Інструкція користування вимірювальним комплексом

 

ІНСТРУКЦІЯ З ЕКСПЛУАТАЦІЇ

Обладнання для мультимедіалабораторії багатофункціональної ІТМ

Комп’ютерний  вимірювальний прилад

Комп’ютерний  вимірювальний прилад Фізика – далі “Вимірювальний прилад” є складовою частиною “Мультимедіа лабораторії “ІТМ” і може використовуватись як самостійний засіб в навчальному процесі з природничих та технологічних дисциплін для вимірювання фізичних величин, та створення “мультимедійних проектів” – електронних засобів навчання на основі даних вимірювань та відеозаписів. Вимірювальний прилад розраховано на роботу з аналоговими та цифровими вимірювальними датчиками, джерелами цифрових та аналогових відеосигналів.

Вид кліматичного виконання ММ-лабораторій УХЛ, категорія розміщення 4 по ДОСТ 15150 для діапазону температур від +10 С до +400 С при відносній вологості 80% при +250 С.

Основне призначення Вимірювального приладу – підвищення ефективності процесу навчання з природничих та технологічних дисциплін, автоматизація навчального та наукового  експерименту.

Загальна характеристика обладнання для мультимедіалабораторії багатофункціональної ІТМКомп’ютерний  вимірювальний прилад Фізика та програмного забезпечення “Навчальна лабораторія ІТМ”.

„Вимірювальний прилад”  складається з електронного блока, набору датчиків та програмного забезпечення для сумісної роботи з персональним комп’ютером. Зовнішній вигляд вимірювального приладу наведено на рисунку 2.

Електронний блок виготовлено в металевому або в пластмасовому корпусі 1. На верхній поверхні корпусу розташовано чотири входи 2 типу DВ-15 призначені для підключення зовнішніх пристроїв (аналогових та цифрових датчиків, устаткування).

pic2
Рис. 2. Зовнішній вигляд комп’ютерного вимірювального комплексу.

Позначення: 1 – корпус приладу; 2 – входи 1-4 з датчиками;
 3 -вхід типу USB-В

На правій боковій поверхні корпусу знаходиться вхід 3 типу USВ-В для підключення до комп’ютера. Обмін даними між комп’ютером та електронним блоком, а також живлення електронного блока і датчиків, які входять до комплекту поставки, здійснюється через з’єднувальний шнур USВ А-В, який входить до комплекту поставки.

Принцип роботи „Вимірювального приладу” заснований на перетворенні сигналів датчиків вимірювання фізичних величин на цифрові дані та їх подальшій обробці. Сигнали від аналогових та цифрових датчиків підключаються до відповідних входів електронного блоку. З входів сигнали подаються на аналого – цифровий перетворювач (АЦП). Дані, отримані від АЦП через порт USВ передаються до комп’ютера. Алгоритм роботи електронного блоку задається програмно.

Робочий діапазон АЦП знаходиться в межах 0-5 В. Для вимірювань сигналів з більшою амплітудою користуйтеся зовнішніми подільниками напруги. Подача до входів пристрою сигналів, які перевищують ±12В можуть вивести з ладу вхідні кола електронного блоку. Забороняється вмикати та перемикати датчики під час роботи програми.

Основні режими роботи.

  1. «Робота з вимірювальним приладом» забезпечує можливість проведення вимірювань з доступом до меню налагоджень. Включення цього режиму роботи здійснюється з допомогою ярлика  «ITM Lab».
  2. «Бібліотека експериментів» забезпечує демонстрацію попередньо записаних експериментів. Використовується у випадках, коли проведення «живого» експерименту неможливе або недоцільне в конкретних умовах. Включення цього режиму роботи також здійснюється з допомогою ярлика «ITM Lab».
  3. «Лабораторна робота». Режим призначений для проведення лабораторних робіт і працює із стаціонарно встановленим лабораторним устаткуванням. В цьому режимі доступ до меню налагоджень неможливий. Активація режиму здійснюється з допомогою ярлика «ITM Lab Exec» на робочому столі комп’ютера. Ярлик «ITM Lab» слід перенести з робочого столу в інше місце. Всі налагодження попередньо виконуються викладачем у режимі «Робота з вимірювальним приладом» і зберігаються в списку лабораторних робіт. Користувач має можливість проводити вимірювання, зберігати результати, здійснювати експорт даних до електронних таблиць Excel.

  „ Універсальний комп’ютерний вимірювальний прилад” забезпечує виконання таких функцій:

– вимірювання фізичних величин;

– запис (збереження) результатів вимірювання ;

– відображення результатів вимірювань у вигляді цифрового табло, таблиць, графіків на екрані комп’ютера або проекційному екрані;

– експорт даних вимірювання в формат  Excel  та текстового редактора Word;

– синхроний запис даних вимірювань, відеозображень  та звуку в ході експерименту;

– можливість зміни масштабу часу під час вивчення записів швидкоплинних та довготривалих процесів;

– одночасне вимірювання декількох фізичних величин;

– активація процессу вимірювань за амплітудою вимірюваного сигналу, або за імпульсом зовнішньої синхронізації;

– керування допоміжними зовнішніми приладами (нагрівачі, електро-магніти, двигуни тощо)

– створення мультимедійного проекту експерименту (у складі текстового файлу опису, відеоролика з поясненнями сутності експерименту, групи  файлів з даними ходу експерименту) з можливісю подальшого відтворення на будь-якому комп’ютері.

Режим «Робота з вимірювальним приладом».

Проведення вимірювань.

Наведемо загальні положення та рекомендації  з використання «вимірювального приладу» при постановці експерименту і проведенні вимірювань.  Послідовність дій повинна бути наступною.

– Увімкніть комп’ютер.

Підключіть електронний блок до комп’ютера за допомогою кабелю USB. Увага! Мінусова шина приладу з’єднана з його корпусом та корпусом комп’ютера. Щоб запобігти ураження електричним струмом та руйнування приладу і комп’ютера, не підключайте його входи до мережі живлення 220 В.

-Запустіть програму  „ Навчальна  лабораторія ІТМ” (ярлик «ITM Lab»).

– Оберіть режим  „ Робота з вимірювальним приладом” (рисунок 3).

 pic3
Рис. 3. Вікно „ Навчальна лабораторія ІТМ”.

У вікні „Новий експеримент” (рисунок 4) є дві опції: опція „Опис” (використовується для додавання текстового файлу до експерименту у випадку його запису) і

 pic4
Рис. 4. Вікно „Новий експеримент”

„Проведення”, що активує режим проведення вимірювань.

– Наведіть курсор на напис  „Проведення” і натисніть ліву кнопку миші.

– Підключіть датчики до відповідних входів (згідно з назвами датчиків у вікні «Налагодження»). Вхід до вікна «Налагодження» (рисунок 5) здійснюють через меню «Вид». Наведіть курсор на назву одного з датчиків, наприклад, „Динамометр” та натисніть ліву клавішу миші. Вікно налагоджень датчика відкривається подвійним натисканням лівої клавіші миші на позначці „v”. У правій частині вікна з’являться інструменти налагодження динамометра.

pic5
Рис. 5. Вікно „Налагодження”.

  Оберіть спосіб відображення показів приладу за замовчуванням (цифровий, графічний), та колір елементів відображення даних. Якщо потрібно, здійсніть градуювання. Для цього встановіть позначку „v” інструменту «Градуювання» і відкрийте відповідне вікно (рисунок 6).

 pic6
Рис. 6. Вікно „Градуювання”.

Встановіть позначку „v” для режиму «Авто». У цьому режимі значення АЦП автоматично поміщаються у лівому стовпчику таблиці. Правий стовпчик заповнюється вручну. Напроти показу АЦП слід встановити показ еталонного приладу, або відоме значення вимірюваної фізичної величини. У даному випадку показ АЦП – 511 відповідає нульовому навантаженню на гачок динамометра, 642 відповідає навантаженню 0,981 Н (до гачка підвішено важок масою 100 г.). За умови лінійної залежності між показами АЦП та значенням вимірюваної величини достатньо двох точок у таблиці.

 Перейдіть до вкладки „Активація  вимірювання” (допоміжний режим, для автоматичного пуску вимірювань). Відповідне вікно показане на рисунку 7. Іноді початок вимірювання зручно починати, коли  вимірювана величина сягне певного значення. Якщо потрібно активувати вказану опцію, встановіть позначку „v” «За рівнем вимірюваного сигналу», оберіть датчик, за показами якого активується процес вимірювання, рівень активації, та напрямок з якого вимірювана величина наближається до нього.

 pic7
Рис. 7 Вікно „Налагодження” опція „Активація вимірювання”

– Встановіть формат часу, час та період вимірювання. За замовчуванням формат часу визначається у секундах, час вимірювання – необмежений, період – 1 мс. Кількість даних вимірювання (точок на графіку)  обмежена тільки характеристиками комп’ютера. На практиці, для вивчення закономірностей вистачає декількох сотень або тисяч точок. Збільшення кількості точок на графіку уповільнює роботу комп’ютера.

Керування зовнішніми пристроями.

Функція „Керування зовнішніми пристроями” значно розширює можливості вимірювального комплексу. Користувач може не тільки отримувати результати вимірювань, але й виконувати деякі дії за результатами вимірювань. Такими діями можуть бути: стабілізація температури, керування нагріванням, охолодженням, вмикання-вимикання електромеханічних пристроїв тощо. Передбачено 4 канали керування. На виході каналу керування може встановлюватись високий або низький рівень. Канали керування при потребі об’єднують за допомогою логічних елементів з робочими рівнями стандарту TTL. Канали керування мають номери 1-4. Їх виведено на відповідні контакти 1-4 роз’ємів для підключення датчиків. Канали 1-3 мають КМОП вихідний каскад, а канал 4- з відкритим стоком.
Максимальний струм навантаження – 5 мА на канал. Ємність навантаження- не бідьш ніж 50 пФ. Розглянемо робоче вікно „Зовнішні пристрої”   програми „ІТМ лабораторія”.

Для налагодження алгоритмів керування зовнішніми пристроями увійдіть до вкладки „Зовнішні пристрої” вікна „Налагодження”. Активація режиму здійснюється встановленням позначки „v” –„Керування зовнішніми пристроями”. у верхньому лівому куті вікна. Після встановлення позначки програма відслідковуватиме наявність підключених пристроїв, дані вимірювань та параметри, за якими здійснюється керування. Виберіть один або декілька каналів керування. Для цього у рядку каналу встановіть „v”. Номер виходу повинен відповідати номеру на роз’ємі зовнішнього пристрою. Якщо у Вашому розпорядженні є пристрій, що має функцію  керування без позначки номеру виходу на корпусі роз’єму, то його підключено до 1 виходу. Виходи приладу, „1-4” виведено на тіж самі роз’єми на верхній поверхні корпусу, що використовуються для підключення датчиків. На відміну від датчиків, зовнішні пристрої можна підключати на будь-який вільний роз’єм, оскільки виходи керування присутні на всіх роз’ємах приладу і мають ідентичну схему підключення.

 pic8
Рис. 8 Вікно „Налагодження”, опція „Керування зовнішніми пристроями”

На рисунку 8 наведено приклад налагоджень керування двома зовнішніми пристроями одночасно.

  • Перший канал керування: пристрій підключено до виходу №1; керування здійснюється за показами датчика, що підключений до входу №1; початковий стан виходу –„1”  (після включення процесу вимірювання на виході №1 встановлюється логічний рівень „1” стандарту TTL); коли вимірювана величина сягне значення 500, стан виходу зміниться на „0”.
  • Другий канал керування: пристрій підключено до виходу №3; керування здійснюється за показами датчика, що підключений до входу №2; початковий стан виходу – „0”. Після включення режиму вимірювання, вихід №3 буде мати стан „0”. Якщо вимірювана величина буде збільшуватися й сягне значення „200”, вихід змінить стан на „1”, що приведе до відключення виконуючого пристрою. Після цього вимірювана величина зменшуватиметься до значення „100”, а потім стан виходу зміниться на „1”. Процес підтримки вимірюваної величини у заданому вікні буде повторюватись циклічно. Однак, цей режим є динамічним. Вимірювання фізичних величин під час постійної зміни одного з параметрів призводить до додаткових похибок. Для уникнення таких похибок передбачено квазістатичний режим керування. Для переходу у квазістатичний режим встановіть „v” режиму „Прогресія” і встановіть параметри режиму. Параметр „Крок” задає інтервал зміни вимірюваної величини (у одиницях вимірювання), після якої здійснюється тимчасова стабілізація, що триває протягом  встановленої затримки.  Час затримки встановлюється кратним періоду виміювання Якщо у вікні „Затримка” встановлено 1000, а період вимірювання дорівнює 500 мс, то затримка складатиме 500 с. У нашому прикладі, якщо ми керуємо режимом роботи нагрівача, це означатиме:
  • Максимальна температура нагрівання – 200 °С;
  • Крок нагрівання – 10°С;
  • Після кожного збільшення на 10 °С , температура стабілізується протягом 500с;
  • Коли температура сягне значення 200 °С, нагрівання припиниться і почнеться процес охолодження із стабілізацією рівня температури з вищевказаними кроком і затримкою.
  • Зменшення температури до 100 °С призведе до зміни режиму і процес нагрівання почнеться знову.
  • Кількість циклів можна встановити у останній комірці налагодження каналу керування. У даному випадку кількість циклів не обмежена. Це означає, що керування зупиниться після виходу з режиму „Вимірювання”.

Використання відео в фізичному експерименті.

Важливим  джерелом  знань  про об’єкт  дослідження  може бути відеозображення  перебігу  експерименту. Вимірювальний прилад забезпечує одночасний або синхронний запис відеозображень перебігу експерименту з даними вимірювань. Для включення відео у вікні «Налагодження» відкрийте закладку «Відео» (рисунок 9) та зробіть необхідні налаштування звуку та відео. Джерелом сигналу може слугувати будь-яка цифрова або аналогова відеокамера, підключена до комп’ютера. Одночасний запис дозволяє стежити

 pic9
Рис. 9 Вікно „Налагодження”, опція „Відео”

за перебігом експерименту в реальному часі або відтворювати записаний експеримент з відео. Потік відео записується з частотою 25 кадрів за секунду

 (залежить від способу стиснення відео), період вимірювань встановлюється користувачем окремо. При синхронному записі відео, кожному кадру відео
відповідає певна точка графіку. Період вимірювання у такому випадку повинен бути кратний періоду зйомки кадрів відео (40 мс). Для включення режиму синхронної зйомки, після включення режиму відео слід повернутися у вікно «Активація вимірювання» й встановити позначку „v” «Період вимірювання». (Якщо відеокамера не активована, місце для встановлення позначки синхронної зйомки відсутнє).

Режим синхронного запису відео використовують для покадрового стеження за зміною параметрів процесу та «стиснення в часі» довготривалих процесів. Наприклад, відеоролик, що знімався протягом 24 годин з періодом зйомки – 2 хвилини буде відтворюватись біля 29 секунд.

Будь-які зміни налагоджень вимірювального приладу слід підтвердити натисканням кнопки «Так», що знаходиться у нижньому рядку вікна налагоджень. Якщо потрібно лише переглянути налаштування без їх зміни, вихід здійснюють натисканням кнопки «Скасувати».

Експорт даних вимірювання до електронних таблиць Excel.

Натисніть екранну кнопку «Excel», розташовану у другому рядку меню програми. На екрані з’явиться вікно «Експорт даних» (рис. 10).

 pic10
Рис. 10. Вікно „Експорт даних”

За замовчуванням експортується весь масив даних. Якщо потрібно експортувати лише частину даних, зніміть позначку „v” «Всі дані» і встановіть бажаний проміжок часу. Той самий результат можна отримати, якщо попередньо виділити  необхідну ділянку графіку. Позначка «Виключити дублювання даних» видаляє з масиву, що експортується однакові дані, для зменшення їх обсягу. Дані вимірювань кожного датчика експортуються у вигляді масиву на окремій сторінці «книги Excel». Слід пам’ятати, що табличний процесор має обмеження. Тому, кількість точок одного графіка або його фрагменту, що експортуються до Excel не повинна перевищувати 65535.

 Керування ходом експерименту.

Для керування ходом експерименту призначене окреме вікно
(рисунок 11).

 pic11
Рис. 11. Вікно „Хід експерименту”

На панелі керування ходом експерименту розташовано 10 кнопок, покажчик ходу експерименту, таймер, та покажчик завантаження процесора комп’ютера. Нижче за текстом наведено опис панелі. Номера кнопок вказані зліва направо.

  • «Вимірювання». (1). Натискання активує процес вимірювання. Після натискання на кнопку на екрані з’являються результати вимірювань у вигляді графіка або (та) цифрових табло. Якщо попередньо встановлено режим вимірювання «За рівнем вимірюваного сигналу», натискання кнопки «Вимірювання» активує стеження за величиною вимірюваного сигналу, запис та відображення результатів вимірювання почнеться, коли вимірюваний параметр сягне встановленого рівня.
  • «Стоп» (4). Щоб зупинити процес вимірювання (або відтворення) вручну, натисніть кнопку «Стоп». Вимірювання можна зупиняти автоматично. Для цього слід попередньо встановити параметр «Час вимірювання».
  • «Відтворення» (2). Перегляд записаного експерименту (з відео).
  • «Пауза» (3). Зупинка перегляду експерименту з відео з можливістю продовження перегляду з цього ж місця.
  • «Переміщення покажчика» (5,6). Переміщує покажчик просування експерименту на його початок,або кінець.
  • «Швидкість відтворення експерименту» (7). Після натискання кнопки, з’являється вікно регулювання швидкості відтворення записаного експерименту. Швидкість відтворення можна збільшити або зменшити до десяти разів відносно нормальної.
  • «Запис» (8). Якщо потрібно зберегти експеримент у вигляді мультимедійного проекту (текстовий файл опису, дані вимірювань, відео, налагодження), перед початком вимірювання, натисніть кнопку «Запис». Збереження проекту можна здійснити через кнопку меню «Файл», «Закрити»,  після зупинки запису. Якщо  цього не зроблено, комп’ютер запропонує зберегти експеримент під час виходу з програми.
  • «Очищення екрану» (9). Натискання цієї кнопки призводить до очищення відеопам’яті  комп’ютера та екрану від даних. Якщо в процесі вимірювання  накопичено велику кількість даних, наступне вимірювання розпочнеться з затримкою відносно натискання кнопки «Вимірювання». Така затримка може стати критичною при вивченні швидкоплинних процесів.
  • «Повний екран» (10). Розгортає вікна програми «Мультимедійна лабораторія ІТМ» на весь екран.

 Збереження мультимедійного проекту.

Як було сказано вище, мультимедійний проект можна зберігати. Під час збереження експерименту потрібно обрати, у якому вигляді його буде збережено. Вікно з опціями збереження показане на рисунку 12.

pic12 
Рис. 12.  Вікно „Зберегти експеримент”

Для подальшого використання мультимедійного проекту у вигляді самостійного електронного засобу навчання проект зберігають у каталог «Експерименти». Перегляд записаного експерименту або демонстрація в аудиторії не потребує підключення приладу. У режимі «Бібліотека експериментів» зміна налагоджень та коригування запису неможливі. Якщо підключити прилад і відкрити збережений експеримент у режимі «Робота з вимірювальним приладом», можна зробити новий запис, скориставшись існуючими налагодженнями. Запис у каталог «Лабораторні роботи» дозволяє записувати налагодження, зроблені для автоматизації лабораторних установок. Цей режим не передбачає доступу до налагоджень, а лише дає можливість користувачеві провести вимірювання і обробити результати експерименту. Використовують виключно із стаціонарно встановленою автоматизованою лабораторною установкою.

Відтворення результатів вимірювання.

Дані вимірювань відтворюються на екрані комп’ютера у окремих вікнах (рисунок 13). Кожне вікно відтворює дані отримані від одного, або двох датчиків. У лівому верхньому куті вікна відтворення даних вимірювань вказано назви фізичних величин, що відображуються на осях «У» та «Х» і номер входу, до якого підключено датчик. Нижче вказано назву датчика, межі його вимірювань та поточні дані вимірювань у цифровому вигляді (у режимі перегляду результатів – значення точки, на яку наведено перехрестя покажчика, або курсора миші). Відображення даних на екрані комп’ютера здійснюється у вигляді графіка, або цифрового дисплею. Спосіб відображення за замовчуванням для кожного датчика обирається окремо у вікні «Налагодження». Оперативно змінити спосіб відображення можна натиснувши праву кнопку миші на вікні відповідного графіка. При цьому з’явиться список опцій, доступних для зміни. Цей же список з’явиться, якщо натиснути позначку «▼», розташовану біля кнопки відображення графіка (нижня строка меню).

 Під час проведення вимірювань на екрані може накопичуватись велика кількість точок, що ускладнює дослідження графіка. Важливу ділянку графіка можна збільшити на все поле. Для цього, з допомогою миші, наведіть курсор у лівий верхній кут бажаної ділянки, натисніть ліву кнопку миші,

 pic13
Рис. 13. Вікно відтворення даних з елементами налагоджень.

притримуючи її, потягніть курсор у правий нижній кут обраної ділянки і відпустіть кнопку. Якщо на екрані відображено декілька графіків і вони відображують зміну різних параметрів у часі, виділення відбуваєтьсясинхронно на всіх полях. Щоб відмінити «виділення», натисніть ліву кнопку миші і потягніть курсор у лівий верхній кут поля графіка (у будь-якому місці). За замовчуванням масштабування графіку відбувається автоматично. Це означає, що графік завжди займає всю площу екрану, а масштаб відтворення даних змінюється. Такий спосіб побудови графіка дуже зручний, але у разі проведення демонстрацій, більш природньо сприймається графік, що будується у сталому масштабі. Інструменти налагоджень масштабу графіка викликаються подвійним натисканням лівої кнопки миші. Для зміни масштабу відтворення даних зніміть позначки «v» і встановіть межі відтворення для кожної осі вручну. Якщо по осі «Х» відтворюються покази часу, то ручне встановлення масштабу не буде коректним. Після встановлення масштабу натисніть кнопку «Застосувати». Вихід з режиму налагоджень масштабу здійснюється також подвійним натисканням лівої кнопки миші на полі відповідного графіка.

Режим «Бібліотека експериментів».

Вибір режиму здійснюється у вікні „ Навчальна лабораторія ІТМ” (Рисунок 3).  У цьому режимі стає доступним список записаних експериментів (рисунок 12). Для відтворення запису необхідно скористатися кнопками керування вікна «Хід експерименту» (рисунок 11). Кнопки «Вимірювання» і «Запис» у цьому режимі можуть бути неактивними або відсутніми.

Попередньо записаний експеримент може бути використаний в цілях створення:

– Навчального засобу заміщення натурного експерименту (коли проведення або підготовка демонстрації вимагає великих витрат часу, дорогих, шкідливих, небезпечних матеріалів і т.п.);

– Методичного посібника для вчителя з проведення демонстрації;

– Інструкції для учня при підготовці до проведення лабораторної роботи;

– Навчального засобу для самостійної навчальної діяльності учня;

– Бібліотек електронних дидактичних матеріалів (у тому числі і для використання при дистанційному методі навчання).

Записи експериментів можна проводити під час проведення демонстрації для подальшого докладного вивчення результатів експерименту. Багаторазове відтворення записаного експерименту дозволяє зосередити увагу на важливих моментах його перебігу. Для підвищення ефективності користувач може включати і виключати необхідні вікна, змінювати їх розміри та встановлювати бажану швидкість відтворення. Якщо запис використовується як самостійний дидактичний засіб, необхідно створити файл його опису. Такий файл формується у режимі запису.

Режим «Лабораторна робота».

призначений для автоматизації процесів вимірювання та обробки результатів під час проведення лабораторних робіт та наукових досліджень. В цьому режимі доступ до меню налагоджень, як і у режимі «Бібліотека експериментів», неможливий. Активація режиму здійснюється з допомогою ярлика «ITM Lab Exec» на робочому столі комп’ютера. Всі налагодження попередньо виконуються викладачем у режимі «Робота з вимірювальним приладом» і зберігаються в списку лабораторних робіт під оригінальною назвою. Роботи проводяться із стаціонарно встановленим лабораторним устаткуванням. Користувач має можливість здійснювати вимірювання, зберігати результати, експортувати дані до електронних таблиць Excel.

 

Виробник:

ФОП Литвинов Ю. В., м. Харків

Тел.: 8067-578-02-90

e-mail: Litvinov_uv@ukr.net


Завантажити:

  НСТРУКЦІЯ З ЕКСПЛУАТАЦІЇ ”ІТМ” (2,4 MiB, 81 hits)

 

 

 

 

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *