David Novák - Odbor termomechaniky a techniky prostředí

Transkript

David Novák - Odbor termomechaniky a techniky prostředí
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

Tomáš Valníček - Odbor termomechaniky a techniky prostředí VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ENERGETICKÝ ÚSTAV ODBOR TERMOMECHANIKY A TECHNIKY PROSTŘEDÍ

Více

SHIMURA Minnows

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 ...

Více

LOW-COHERENCE INTERFEROMETRY, AN ADVANCED

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...

Více

Protokol SAM

Protokol SAM pro úplnost a z důvodu zpětné kompatibility s moduly SAM-xx. U nových typů výrobků již není podporován.

Více

Jiří David - Odbor termomechaniky a techniky prostředí

Jiří David - Odbor termomechaniky a techniky prostředí VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ENERGETICKÝ ÚSTAV ODBOR TERMOMECHANIKY A TECHNIKY PROSTŘEDÍ

Více