ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ NATIONAL INSTRUMENTS(NI) В НАУЧНОЙ И УЧЕБНОЙ ЛАБОРАТОРИИ.
 автор доцент Крутских В.В.
Рассматриваются вопросы применения оборудования компании National Instruments в учебном процессе, восприятие студентами и преподавателями приборов с виртуальными интерфейсами, а также использование этих приборов в научно-исследовательской деятельности.
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы университеты получают от государства ассигнования на обновление учебной и
научной лабораторной базы. Соответственно перед кафедрами встает вопрос: какое оборудование закупать и что с ним дальше делать. С одной стороны, это очень хорошая тенденция, с другой – очень плохая, потому что окно оплаты очень узкое по временным рамкам и при этом приходится оформлять большое количество бумаг. Это способствует не
всегда качественной оценке рынка приборов и закупкам с учетом перспективного развития лаборатории.
Анализ современного оборудования показал, что на рынке присутствуют несколько групп приборов:
• отечественные (выпущенные еще во времена
СССР, складского хранения);
• отечественные (современные);
• китайского производства;
• европейского или американского производства.
Приборы складского хранения морально устарели: чаще всего в них отсутствует шина внешнего
управления, что делает их абсолютно непригодными к использованию в автоматическом и автоматизированном эксперименте. Отечественные современные приборы очень схожи по параметарам с китайскими, а иногда отличаются только торговой маркой; при этом имеют стоимость значительно выше, чем китайские аналоги. Однако по некото рым группам приборы китайских производителей оказываются на том же уровне, что и у европейских или американских производителей, стоимостью значительно ниже конкурентов.
Вопрос, какое оборудование закупать для лаборатории, встал также и на кафедре основ радиотех
ники в НИУ «МЭИ».
Критериями выбора оборудования были следующие показатели качества (ПК):
• ПК1 — удовлетворение современным по-
требностям по чувствительности и частотно-
му диапозону;
• ПК2 — возможность подключения в единую
измерительную систему;
• ПК3 — совместимость с персональными
ЭВМ;
• ПК4 — малые габариты.
Всем этим требованиям в общем удовлетворяют большинство американских, европейских и китай-
ских приборов.
Кафедра ОРТ остановила свой выбор на приборах компании NI. Технология PXI, развиваемая
компанией, позволяет объединять множество различных приборов в единую измерительную систему. При этом язык визуального программирования LabVIEW освобождает инженера от рутинной работы программиста.
Закупка оборудования осуществлена по Инновационной программе МЭИ (оборудование научной
лаборатори) и программе Национального исследовательского университета (учебно-научная лаборатория).
1. ПРОГРАММИРОВАНИЕ — ИНСТРУМЕНТ ИНЖЕНЕРА
Обучаясь в университете, автор доклада имел большой опыт изучения языков программирования:
начиная с Logo и Basic, заканчивая Clarion, ASM, C++, Php, Delphi. Как показала практика, каждый из языков «заточен» под определенные задачи, решать которые возможно на любом другом языке программирования, но при этом трудоемкость увеличивается в разы.
Когда возникла задача подключения нескольких разнородных устройств к компьютеру, то сразу возникли вопросы синхронизации сбора данных с этих устройств и синхронной передачи данных на регуляторы. Попытка решить эту задачу на Delphi привела к созданию многопотоковой программы и остановилась на передаче данных между двумя независимыми потоками. В итоге пришлось отказаться от автоматизации и проводить эксперимент в ручном режиме. Таким образом, был получен негативный опыт, и от программирования пришлось отказаться, поскольку задачей являлись не собственно программы, а результаты эксперимента.
Позже был проведен анализ программных сред для реализации программного обеспечения физического эксперимента. Оказалось, что язык программирования LabVIEW является оптимальным для инженера, решающего непосредственно свои задачи без углубления в нюансы системного и объектного программирования.
Бесспорно, что на языке С можно решить почти все мыслимые задачи, но для этого требуется серьезная квалификация программиста.
С точки зрения восприятия язык LabVIEW очень не похож ни на один из языков програмирования, за что и подвергается критике. Графическое представление и технология потоков данных совершенносбивают с толку классического программиста. Хотя и в нем встречаются нелогичности: например, наипростейшим образом решаемая в классическом языке программа оказывается нетривиальной.
Значительный перевес в сторону LabVIEW играют следующие характеристики: изначально ре-
шенная проблема создания параллельных потоков;множество драйверов и устройств, подключаемых к сиситеме, легкость подключения библиотек.
Кроме того, язык LabVIEW легко усваивается студентами и после прочтения двух лекций, позволяет легко решать множество задач. Наблюдения за студентами показали, что студенты, имеющие большие знания классических языков программирования, хуже усваивают графический язык, а люди, впервые сталкивающиеся с программированием,
воспринимают, наоборот, легко.
2. УЧЕБНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ МЕТРОЛОГИИ И РАДИОИЗМЕРЕНИЙ
Установка комплекта измерительного оборудо вания NI в составе генератора, осциллографа, мультиметра и блока питания (рис. 1) позволила модернизировать лабораторную базу и проводить все виды измерений, требуемые в практической работе радиоинженера.На первом этапе внедрения в учебный и научный процессы новые приборы вызвали противоречивую
оценку. Со стороны студентов — очень положительную, а со стороны преподавателей — очень отрицательную. Но по мере обучения преподвателей оценка начала смещаться в лучшую сторону.
Негативом для восприятия преподавателей послужило отсутствие каких-либо элементов управле-
ния на корпусе приборов и необходимость пользоваться програмным обеспечением, хотя оно внешне полностью повторяет реальные физические приборы (рис. 2).
Рис. 2. Виртуальный интерфейс прибора
3. НАУЧНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ
В ходе выполнения научно-исследовательских работ по направлению «Лаборатории диэлектрических структур» возникла потребность автоматиза ции измерений электромагнитного поля в открытых волноводных, резонансных и дифракционных структурах. Для этой группы работ было использовано оборудование NI: PXI-4072 (мультиметры), PXI-7350 (система перемещения) и задействованы некоторые другие блоки. В результате были разработаны программы одно-, двух- и трехмерного сканирования поля в двух режимах сканирования: амплитудной составляющей поля и амплитуднофазовой составляющей поля.
Рис. 3. Научный лабораторный стенд на базе оборудования NI
Результаты работ использованы в НИР и в программе исследований по гранту РФФИ № 11-08--1249-а.Универсальные измерительные стенды активно используются студентами при написании дипломных, курсовых и диссертационных работ, а также могут использоваться при разработках различного вида блоков радиоаппаратуры, в том числе и биомедицинского назначения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Переход на новое оборудование способствует улучшению качества подготовки студентов, а также
решению различных современных измерительных задач.
С учетом всего вышесказанного переход на новое оборудование и технологии измерения требуют
разработки новых учебных методологий и технологий, поэтому на кафедре было принято решение о модернизации курса метрологии и радиоизмерений с учетом новых учебных планов и нового оборудования.
|
