Прототипирование систем сбора данных с использованием контроллера NI myRIO

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Прототипирование систем сбора данных с использованием контроллера NI myRIO

А.П. Демичев, А.В. Щелканов

Омский государственный технический университет

В статье рассматривается применение контроллера NI myRIO и среды разработки NI LabVIEW для быстрого протипирования и отладки системы сбора данных с цифровых термометров DS18B20. Контроллер myRIO представляет собой систему на кристалле, состоящую из двухъядерного микропроцессора и программируемой логической интегральной схемы. В работе приведены основные характеристики данного контроллера. На графическом язык программирования «G», используемом в LabVIEW, реализована программная часть прототипа системы мониторинга климата серверной комнаты.

Ключевые слова: LabVIEW, сбор данных, myRIO,интерфейс, датчик.

Введение

Система сбора данных (Data Acquisition System) - система, осуществляющая сбор информации о значениях физических параметров, полученных от датчиков, установленных на объекте исследования, предварительную обработку, накопление информации и передачу её в компьютер. Предварительная обработка информации включает в себя схему согласования с датчиком (источником сигнала), гальваническую изоляцию, аналоговую обработку, аналого-цифровое преобразование, цифровую обработку сигнала. В систему сбора данных также включают и управляющие средства: линии цифрового ввода-вывода, цифро-аналоговые преобразователи. То есть, система сбора данных включает в себя несколько программных и аппаратных уровней. Таким образом, проектирование и отладка современных систем сбора данных требует от разработчиков теоретических знаний и практических навыков в различных областях, таких, как аналоговая и цифровая электроника, низко- и высокоуровневое программирование, разработка пользовательского интерфейса и.т.д.

Современные системы автоматизации проектирования существенно упрощают разработку и прототипирование систем обработки данных, автоматизации и управления. Среди систем автоматизированного проектирования одну из лидирующих позиций занимает платформа LabVIEW компании National Instruments. Благодаря своей гибкости и масштабируемости, LabVIEW может использоваться на всех этапах: от моделирования и разработки прототипов продуктов до широкомасштабных производственных испытаний. Последние версии LabVIEW позволяют создавать распределенные системы измерений.

Контроллер NI myRIO

Основной компонент прототипируемой системы сбора данных - контроллер NI myRIO-1900. Ядром myRIO является система на кристалле (SoC) Xilinx Zynq-7010, состоящая из двухъядерного микропроцессора ARM Cortex-A9 с тактовой частотой 667 МГц и программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) Artix-7 с 28000 ячеек.

Основные характеристики NI MyRIO:

· Xilinx Zynq-7010 с двухъядерным процессором Cortex-A9 и FPGA с 28000 ячеек;

· порт myRIO exPansion(MXP) содержит:

o 4 аналоговых входа;6 цифровых входа/выхода;2 аналоговых выхода;

o 3 выхода ШИМ (PWM);

o 1 UART;

o 1 I2C;

o 1 SPI;

· miniSystems Port (MSP) содержит:

o питание;

o 2 аналоговых выхода;4 аналоговых входа;8 цифровых входа/выхода;

· Сеть - Wi-Fi;

· USB - 1 USB host port, 1 USB порт для устройств и подключения к PC;

· Аудио вход, Аудио выход

· Пользовательские кнопки и кнопка сброса, диоды питания, статуса и Wi-Fi, 4 определяемые пользователем светодиода, акселерометр.

· Питание: (6…16)В.

Рисунок 1 - Структурная схема контроллера myRIO.

Реализация прототипа

контроллер протипирование программный

В качестве прототипируемой системы сбора данных и контроля была выбрана система сбора данных с цифровых датчиков температуры для мониторинга климата серверной комнаты. Часто серверные комнаты на предприятиях малого бизнеса и филиалов компаний организуются по остаточному принципу - неудобные, плохо вентилируемые помещения, без отслеживания параметров климата. Кроме этого, в роли серверов нередко используются обычные бытовые модели компьютеров. Поэтому задача мониторинга температуры в серверных шкафах достаточно актуальна.

Для реализации прототипа системы сбора данных использовались цифровые термометры с программируемым разрешением DS18B20 фирмы Dallas Semiconductor. Термометры обмениваются данными по шине 1-wire. Диапазон измерений от -55°C до +125°C и точностью 0.5°C в диапазоне от -10°C до +85°C. Также датчики поддерживают паразитное питание напряжением линии данных, т.е. для подключения достаточно двух проводов. Каждый DS18B20 имеет уникальный 64-битный последовательный код, который позволяет адресовать множеством датчиков, установленных на одной шине.

Принципиальная электрическая схема подключения датчиков к контроллеру myRIO показана на рис.2. Для корректной работы датчиков необходим подтягивающий резистор сопротивлением 4.7 кОм.

Рисунок 2 - Схема подключения датчиков

Для обмена данными термометр DS18B20 использует протокол 1-Wire - это низкоскоростной двунаправленный полудуплексный последовательный протокол обмена данными использующий всего один сигнальный провод. На рис.3 приведена часть программного кода, преобразующего данные, полученные с датчика в значение температуры.

Рисунок 3 - Код получения значения температуры

Для управления системой сбора данных на базе контроллера myRIO была разработана программа в среде программирования LabVIEW, осуществляющая сбор и обработку данных с пяти датчиков температуры, а также вывод предупреждающих сообщений при выходе температуры за определяемые пользователем границы. Интерфейс программы приведен на рис. 4.

Рисунок 4 - Интерфейс программы

Заключение

Разработанный прототип системы может быть использован для организации полноценной системы сбора данных, контроля и мониторинга климата в помещениях различного назначения. Практически без усложнения программного кода в систему могут быть добавлены датчики других параметров, например, влажности, дыма, освещенности и.т.д., а использование в качестве среды разработки LabVIEW позволяет легко изменять функционал системы и модернизировать интерфейс пользователя.

Список литературы

1. Баран Е.Д. LabVIEW FPGA. Реконфигурируемые измерительные и управляющие системы. М.: ДМК Пресс, 2009. - 448 с.

2. Суранов А.Я. LabView 8.20: Справочник по функциям. - М.: ДМК Пресс, 2007. - 536с.

Размещено на Allbest.ru