Программа самописец для компьютера

Обновлено: 07.07.2024

Современная измерительная аппаратура давно срослась с цифровыми и процессорными средствами управления и обработки информации. Стрелочные указатели уже становятся нонсенсом даже в дешевых бытовых приборах. Аналитическое оборудование все чаще подключается к обычным ПК через специальные платы-адаптеры. Таким образом, используются интерфейсы и возможности программ приложений, которые можно модернизировать и наращивать без замены основных измерительных блоков, плюс вычислительная мощь настольного компьютера.

Кроме того, и расширение возможностей обычного компьютера возможно за счет разнообразных программно-аппаратных средств, — специальных плат расширения, содержащих измерительные АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь). И компьютер очень легко превращается в аналитический прибор, к примеру, — спектроанализатор, осциллограф, частотомер… , как и во многое другое. Подобные средства для модернизации компьютеров выпускаются многими фирмами. Однако цена и узконаправленная специфика не делают это оборудование распространенным в наших условиях.

Но зачем далеко ходить? Оказывается, простой ПК в своей конструкции уже содержит средства, которые с некоторыми ограничениями способны превратить его в тот же осциллограф, спектроанализатор, частотомер или генератор импульсов. Согласитесь, уже немало. К тому же делаются все эти превращения только с помощью специальных программ, которые к тому же совершенно бесплатны и каждый желающий может их скачать в Интернете.

Вы, наверное, зададитесь логичным вопросом — как же в измерениях можно обойтись без АЦП и ЦАП? Никак нельзя. Но ведь и то и другое присутствует почти в каждом компьютере, правда, называется по другому — звуковая карта. А чем не АЦП/ЦАП, скажите, пожалуйста? Это уже давно поняли те, кто написал для нее массу программ, не имеющих никакого отношения к воспроизведению музыки. Ведь обычная звуковая плата ПК способна воспринимать и преобразовывать сигнал сложной формы в пределах звуковой частоты и амплитудой до 2В в цифровую форму со входа LINE-IN или же с микрофона. Возможно и обратное преобразование, — на выход LINE-OUT (Speakers). Таким образом, вы можете работать с любым сигналом до 20 кГц, а то и выше, в зависимости от звуковой платы. Максимальный предел уровня входного напряжения 0,5-2 В тоже не составляет проблемы, — примитивный делитель напряжения на резисторах собирается и калибруется за 15 минут. Вот на таких-то нехитрых принципах и строятся программное обеспечение: осциллографы, осциллоскопы, спектроанализаторы, частотомеры и, наконец, генераторы импульсов всевозможной формы. Такие программы эмулируют на экране компьютера работу привычных для нас приборов, естественно со своей спецификой и в пределах частотного диапазона вашей звуковой платы.

Как это работает? Для пользователя все выглядит очень просто. Запускаем программу, в большинстве случаев такое ПО не нужно даже инсталлировать. На экране монитора появляется изображение осциллографа: с характерным для этих приборов экраном с координатной сеткой, тут же и панель управления с кнопками, движками и регуляторами, тоже часто копирующими вид и форму таковых с настоящих — аппаратных осциллографов. Кроме того, в программных осциллографах могут присутствовать дополнительные возможности, как, например, возможность сохранения исследуемого спектра в памяти, плавное и автоматическое масштабирование изображения сигнала и т.д. Но, конечно же, есть и свои недостатки.

Как подключиться к звуковой карте? Здесь нет ничего сложного — к гнезду LINE-IN, с помощью соответствующего штекера. Типичная звуковая плата имеет на панельке всего три гнезда: LINE-IN, MIC, LINE-OUT (Speakers), соответственно линейный вход, микрофон, выход для колонок или наушников. Конструкция всех гнезд одинакова, соответственно и штекеры для всех идут одни и те же. Программа осциллограф будет работать и отображать спектр и в том случае если снимается звуковой сигнал с помощью микрофона, подключенного к своему входу. Более того, большинство программных осциллографов, спектроанализаторов и частотомеров нормально функционируют, если в это же время на выход звуковой платы LINE-OUT выводится какой-то другой сигнал с помощью другой программы, пусть даже музыка. Таким образом, на одном и том же компьютере можно задавать сигнал, скажем с помощью программы генератора, и тут же его контролировать осциллографом или анализатором спектра.

При подключении сигнала к звуковой плате следует соблюдать некоторые предосторожности, не допуская превышения амплитуды выше 2 В, что чревато последствиями, такими как выходом устройства из строя. Хотя для корректных измерений уровень сигнала должен быть гораздо ниже от максимально допустимого значения, что так же определяется типом звуковой карты. Например, при использовании популярной недорогой платы на чипе Yamaha 724 нормально воспринимается сигнал с амплитудой не выше 0,5 В, при превышении этого значения пики сигнала на осциллографе ПК выглядят обрезанными (рис.1). Поэтому для согласования подаваемого сигнала со входом звуковой карты потребуется собрать простой делитель напряжения (рис.2).

Программа LGraph2 предназначена для регистрации, визуализации и обработки аналоговых сигналов, записанных с помощью измерительных плат или модулей АЦП компании L-CARD. Многоканальный регистратор-самописец LGraph2 в сочетании любым измерительным устройством производства L-CARD превратит Ваш компьютер в измерительную лабораторию, заменив привычные вольтметры, самописцы, осциллографы.

Возможности:
● возможность одновременной регистрации с разных модулей

визуализация во время регистрации

- возможность отображения вводимых данных с АЦП, не прерывая регистрации
- изменение масштаба по оси X или Y во время регистрации
- возможность паузы регистрации с продолжением визуализации аналоговых каналов

● одновременная работа с несколькими измерительными модулями
● отображение вводимых данных с АЦП, не прерывая регистрации
● поддержка специальных режимов записи: по расписанию, серийный запуск, периодическое сохранение, автоматическое формирование имен файлов и папок
● поддержка режима предварительного просмотра без записи данных в файл
● в программе реализованы отдельные окна для расчета энергетического спектра, записанного сигнала, и расчета гистограмм
● механизм подключения внешних плагинов для реализации специализированных алгоритмов обработки и отображения данных

возможность одновременной регистрации сигналов с разных модулей производства L-Card

- одновременный ввод данных с различных модулей системы LTR, USB устройств и PCI/PCIe плат
- поддержка одновременной работы до 100 изделий производства L-CARD
- визуализация данных, собранных на разных частотах с разных модулей
- синхронный старт модулей в рамках нескольких крейтов LTR-EU
- простой формат файлов данных позволяет легко экспортировать многомодульные записи во внешние программы

Помимо обычного режима ввода данных в один файл, LGraph2 поддерживает специальные режимы записи:
Ввод данных по расписанию. Программа по заданному расписанию запускает ввод данных с АЦП в файл, при этом реализована возможность задать несколько временных отметок, и при достижении каждой LGraph2 будет запускать ввод данных в новый файл.

Серийный запуск. Пользователь устанавливает количество вводов и определяет паузу между ними, после чего программа самостоятельно осуществляет требуемую последовательность операций (по выбору пользователя каждая реализация записывается в отдельный файл или вся последовательность реализаций записывается в один файл).

Периодическое сохранение. В этом режиме после запуска ввода программа осуществляет непрерывный ввод, однако по достижении заданного пользователем интервала программа закрывает файл, в который осуществлялся ввод, и продолжает ввод в новый файл. Данный режим удобен при необходимости длительного ввода, когда требуется максимальная надежность: при выключении или зависании компьютера основная часть введенных данных не пропадает.

Формирование имен файлов и папок. Каждая серия файлов может размещаться в создаваемой новой папке, а имя файла может формироваться как на базе увеличивающегося индекса, так и добавлением текущей даты и времени к имени файла.

После запуска записи данных процесс можно в любой момент приостановить кнопкой «Пауза», отображение данных при этом на экране продолжается. Повторное нажатие кнопки «Пауза» возобновляет запись данных.

Впоследствии группой сегментов можно управлять по собственному усмотрению, объединяя в одном файле или удаляя из него лишнее.

Программа сохраняет файлы данных в двоичном формате. Для преобразования их в формат, подходящий для просмотра и обработки, предназначено окно экспорта данных. Дополнительным удобством обработки является возможность экспорта данных в кодах АЦП, вольтах или с учетом всех масштабирующих коэффициентов в двоичные файлы, которые могут быть использованы в пользовательских программах или непосредственно экспортированы в пакеты Matlab, Origin и им подобные. Пользователь сам определяет, будет ли экспортироваться весь файл целиком или только указанная его часть. При необходимости можно включить добавление в экспортируемый файл столбца времени. Также реализована возможность контролировать точность (число знаков после запятой), с которой будут выводиться числа.

возможность индивидуальной настройки отображения каждого канала

Значения с АЦП могут отображаться как в вольтах, так и преобразованными в физические величины при помощи задаваемых индивидуально для каждого канала калибровочных коэффициентов.

Множество вариантов индивидуальной настройки графика для каждого канала (цвет, ширина линии, тип линии, тип маркера отсчетов АЦП). В программе реализована легенда, располагаемая рядом с окном, в котором выводятся графики. Нажав правой клавишей мыши над нужным графиков в легенде, пользователь получает возможность быстро и удобно изменить графические настройки отображения указанного канала.

Для просмотра конкретных значений сигналов можно включить курсор, графические параметры которого также задаются пользователем.

Программа позволяет отображать данные с АЦП в виде графиков в нескольких окнах, число которых определяется пользователем. В любое из окон можно вывести несколько графиков по своему выбору. Размеры окон можно легко менять, передвигая мышью границу между окнами по вертикали.

Спектроанализатор

В программе реализовано отдельное окно энергетического спектра записанного сигнала с расчетом до 64 гармоник с отображением пиков на графике, с функцией автоопределения или ручного ввода основной частоты для гармонического анализа.

Рассчитанный спектр можно экспортировать в текстовый файл.

Гистограмма

В программе реализовано отдельное окно для расчета гистограмм. Возможно построение двух гистограмм по разным каналам с отображением их в одном окне. Гистограммы могут быть экспортированы в текстовый файл.

Для того, чтобы предоставить пользователю возможность реализовывать специализированные алгоритмы обработки и отображения данных, в программе реализован механизм подключения внешних плагинов. Плагин - это DLL библиотека, в которой должны находиться функции, при помощи которых LGraph2 во время сбора данных, а также во время просмотра файлов передает данные с АЦП и принимает новые. В дистрибутив LGraph2 включены разработанные в «L-CARD» наиболее распространённые плагины, которые могут использоваться как аналоги привычных пользователю приборов, а также как образцы для внесения в них той или иной специфики.

Механизм подключения плагинов обеспечивает:

Одновременное подключение нескольких плагинов.
Возможность отображения данных в виде мультиметрных элементов (термометра, бака и т.п.)
Выполнение расчетов в реальном масштабе времени во время сбора данных
Реализация алгоритмов с обратной связью (управление ЦАП и ТТЛ линиями во время сбора данных)
Возможность создавать расчетные каналы, которые можно сохранять и просматривать в виде стандартных файлов данных LGraph2
Сохранение значений всех визуальных элементов в текстовый файл в режиме журнала

Список поставляемых плагинов:

● синхронизация регистрации: по уровню, по синхро-старту, по часам компьютера, GPS синхронизация

На работе (работаю в медицине) пыхтят и мучаются два электромеханических самописца ну и я вместе с ними: тушь, механика – знаете ли неприятно. Как то раз в мою голову забрела идея: а почему бы не заменить два задыхающихся от старости самописца простой системой сбора данных состоящей из контроллера АЦП и ПК (пусть даже слабенького и старенького) с соответствующим программным обеспечением с возможностью вывода на принтер? И тут понеслось в голове и закружилось…

Лирика

быстрого старта, как такого, не получится, не стоит строить иллюзии — придется попотеть;
эмуляторы типа Proteus на первых порах лучше не использовать, гораздо полезнее экспериментировать на реальном железе, потрогать рукам, попробовать на вкус и на зуб. Для простейшей отладки достаточно UART;
монтажные платы – брр, предпочитаю ЛУТ + хлорное железо+сверловка, получается чуть дольше, но дает четкое понимание того, что ты делаешь;
советую не увлекаться монтажом smd-корпусов и «минитюаризацией» монтажных плат — это достаточно сложно для новичка, иногда бывает проще заново развести плату в «увеличенном масшабе» с простым навесным монтажом (опять же полезнее для понимания).

О теории АЦП и первой попытке

После некоторых изысканий выяснилось, что реализовать задуманную идею можно в нескольких вариантах. Простейшие решения приведены в книжке Патрика Гелля(см.подвал), там же разъясняются азы аналого-цифрового преобразования сигнала. Привожу типичную схему, взятую оттуда:
В основе схемы – микросхема АЦП. Взаимодействие с ПК реализуется на программном уровне путем формирования управляющих последовательностей импульсов на модемных линиях интерфейса RS-232 ПК. Данное обстоятельство ограничивает скорость передачи данных и увеличивает вероятность ошибки передачи. Точность измерения определяется разрядностью АЦП (в данном случае 8 разрядов), точностью подводимого к АЦП опорного напряжения (здесь используется ИОН LT 1009 CZ). Скорость оцифрования сигнала зависит от времени преобразования АЦП и опять же от точности организации интерфейса разработчиком. Собственно, данная реализация была моим первым боевым опытом (см. фото ниже), но вскоре меня разочаровала, так как чувствовал потребность в более изящном решении. Управляющая программа(драйвер) была написана под DOS на паскале.
Подобные схемы, не смотря на свою жизнеспособность, ввиду указанных недостатков практически не применяются, микросхемы АЦП обычно используются вместе с микроконтроллером, который уже организует передачу данных на аппаратном уровне, попутно выполняя какие-либо операции управления, либо примитивной обработки данных. Хорошим примером такого решения может служить вот такая схемка на основе микроконтроллера AVR:

В основе схемы лежит микроконтроллер Atmega8, микросхема сопряжения с USB FT232BM, микросхема АЦП AD7876, ИОН — REF195GP. На входе — дифференциатор на базе операционного усилителя приводит сигнал на входе к диапазону 0-5В (опорное напряжение АЦП). Аналого-цифровое преобразование сигнала осуществляет микросхема АЦП AD7876 и передает данные по интерфейсу SPI в микроконтроллер, который, в свою очередь, «выкидывает» результат в usb-порт посредством UART и микросхемы сопряжения FT232BM.
В рамках моей задачи мне нужно задействовать 4 канала АЦП. Привлекательной возможностью выглядит использование встроенного АЦП микроконтроллера с коммутируемым входом, что позволит отказаться от использования внешней микросхемы АЦП и обеспечить нужное количество каналов — дешевое и простое решение. Включать дифференциатор в схему нет необходимости, так как амплитуда сигнала на каждом из входов не превышает 2-2,5 В.

Схема моего девайса

Контроллер АЦП строится на микроконтроллере AVR Atmega8. МК обладает достаточным количеством ножек для того чтобы подключить 4 канала АЦП, сигнальные светодиоды, плату сопряжения с ПК. В схеме используется внешний ИОН L1009CZ. Плата сопряжения с ПК через интерфейс RS-232 основана на микросхеме MAX232 и обособлена от основного модуля, при необходимости может быть заменена на плату с FT232 на борту для сопряжения через USB, либо с любым bluetooth-модулем (типа BTM-222, HC-04) для коммуникации через blootooth интерфейс. На рисунке ниже представлена принципиальная схема разрабатываемого устройства:

Схема питания стандартная – на базе линейного стабилизатора 78L05, присутствует сигнальный светодиод HL1. Принципиальная схема нарисована с помощью sPlan, разводка платы — в Sprint Layout. В конце технологической цепочки — ЛУТ+травление+сверловка+пайка получаем:

Вид снизу:

Программная часть

инициализация: функции — UART_init, ADC_init, LED_init;
последовательный опрос каналов в бесконечном цикле по прерыванию и передача данных через UART на com-порт ПК.

Программатор

Для прошивки применялся простейший программатор STK200, причем разводку платы пришлось делать самому, чтобы облегчить пайку. Прошивал avrdude. Пробовал avreal – отличная альтернатива, трудностей также не возникло.

Наконец-то – работает!

После отладки кода, нескольких циклов стирания/записи МК девайс ожил и заморгал светодиодами к моей огромной радости.

На ПК использовал текстовый терминал для работы с COM-портом. В сети их навалом, при желании можно и самому написать, например, используя QT + QSerialDevice(замечательная библиотечка для работы с com-портами, написанная нашим соотечественником Денисом Шиенковым), или как тут.

В заключение

В планах осталось только написание ПО для ПК. Вообще-то уже пишу, используя в связке QT+QSerialDevice+QWT, и скоро, скоро, чувствую, поползут мои графики по дисплею. А еще подумываю о том, чтобы реализовать аппаратную часть на МК серии STM32F, взяв за основу упоминаемую уже на хабре STM32VLDISCOVERY — хочется освоить новое железо.

Программа «PowerGraph» предназначена для регистрации, обработки и хранения аналоговых сигналов, записанных с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП), и позволяет использовать персональный компьютер в качестве обычного ленточного самописца.

Основные функции программы:

Оцифровка и регистрация аналоговых сигналов в реальном масштабе времени.
Графическое представление и хранение данных.
Первичный анализ и обработка записанных данных.
Импорт и экспорт данных.

Основные возможности и особенности программы:

1. Использование АЦП:

Подключение любых типов АЦП ;
Поддержка любых аппаратных и программных настроек АЦП ;
Использование в качестве АЦП математических генераторов сигналов, системных устройств компьютера и любых других прототипов АЦП, необходимых для регистрации каких-либо параметров.

2. Запись сигналов:

Независимая настройка параметров для каждого из каналов АЦП;
Запись сигналов с произвольного набора каналов ;
Предварительный мониторинг и программная коррекция входного сигнала;
Поддержка любых скоростей записи ;
Использование триггеров для начала и остановки записи;
Блочная система записи;
Неограниченный размер записи;
Использование нескольких АЦП для записи одного файла (последовательно).

3. Представление данных:

4. Обработка данных:

Обширный набор функций для математической обработки данных;
Создание и запись командных файлов для повторного использования алгоритмов обработки данных;
Генерация новых каналов с рассчетными данными;
Использование выделения произвольной области данных внутри блока;
Использование операций редактирования (копирование, вставка, удаление) для области выделения или целого блока;
Добавление к текущей записи данных из других файлов;
Указание пользовательской информации для всей записи и для каждого из блоков.

5. Анализ данных:

Набор статистических и информационных функций ;
Построение графиков зависимости одного канала от другого;
Гистограмма распеределения сигнала по амплитуде;
Построение амплитудно-частотного спектра сигнала.

6. Работа с файлами и экспорт данных:

Использование собственного формата файлов, разработанного для эффективного хранения аналого-цифровых данных.
Использование файлов настроек (параметры записи, настройки каналов и т.п.).
Импорт данных из бинарных файлов.
Импорт данных из текстовых файлов.
Импорт данных из звуковых файлов.
Копирование и сохранение всей записи, отдельного блока или области выделения в текстовом формате.

7. Дополнительные утилиты:

Для получения подробной информации смотри соответствующие разделы данного справочного пособия.

Минимальные требования:

32-разрядная операционная система Windows (9x, NT, 2000, XP);
16 Мб оперативной памяти;
5 Мб дискового пространства.

Размер: 1,7 Mb

Автор: Измайлов Дмитрий Юрьевич

ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ

П О П У Л Я Р Н О Е:

Adguard — это программа для блокировки рекламы и всплывающих окон, антибаннер для любых браузеров. Adguard незаметно работает на компьютере, ограждая вас от рекламы и попапов, ускоряет загрузку страниц и экономит трафик (что полезно для пользователей 3G/4G/GPRS модемов). Антибаннер имеет отзывчивую русскоязычную поддержку и регулярно обновляется. Ключ можно получить на год бесплатно, для этого надо установить программу на четыре других компьютера (знакомые, друзья и т.д.).

Вы можете следить за комментариями к этой записи через RSS 2.0. Вы можете оставить комментарий:.

Ваш комментарий

- НАВИГАТОР -

ПОИСК от GOOGLE:

10-ка популярных статей

- 214 268 просм. - 199 347 просм. - 197 391 просм. - 189 758 просм. - 171 704 просм. - 165 232 просм. - 137 863 просм. - 131 753 просм. - 129 746 просм. - 117 140 просм.

Архивы статей

Переводчик

Коротко о сайте:

Мастер Винтик. Всё своими руками! - это сайт для любителей делать, ремонтировать, творить своими руками! Здесь вы найдёте бесплатные справочники, программы.
На сайте подобраны простые схемы, а так же советы для начинающих самоделкиных. Часть схем и методов ремонта разработана авторами и друзьями сайта. Остальной материал взят из открытых источников и используется исключительно в ознакомительных целях.

Вы любите мастерить, делать поделки? Присылайте фото и описание на наш сайт по эл.почте или через форму.
Программы, схемы и литература - всё БЕСПЛАТНО!

Читайте также: