MITTAUSTEKNIIKAN LABORATORIOTYÖOHJE TYÖ 9 MITTAUSTIEDON KERUU JA KÄSITTELY

Transkriptio

1 OAMK / Tekniikan yksikkö MITTAUSTEKNIIKAN LABORATORIOTYÖOHJE TYÖ 9 MITTAUSTIEDON KERUU JA KÄSITTELY Heikki Kurki

2 TEHTÄVÄN MÄÄRITTELY TEORIA VÄLINEET Työn tehtävänä on tutustua mittausjärjestelmään, jossa kerätään tietoa jännitesignaalista ottamalla siitä näytteitä sopivin väliajoin. Kerätty mittausdata siirretään PC:lle, jossa sitä käsitellään ja jalostetaan. Näytteenotto tehdään Arduinolla. Sen analogiasisääntuloon voidaan tuoda nollatasoon nähden maksimissaan 5 V suuruinen jännite. Arduinoon ladataan näytteenottoa varten ohjelma, jonka parametrejä asettelemalla voidaan vaikuttaa näytteenottotaajuuteen. Ohjelman perusversiossa kerätään 100 näytettä, jonka jälkeen seuraavien 4 sekunnin aikana skaalatut mittaustiedot siirretään PC:lle jatkokäsittelyyn. Mittausdatan jatkokäsittely voidaan toteuttaa joko Excelillä tai Matlabin avulla. Palauta mieleen digitaalisen signaalinkäsittelyn kurssilta näytteenottoon liittyviä asioita: näytteistys laskostuminen vaihtojännitesignaalin huippu-, keski- ja tehollisarvo vaihtosähkösignaalin taajuusspektrianalyysi, FFT ja DFT Muodosta tietokoneeseen valmiudet liittää siihen Arduino-tietokone ja Selvitä Arduinon näytteenotto-ohjelman toimintaperiaate. (ks LIITE) - Arduino, joka on liitetty PC:een - signaaligeneraattori - volttimittari - työkalut ja johtimet signaalin kytkemiseksi Arduinon analogiasisäänmenoon TEHTÄVIEN SUORITUS TEHTÄVÄ 1 Lataa Arduinon ajuri PC:hen Lataa näytteenotto- ohjelma Arduinoon Liitä signaaligeneraattori Arduinoon siten, että näytteenotto on mahdollista.kiinnitä huomiota siihen, että mitattavan signaalin maataso (GND) on vakaa. Liitä yksi GND-liittimistä suoraan signaaligeneraattori tai oskilloskoopin runkoon. Asiaa edistää myös se, että PC:n syöttö otetaan samasta ryhmäjohdosta kuin sign gener. ja skooppi saavat syöttönsä. (USBin kautta yhteys myös maatasoon.)

3 Käytettävät signaalit a) sinisignaali, taajuus voi vaihdella b) kanttiaaltoa, taajuus voi vaihdella c) kolmioaaltoa, taajuus voi vaihdella MUISTA ETTÄ SISÄÄNMENON MAKSIMIJÄNNITE ON 5 VOLTTIA! TYÖSELOSTUS LÄHTEET: LIITTEET: Tarkista, että näytejonot saadaan siirretyksi PC:lle. Kun olette ottanut näytteet a b ja c, niitä voidaan alkaa käsittelemään. Piirrä kuvaajat Selvitä vaihtojännitesignaalin huippu-, keski- ja tehollisarvo Tee vaihtosähkösignaalien taajuusspektrianalyysi, DFT TEHTÄVÄ 2 Korota signaaligeneraattorissa lähtevän signaalin taajuutta. Selvitä, mihin näyttenottotaajuuteen asti Arduinon ominaisuudet riittävät. Selvitä sen perusteella, kuinka suuri mittaus signaalin taajuus voi olla. Tee signaaleille (ainakin yksi) spektrianalyysi (Matlabissa fft-funktio). Esitä työselostuksessa työn kulku ja saadut mittaustulokset. Arduinoa koskeva verkkomateriaali Digitaalisen säädön perusteet-kurssin aineisto (Jaakko Kaski, linkkejä ohjelmassa) Näytteenoton ja tiedonsiirron lähdekoodi LIITE ARDUINON NOPEUSTESTIN KOODI // ARDUINON NOPEUSTESTIN KOODI // TÃ llã ohjelmalla luetaan tunnetun taajuuden jã nnitettã ja selvitetã Ã n, // mikã nã ytteistystaajuus toteutui kun mittaus tehdã Ã n mahdollisimman nopeasti // Ohjelman pohjaksi on otettu Arduinon InOutSerial ja muokattu siitã // These constants won't change. They're used to give names // to the pins used: const int analoginpin = A0; // Analog input pin that the potentiometer is attached to //const int analogoutpin = 9; // Analog output pin that the LED is attached to

4 double sensorvalue = 0; // value read from the InPin // int outputvalue = 0; // value output to the PWM (analog out) int mittapisteita = 100; // Mà à ritellã à n kerã ttyjen mittapisteiden lkm Aseta myã s seuraavalle riville double tulokset[100]; // Tulostaulukko int indeksi = 1; int kierros = 1; // Yhteyden alustus, ei kannattane koskea: void setup() { // initialize serial communications at 9600 bps: Serial.begin(9600); // Ohjelman suoritus alkaa tã stã. Ohjelma pyã rii silmukassa. // Arduino suorittaa ladattua ohjelmaa heti kun se jã nnitettã saa. // Edes tietokoneesta irrotus ei nollaa ohjelmaa, vaan se jatkaa // mittaamista kun kytketã à n uudelleen. void loop() { while ((indeksi < mittapisteita)) { // while-silmukassa ollaan niin kauan, ettã taulukko tulee tã yteen // jos otat liian paljon mittapisteitã, tulee ylivuoto ja mittaus menee sekaisin // ts. lukujen pitã à mahtua Arduinon muistiin... puretaan sitten viiveen aikana // sarjaportin kautta tiedostoon. // read the analog in value: sensorvalue = analogread(analoginpin); // Skaalataan luettu sensoriarvo Volteiksi. // 0 on 0V ja 1023 on 5V ja jako on lineaarinen: // Jos mittaus on liian hidas, laskuosan voi tuoda silmukasta ulos ja // saa hieman lisã nopeutta... silloin tarvit uuden silmukan joka tekee muunnoslaskennan tulokset[indeksi] = sensorvalue; // map it to the range of the analog out: // outputvalue = map(sensorvalue, 0, 1023, 0, 255); // change the analog out value: //analogwrite(analogoutpin, outputvalue); indeksi++; // kierros++; // while-silmukan jã lkeen palautetaan indeksit alkuperã isiksi // kierros = 1; indeksi = 1; while ((indeksi < mittapisteita)) { // Serial.print("\t tulokset = "); // Skaalataan luettu sensoriarvo Volteiksi. // 0 on 0V ja 1023 on 5V ja jako on lineaarinen: tulokset[indeksi] = tulokset[indeksi] * 5.0 / ; // Tulostetaan taulukon alkiosta voltit sarjaportille: Serial.println(tulokset[indeksi]); // Sarjaporttia voidaan lukea tiedostoon PuTTy:llà tai suoraan Matlabiin. // indeksi++; // kierros++;

5 Serial.println("Purskejako"); // while-silmukan jã lkeen palautetaan indeksit alkuperã isiksi // kierros = 1; indeksi = 1; // wait 10 milliseconds before the next loop // for the analog-to-digital converter to settle // after the last reading: delay(4000); /* %Matlab-koodi, jolla voi sarjaporttia lukea. Koodi ei ole aivan loppuun asti viilattu %ja taisi olla joky try-funktio joka ei kaada Matlabia vaikka ohjelma keskeytyy... %Matlabin saa kã yntiin ohjeilla: % k%c3%a4ynnistysohje.pdf %kã yttis: opiskelija %salis: arvosana5 %Varmista "Sarjatesti.m" -ohjelmalla, mitã olet sarjaportista saamassa %Sitten olet valmis lukemaan lukujonoa sisã à n Matlabiin: %Esimerkissà on viive 0.4s, koska Arduion-koodissakin oli vastaava viive %Ohjelmaa ei kannata keskeyttã Ã, koska jos COM-yhteys jã à sulkematta, %joudut buuttaamaan koneen. Kà ytã sellaista silmukan loppuarvoa, ettã %jaksat odottaa loppuun saakka. clear for k=1:30 s = serial('com4'); fopen(s); fprintf(s,'*idn?'); out = fscanf(s) B(k,1)=str2num(out(1,10:12)); %Kentà t tã ytyy sovittaa oikeaan kohtaan out-tulostetta B(k,2)=str2num(out(1,23:26)); fclose(s) delete(s) clear s if k<=10 figure(1); l=1:k; plot(l,b(:,1),l,b(:,2)); if k>10 figure(1); l=(k-9):k; plot(l,b((k-9):k,1),l,b((k-9):k,2)); pause(0.4) dlmwrite('sarjaporttidata.txt',b); %Sensoridata, outputdata %PuTTy taas tallentaa sarjaportin tiedot tiedostoon ja toimii ohjeilla: % TY_ohje.doc */