak určí ze vztahu (1). K zajištění stejných optických podmínek pro oba zdroje se měření zopakuje ještě jednou při fotometru otočeném o 180º. Z obou měření se stanoví střední hodnota.

Při vizuálním substitučním měření se dává etalon svítivosti i měřený zdroj postupně na tutéž stranu fotometru a oba tyto zdroje se porovnávají s vhodným srovnávacím zdrojem, který je umístěn na druhé straně fotometru. Srovnávací zdroj nemusí mít známou hodnotu svítivosti, ale jeho svítivost musí být alespoň v průběhu jednoho měření konstatní. Po vyrovnání jasu obou částí fotometrického pole postupně pro etalon svítivosti IN a měřený zdroj IZ, se na měřítku fotometrické lavice odečtou vzdálenosti lN a lZ a svítivost měřeného zdroje se určí podle rovnice (1). Při měření zůstává vzdálenost fotometru od srovnávacího zdroje konstantní a posouvá se buď vozík s etalonem či měřeným zdrojem, nebo vozík fotometru s pevně připojeným vozíkem srovnávacího zdroje. Tato metoda vylučuje vliv nesymetrie fotometrické destičky a pracuje s konstatním jasem srovnávacího pole.

1.1.2 Objektivní metoda

Při objektivním měření se osvětluje postupně etalonem svítivosti a měřeným zdrojem fyzikální čidlo. Nejčastěji se měří při konstantní osvětlenosti čidla, kdy se vylučuje vliv nelinearity závislosti fotoproudu fotonky na osvětlenosti. Mění se tedy poloha měřeného zdroje tak, až je výchylka měřícího přístroje stejná jako při osvětlení etalonem svítivosti. Proto se hledaná svítivost vypočte opět z rovnice (1). Pokud by se měřilo při různé osvětlenosti fotočlánku, bylo by nutno ověřit linearitu fotočlánku a počítat s korekčními činiteli.

Při měření je třeba vyloučit účinky rozptýleného světla na čidlo. Proto se na fotometrickou lavici umísťují mezi zdroj a fotometr stínící clony tak, aby na fotonku

dopadalo světlo pouze od měřeného zdroje. Velikost otvorů v clonách musí být taková,

15

aby žádná aktivní část zdroje nebyla zastíněna. Při objektivním měření musí být citlivá plocha čidla zcela a rovnoměrně osvětlena.

Světlo je elektromagnetické záření o vlnové délce viditelné okem, obecněji elektromagnetické vlnění v rozmezí od infračerveného po ultrafialové. Svítivost, jako fotometrická veličina, se neměří přímo, ale převádí se buď na měření jasu nebo osvětlenosti.

1.2 Základní jednotky pro měření světla

Tabulka 1: Základní jednotky pro měření světla

Proměnná Symbol Jednotka Definice

Svítivost I Kandela (cd)

Množství světla vyzářeného bodovým zdrojem do jednotkového prostorového úhlu za jednotku času.

Světelný tok Ø Lumen (lm) Množství světla vyzářené zdrojem za jednotku času do prostorového úhlu Ω.

Osvětlenost E Lux (lx) Dopad světleného toku na povrch ve vztahu k velikosti povrchu.

Jas L cd / m² Svítivost světla vyzařujícího povrchu ve vztahu k velikosti povrchu dopadu.

1.2.1 Svítivost

Svítivost je jednou ze základních jednotek SI. Základní jednotkou je kandela (Candela, cd). Svítivost 1 cd je svítivost zdroje v daném směru, který vysílá

monochromatické záření s kmitočtem 540×10¹² Hz a má v tomto směru zářivost wattů na steradián.

16

Tabulka 2: Příklady svítivosti

Svítivost Zdroj

0,005 cd LED dioda

1 cd Svíčka

135 cd 100W žárovka

100 000 cd Reflektory auta (směr vpřed)

1 000 000 cd Fotografický blesk

1.2.2 Světelný tok

Světelný výkon či světlený tok, je obdoba wattu. Jeho jednotkou je lumen (lm).

Liší se od wattu tím, že vyjadřuje energii posuzovanou z hlediska citlivosti oka na různé vlnové délky světla. Infračervená žárovka tak může mít klidně 150 W, ale 0 lumenů (září v infračervené oblasti, a tudíž není vidět).

Tabulka 3: Příklady světelného toku

Světelný tok Zdroj

1340 lm 100W žárovka

1500 lm 23W kompatkní zářivka

1200 lm Dataprojektor

1.2.3 Osvětlenost

Je to celkový světelný výkon, který dopadne na jednotku plochy. Jednotka osvětlení je lux (lx). Jeden lux je jeden lumen na metr čtverečný [3].

lux = lumen / m² = kandela×steradián / m²

Tabulka 4: Příklady osvětlenosti

Osvětlení Příklad situace

< 1 lux Měsíční svit

10 luxů Svíčka ve vzdálenosti 30 cm

400 luxů Typická kancelář

50 000 luxů Slunný den

17

1.3 Kompaktní zářivka

Kompaktní zářivky vytvářejí světlo na stejném principu jako zářivky. Neviditelné UV záření, vyvolané výbojem, je budičem pro luminofor uvnitř trubice, který je převádí na viditelné světlo.

Kompaktní zářivka byla navržena, tak aby mohla nahradit běžnou žárovku. Zářivka je opatřena stejnou paticí jako běžná žárovka (E14, E27), její rozměry bývají trochu větší než u žárovky.

Zářivka je složena z vlastní zářivkové trubice, která je naplněna plynem a z vlastního předřadníku.

Mezi hlavní výhody kompaktní zářivky ve srovnání s běžnými žárovkami patří:

• až o 80 % menší spotřeba elektrické energie při stejném množství světla

• 6× až 15× delší životnost

• různé barvy světla

Bohužel všechno má své pro a proti, zářivky se nehodí tam, kde se často rozsvěcí a zhasíná, protože každá zářivka se naplno rozsvítí až po několika minutách. Nehodí se také do svítidel se stmívači, ve kterých nefungují.

Kompaktní zářivky a žárovky se stejným světelným tokem:

Klasická žárovka Kompaktní zářivka

25 W 5 W

40 W 7 W

60 W 11 W

75 W 15 W

100 W 20 W

120 W 30 W

1.4 Převod luxů na lumeny

Obrázek 1-3: Převod jednotek

Obrázek 1-2: Kompaktní zářivka

18

Příklad: Měříme osvětlenost žárovky ve vzdálenosti 3,162 m. Luxmetr naměří hodnotu 22 lx. Vyzařovací úhel žárovky je 30 º [6].

1. Přepočítání intezity ozáření na 1 metr:

E1 = (d2/d1) × E2 (2)

E1.0m= (3,162/1,0)² × 22,0 = 220 lm/m²

2. Převod z lm/m² na lm/sr k 1 metr:

220 lm/m² × 1 m²/sr = 220 lm/sr

3. Spočítání prostorového úhlu žárovky:

W = A/r² = 2πh / r = 2π [1 - cos(α-2)] (3)

W = 2π [1-cos(330/2)] = 12,35 sr

4. Spočítání celkového počtu lumenů:

220 lm/sr × 12,35 sr = 2 717 lm

19

2. Řízení měřících přístrojů pomocí počítače

2.1 Řízení přes sériový port

Pomocí sériového rozhraní se počítač propojuje s ostatními periferiemi. Můžeme propojit modem, myš, jiný počítač. Sériové připojení se liší od paralelního tím, že sériové připojení posílá jednotlivá data bit po bitu, na rozdíl od paralelního, kde se posílá najednou více bitů. Pro sériové připojení nám postačí připojení pomocí 3 vodičů (přijímaná a vysílaná data, zem). Počítač má většinou dva sériové porty : COM 1 a COM 2. COM 1 má obvykle devítikolíkový konektor a COM 2 má pětadvacetikolíkový konektor [2].

Obrázek 2-1: Cannon 9

Zapojení konektoru

Tabulka 5: Zapojení devítikolíkového konektoru

9 – kolíkový konektor

25 – kolíkový

konektor Označení I/O

1 8 DCD – Detektor přijímaného signálu Vstup

2 3 RxD – Přijímaná data Vstup

3 2 TxD – Vysílaná data Výstup

4 20 DTR – Pohotovost terminálu Výstup

5 7 GND – Zem ---

6 6 DSR – Pohotovost vysílače Vstup

7 4 RTS – Výzva k vysílání Výstup

8 5 CTS – Pohotovost k vysílání Vstup

9 22 RI – Indikátor volání Vstup

20

2.2 Parametry přenosu

2.2.1 BaudRate

BaudRate nám definuje přenosovou rychlost. Jednotka přenosové rychlosti je Baud. Přenosovou rychlost definujeme jako rychlost přenosu dat z datového média na jiné datové médium. BaudRate udává počet změn signálu za sekundu. Počet změn se potom vyjadřuje v baudech. U sériového přenosu pomocí rozhraní RS-232 platí 1 baud

= 1b/s.

Tabulka 6: Maximální délka vedení

Baud rate Maximální délka kabelu [m]

19 200 15

9 600 150

4 800 300

2 400 900

2.2.2 Parita

Při sériovém i paralelním přenosu dat může docházet k chybám, jejichž důsledkem je přijetí opačné hodnoty jednoho či několika bitů, než jaké byly původně vyslány. Paritní bit je redundantní bit přidaný k datovému slovu a obsahuje paritní informaci o počtu jedničkových bitů ve slově [8]. Rozeznáváme několik druhů parity:

- sudá - lichá - značková - mezerová

Sudá parita je doplnění datových bitů jedním dalším bitem tak, aby celkový počet jedniček v datovém přenosu byl sudý.

Lichá parita je doplnění datových bitů jedním dalším bitem tak, aby celkový počet jedniček v datovém přenosu byl lichý. Před přenosem je důležité, aby příjemce znal, zda se jedná o lichou či sudou paritu.

Mezerová parita je takový způsob zabezpečení přenosu, kdy se paritní bit nastaví na nulu.

U značkové parity se paritní bit nastaví na jedničku. Smysl těchto dvou parit je například ten, že odesílatel může vysílat znaky doplněné tímto konstatním paritním

21

a

b a

b RxD

TxD

RxD

TxD

bitem, které příjemce přijme jako osmibitové znaky bez parity. Bohužel tímto způsobem se ztrácí možnost detekovat přenosové chyby.

Tabulka 7: Příklad použití paritního bitu

7 bitová data 1 byte s paritním bitem

sudá parita lichá parita

0000000 00000000 10000000

1010001 11010001 01010001

1101001 01101001 11101001

1111111 11111111 01111111

2.2.3 Stop bit

Stop bit definuje ukončení rámce. Zároveň zajišťuje určitou prodlevu pro příjmač.

V době příjmu Stop bitu většina zařízení zpracovává přijatý byte.

2.3 Alternativy RS-232

Rozhraní RS-422 a RS-485 se používá tam, kde nám svojí délkou přenosu už rozhraní RS-232 nestačí. I když obě uvedené sběrnice mají některé společné vlastnosti, nelze je mezi sebou zaměňovat [1].

2.3.1 RS-422

• jednosměrný přenos

• používá jeden pár vodičů pro signál RxD a druhý pár vodičů pro signál TxD

• máme-li software pro RS-232, nemusíme jej pro fungování RS-422 měnit

• komunikace na vzdálenost 1600 m

• při použití dvou RS-422 lze plně nahradit obousměrný přenos u RS-232 s výhodou přenosu na větší vzdálenost

Obrázek 2-2: Princip přenosu dat u RS-422

22

a b RxD

TxD

RxD

TxD

řízení řízení

2.3.2 RS-485

• obousměrný přenos

• pouze jeden pár vodičů pro oba směry toku

• sdílený prostor pro signál RxD a TxD

• nutnost přepínat směr přenosu dat

Obrázek 2-3: Princip přenosu dat u RS-485

2.3.3 IrDA

Jedná se o bezdrátový přenos měřené veličiny pomocí infračerveného záření ve vlnové délce 875 nm ± 30 nm. Vysílačem dat jsou LED diody (nebo infračervené laserové diody). Jako příjímač se používájí PIN diody. Velikou nevýhodou IrDA přenosu je potřeba přímé viditelnosti.

2.3.4 USB

Universal serial bus představuje v dnešní době nejnovější standard pro přenos sériových dat. Oproti rozhraní RS-232 má mnoho výhod:

• je rychlejší (až 480 Mbit/s)

• možnost připojení 127 zařízení na jeden kořenový rozbočovač

• napájení 5 V s proudovým odběrem až 500 mA

V současnosti jsou rozšířené verze USB 1.1 a USB 2.0. Maximální délka kabelu mezi dvěma zařízeními je 5 metrů. USB dovoluje připojit až 127 zařízení pomocí jednoho typu konektoru. Rozhraní USB využívá čtyřvodičového připojení, přičemž dva vodiče slouží pro napájení spotřebiče a dva vodiče tvoří datový pár.

23

3. Přípravek

3.1 Postup výroby přípravku

1. Nastříhání plechu

2. Ohnutí většího plechu na ohýbačce do tvaru ,,U”

3. Sváření

4. Nastříkání přípravku na černo

5. Příprava pro přírubu, vypínač, kontrolku a napajení 6. Vrtání

7. Instalace vypínačů, DIN lišty a objímky 8. Zapojení vodičů

9. Dokončení 10. Odzkoušení

3.1.1 Nastříhání plechu

K výrobě přípravku jsem použil hliníkový plech. Volil jsem tento meteriál z důvodu jeho dobré dostupnosti. Hliník je lehký a dobře opracovatelný. Na základní tvar přípravku bylo potřeba nastříhat tři kusy plechů. První o rozměrech ≠2,5 × 335 × 420 mm (bočnice - 2 kusy). Druhý o rozměru ≠2,5 × 330 × 1165 mm (tvar ,,U”).

Dále bylo potřeba zhotovit víko. Na víko jsem ustřihl plech o rozměru ≠2,5 × 330 × 330 mm. Jako poslední jsem stříhal plechy na přidržení víka o rozměru ≠2,5 × 330 × 40 mm (4 kusy). Plechy byly nastříhány na strojních padacích nůžkách.

3.1.2 Ohnutí plechu

Plech o rozměru 330 × 1165 mm jsem ohnul pomocí strojní ohýbačky na tvar ,,U”

v požadovaném rozměru. Plechy rozměru ≠2,5 × 330 × 40 mm jsem ohnul na úhelník o rozměru 20 × 20 mm.

Obrázek 3-1: Ohýbačka

24

3.1.3 Sváření

Na ohnutý tvar plechu ,,U” byly přivařeny dvě bočnice. Po svaření byly svary nahrubo začištěny pomocí úhlové brusky brusným kotoučem. Konečné začištění bylo provedeno úhlovou bruskou s brusným papírem.

Obrázek 3-2: Postup začištění svaru

3.1.4 Stříkání

Po svaření plechů byla bedna pro přípravek připravena k instalaci dalších prvků.

Hliník byl ale velmi poškrábaný a bedna nevypadala dobře, proto jsem se rozhodl ji nastříkat na černo. Před nastříkáním jsem bednu důkladně očistil a odmastil. K nástřiku jsem použil klasický rychloschnoucí matný černý sprej.

3.1.5 Příprava pro přírubu, vypínač, kontrolku a napajení

Otvor pro přírubu o průměru 40,5 mm jsem vystřihl pomocí hydraulických nůžek.

Pro vypínač a signálku napájení jsem vyvrtal přípravné díry o průměru 9,5 mm.

Následovalo dopilování pilníkem na rozměr signálky a vypínače. Stejný postup byl zvolen při přípravě otvoru pro zástrčku napájení.

Obrázek 3-3: Pohled na přípravek zepředu

25

3.1.6 Vrtání

Dále bylo potřeba vyvrtat otvory pro upevnění úhelníků na přidržení víka, nohy, držák víka, DIN lišty,ochranný šroub a přírubu. Po vyvrtání jsem připevnil úhelníky.

Obrázek 3-4: Pohled na úhelníky

3.1.7 Instalace součástí

Pro upevnění objímky pro zářivku jsem se rozhodl použít DIN lištu. Zespod na objímku jsem připevnil dvě nohy pro připevnění na DIN lištu. S objímkou lze pak snadno pohybovat a měnit její vzdálenost od senzoru. Vypínač a kontrolku jsem zasunul do připravených otvorů. Nakonec jsem zepředu na bednu upevnil pomocí tří šroubků přírubu, do které se zasouvá senzor.

3.1.8 Elektrická instalace

Obrázek 3-5: Elektroinstalace

Elektroinstalaci jsem se rozhodl rozlišit pomocí barevných vodičů. Střední vodič má modrou barvu, fáze barvu černou a ochranný vodič má zelenožlutou barvu. Na dně přípravku jsou připevněny dvě DIN lišty. Na jedné z nich je připevněna objímka a na druhé liště jsem zhotovil jednoduchou svorkovnici, do které jsem přivedl fázi, střední a ochranný vodič z napájení. Tyto vodiče jsou potom podle potřeby rozvedeny do

26

kontrolky, vypínače a na objímku. Vodiče jsou o průměru 2,5 mm. Pro zajištění větší bezpečnosti při měření jsem se rozhodl dráty opatřit dutinkami, aby nebyl možný dotyk s živou částí. V přípravku jsem vytvořil malou svorkovnici, do které jsem přivedl vodiče z napájení.

Obrázek 3-6: Svorkovnice

3.1.9 Dokončení

Na konec jsem opatřil bednu držákem na víko a přišrouboval nohy pod bednu.

Držák je připevněn jednoduše pomocí dvou šroubků. Bedna stojí celkem na čtyřech nohách z gumy.

3.1.10 Odzkoušení

Po úspěšném zhotovení bedny mě čekalo odzkoušení její správné funkce. Do její zadní části jsem zastrčil napájecí kabel. Do objímky E27 jsem zašrouboval kompaktní zářivku. Po zapnutí vypínače se kompaktní zářivka rozsvítila. Nakonec bych chtěl upozornit na nebezpečí zasáhnutí el. napětím. Z bezpečnostních důvodů jsem konce vodičů opatřil izolovanými dutinkami a izolovanými vidlicemi. Nicméně při vypnutí vypínače a odšroubování kompaktní zářivky je v objímce síťové napětí a mohlo by dojít k úrazu. Proto je nutné při manipulaci s kompaktní zářivkou odpojit přípravek od sítě.

27

3.2 RS-232 Datový kabel

Devítipinový konektor může být připojen přímo kabelem ZA 1909 – DK5. Odběr proudu je přibližně 1mA, maximální přenosová rychlost je 115 200 bd. Hardwarový handshake není podporován. Můžeme použít XON – XOFF [4]. Jedná se o třívodičové zapojení. Zapojené jsou piny: RxD, TxD a GND.

Obrázek 3-7: Kabel pro sériový přenos

3.3 Luxmetr FL A613-VL

Obrázek 3-8: Luxmetr FLA613VL

Luxmetr má dva měřící rozsahy pro měření osvětlení. První rozsah s vysokým rozlišením se používá pro měření vnitřního osvětlení. Druhý rozsah s nízkým rozlišením se používá pro měření venkovních prostorů.

28

3.4 Digitální wattmetr

Pro měření proudu, napětí a výkonu využívám digitálního wattmetru DW-6090.

Wattmetr umožňuje tyto veličiny posílat přes sériový port [9].

• multifukční - měření W, VA, Wh, účiník, AC V, AC A, DC V, DC A, Hz, Ω

• měření TRUE AC výkonu, TRUE RMS pro AC V, AC A

• velký LCD displej 93×52 mm, zobrazující současně W, účiník, napětí a proud

• induktivní klešťová sonda nebo proudový transformátor

• automatická volba rozsahů

• výstupní rozhraní RS 232

• funkce PEAK HOLD, DATA HOLD, nastavení nuly, přepínaní polarity

• indikace přetížení, nízkého napětí baterie

• základním příslušenstvím přístroje jsou měřící vodiče

• klešťové sondy nejsou v základním příslušenství

Obrázek 3-9: Wattmetr DW-6090

29 Technické údaje:

Tabulka 8: Technické údaje Wattmetru DW-6090

veličina rozsah přesnost

W přímý vstup 6 kW ± (1,5% + 5d)

W indukt. sonda 9,9 kW ÷ 999,9 kW ± (1,5% + 5d)

VA přímý vstup 99,9 VA ÷ 9,9 kVA ± (2% + 2d)

účiník 0,01 ÷ 1,00 ± (1,5% + 2d)

AC / DC V 0,1 V ÷ 600 V ± (1,0% + 1d)

AC / DC A přímý vstup 0,01 A ÷ 10,0 A ± (1,0% + 1d)

AC / DC A indukt. sonda 1000 A přístroj + sonda

AC A CT transformátor 0,1 ÷ 200 A (CT 100/5A) 1 ÷ 2000 A (CT 1000/5A)

přístroj + CT přístroj + CT

Wh 0,001 Wh ÷ 1000 kWh ± (1,5% + 5d)

odpor 9,999 Ω ÷ 19,99 k Ω ± (1,0% + 1d)

frekvence 10 Hz ÷ 999 Hz ± (1,0% + 1d)

napájení DC 9 V, 1,5 V AA baterie 6ks

rozměry 280 × 210 × 90 mm

hmotnost přibližně 1,6 kg

30

4. Almemo®

4.1 Datalogery

V této kapitole budu popisovat vybranné datalogery, na kterých je možné případné měření a na kterých jsem testoval software. V závěru kapitoly budou popsány čidla, moduly a senzory, které se dají k těmto datalogerům připojit.

Datalogery Almemo® jsou skupiny přístrojů, které jsou vybaveny patentovaným Almemo® Konektor-Systémem firmy Ahlborn. Inteligentní konektor Almemo®

pro připojení čidel a periferních přístrojů umožňuje jejich okamžité použití, protože všechny potřebné parametry jsou v něm uloženy v paměti EEPROM a tím odpadá jakékoliv potřebné programování.

4.1.1 Almemo® 2690-8

Obrázek 4-1: Almemo® 2690-8

Dataloger zaujme na první pohled svým charakteristickým vzhledem. Pružné pryžové pouzdro, uspořádání ovládacích tlačítek a způsob připojení konektorů čidel ochrání přístroj před nárazy a stříkající vodou. Dataloger Almemo® 2690-8 má 5 galvanicky oddělených měřících vstupů pro Almemo® čidla. K dispozici máme více jak 20 kanálů v konektorech čidel a 4 přístrojově interní funkční kanály s více jak 70 měřícími rozsahy pro bezpočet měřících možností.

31

Pro obsluhu je přístroj vybaven grafickým LCD displejem a klávesnicí. Paměť s kapacitou 512 KB je jištěna proti výpadku a je uspořádána kruhově. Data lze vyčítat z paměti přenosovou rychlostí maximálně 115,2 kBaud. Paměť pojme cca 100 000 měřených hodnot. Měřené a vypočtené hodnoty je možné přenášet lokální počítačovou sítí i přes internet. Použití 24 bitového A/D převodníku Delta - Sigma a 16 bitového flash - mikroprocesoru dovoluje aktualizaci přístrojového software prostřednictvím internetu.

Technická data:

Měřicí vstupy: 5 vstupů pro Almemo® konektory Měřicí kanály: 5 základních galvanicky oddělených

+ 3 funkční kanály pro každý Almemo® vstup + 4 interní výpočtové kanály

Výstupy: RS 232, analogový Vybavení:

displej: grafický, 128 x 128 bodů

tastatura: 4 funkční tlačítka, 4 kurzorová a středové tlačítko paměť: 512 kB (pro 100 000 měřených hodnot)

Napájení: 3 baterie mignon nebo 3 NiMH akumulátory se síťovým adapterem

Pouzdro přístroje:

otřesuvzdorné a odolné proti stříkající vodě

Funkce: diference, nastavení nuly, nastavitelná stupnice, kompenzace teploty, výpočet průtoku, max. a min. hodnoty, reálný čas a datum, grafické zobrazení, výstup na PC, tiskárnu, úsporný režim, volba jazyka – čeština, angličtina, němčina)

4.1.2 Almemo® 2590-4S

Obrázek 4-2: Almemo® 2590-4S

32

Přístroj je vhodný jak v oblasti řízení jakosti výroby, ve výzkumu a vývoji, ve zkušebnách, tak i přímo ve výrobě. Jednou z předností je jednoduchá obsluha pomocí českého menu na grafickém podsvíceném displeji LCD. S přístrojem je možné změřit nerůznější veličiny (teplotu, vlhkost, proudění vzduchu, průtok kapalin, tlak, sílu, dráhu, intenzitu záření, koncetraci plynů, meteorologická a další fyzikální a chemické veličiny) pomocí snímačů Almemo®, které lze připojit ke 4 vstupům přístroje.

Dataloger zaujme svým moderním kompaktním pouzdrem. Má 2 až 4 galvanicky oddělené vstupy pro čidla. Umožňuje uložit až 7 - 12 000 měřených hodnot na vnitřní paměť přístroje nebo na extérní MMC-kartu (až 128 MB). Komunikace mezi datalogerem a počítačem je možné přes RS232, USB nebo Ethernet.

Technická data:

Měřicí vstupy: 2590-2 … 2 vstupy 2590-3S … 3 vstupy 2590-4S … 4 vstupy galv. oddělení 50V

měřící kanály: 4 / vstup + 4 intérní AD-převodník : delta-sigma 16 bit napájení čidel: maximálně 150 mA Výstupy: RS 232, analogový Vybavení:

displej: grafický, 128 x 64 bodů tastatura: 7 silikonových tlačítek

paměť: 59 kB (7 - 12000 měřených hodnot)

Napájení: 3 alkalické baterie typu AA nebo DC- kabel ZA2690UK 10..30 VDC Funkce: maximální a minimální hodnoty, průměrování, nulování, kalibrace,

výpočet průtoku, paměť pro 99 hodnot, tlumení korekce

33

4.1.3 Almemo® 2290-8

Technická data:

Měřicí vstupy: 5 vstupů

Měřící kanály: na sensor, maximálně 4

Výstupy: 2 Almemo® výstupy pro všechny výstupní moduly (pro PC, propojení do sítě, analogový)

Vybavení:

displej: 8 - místný, výška číslic 12 mm výběr funkce: 16 - polohový otočný přepínač klávesnice: 5 kláves

paměť: 500 kB (100000 měřených hodnot)

Napájení: adaptér: ZB 2290-NA 230 V AC na 12V DC, 200 mA DC kabel: ZB 2290-UK 10..30 V DC na 12V DC, 250 mA Funkce: maximální a minimální hodnoty, průměrování, nulování a další

4.1.4 Almemo® 3290

Měřící vstupy: 9 vstupů

Měřící kanály: na sensor, maximálně 4

Výstupy: 2 Almemo® výstupy pro všechny výstupní moduly (pro PC, propojení do sítě, analogový)

Vybavení:

displej: 6 digit 7 - segmentů, 2 digit 16 - segmentů

výběr funkce: 16 - polohový otočný přepínač klávesnice: 6 kláves

paměť: 500 kB (100000 měřených hodnot)

Napájení: adaptér: ZB 5090-NA2 230 V AC na 12 V DC, 0,8 A DC kabel: ZB 3090-UK 10..30 V DC na 12 V DC, 250 mA

Funkce: Maximum, minimum, průměrné hodnory, korekce měřené hodnoty a další

Obrázek 4-3: Almemo® 2290-8

Obrázek 4-4: Almemo® 3290

34

4.2 Čidla a konektory

Všechna čidla a výstupní moduly se k přístrojům Almemo® připojují vždy stejným způsobem. Funkční postup a programování všech jednotek je totožný. Všechna sériově vyráběná čidla s konektorem Almemo® jsou naprogramována pro určitý měřící

rozsah a jednotky měření. Proto je můžeme bez jakýchkoliv dalších opatření připojit do přístroje. Mechanická úprava konektorů přitom zajišťuje, aby se nezaměnily

konektory čidel a výstupních modulů. Kromě toho mají Almemo® konektory dvě zajišťovací páčky, které se zaklapnou po zasunutí konektoru a zamezují tak jejich nechtěnému vysunutí během provozu. Chceme-li konektor odpojit, obě páčky musíme nejdříve zmáčknout.

Čidla pro fyzikální veličiny dělíme na:

• termodráty

• teplotní čidla

• plášťová teplotní čidla

• snímače tepelného toku

• čidla vlhkosti

• snímače proudění vzduchu

• snímače tlaku

• snímače síly

• snímače dráhy

• snímače průtoku kapalin

• snímače záření

• snímač otáček

Dále máme čidla pro měření elektrických a chemických veličin.

35

4.2.1 Snímače a konektory

a) Snímač intenzity osvětlení FLA613VL

Tabulka 9: Technická data snímače osvětlení FLA613VL

Technická data Měřící rozsah: nízké rozlišení vysoké rozlišení

0 – 260 000 lx 0 – 26 000 lx

Napájení 5V

Výstupní napětí 10µV/lux

Impedance 1kΩ

Přesnost měřené veličiny 5 %

Jmenovitá teplota 24 ºC ± 2 K

Pracovní / skladovací teplota 0 – 60 ºC / -10 – 80 ºC

Váha 40g

Rozměry Ø 37 mm, výška 20 mm

b) Konektor pro měření stejnosměrného proudu

Obrázek 4-6: Konektor pro měření stejnosměrného proudu

Pro měření stejnosměrného proudu máme na výběr ze dvou typů konektorů. První se značí ZA9601FS1 a měří stejnosměrný proud v rozsahu ± 32 mA. Druhým typem konektoru pod označením ZA9601FS2 můžeme měřit stejnosměrný proud v rozsahu 4 až 20 mA.

Obrázek 4-5: Luxmetr FLA613VL

36

c) Konektor pro měření stejnosměrného napětí

Obrázek 4-7: Konektor pro měření stejnosměrného napětí

Tabulka 10: Technická data pro konektor měření stejnosměrného napětí

Typ Rozsah Rozlišení

ZA9600FS0V12 -10 mV - 55 mV 1 µV

ZA9600FS1V12 ± 26 mV 1 µV

ZA9600FS2V12 ± 260 mV 10 µV

ZA9600FS3V12 ± 2,6 V 0,1 mV

ZA9602FS2V12 ± 26 V 1 mV

d) Konektor pro měření frekvence

Obrázek 4-8: Konektor pro měření frekvence

Frekvence se měří pomocí konektoru ZA9909AK1U s možností měření frekvence od 0 do 15000 Hz. Rozlišení je 1 Hz.

4.2.2 Moduly pro měření

e) Modul pro měření stejnosměrného napětí

Obrázek 4-9: Modul pro měření stejnosměrného napětí

37

Tabulka 11: Technická data modulu pro měření stejnosměrného napětí

Typ Měřící rozsah Rozlišení Přetížení Vnitřní odpor

ZA9900AB2 ± 2V 0,001 V 400 V 800 kΩ

ZA9900AB3 ± 20 V 0,01 V 500 V 1 Ω

ZA9900AB4 ± 200 V 0,1 V 500 V 1 Ω

ZA9900AB5 ± 400 V 1 V 1000 V 4 Ω

f) Modul pro měření stejnosměrného proudu

Obrázek 4-10: Modul pro měření stejnosměrného proudu

Typ Měřící rozsah Rozlišení Přetížení Vnitřní odpor

ZA9901AB1 ± 20 mA 0,01 mA 0,1 A 10 kΩ

ZA9901AB2 ± 200 mA 0,1 mA 1 A 1 Ω

ZA9901AB3 ± 2 A 0,001 A 10 A 0,1 Ω

ZA9901AB4 ± 10 A 0,01 A 20 A 0,01 Ω

g) Modul pro měření střídavého napětí

Tabulka 12: Technická data pro modul měření střídavého napětí

Typ Měřící

rozsah Rozlišení Špička Přetížení Vnitřní

odpor

ZA9903AB1 130 mVef 0,1 mV 0,2 V 400 V 0,5 MΩ

ZA9903AB2 1,3 Vef 1 mV 2 V 400 V 0,8 MΩ

ZA9903AB3 13 Vef 10 mV 20 V 500 V 1 MΩ

ZA9903AB4 130 Vef 0,1 V 200 V 500 V 1 MΩ

ZA9903AB5 400 Vef 1V 1000 V 1000 V 4 MΩ

38

Obrázek 4-11: Modul pro měření střídavého napětí

h) Modul pro měření střídavého proudu

Tabulka 13: Technická data pro modul měření střídavého proudu

Typ Měřící rozsah Rozlišení Špička Přetížení Vnitřní

odpor

ZA9904AB1 1 Aef 1 mA 2 A 10 A 0,1 Ω

0ZA9904AB2 10 Aef 10 mA 20 A 20 A 0,01 Ω

.

Obrázek 4-12: Modul pro měření střídavého proudu

39

5. Software

5.1 Ovládání sériového portu v Delphi 7

Pro ovládání sériového portu v Delphi jsem využil balíčku AsyncFree [10]. Tento balíček se skládá z následujících komponent:

• TAfComPort

• TAfDataDispatcher

• TAfLineViewer

• TAfTerminal

• TAfFileViewer

• TAfDataTerminal

• TAfPortComboBox

• TAfPortRadioGroup

V mém programu jsem využil 4 komponenty. Jedná se o komponenty TAfComPort, TAfDataDispatcher, TAfDataTerminal a TAfPortComboBox.

5.1.1 TAfComPort

Poskytuje základní funkce pro sériovou komunikaci. Může být poskytnuta jako zdroj dat pro komponentu TAfDataDispatcher.

Při práci s touto komponentou máme k dispozici čtyři základní procedury.

Procedura Open nám otevře daný port. Zavoláme-li proceduru Close, port se uzavře.

Pro práci se znaky nám poslouží procedura s názvem WriteString, která zapíše řetězec do výstupní vyrovnávací paměti. Jestliže není v paměti dostatek místa, vyvolá vyjímku.

Potřebujeme-li zjistit zda je port otevřen, použijeme proceduru - Active.

Vybrané funkce pro komponent:

• ReadChar- Čte znak z vyrovnávací paměti. Jestliže v paměti není žádný znak, vyvolá se vyjímka.

• ReadToString- Přečte všechna data z vyrovnávací paměti a vloží je do řetězce.

Příklad použití v programu: AfComPort1.WriteString('f1m0');

40

Tabulka 144: Vybrané vlastnosti pro komponentu TAfComPort

Vlastnost Význam

AutoOpen Je-li tato vlastnost na stav True, pak při vytvoření této komponenty se nastavený port automaticky otevře.

BaudRate Nastavení Baudrate (např. br1200, br 9600, br256000, brUser)

Databits Počet databitů (např. db4, db6, db8)

FlowControl fwNone, fwXOnXoff, fwRtsCts, fwDtrDsr

Parity Paria (paNone, paOdd, paEven, paMark, paSpace)

OnDataRecived Nastane, když jsou data přijmuta přes komunikační port. Count je aktuální počet dostupných bytů ke čtení.

OnPortClose Nastane, když je zavřen port.

OnPortOpen Nastane při otevření portu.

5.1.2 TAfDataDispatcher

Poskytuje řízení přicházejících dat a událostí v jedné nebo více ,,data aware”

komponentách. TAfDataDispatcher má vlastní buffer. Může být použita ve spojení s komponentami, které poskytují data jako je například AfComPort.

Tabulka 155: Vybrané vlastnosti pro komoponentu TAfDataDispatcher

Vlastnost Význam

BufferSize Určuje velikost vyrovnávací paměti.

DataProvider Určuje poskytovatele dat.

StreamBlockSize Určuje maximální velikost zapsaného datového bloku.

OnDataReceived Nastane, když jsou přijmuta data z poskytovatele dat (zapsána do dispatcher vyrovnávací paměti).

OnWriteBufFree Nastane, když data z poskytovatele jsou poslána. Nenastane, když data jsou právě posílána.

Příklad použití v programu: ADataDispatcher.DataProvider := AfComPort1;

41

Tabulka 166: Vybrané funkce a procedury pro komoponentu TAfDataDispatcher

Funkce / procedura Význam

ReadString

Přečte všechny data z vyrovnávací paměti dispatcheru do řetězce. Jestliže toto voláme během události OnDataReceived, pak se nesmažou žádná data z vyrovnávací paměti dispatcheru,

dokud je všechny připojené komponenty neviděly.

WriteChar Zapíše znak do určeného poskytovatele dat.

WriteData Zapíše data do určeného poskytovatele dat.

WriteString Zapíše řetězec do určeného poskytovatele dat.

BufUsed Vrátí počet bytů, které jsou akutálně ve vyrovnávací paměti.

Příklad použití v programu: ADataDispatcher.ReadString := s; // s:string

5.1.3 TAfDataTerminal

Reprezentuje ,,data aware” terminální okno. Je to potomek TAfTerminal a dovoluje připojení k data disptacher. Vlastnost Active určuje stav terminálu. Je-li True (defaultní nastavení), terminál může přijímat a vysílat data skrz přiřazený data dispatcher. Další vlastnost Dispatcher specifikuje data dispatcher.

Příklad použití v programu: AfDataTerminal1.Dispatcher := AfDataDispatcher1;

5.1.4 TAfPortCombobox

Je to speciální Combobox, který uživateli dovoluje vybrat si požadovaný sériový port. Číslo sériového portu vybereme pomocí vlastnosti ComNumber.

Komponenta umožňuje nastavení maximálního počtu zobrazených portů pomocí vlastnosti MaxComPorts. Pomocí vlastnosti ComPort specifikujeme TAfComport komponentu. Pro smazání neexistujících portů ze seznamu nastavíme pcCheck Exist na True. Právě otevřené porty lze smazat ze seznamu, když nastavíme vlastnost pcDisableOpen na True.

Příklad použití v programu: AfPortCombobox1.MaxComPorts :=4;

42

5.2 Popis systému

5.2.1 Základní popis programu

Program jsem se snažil z hlediska uspořádání ovládacích tlačítek a grafického výstupu naměřených veličin sestavit tak, aby byl intuitivní a snadný již při prvním spuštění. Program, který jsem vytvořil, umožňuje mnoho funkcí.

Nejvýznamnější z nich je ovládání datalogerů Alemo pouhým stistknutím tlačítka.

Pro změření svítivosti zářivky stačí pouze nastavit port, na kterém je připojený dataloger Almemo® a port, na kterém je připojen digitální wattmetr. Po tomto

základním nastavení stačí nastavit na zdroji příslušné napětí kompaktní zářivky a stisknout tlačítko Start. Program vyšle řetězec do datalogeru. Dataloger po přijetí

řetězce začne posílat zpět měřené luxy. Program nezačne zaznamenávat data, dokud svítivost v přípravku nepřekročí implicitně nastavenou hodnotu 20 lx. Tato hodnota se dá v nastavení programu lehce změnit. Po zapnutí hlavního vypínače na bedně program automaticky začne zaznamenávat měřené veličiny do tabulek a začne vykreslovat grafy.ema. Základní perioda zaznamenávání dat je nastavena na 0,9 s.

Program dále umožňuje měření veličin na žárovce. Digitální wattmetr posílá přes sériový port v jednom velkém řetězci odebíraný proud,výkon a nastavené napětí. Tyto veličiny jsem pomocí algoritmu ošetřil a zaznamenal do tabulky. Poté je možno vykreslit V-A-charakteristiku žárovky, závislost svítivosti na příkonu a nakonec závislost svítivosti na napětí.

Po spuštění programu se objeví grafické uživatelské rozhraní (viz obr č. 5.1). K dispozici je menu, prostor pro grafy, tabulka pro zaznamenání měřených dat a množství ovládacích tlačítek.

43

Obrázek 5-1: Hlavní obrazovka programu pro měření

5.3 Volba měření

Na výběr máme ze dvou možností. Buď lze měřit svítivost a výkon na kompaktní zářivce(vychozí nastavená hodnota), nebo jako druhá možnost lze měřit na žárovce.

Měření na žárovce je statické a spočívá v nastavení daného napětí na zdroji a následné změření proudu, výkonu a svítivosti. Program je plně automatický . Odečte nastavené napětí, výkon a proud. Při měření je důležité dát pozor, aby byla rozvsvícena zelená kontrolka, jinak by mohlo dojít k odečtení špatné hodnoty. Je-li rozvícena červená kontrolka, tak program čeká na synchronizaci z digitálním wattmetrem. Důležité je, než začneme vlastní měření, nastavit příslušný port pro wattmetr a dataloger Almemo® .

Obrázek 5-2: Synchronizace wattmetru

44

5.4 Menu

Menu je rozděleno do dvou skupin: Soubor a Nastavení.

Menu soubor:

• Uložit hodnoty - Uloží naměřené hodnoty do textovévo souboru na souboru csv.

• Uložit grafy - Možnost uložení jednotlivých grafů.

• Konec - Ukončení programu.

Menu nastavení:

• Měření - Nastavení vzdálenosti kompaktní zářivky nebo interval měření

• Automatické měření - Doba měření, Je větší než.

• Reset - Celkový reset, reset hodnot, reset grafů.

5.4.1 Uložení hodnot a grafů

Pro uložení naměřených veličin máme na výběr ze dvou možností. Buď můžeme uložit hodnoty pro měření na kompaktní zářivce, nebo hodnoty naměřené na žárovce.

Na výběr jsou dva formáty uložení. První formát je uložení hodnoty ve formátu tabulky, kde jsou jednotlivé hodnoty oddělené mezerou. Tento způsob uložení lze bez problému načíst v tabulkovém procesoru. Druhý formát (implicitně nastavený) má příponu *.csv a je plně podporován tabulkovým procesorem Excel. Data jsou oddělena středníkem.

Při volbě uložit grafy můžeme uložit jednotlivé grafické závislosti veličin.

Implicitní formát uložení je *.jpg.

5.4.2 Automatické měření

K volbě automatické měření se dostaneme intuitivně přes Menu - Nastavení. Jsou zde dvě volby. Doba měření, po které se automaticky přeruší měření. Během měření se data v reálném čase zaznamenávají do tabulek a vykresluje se graf závislosti. Při této volbě musíme kliknout na tlačítko nastav. Můžeme také nastavit, aby nám seznor měřil svítivost až od určité hodnoty. Tento způsob se dá využít při automatickém spuštění programu. Nastavíme hodnotu například 400 lx (implicitně je nastavena hodnota 20 lx) . Při spuštění přípravku se nám program ihned spustí. Po nastavení automatických voleb zbývá kliknout na tlačítko povolit. Zavřeme volbu nastavení a zmáčkneme tlačítko automatického měření.

45

5.4.3 Reset

Celkový reset nám nastaví prostředí programu do počátečního nastavení. To znamená, že bude nastavena vzdálenost světelného zdroje na 30 cm. Interval měření bude 0,9 s. Budou smazány všechny naměřené veličiny a grafy závislostí. Zvolíme-li volbu reset hodnot, tak se nám smažou naměřené hodnoty. Reset grafy nám smaže grafy. Poslední dvě volby lze provést v základním okně.

5.5 Vybrané příkazy pro ovládání Almema®

Příkazy, které chceme poslat do zářízení Almemo® musejí být ve správném formátu, jinak budou odmítnuta. Příkaz, který se právě vykonává, bude přerušen jakmile je vložen nový příkaz. Při zadání špatného příkazu se objeví zpráva ERROR. Jednotlivé příkazy uvedené v kapitole 5.5 lze poslat jako jeden řetězec.

Příklad použití v programu: AfComPort1.WriteString('N2f5k-2f1m0');

5.5.1 Rychlost měření

Rychlost měření 2.5 M/s f5k0 (1,2s) Rychlost měření 10 M/s f5k1 (0,3s) Rychlost měření 50 M/s f5k7

5.5.2 Rychlost Baud

Rychlost Baud (rychlost seriového asynchronního přenosu dat) všech modulů rozhraní je ve výrobním závodě nastavena na 9600 Baud. Abychom předešli při propojení více přístrojů možným problémům, je lepší tuto rychlost u přístrojů neměnit, ale nastavit ji pouze u centrálního počítače nebo tiskárny. Pokud to ovšem z nějakých důvodů není možné, potom musíme přenastavit tuto rychlost u všech zúčastněných přístrojů pomocí funkce Baudrate na některou možnou hodnotu (u maximální rychlosti

musíme dát pozor na moduly rozhraní). Nastavení rychlosti přenosu se ukládá do EEPROMky modulu rozhraní, proto jí musíme vzít v úvahu při připojení dalších

přístrojů Almemo®.

46

Tabulka 177: Přehled BaudRate

BaudRate Vstup

150 bd f1 b0

300 bd f1 b1

600 bd f1 b2

1200 bd f1 b3

2400 bd f1 b4

4800 bd f1 b5

9600 bd f1 b6

57600 bd f1 b7

115200 bd f1 b8

5.5.3 Režimy měření

on off

Nepřetržité snímání f5k2 f5k-2

Nepřetržité ukládání f5k4 f5k-4

Nepřetržitý výstup f5k5 f5k-5

Výstup měřené hodnoty:

• S3 - s hlavičkou

• S2 - bez hlavičky

Obrázek 5-3: Výstupní formát s hlavičkou a bez hlavičky

47

5.5.4 Výstupní funkce

Měřená veličina f1m0

Diference f1m1

Maximální hodnota f1m2

Minimální hodnota f1m3

Průměrná hodnota f1m4

Alarm Value f1m5

5.5.5 Výstupní formát dat

Výstupní formát dat nám určuje jak budou vypadat tištěná data z měřících míst a při výstupu z paměti. K dispozici jsou tři formáty. Standartní formát seznamu, kde se naměřené hodnoty nacházejí pod sebou. Druhým výstupním formátem je formát, kde se data nacházejí vedle sebe a představují tak přehledný a úsporný tisk údajů - tzv. výstup

ve sloupcovém formátu. Poslední výstupní formát je vhodný pro zpracování v tabulkovém kalkulátoru, jednotlivé údaje jsou odděleny středníkem - tzv. výstup v tabulkovém fotmátu.

Výstup v seznamovém formátu N0 00:28:47.30 00: +01548. Lx D260

10: +001. 41 kL D260 00:28:47.30 00: +01502. Lx D260

10: +001. 47 kL D260 00:28:47.30 00: +01515. Lx D260 10: +001. 43 kL D260

Výstup ve sloupcovém formátu N1 00:27:50.00 00: +01516. Lx 10: +001.39 00:27:50.00 00: +01514. Lx 10: +002.06 00:27:50.00 00: +01527. Lx 10: +001.51

Výstup v tabulkovém formátu N2

"01.01.00";"00:26:53.90";1509,;;;;;;;;;;

"01.01.00";"00:26:53.90";1524,;;;;;;;;;;

"01.01.00";"00:26:53.90";1527,;;;;;;;;;;

48

Tento výstupní formát jsem si vybral pro svůj program. Z řetězce lze snadno pomocí algoritmu vyfiltrovat měřenou veličinu. Algoritmus vyhledání měřené veličiny spočívá v nalezení pozice čárky v řetězci (je tam pouze jedna) a poté pomocí cyklu se postupuje po jednotlivých znacích směrem doleva. Najde-li se znak středník, cyklus skončí a máme hledanou veličinu.

5.5.6 Další funkce

Konec měření X

Smazání nebo formát paměti C04 Smaže maximální hodnotu C02 Smaže minimální hodnotu C03 Smaže průměrnou hodnotu C14

49

Závěr

Cílem bakalářské práce bylo vytvořit přípravek pro měření svítivosti na kompaktní zářivce pomocí dostupných datalogerů Almemo®. Dále tvorba laboratorní úlohy z nových profesionálních přístrojů.

Při přípravě přípravku na měření jsem si prověřil svoji manuální zručnost.

Zhotovení bylo velice poučné a zajímavé. Nejvíce mě bavila část realizace, kdy bylo potřeba vypilovat otvory pro kontrolky a konektor napájení. Poté vyvrtat otvory pro DIN lišty a elektroinstalace. Přípravek je připraven k použití v praxi. Doufám, že ho budou budoucí studenti využívat.

Tvorba software byla časově náročnější. V průběhu semestrů jsem narážel na nové problémy a strávil jsem mnoho hodin, než jsem přišel na jejich řešení.

Komunikace s přístroji Almemo® byla bezproblémová, horší to bylo s digitálním wattmetrem. Jeho komunikace po sériovém portu je velice zajímavá. Posílá rychle za sebou řetězec, který obsahuje všechna měřená dat. Bohužel se stává, že posílá řetězce, které s měřenými daty nemají nic společného. Nakonec jsem všechny problémy vyřešil a software je připraven k použití.

Nejzajímavější část bakalářské práce bylo vlastní měření. Zjistil jsem mnoho cenných informací. Kompaktní zářivky se po zapnutí naplno rozzáří až po několika minutách. Po této době je teprve její světlo srovnatelně kvalitní s normální žárovkou. To platí i v opačném případě, kdy jsem změřil průběh na zářivce, zářivku vypnul a po minutě jsem jí opět zapnul. Svítivost kompaktní zářivky začínala na vyšší hodnotě, než při jejím prvním spuštění, kdy byla hodinu vypnuta. S rostoucím počtem odsvícených hodin ztrácí kompaktní zářivka svojí svítivost. Při měření jsem také zjistil, že výkon udávaný výrobcem je v průměru o 1 až 2 W menší.

Jsem velice rád, že jsem mohl vypracovat tuto bakalářskou práci. Bakalářská práce mi přinesla mnoho cenných zkušeností. V práci jsem uvedl informace, které jsem se v průběhu vypracování dozvěděl. Tyto informace mohou pomoci při dalším řešení úloh pomocí datalogerů Almemo®. Doufám, že úloha bude pro budoucí studenty zajímavá a přispěje k jejich vzdělání.

50

Použitá literatura

[1] Vojáček A. Základní informace o RS-485 a RS-422 pro každého [online].

[cit.14.7.2007]. Dostupné z:

<http://automatizace.hw.cz/zakladni-informace-o-rs-485-rs-422-pro-kazdeho>

[2] HW server představuje - RS - 232 [online]. [cit.2.10.2006].

Dostupné z: <http://rs232.hw.cz/>

[3] Pihan R. Veličiny pro měření světla [online]. Grafika Publishing s.r.o.

[cit.3.10.2007]. Dostupné z:

<http://www.fotografovani.cz/art/fozak_df/rom_1p_01_photometry.html>

[4] Ahlborn, Germany: Almemo® Manual. Ahlborn Meß - und Regelungstechnik [5] Eller F. Delphi 6 příručka programátora. Grada 2002. ISSN 80-247-0303-3 [6] Ryer A. Light measurement handbook [online]. [cit.1998]. ,str. 38.

Dostupné z: <http://measure.feld.cvut.cz/groups/edu/osv/optika/handbook.pdf>

[7] Ahlborn Datalogery [online].

Dostupné z: <http://www.ahlborn.cz/cs/kategorie/datalogery/>

[8] Peterka J. Základní formy přenosů [online]. [cit.1991].

Dostupné z: <http://www.earchiv.cz/a91/a140c110.php3>

[9] Qtest, Nový Bydžov: Katalog [online]. Dostupné z:

<http://www.qtest.cz/mereni-elektrickych-velicin/katalog-elektricka- mereni.pdf>

[10] SourceForge: AsyncFree [online].

Dostupné z: <http://sourceforge.net/projects/asyncfree>

[11] Svoboda L., Voneš P., Konšal T., Mareš M. 1001 tipů a triků pro Delphi.

Computer Press, Brno 2002.

[12] Habel J. a kol. Světelná technika a osvětlování, FCC Public, Praha 1995, s. 3-4.

Dostupné z: <http://www.powerwiki.cz/attach/EST/2_pr_EST_fotometrie.pdf>

51

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Fakulta mechatroniky a mezioborových inženýrských studií

Přílohy bakalářské práce

Měření rozednívání lumiforu zářivky

Radek Mrázek

Rozsah příloh bakalářské práce: 4 strany

52

Seznam příloh

Příloha A - Grafy naměřených veličin ...Chyba! Záložka není definována.

A.1 Měření na 18 W kompaktní zářivce ... Chyba! Záložka není definována.

A.2 Měření na halogenové žárovce ... Chyba! Záložka není definována.

Příloha B - Grafické uživatelské prostředí ...Chyba! Záložka není definována.

Přílohy v elektronické podobě ...Chyba! Záložka není definována.

53

Příloha A - Grafy naměřených veličin A.1 Měření na 18 W kompaktní zářivce

Obrázek A.1.2: Závislost svítivosti na čase

Obrázek A.1.2: Závislost svítivosti/příkonu na čase

54

Obrázek A.1.3 Závislost příkonu na čase

Z grafu je patrné, že odebíraný výkon při spuštění kompaktní zářivky ja vyšší než udává výrobce. Hodnota výkonu se po 85 s pohybuje mezi 18 a 19 W.

A.2 Měření na halogenové žárovce

Obrázek A.2.1: Závislost svítivosti žárovky na příkonu