PC-Messtechnik-Labor Jens.-R. Korth Uwe Dettweiler
FHTW Berlin Fachbereich 1 Technische Informatik, D4TI
PC-Messtechnik Labor-Versuch Optische Distanzmessung
Belegarbeit
Präsentationstermin: 11.07.2002 Abgabetermin: 15.07.2002
Gruppe A6 Jens-R. Korth, 377910 Uwe Dettweiler, 366437
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Inhaltsverzeichnis 1 2
Einleitung............................................................................................................................. 4 Optische Distanzmessung..................................................................................................... 5 2.1 Begriffe, verwendete Baugruppen und Geräte................................................................. 5 2.1.1 Infrarotes Licht .......................................................................................................... 5 2.1.2 Infrarotreflex-Sensor.................................................................................................. 5 2.1.3 Initialisierung.............................................................................................................. 5 2.1.4 8 Bit kodierter serieller Stream................................................................................... 6 2.1.5 Drehzahlregelung........................................................................................................ 6 2.1.5.1 Amplitudenvariation (AV).................................................................................... 6 2.1.5.2 Pulsweitenmodulation (PWM) ............................................................................. 6 2.1.6 Regler........................................................................................................................ 6 2.1.6.1 Stetige Regler...................................................................................................... 6 2.1.6.2 5-Punkt-Regler ................................................................................................... 7 2.1.7 Funktionsgenerator .................................................................................................... 7 2.1.8 Oszilloskop................................................................................................................ 7 2.1.9 Netzteil...................................................................................................................... 7 2.2 Versuchsaufbau............................................................................................................. 8 2.2.1 Beschaltung des Sensors............................................................................................ 9 2.2.2 Generierung des Initialisierungssignals für den Sensor.................................................. 9 2.2.3 Interface des Sensors............................................................................................... 10 2.2.4 Modelleisenbahn-Lok.............................................................................................. 11 2.2.5 Ansteuerung der Modelleisenbahn-Lok .................................................................... 11 2.2.5.1 Amplitudenvariation (Variante 1)........................................................................ 11 2.2.5.2 Pulsweitenmodulation (Variante 2)..................................................................... 11 2.2.5.3 Leistungselektronik zur Ansteuerung der Modelleisenbahn.................................. 12 2.2.6 Verwendete Software .............................................................................................. 13 2.2.6.1 Programmablauf................................................................................................ 13 2.2.6.2 Programm-Module und Sub-VIs ....................................................................... 14 2.2.6.3 Beschreibung der Sub-VIs................................................................................. 14 2.2.6.4 Bedienoberflächen............................................................................................. 15 2.2.6.5 Programmierung................................................................................................ 15 2.2.6.6 Schnittstellen und Kommunikation...................................................................... 16 2.3 Versuchsdurchführung................................................................................................. 17 2.3.1 Voreinstellungen....................................................................................................... 17 2.3.1.1 Geräte-Einstellungen.......................................................................................... 17 2.3.1.2 Einstellung zur DSO à 8Bit Wandlung. ............................................................. 18 2.3.2 Meßfahrten zum Erstellen einer Korrekturtabelle....................................................... 18 2.3.2.1 Einbinden der Korrekturtabelle .......................................................................... 19 2.3.3 Versuchsfahrten....................................................................................................... 19 2.3.3.1 Meßfahrten zur Beurteilung des Regelverhaltens ................................................. 19 2.3.3.2 Protokollierung.................................................................................................. 20 3 Darstellung der Meßergebnisse........................................................................................... 21 3.1 Voreinstellungen.......................................................................................................... 21 3.2 Kennlinie des Sensors.................................................................................................. 21 3.3 Meßfahrten ................................................................................................................. 22
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Diskussion......................................................................................................................... 24 4.1 Voreinstellungen.......................................................................................................... 24 4.1.1 Geräte- Einstellungen............................................................................................... 24 4.1.2 Auswahl des Kommunikationsprotokolls .................................................................. 24 4.1.3 Meßdatenerfassung.................................................................................................. 24 4.1.4 Motoransteuerung.................................................................................................... 24 4.1.4.1 Amplitudenvariation........................................................................................... 24 4.1.4.2 Pulsweitenmodulation........................................................................................ 25 4.1.4.3 Eingesetzte Drehzahlsteuerung............................................................................ 25 4.2 Fehler ......................................................................................................................... 25 4.2.1 Vertrauensbereich.................................................................................................... 25 4.2.2 Systematische Fehler................................................................................................ 26 4.2.2.1 Fehler der Meßgeräte........................................................................................ 26 4.2.2.2 Fehler des Sensors ............................................................................................ 26 4.3 Eignung für die Anwendungbeispiele ............................................................................ 26 4.4 Ausblick...................................................................................................................... 27 4.4.1 Aufnahme der Korrekturtabelle ................................................................................ 27 4.4.2 Meßwertaufnahme ................................................................................................... 27 4.5 Zusammenfassung........................................................................................................ 27 Literaturverzeichnis ................................................................................................................... 28 Anhang..................................................................................................................................... 29
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1 Einleitung In dieser Arbeit soll der Umgang mit rechnergestützter Meßtechnik aufgezeigt werden. Dazu wird als Programmier- und Bedienoberfläche das Programm LabView 6 der Firma National Instruments verwendet. Als konkretes Beispiel soll eine optische Distanzmessung mit einem Infrarotreflex- Sensor (Sharp GP2D02) aufgebaut werden. Um auch die Möglichkeiten der rechnergestützten Regelungstechnik zu demonstrieren, soll der Abstand einer Modelleisenbahn zum Sensor geregelt werden. Die Modelleisenbahn fährt dazu auf einen einzugebenden Abstand. Mit LabView werden die benötigten Instrumente angesteuert, die Meßdaten aufgenommen und verarbeitet. Die verwendete Sensorik kann in der Praxis zur Orientierungg automatischer Flurförderzeuge oder als Abstandsmesser für Positioner an Stellantrieben eingesetzt werden. Es wird davon ausgegangen, daß der Leser über grundlegende Erfahrungen mit Meßtechnik, im Umgang mit dem IEC 625.2 Standard und den SCPI- Befehlen verfügt. Im Folgenden werden verwendete Begriffe, Baugruppen und Geräte erläutert, bevor der Versuchsaufbau und die Erhebung der Meßergebnisse beschrieben werden. Im Anschluß daran werden die Ergebnisse diskutiert.
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2 Optische Distanzmessung 2.1 Begriffe, verwendete Baugruppen und Geräte 2.1.1 Infrarotes Licht Infrarotes Licht hat gegenüber dem sichtbaren Licht eine größere Wellenlänge und ist für das menschliche Auge unsichtbar. Infrarotes Licht (IR) wird in der Technik oft für optische Systeme, z.B. Lichtschranken eingesetzt. Da es nicht sichtbar ist, wird die Strahlung nicht bemerkt, bzw. führt nicht zu Irritationen. Als Strahlungsquelle werden Halbleiterbauelemente (IR-LED, Laser) eingesetzt. Als Empfänger kommen ebenfalls fotoempfindliche Halbleiter zum Einsatz. Ihre maximale Empfindlichkeit ist im infraroten Bereich des Lichts.
2.1.2 Infrarotreflex-Sensor Der Sensor (Sharp GP2D02) verwendet das Prinzip der Triangulation. Dazu sind in ihm eine IRLED, ein IR-empfindlicher Flächenempfänger und eine Steuerelektronik integriert. Die IR-LED sendet Lichtimpulse aus und entsprechend der Entfernung zur nächsten reflektierenden Fläche, trifft der Impuls auf eine andere Stelle im Empfänger (Abbildung 1). Der Empfänger ist wie ein Spannungsteiler aufgebaut. Dadurch kann die Elektronik erkennen, in welchem Bereich der Impuls empfangen wurde. Diese Information wird ausgewertet und in ein 8 Bit-Digital-Signal gewandelt. Der GP2D02 benötigt für seine Funktion eine Interface-Baugruppe.
Abb. 1: Funktionsweise des GP2D02
2.1.3 Initialisierung Als Initialisierung ist das Voreinstellen eines Gerätes zu verstehen. Dabei werden Ein- und Ausgänge, Meßbereiche und Signalformen eingestellt. Dies ist im allgemeinen nur einmal nötig. Das Initialisierungssignal für den Sensor ist ein spezifisches Bitmuster. Hier ist es für jede Messung erforderlich, da das Signal gleichzeitig Basis für die Generierung des Ausgangssignals ist.
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2.1.4 8 Bit kodierter serieller Stream Der verwendete Sensor (Sharp GP2D02) hat eine Auflösung von 256 Stufen. Das entpricht 8Bit. Diese Information gibt der Sensor seriell aus, d.h. nacheinander, beginnend mit dem höchstwertigen Bit. Die Ausgabe erfolgt synchron zum Initialisierungssignal. 2.1.5 Drehzahlregelung Um die Drehzahl von Gleichstrommotoren zu beeinflussen, gibt es die Möglichkeiten der Amplitudenvariation und der Pulsweitenmodulation. Sie unterscheiden sich in Funktion und Leistungsfähigkeit. 2.1.5.1 Amplitudenvariation (AV) Die einfacher wirkende Beeinflussung über die Betriebsspannung hat den Nachteil, daß der Motor nur schwer anläuft und auch kaum Drehmoment leistet. Die Elektronik setzt dabei die nicht vom Motor benötigte Leistung in Wärme um. 2.1.5.2 Pulsweitenmodulation (PWM) Bei der Pulsweitenmodulation wird der Motor immer mit der vollen Betriebsspannung versorgt, allerdings gepulst. Die Länge (Weite) des Pulses bestimmt wie lange sich der Motor dreht (Abbildung 2).
Abb. 2: Kennlinie einer Pulsweitenmodulation
Die Frequenz ist so gewählt, daß der Motor sicher 'rund' läuft. Da der Motor nicht so schnell starten und stoppen kann, dreht er sich mit dem Gleichrichtwert der aufeinander folgenden Pulse. 2.1.6 Regler Regler haben die Aufgabe, eine Ausgangsgröße so zu beeinflussen, daß der vorgebene Wert (Sollwert) erreicht wird. Dazu wird der aktuelle Wert (Istwert) der Ausgangsgröße mit dem Sollwert verglichen und eine Differenz gebildet. Aus dieser Differenz bildet der Regler ein Stellsignal, mit dem er die Ausgangsgröße beeinflußt. In der Art dieses Stellsignals werden die Regler unterschieden. Im folgenden werden zwei Typen beschrieben. 2.1.6.1 Stetige Regler Der Regler selbst gibt ein anloges Ausgangssignal ab. Damit können Positioner und Stellglieder stufenlos angesteuert werden.
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2.1.6.2 5-Punkt-Regler Dieser Regler hat nur 5 diskrete Ausgangssignale. Meistens wird er so eingesetzt, daß das Stellglied - stoppen (keine Regelabweichung) - langsam vor- oder rückwärts fahren (kleine Regelabweichung) - schnell vor- oder rückwärts fahren (große Regelabweichung) kann. 2.1.7 Funktionsgenerator Mit Funktionsgeneratoren können die verschiedensten Signale generiert werden. Dazu gehören Sinus-, Rechteck-, Dreieck- und frei programmierbare Kurven. Die verwendeten Funktiongeneratoren Philips PM5139 sind fernsteuerbar und unterstützen den IEC 625.2 Standard. 2.1.8 Oszilloskop Oszilloskope dienen der Visualisierung von Signalverläufen. Auch können konkrete Messungen, wie Spannung und Frequenz durchgeführt werden. Das hier verwendete Oszilloskop Philips PM 3394 ist fernsteuerbar und unterstützt den IEC 625.2 Standard. Es kann eingestellt und die ermittelten Meßwerte ausgelesen werden. 2.1.9 Netzteil Netzteile werden zur Spannungsversorgung von Baugruppen verwendet. Wie auch in der Meßtechnik gibt es programmierbare Netzteile, die sich fernsteuern lassen. In diesem Versuch werden als programmierbares Netzteil ein Hewlett Packard HP E3631 A und als Standardnetzteile Zentro Elektrik LA 2X30/1GB benutzt.
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2.2 Versuchsaufbau Für die Durchführung des Versuchs wurde der folgende Aufbau gewählt. In Abbildung 3 sind auf der linken Seite die beiden Funktionsgeneratoren und das Oszilloskop zu sehen, auf der rechten Seite zwei Netzteile. Im Vordergrund befindet sich das Demonstrationsobjekt. Es besteht aus dem Sensor, dem Interface für den Sensor, einer Modelleisenbahnlok und der Ansteuerung für die Bahn.
Abb. 3: Praktischer Versuchsaufbau
Die Übersicht in Abbildung 4 zeigt die elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen Baugruppen und die Ankopplung an den Steuer-Rechner.
Abb. 4: Blockschaltbild des Versuchsaufbaus
Im Folgenden werden die einzelnen Komponenten näher beschrieben.
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2.2.1 Beschaltung des Sensors Wie unter 2.1.2 und 2.1.3 beschrieben, benötigt der Sensor ein Initialisierungssignal, daß entsprechend der Spezifikation aufgebaut ist (Abbildung 5).
Abb. 5: Initialisierungssignal für GP2D02
Zur Generierung dieses Signals wird einer der Funktiongeneratoren benutzt. Außerdem ist eine Spannungsanpassung erforderlich. 2.2.2 Generierung des Initialisierungssignals für den Sensor Zur Generierung wird der Arbiter-Modus des Funktionsgenerators benutzt. Mit dem Arbiter kann man selbst eine Signalform programmieren. Das programmierte Signal wird im Funktionsgenerator gespeichert und kann wie jedes andere Signal in Amplitude und Frequenz verändert werden. Ein Speicherplatz hat 1024 Speicherstellen. Aufgrund des speziellen Timings für den Sensor läßt sich das Signal nicht direkt abbilden (Abbildung 5).
Abb. 6: Ausgangssignal der Funktionsgenerators
Entprechend der Spezifikation ist für diese Signalform eine Frequenz von 10Hz und eine Amplitude von 5 Volt erforderlich. Um aus diesen Dreiecksignalen die notwendigen Rechteckimpulse zu bilden und die Spannungspegel anzupassen, wird ein Interface benötigt.
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2.2.3 Interface des Sensors Das Interface in Abbildung 7 paßt die Signale des Funktionsgenerators an den Sensor an. Dazu wird das dreieckförmige einem Schmitt-Trigger ( IC V4093BT) eingespeist. Der Schwellwert liegt etwa bei 2,5 Volt, wodurch ein sauberes Rechtecksignal gebildet wird.
Abb. 7: Stromlaufplan der Interface-Baugruppe
Zusätzlich wurde eine LED integriert, um das ankommende Signal zu prüfen. Außerdem sind dem ersten Schmitt-Trigger zwei weitere nachgeschaltet. Sie dienen der weiteren Verbesserung der Signalqualität. Der Signaleingang des Sensors ist entprechend der Spezifikation mit einem Open-KollektorTransistor beschaltet. Da ein Open-Kollektor-Transistor nur den Spannungspegel gegen Signalground ziehen kann, ist es nicht möglich, zu hohe Eingangsspannungen einzukoppeln.
Abb. 8: Interface-Baugruppe mit GP2D02
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Das Ausgangssignal des Sensors wird ohne weitere Verarbeitung zurückgegeben. Das Interface wird mit einer Gleichspannung von 5 Volt aus einem der Netzteile versorgt. In Abbildung 8 ist links das Interface mit dem rechts angeschlossenen Infrarotreflex-Sensor zu erkennen. Die Anschlüsse für Signale und Versorgungsspannung sind im oberen Teil sichtbar. 2.2.4 Modelleisenbahn-Lok Die Lok dient der eigentlichen Demonstration. Der Abstand zwischen Lok und Sensor wird gemessen und ausgewertet. Im weiteren Verlauf soll die Lok auf eine vorgebbare Distanz fahren. An ihrer Stirnfläche wurde eine relativ ebene Fläche befestigt (Abbildung 9), um eine möglichst gute Reflexion zu haben. Die Farbe oder Beschaffenheit hat auf die Messung nur geringen Einfluß.
Abb. 9: Modelleisenbahn-Lok mit Reflexionsfläche
Die Bahn hat einen Gleichstromelektromotor. Damit ist es durch Ändern der Polarität möglich, die Bahn vor- oder rückwärts fahren zu lassen. Die Geschwindigkeit ist abhängig von der eingestellten Spannungshöhe. 2.2.5 Ansteuerung der Modelleisenbahn-Lok 2.2.5.1 Amplitudenvariation (Variante 1) Die Bahn wird über ein programmierbares Netzteil gesteuert. Die Strombegrenzung des Netzteils wird auf 1 Ampere fest eingestellt. Die Geschwindigkeit und Richtung werden durch das Programm zum Netzteil übertragen und aktiviert. 2.2.5.2 Pulsweitenmodulation (Variante 2) Die Bahn wird über einen zweiten Funktionsgenerator gesteuert. Dafür wird ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von 75 Hz fest eingestellt. Entprechend 2.1.5.2 kann die Geschwindigkeit über das Pulsverhältnis variiert werden. Über die Veränderung des Gleichspannungsanteils kann die Fahrtrichtung gewechselt werden. Ist die Bahn auf die vorgegebene Position gefahren, wird die Spannung komplett abgeschaltet. Da der Funktionsgenerator nicht leistungfähig genug ist, die Bahn direkt anzusteuern, muß eine Leistungselektronik die Signale umsetzen.
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2.2.5.3 Leistungselektronik zur Ansteuerung der Modelleisenbahn Um den Aufbau so einfach wie möglich zu halten, fand ein Leistungs-Operationsverstärker (A2030) Anwendung. Dieser hat verschiedene interne Schutzschaltungen (Kurzschluss, Temperatur, Ausgangsstrombegrenzung) und kann bei 18 Watt maximal 3 Ampere treiben. Um den Operationsverstärker besser zu steuern, wurde eine relativ geringe Verstärkung v = 3,5 eingestellt. Zu beachten ist, daß der Operationsverstärker im invertierenden Modus betrieben wird und daher ggf. eine Korrektur der Fahrtrichtung nötig ist.
Abb. 10: Stromlaufplan der Leistungselektronik
Zur Visualisierung wurde am Ausgang des OPV eine Duo-LED angeschlossen. Sie zeigt den Richtungswechsel über verschiedene Farben und die Geschwindigkeit über die mittlere Helligkeit an.
Abb. 11: Leistungselektronik zu Motoransteuerung
Die Spannungsversorgung des Operationsverstärkers liegt entsprechend der Spezifikation bei symetrischen 15 Volt mit Ground. Das Eingangssignal speist der zweite Funktionsgenerator.
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2.2.6 Verwendete Software Zur Realisierung des Projekt wurde die Automatisierungssoftware LabView 6 der Firma National Instruments verwendet. Das Programm verbindet die vorhandenen Schnittstellen mit einer objektorientierten Programmiersprache. Es besitzt weiterhin die Möglichkeit Bedienoberflächen zu kreieren, über die das Programm steuerbar ist. 2.2.6.1 Programmablauf In Abbildung 12 ist als Struktogramm der Programmablauf grob umrissen.
Abb. 12: Struktogramm des Programmablaufs
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2.2.6.2 Programm-Module und Sub-VIs Das Programm ist modular aufgebaut. Die Module werden unter LabView als sogenannte Sub-VIs bezeichnet. VI ist die Abkürzung für Virtuelles Instrument. Mit den Sub-VIs lassen sich Hierachien aufbauen, wodurch eine gute Strukturierung von Programmen erreicht wird. Abbildung 13 zeigt die Hierarchie des verwendeten Programms.
Abb. 13: Sub-VIs des Programms
2.2.6.3 Beschreibung der Sub-VIs Nachfolgend erfolgt eine kurze Beschreibung der Sub-VIs, die nicht Bestandteil von LabView sind. In den Sub-VIs werden vorhandene Funktionen und Anweisungen zu logischen Blöcken zusammengefaßt. Die Sub-VIs sind in einer Library gespeichert, jedoch auch einzeln editierbar. Die Beschreibung zeigt auch den zeitlichen Ablauf des Programms 1. SENDà CLS, RST: Die Geräte werden angewiesen, ihren Fehlerspeicher zu löschen und einen Reset auszuführen. 2. SENDà INIT FG ARB: Dem Funktionsgenerator für das Initialisierungssignal des Sensors wird die Funktion (2.2.2, Abb.6) übertragen. 3. SENDà INIT FG PWM: Der Funktionsgenerator für die Motorsteuerung wird initialisiert. 4. SENDà START FG ARB: Der Funktionsgenerator für das Initialisierungssignal des Sensors wird gestartet, d.h. das gespeicherte Signal aktiviert, Amplitude und Frequenz eingestellt. 5. SENDà INIT DSO: Das Digitale Speicheroszilloskop wird initialisiert, Meßbereiche, Zeitbasis und die Triggerung eingestellt. 6. DSO-$à 8 Bit: Umwandlung des Daten-Vektors (ausgelesener Graph des DSO) in das Daten-Byte (8 Bit) 7. Motor PWM: Umwandlung des Daten-Byte in eine Längenangabe, Errechnung der SollIstwert- Differenz, Ansteuerung des Funktionsgenerators für die Motorsteuerung 8. SENDà VOLT OFF: Die Geräte werden angewiesen, ihre Ausgänge abzuschalten. Eine ausführliche Beschreibung der verwendeten VIs ist im Anhang nach lesbar.
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2.2.6.4 Bedienoberflächen Zur Steuerung des Versuchs wurden zwei Oberflächen erstellt: eine komplexe, mit allen Voreinstellungen für die Geräte und die Auswertung der Meßdaten für den Ingenieur und eine einfache, nur mit den für die Bedienung notwendigen Anzeigen und Bedienelementen. Abbildung 14 zeigt die Oberfläche für den Ingenieur. Nähere Erläuterungen erfolgen unter 2.3 in der Versuchdurchführung. Eine genaue Beschreibung der beiden verwendeten Bedienoberflächen ist im Anhang nachzulesen.
Abb. 14: Beispiel einer Bedienoberfläche
2.2.6.5 Programmierung Die Programmierung erfolgt graphisch, d.h. es wird nicht textuell, sondern mit Symbolen programmiert. Hinter den Symbolen stehen teilweise komplexe Funktionen, denen über Anschlüsse ihre Daten zugeführt werden. Der Aufbau ähnelt einem elektrischen Schaltplan, bei dem die Schaltkreise über Leitungen miteinander verbunden sind. Zu beachten ist, daß die Funktionen quasi-parallel ausgeführt werden, sofern sie nicht explizit in einer Sequenz implementiert wurden. Abbildung 15 zeigt ein Beispiel für einen Programmabschnitt.
Abb. 15: Beispiel eines Programmabschnitts
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2.2.6.6 Schnittstellen und Kommunikation Standardmäßig beinhalten PCs verschiedene serielle (COM, USB, IEC1394) und parallele Schnittstellen. In der PC-Meßtechnik haben sich diese als ungünstig heraus gestellt. Aus diesem Grund wurde eine weitere Schnittstelle entwickelt, der GPIB-BUS. Dazu ist eine weitere Schnittstellenkarte im PC zu installieren. Für die Kommunikation zum Ansprechen der Geräte auf diesem Bus wurde der Standard IEC 625 entwickelt. Allerdings hatte hier fast jeder Hersteller andere Befehlscodes und es war schwer, eine einheitliche und effektive Kommunikation zu realisieren. Die Weiterentwicklung 625.2 ist sehr gut standardisiert und somit sehr flexibel auch auf Geräten unterschiedlicher Hersteller nutzbar. Durch die Vereinheitlichung wurde auch die Kommunikation auf dem Bus schneller. Eine weiteres Kommunikationsprotokoll ist VISA. Es läuft über den selben Bus und ist kompatibel zu allen VISA-fähigen Geräten Für diesen Versuch wird IEC 625.2 verwendet.
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2.3 Versuchsdurchführung 2.3.1 Voreinstellungen Alle Voreinstellungen werden über die Bedienoberfläche des Ingenieurs eingeben und dort gespeichert. Dabei ist darauf zuachten, daß eventuelle Pfadangaben stimmen. Sofern nicht anders erwähnt, beziehen sich alle folgenden Einstellungen auf die Bedienoberfläche des Ingenieurs. 2.3.1.1 Geräte-Einstellungen Um mit den angeschlossenen Geräten zu kommunizieren, ist es notwendig dem Programm die Adressen der entsprechenden Geräte mitzuteilen. Kennt man diese Adresse nicht, hat LabView ein Tool zum Auslesen der Daten (Abbildung 16).
Abb. 16: Ansicht des Measurement and Automation Explorer
Dabei entspricht die 'GPIB Interface Number' der Bus-ID und die Primary Address dem entsprechenden Gerät. Die Abkürzungen in Abbildung 17 haben folgende Bedeutung: FG Init: Funktionsgenerator für Initialisierung des Sensors DSO: Digitales Speicheroszilloskop zur Meßdatenerfassung FG PWM: prog. Netzteil bzw. Funktionsgenerator für Pulsweitenmodulation.
Abb. 17: Bedienoberfläche mit den Voreinstellungen
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2.3.1.2 Einstellung zur DSO à 8Bit Wandlung. Die Erfassung des Ausgangssignals (8 Bit kodierter serieller Stream) erfolgt über das Digitale Speicheroszilloskop (DSO). Es wird an den Kanal 1 angeschlossen. Die Triggerung erfolgt über das Initialisierungssignal des Sensors über Kanal 2. LabView speichert den eingelesenen Vektor in einem Array ab. Da es sich bei dem eingelesenen Vektor um einen analogen Graph handelt, muß dieser umgewandelt werden. Das Ausgangssignal bildet in regelmäßigen Abständen die einzelnen Bits ab. Zur Umwandlung wird festgelegt: Start-Byte: Beginn der Daten (der Vektor hat einen Header, der nicht benötigt wird) Start: ist etwa die Mitte des ersten Bits des Sensor-Signals Step: ist der Abstand zwischen den einzelnen Bits Level 0/1: ist die Höhe zur Unterscheidung von High- oder Low-Pegel.
Abb. 18: Abbildung des DSO-Signals
Die abzulesenden bzw. einzugebenden Werte beziehen sich auf die X-Achse mit der Länge 512. Für Level 0/1 ist die Y-Achse mit einer Auflösung von –128 bis 127 zu Festlegung heranzuziehen. Der daraus ermittelte Gesamtwert ist unter 'Ist 8 Bit' ablesbar. Da der Sensor keine lineare Kennlinie hat, ist dieser Wert nur ein Zwischenergebnis und stellt noch keine konkrete Entfernung dar. Eine Umrechnung ist notwendig. 2.3.2 Meßfahrten zum Erstellen einer Korrekturtabelle Zum Erstellen der Korrekturtabelle wurde die Modelleisenbahn von 100- 400mm immer um 5mm weitergeschoben und der Wert 'Ist 8 Bit' in eine Datei geschrieben. So ist eine spätere Umrechnung möglich und programmtechnisch realisiert.
Abb. 19: Kennlinie des verwendeten GP2D02
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2.3.2.1 Einbinden der Korrekturtabelle Die ermittelte Korrekturtabelle wird nun über die Bedienoberfläche des Ingenieurs in die GeräteEinstellungen eingebunden. Dazu ist der korrekte Pfad zur Datei (hier 'tab.txt') anzugeben. 2.3.3 Versuchsfahrten Nachdem alle nötige Voreinstellungen getroffen wurden, wurde die Regelung geprüft. Es wurden verschiedene Soll-Werte vorgegeben und geprüft, ob die Lok die Position anfährt. In den ersten Versuchsfahrten stellte sich heraus, daß die Ansteuerung der Modelleisenbahn mit dem programierbaren Netzteil und auch der PWM praktisch nicht umsetzbar war. Daher wurde eine Kombination aus beidem entwickelt und getestet. Um die Vorzüge der PWM zu nutzen kam wieder ein gepulstes Signal (Verhältnis 1:1) mit konstanter Amplitude zum Einsatz. Geschwindigkeit und Richtung wurden über einen variablen Gleichspannungsanteil gesetzt, der durch das Programm vorgegeben wurde.
Abb. 20: Ausganggssignal der Leistungselektronik zur Motoransteuerung
Abbildung 20 zeigt den Ausgang der Leistungselektronik in der bereits optimierten Variante und die Verwendung einer 5-Punkt-Regelung. Ist die Abweichung vom Sollwert null, wird der Ausgang komplett ausgeschaltet. 2.3.3.1 Meßfahrten zur Beurteilung des Regelverhaltens Es wurden Meßfahrten mit drei unterschiedlichen Einstellungen für die Motorsteuerung (Geschwindigkeit) durchgeführt, um das Regelverhalten zu bewerten: langsam, nur geringe Geschwindigkeit schnell, nur große Geschwindigkeit Kombination aus beiden Dabei wurden über die Bedienoberfläche nacheinander verschiedene Soll-Werte vorgegeben und das Anfahren der Positionen protokolliert (Abs. 2.3.3.2). Außerdem wurde ein Vergleich des realen Abstands (über ein Maßband) mit dem vom Programm angezeigten durchgeführt und aufgezeichnet.
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2.3.3.2 Protokollierung Zur Beurteilung des Regelverhaltens besteht die Möglichkeit, ein Protokoll erstellen zu lassen. Darin werden fortlaufend die Zeit, der Soll- und der Ist- Wert festgehalten. Die Protokollierung ist aktiv, solange der Protokoll-Button auf 'enable' steht. Die Daten werden in der Datei 'messdaten.xls' gespeichert. Die ermittelten Daten werden auch in der Auswertung verwendet.
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3 Darstellung der Meßergebnisse 3.1 Voreinstellungen Abbildung 21 zeigt alle auf der erweiterten Bedienoberfläche vorgenommenen Einstellungen für die Geräte-Adressierung, Korrekturtabelle und Meßdatenauswertung.
Abb. 21: Voreinstellungen für den Versuch
3.2 Kennlinie des Sensors Abbildung 22 zeigt die Mittelwerte von drei aufgenommenen Fahrten zur Umrechnung des Ausgangssignals des Sensors GP2D02 in eine Längenangabe in mm.
Abb. 22: Aufgenommene Kennlinie des GP2D02
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3.3 Meßfahrten Abbildung 23 zeigt das Regelverhalten mit ausgeschalteter Schnell-Fahr-Funktion.
Abb. 23: Meßfahrt, nur langsam
Abbildung 24 zeigt das Regelverhalten mit ausgeschalteter Langsam-Fahr-Funktion
Abb. 24: Meßfahrt, nur schnell
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Abbildung 25 zeigt die Kombination von schneller und langsamer Annäherung.
Abb. 25: Meßfahrt, schnell und langsam kombiniert.
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4 Diskussion 4.1 Voreinstellungen 4.1.1 Geräte- Einstellungen Wichtig für die Kommunikation mit den Geräten und somit für die Funktion des Programms war es korrekte Einstellungen von Bus-ID und Adresse vorzunehmen. Stimmte nur eine Adresse von anzusprechenden Geräten nicht, war das Programm nicht lauffähig. Im schlimmsten Fall stürzte das System ab, so daß die Geräte nicht mehr ansprechbar waren. Ein Reboot des Rechners und das Aus- und Einschalten der Geräte wurde nötig. 4.1.2 Auswahl des Kommunikationsprotokolls Zur Kommunikation mit den Meßgeräten standen verschiedene Protokolle zur Wahl: IEC 625.1 IEC 625.2 VISA Erfahrungen mit anderen Aufgaben haben gezeigt, daß mit dem IEC 625.2 der Programmablauf am schnellsten erfolgt. Zur Ermittlung wurde das Tool 'NI Spy' von LabView eingesetzt. Da der Versuch eine schnelle Datenerfassung und Signalausgabe erforderte, fiel die Wahl auf IEC 625.2. 4.1.3 Meßdatenerfassung Zur Messdatenerfassung wurde für diesen Versuch ein Digitales Speicheroszilloskop verwendet. Das erfaßte serielle Signal des Sensors wurde eingelesen und die analoge Form in das eigentliche Ausgangssignal konvertiert. Dabei zeigte sich, daß diese Variante sehr viel Overhead an Daten produziert. Das eingelesene Signal besteht aus 512 Punkten mit einer Wertigkeit von 0-255 (ein Byte). Das Ausgangssignal des Sensor selbst stellt aber nur ein Byte dar. Das zeigt die Ineffektivität der Meßdatenerfassung. Bei der Auswertung wird sehr viel Rechenzeit für das Übertragen der Daten und das Zurückrechnen benötigt. Aus den Protokollen ist ersichtlich, das etwa 3 Messungen pro Sekunde erfolgen konnten, obwohl der Sensor entsprechend der Spezifikation 10 Ergebnisse liefert. Wäre also das erfassende System schneller wäre auch eine schnellere Regelung möglich. Zur Meßdatenerfassung zählt auch das Umrechnen der Sensordaten in eine Längeninformation anhand der Korrekturtabelle. Die Aufnahme dieser Daten ist für eine hinreichend genaue Umrechnung unbedingt empfehlenswert, da ein Vergleich mit der Kennlinie aus dem Datenblatt mit der ermittelten größere Abweichungen erbrachte. 4.1.4 Motoransteuerung In der Versuchsdurchführung zeigte sich, daß die ursprünglich angesprochenen Varianten zur Drehzahlsteuerung sich nicht umsetzen ließen. 4.1.4.1 Amplitudenvariation Um die Modelleisenbahn sicher zum Fahren zu bringen, ist eine relativ hohe Spannung und damit Geschwindigkeit notwendig. Das eingesetzte programmierbare Netzteil hat eine sehr hohe Reaktionszeit (50ms ab Befehlsauswertung). Daher war es nicht möglich, die Bahn rechtzeitig zu stoppen. Das Resultat war ein sehr starkes Schwingen um den Sollwert.
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4.1.4.2 Pulsweitenmodulation Zur Pulsweitenmodulation (PWM) sollte ein Funktionsgenerator mit einer Leistungselektronik eingesetzt werden. Da der Funktionsgenerator in der Umschaltphase des Pulsverhältnisses ein nicht getaktetes Signal auf Höhe des Offsets ausgibt, fährt die Lok während dieser Zeitphase schnell. Das wirkte sich gerade bei der finalen Annäherung negativ aus, da aus der eigentlichen LangsamFahrt, eine schnelles Ruckeln wurde. Auch hier wurde der Sollwert nur schwer erreicht, das System schwang ebenfalls. 4.1.4.3 Eingesetzte Drehzahlsteuerung Zum Einsatz kam eine Kombination aus Amplitudenvariation und Pulsweitenmodulation. Um die Vorzüge der PWM zu nutzen kam ein gepulstes Signal (Verhältnis 1:1) mit konstanter Amplitude zum Einsatz. Geschwindigkeit und Richtung wurden über einen variablen Gleichspannungsanteil gesetzt. war die Regelabweichung gleich null, wurde das komplette Signal abgeschaltet Die optimale Puls-Frequenz, der Gleichspannungsanteil und die Amplitude der Wechselgröße wurden durch Versuche ermittelt. Mit diesen Voraussetzungen wurde eine 5-Punkt-Regelung aufgebaut. Ist die Regelabweichung größer als 25 mm fährt die Lok schnell, dann schaltet sie in die Langsam-Fahrt um. Damit war ein gutes Regelverhalten erreichbar.
4.2 Fehler 4.2.1 Vertrauensbereich Abbildung 26 zeigt die Abweichungen beim Anfahren von Sollwerten. Die Linien zeigen auch, daß es Unterschiede gibt, ob der Wert von "oben oder von "unten" angefahren wurde.
Abb. 26: Sollwert-Differenz
Aus Abbildung 26 ist außerdem ersichtlich, daß das Ziel mit einer Genauigkeit von 3mm erreicht wurde. Als Vertrauensbereich wird ein Abweichung von 5mm angegeben, um auch ungünstige Fälle abzudecken.
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4.2.2 Systematische Fehler 4.2.2.1 Fehler der Meßgeräte Die Fehler der Meßgeräte spielten in diesem Versuch nur eine untergeordnete Rolle, da keine analogen Werte aufgenommen werden sollten. Das analoge Signal des Speicheroszilloskpos wurde, wie unter 2.3.1.2 beschrieben, nur in zwei Klassen (High- oder Low-Pegel) eingeteilt. 4.2.2.2 Fehler des Sensors Bedingt durch die Funktion des Sensors (Abs. 2.1.2) ist eine genaue Distanzmessung nur möglich, wenn das reflektierende Objekt eine ebene Fläche hat und diese parallel zum Sensor steht. Während des Versuchs zeigte sich, daß selbst geringes Verdrehen des Sensors Abweichungen im Zentimeterbereich hervorrief. Auch die Eisenbahn als Demonstrationsobjekt, verursachte diese Art von Fehlern. Durch das Spiel der Räder zu den Gleisen drehte sich die Bahn beim Anfahren seitlich weg. So läßt sich auch Abbildung 26 erklären. Da der Sensor mit einer Lichtquelle arbeitet, war zu vermuten, daß dieser sich von Streulicht beeinflussen läßt. Die Messungen bestätigten dies nicht. Gründe dafür sind: keine direkte Einstrahlung von Fremdlicht in den Sensor der Sensor wertet nur gepulstes Licht aus höchste Empfindlichkeit des Sensor liegt im Infrarot-Bereich. Aus der Kennlinie des Sensor ist erkennbar, daß mit zunehmender Distanz das Auflösungsvermögen nachläßt. Eine genaue Messung ist daher nur im Nahbereich möglich.
4.3 Eignung für die Anwendungbeispiele Der Versuch zeigte, daß sich die gesteckten Anwendungsziele nur bedingt erfüllen lassen. Für einen Positioner ist das Auflösungsvermögen für die meisten Fälle ungenügend. Auch würden geringste Abweichungen von der Parallelität zwischen Sensor und Reflektor zu falschen Werten führen und die Regelung negativ beeinflussen. Die Orientierung von automatischen Flurförderzeugen ist durch den Sensor nicht optimal lösbar, aber möglich. Nachteilig ist die benötigte Parallelität zur Umgebung und die geringe Meßspanne von 100-800mm. Für den Einsatz als Näherungsmelder ist der GP2D02 am besten geeignet, auch im Zusammenspiel mit automatischen Fahrzeugen und in der Robotik. Befindet sich zum Beispiel ein Hindernis auf dem Weg, kann sich das Fahrzeug langsam annähern und ggf. Alarm geben. Eine korrekte Abstandsmessung ist dafür nicht erforderlich, nur die Unterscheidung, ob ein Objekt näher kommt oder weiter weg ist.
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4.4 Ausblick 4.4.1 Aufnahme der Korrekturtabelle Als besonders aufwendig erwies sich die Aufnahme der Korrekturtabelle. Eine mathematische Berechnung der Kurve sollte über geometrische Funtionen möglich sein, da sich die Reflexion über Winkelbeziehungen beschreiben läßt. Da das Datenblatt des GP2D02 keinen Aufschluß über die verwendete Elektronik gibt und man so eine Kennlinienbeeinflussung nicht ausschließen kann, müßte auch eine neue Sensorelektronik entwickelt werden. Eine andere Variante wäre eine automatisierte Aufnahme der Kennlinie, z.B. mit einer Kalibrierungsfahrt. Dazu müßte die Lok mit dem Reflektor mit konstanter Geschwindigkeit die Strecke abfahren. Die Geschwindigkeit ist so zu wählen, daß pro Sekunde z.B. genau 1 Zentimeter zurückgelegt wird. Der Wert des Sensors wird dann im Sekundentakt in eine Tabelle in einer Datei gespeicht. Diese Datei stellt die Korrekturtabelle dar und ist so für verschiedene Sensoren schnell aufnehmbar. 4.4.2 Meßwertaufnahme Wie in Abschnitt 4.1.3 werden nur drei der zehn möglichen Werte des Sensors erfaßt. Eine schnellere Meßwertaufnahme wäre über ein anderes Interface möglich. Möglich wären die folgenden Varianten: direktes serielles Einlesen über die serielle Schnittstelle Einlesen über den Parallelport, entweder bit- oder byteseriell (mit Schieberegister) Aufbereiten in einem programmierbaren Microcontroller.
4.5 Zusammenfassung Zusammenfassend läßt sich sagen, daß es mit der verwendeten Programmieroberfläche LabView relativ einfach ist, komplexe Meß- Steuer- und Regelungsaufgaben schnell umzusetzen. Die Möglichkeiten des Programms auch Bedienoberflächen zu erstellen und mit Hilfe seiner Tools Analysen durchzuführen, sind weitere Pluspunkte. Nachteilig ist lediglich die langsame Verarbeitung bzw. Aufnahme der Daten. Reaktionsschnelle Regelungen sind daher nicht umsetzbar. Dafür sollten separate Hardware oder festprogrammierte spezielle Controller eingesetzt werden.
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Literaturverzeichnis -
Fluke Corporation. (1994). Bedienungsanleitung CombiScope PM339X [PDF-Datei], Verfügbar unter: http://dozenten.f1.fhtw-berlin.de/rehnitz/PCMT/Handbuch/Oszi_PM339XXA [10.07.2002].
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Fluke Corporporation. (1998). SCPI Users Manual [PDF-Datei], Verfügbar unter: http://www.fluke.com/download/manuals/33xxscpiumeng0200.pdf [10.07.2002].
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Garske, R. (1991). Handbuch Funktionsgenerator PM5139 [PDF-Datei], Verfügbar unter: http://dozenten.f1.fhtw-berlin.de/rehnitz/PCMT/Handbuch/FunktGen_PM5139.pdf [10.07.2002].
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Jamal, R. & Kraus, P. (1998). LabVIEW. Das Grundlagenbuch. München: Markt&Technik.
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Schubert, K.- H. (1988). Elektronisches Jahrbuch für den Funkamateur 1989. Berlin: Militärverlag der DDR.
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SHARP ELECTRONICS GMBH. (n.d.). GP2D02 [PDF-Datei], Verfügbar unter: http://www.sharp.co.jp/ecg/opto/products/pdf/ en/osd/optical_sd/gp2d02_e.pdf [10.07.2002].
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Anhang A Beschreibung der VIs Es erfolgt die textuelle Beschreibung. Der genaue Befehlssatz und die Funktionen sind in geeigneter Literatur nachlesbar (Literaturverzeichnis). 1. Hauptprogramm VI 'IR-control' Das Hauptprogramm setzt sich aus mehreren Sub-VIs zusammen. Es ist als Sequenz realisiert, um zeitliche Abläufe zu garantieren. In den Frames 0-3 der Sequenz erfolgt die Initialisierung der verwendeten Geräte. Das eigentliche Programm läuft im Frame 4 ab. Frame 5 schaltet als Programmbeendigung alle Ausgänge aus. Abbildung 27 zeigt den Hauptteil des Programms, der nachfolgend näher beschrieben wird.
Abb. 27: Hauptteil des VI 'IR-control'
Das Erfassen und Auswerten der Meßdaten ist in eine While-Schleife eingebettet. Diese läuft solange, bis der Stop-Button gedrückt wird oder ein Fehler auftritt. Zuerst wird das DSO mit dem Befehl "*WAI; TRAC? CH1" aufgefordert, seinen Kanal 1 auszulesen. Daraufhin wird ein String-Array empfangen, das sich aus einem Header und den Meßdaten zusammen setzt. Dieses Array wird dem Sub-VI 'DSOà 8 Bit' zugeführt, das unter Verwendung seiner Parameter das Array in ein Byte (eigentliches Ausgangssignal des Sensor) umwandelt. Das so ermittelte Daten-Byte ist das Eingangssignal für das Sub-VI 'Motor PWM'. Es wandelt anhand der Korrekturtabelle das Byte des Sensor in eine Distanz um, vergleicht diese mit dem Sollwert und steuert den Ausgang für den Antrieb der Modelleisenbahn. Die eingebettete Case-Struktur dient der Umschaltung der Bedienelemente der beiden Benutzeroberflächen. Der Umschalter DSO/Byte schaltet zwischen den Darstellungen des Linien-Diagramms um. Über das Disketten-Symbol erfolgt die Speicherung des Protokolls.
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2. Sub-VI 'SENDà CLS, RST' Dieses VI weist das angesprochene Geräte an, Fehlerspeicher und Statusregister zu löschen und einen Reset auszuführen (Abbildung 28). Dadurch ist das Gerät in einem eindeutigen Zustand und die notwendigen Initialisierung können vorgenommen werden.
Abb. 28: Sub-VI 'SENDà CLS, RST'
3. Sub-VI 'SENDà INIT FG ARB' Das VI erzeugt das Bitmuster für das Initialisierungssignal des Sensors und übertragt es in den Funktionsgenerator (Abbildung 29). Dabei wird zuerst Speicherplatz 1 ausgewählt. Der Funktionsgenerator läuft später mit einer Frequenz von 10 Hz. Das Signal beginnt bei Position 800, was einer Signalpause von 80ms entpricht. Nach den wechselnden Impulsen kommt noch eine längere High-Phase als Abschluß (Abbildung 6). Diese Werte entsprechen der Spezifikation des Sensors.
Abb. 29: Sub-VI 'SENDà INIT FG ARB'
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4. Sub-VI 'SENDà INIT FG PWM' Die Frequenz, Signalform, Amplitude und Offset des Funktionsgenerators für die Motorsteuerung werden eingestellt und alle Ausgangsspannungen abgeschaltet (Abbildung 30).
Abb. 30: Sub-VI 'SENDà INIT FG PWM'
5. Sub-VI 'SENDà START FG ARB' Der Funktionsgenerator für das Initialisierungssignal des Sensors wird gestartet, d.h. das Signal von Speicherplatz 1 aktiviert, Amplitude und Frequenz eingestellt (Abbildung 31).
Abb. 31: Sub-VI 'SENDà START FG ARB'
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6. Sub-VI 'SENDà INIT DSO' Das Digitale Speicheroszilloskop wird initialisiert. Dazu wird auf DC-Kopplung geschaltet und die kontinuierliche Triggerung aktiviert. Anschließend erfolgt die Umschaltung in den Digitalmodus des DSO und die Meßbereichseinstellungen für Amplitude und Zeitbasis. Kanal 1 wird zum Messen verwendet, Kanal 2 als Eingang für die Triggerung vorbereitet. Einige der Befehle benötigen zur Ausführung eine gewisse Zeit. Daher wurden sogenannte WAITs mit eingeschoben. Dadurch wird der folgende Befehl erst bearbeitet, wenn der aktuelle abgeschlossen ist (Abbildung 32).
Abb. 32: Sub-VI 'SENDà INIT DSO'
7. Sub-VI 'DSO-$à 8 Bit' Es erfolgt die Umwandlung des String-Array in das Daten-Byte (Ausgangssignal des Sensors) und die Generierung eines Arrays zum Ansteuern eines Linien-Diagramms. Zur Umwandlung werden mehrere Stufen (Sub-VIs) durchlaufen (Abbildung 33).
Abb. 33: Sub-VI 'DSO-$à 8 Bit'
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8. Sub-VI 'Oszi-$à [BIN] Das VI wandelt das String-Array zuerst in ein INT8-Array. Dazu wird der Header des DatenString abgeschnitten. Anschließend wird anhand des Signals 'Trigger-Level 0/1' unterschieden, ob der Wert High- oder Low- Pegel wird, und so ein Binär-Array gebildet, in dem nur noch Nullen und Einsen stehen (Abbildung 34).
Abb. 34: Sub-VI 'Oszi-$à [BIN]
9. Sub-VI '[BIN]à 8 Bit' Mit den Parametern Start und Step werden aus dem Binär-Array einzelne Werte ausgewählt (Abbildung 18). Zur Erhöhung der Auswertungssicherheit wird noch der Wert vor und nach dem eigentlich abzutastenden Signal in einer 2-aus-3-Matrix mit einbezogen. So können enzelne Peaks das Ergebnis nicht verfälschen (Abbildung 35). Die ermittelten Bits werden mit ihrem numerischen Dezimalfaktor multipliziert und anschließend die Summe daraus gebildet.
Abb. 35: Sub-VI '[BIN]à 8 Bit'
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10. Sub-VI 'Motor PWM' Das VI wandelt zuerst anhand der Korrekturtabelle das Daten-Byte in eine Distanz um und vergleicht diese mit dem Sollwert. Ist die Differenz größer als 50 (das entspricht 25mm) fährt die Bahn schnell, ist sie geringer langsam. Ist die Differenz gleich Null wird das Ausgangssignal abgeschaltet (Abbildung 36). Um Probleme bei fehlerhafter Triggerung zu unterdrücken, wurde eine Case-Struktur eingesetzt. Ist das Eingangssignal Null, wird der Ausganng ebenfalls abgeschaltet
Abb. 36: Sub-VI 'Motor PWM'
11. Sub-VI 'SENDà VOLT OFF' Das angesprochene Gerät wird angewiesen, alle Spannungen (Amplitude, Offset) abzuschalten. Diese VIs werden im beendenden Teil des Programms eingesetzt. Dadurch ist ein 'sauberer' Abschluß möglich. Selbst bei einer Regelabweichung bleibt die Bahn stehen und fährt nicht unkontrollierbar weiter (Abbildung 37).
Abb. 37: Sub-VI 'SENDà VOLT OFF'
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Anhang B Verwendete Geräte -
2 Funktionsgeneratoren, Philips PM5139
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1 Digitales Speicheroszilloskop, Philips PM 3394
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1 Programmierbares Netzteil, Hewlett Packard HP E3631 A
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2 Netzteile, Zentro Elektrik LA 2X30/1GB
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1 Modelleisenbahn, Spur TT, Gleichspannung
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Anhang C Abbildungsnachweis Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb. Abb.
1: Funktionsweise des GP2D02 ........................................................................................ 5 2: Kennlinie einer Pulsweitenmodulation............................................................................. 6 3: Praktischer Versuchsaufbau........................................................................................... 8 4: Blockschaltbild des Versuchsaufbaus............................................................................. 8 5: Initialisierungssignal für GP2D02.................................................................................... 9 6: Ausgangssignal der Funktionsgenerators ........................................................................ 9 7: Stromlaufplan der Interface-Baugruppe........................................................................ 10 8: Interface-Baugruppe mit GP2D02............................................................................... 10 9: Modelleisenbahn-Lok mit Reflexionsfläche................................................................... 11 10: Stromlaufplan der Leistungselektronik........................................................................ 12 11: Leistungselektronik zu Motoransteuerung................................................................... 12 12: Struktogramm des Programmablaufs.......................................................................... 13 13: Sub-VIs des Programms ........................................................................................... 14 14: Beispiel einer Bedienoberfläche ................................................................................. 15 15: Beispiel eines Programmabschnitts............................................................................. 15 16: Ansicht des Measurement and Automation Explorer................................................... 17 17: Bedienoberfläche mit den Voreinstellungen................................................................. 17 18: Abbildung des DSO-Signals...................................................................................... 18 19: Kennlinie des verwendeten GP2D02 ......................................................................... 18 20: Ausganggssignal der Leistungselektronik zur Motoransteuerung.................................. 19 21: Voreinstellungen für den Versuch.............................................................................. 21 22: Aufgenommene Kennlinie des GP2D02..................................................................... 21 23: Meßfahrt, nur langsam............................................................................................... 22 24: Meßfahrt, nur schnell................................................................................................. 22 25: Meßfahrt, schnell und langsam kombiniert.................................................................. 23 26: Sollwert-Differenz..................................................................................................... 25 27: Hauptteil des VI 'IR-control'...................................................................................... 29 28: Sub-VI 'SENDà CLS, RST' ................................................................................... 30 29: Sub-VI 'SENDà INIT FG ARB'............................................................................. 30 30: Sub-VI 'SENDà INIT FG PWM' ........................................................................... 31 31: Sub-VI 'SENDà START FG ARB'......................................................................... 31 32: Sub-VI 'SENDà INIT DSO'................................................................................... 32 33: Sub-VI 'DSO-$à 8 Bit'........................................................................................... 32 34: Sub-VI 'Oszi-$à [BIN]........................................................................................... 33 35: Sub-VI '[BIN]à 8 Bit' ............................................................................................. 33 36: Sub-VI 'Motor PWM' .............................................................................................. 34 37: Sub-VI 'SENDà VOLT OFF'................................................................................. 34
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