Každoročně se zvyšuje prodej notebooků. Jak ale ho použít v oblasti měření a řízení ? Jednoduše s použitím některé měřící PCMCIA karty, která dnes dosahuje stejných parametrů a vlastností jako velké PCI karty. Tak lze proměnit notebook z kancelářského zařízení na přenosnou měřící stanici.

Po předchozím zajímavém článku "Pocket PC software pro elektro & měření" zaobírající se měřícími CF kartami a softwarem pro Pocket PC, se dnes podíváme o třídu výš, tedy na nootebooky. Zde nemá cenu nějak zvláště probírat software, protože ten je logicky stejný jako pro klasická "velká" PC. Zajímavější je tedy hardwarová složka, tzn. měřící rozhraní, které přemění analogové signály na digitální a případně zpět nebo upraví ty digitální do tvaru příhodného pro vnitřní citlivé integrované obvody sběrnice počítače. Zatímco u velkých PC máme kdyspozici velký výběr konektorů (LPT, RS-232, velké množství USB, Ethernet RJ-45, Game port, příp. FireWire) + PCI sběrnici (dříve i ISA), pro které existuje nepřeberný výběr různých interních karet, externích měřících modulů a krabiček, je to v dnešním notebooku už horší. U těch nejnovějších už nenajdeme ani LPT či RS-232 konektor, USB portů je z důvodu chybějících portů PS/2 často míň, než by bylo potřeba. Zbývá už jen Ethernet konektor RJ-45 a ekvivalent PCI rozhraní v PC, tzn. PCMCIA slot. A právě PCMCIA měřící karty jsou stále častěji v sortimentu firem zabývající se měřící a řídící technikou. V tomto článku se právě stručně podíváme na to, co lze zhruba od nich požadovat a jaké typy jsou běžné.

Použití

 

• Vyspělá mobilní měřící stanice
• Zařízení pro sběr dat, jejich zpracování nebo zalahování z různých zdrojů
• Náhrada multimetru, osciloskopu i generátoru v jednom zařízení
• Možnost v terénu jedním zařízením měřit analogové signály, programovat řídící systémy + napsat zprávu nebo protokol.
• Během měření okamžitý přístup k datasheetům a informacím na internetu
• Servisní technici
• Praktická výuka a prezentace na elektro školách - snadný přenos měřící stanice do hodiny
• Praktické prezentace vlastností nových výrobků na promo akcích a konferencích
• Měření a testování elektroinstalace a řídících jednotek automobilů a ostatních vozidel
• Měření teploty, tlaku, světla, polohy, stejnosměrných napětí i proudů, příp. i odporů.
• Datové převodníky a oddělovací / izolační rozhraní mezi přenos dat z jiných systémů
• atd.

Něco k obecnému popisu měřících karet - DAQ

Dávno už nejsou klasické počítače a dnes už ani notebooky vhodné jen pro kancelářské aplikace. Postupně se z nich staly víceúčelová zařízení vhodná pro zábavu jako multimediální přístroje nebo jsou schopny pracovat jako víceúčelové měřící stanice. V druhém případě je však obvykle nutné klasický počítač doplnit o nějaké přídavné rozhraní, které bude převádět v průmyslu a měření obvyklé analogové a digitální signály na data vhodná pro zpracování. Pro klasická PC to bylo možné již před mnoha lety, kdy nejdříve pro sběrnici ISA a později PCI vznikaly a vznikají různé speciální měřící karty. Ty jsou obvykle na anglických stránkách a v propagačních materiálech označovány jako DAQ = Data AQuasition hardware, tedy přeloženo jako hardware pro sběr dat. S velkým rozmachem notebooků se pak na trhu začaly objevovat PCMCIA DAQ karty. Ty dnes obvykle umožňují téměř to samé jako karty pro PCI. Na následujícím obrázku jsou pak příklady vnitřního blokového zapojení dvou karet. Horní schéma odpovídá jednodušší levnější kartě DAQCard-AO-2DC z nabídky firmy National Instruments, zatímco dolní schéma odpovídá víceúčelové kartě NI DAQCard-6533 prošpikované elektronikou. Zatímco v té jednodušší se prakticky objevují jen integrované obvody rozhraní (82C55A) a 12bitové D/A převodníky, v těch složitějších lze naopak najít již mikroprocesory nebo obvody FPGA, které poskytují rozsáhlé softwarové nastavené rozsahů, automatické kompenzace, vnitřní paměti pro ukládání vzorků, přímý přístup do paměti počítače - DMA, zdroje hodinových signálů apod.

Měřící PCMCIA karty Measurement Computing

Karty uvedené firmy patří mezi ty více vybavené, které poskytují kombinace nejen analogových a digitální vstupů, ale i výstupů a navíc čítače a časovače.

Typickým příkladem může být karta PC-CARD-DAS16/12AO. Ta poskytuje 16 normálních nebo 8 rozdílových (diferenčních) analogových vstupů, které jsou uvnitř karty napojené na 12bitový A/D převodník typu ADS7804 s převodní dobou 10 mikrosekund a vzorkovací frekvencí až 100 tisíc vzorků/sekundu. K záznam je dispozici i FIFO paměť na 4096 vzorků. Vstupní část reprezentuje nízký drift a volba vstupního rozsahu měření v rozsahu 0 až ±10 V v 6 krocích. Z pohledu výstupů jsou k dispozici dva výstupní kanály, které jsou napojeny na 12bitové D/A převodníky LTC1446 s programovatelným výstupním ziskem. Výstup lze zatížit až 12 mA. Dále lze na kartě najít 4 piny fungující jako digitální vstupy nebo výstupy, které jsou v uvnitř napojeny na obvod FPGA a jsou kompatibilní s CMOS/TTL 2 až 5 V. Ty doplňují tři 16bitové čítače 82C54 s frekvencí čítání až 10 MHz. Kartu podporuje nastavovací, testovací a kalibrační software InstaCal. Aplikační balík obsahuje celé softwary značek SoftWIRETM, HP VEE®, HP VEE Lab, LabView® a mnoho dalších mně známých měřících programů.

Dále jsou v nabídce i podobné karty s 16bitovými A/D a D/A převodníky nebo jen digitální karty s 24 digital I/O (82C55) plus 3 čítači (82C54), které je možné softwarově nastavit v několika módech. Navíc obsahuje i krystalový oscilátor 10 MHz.

Měřící PCMCIA karty Keithley Instruments

S výrobky firmy Keithley Instruments se dá docela běžně setkat všude tam, kde se na profesionální úrovni měří elektrické veličiny. Například jejich stolní multimetry můžu z vlastní zkušenosti doporučit jako z mého pohledu výborně intuitivně ovladatelné, přesné a spolehlivé. V nabídce lze však nalézt i plejádu PCMCIA (PCMCIA Type II cards) měřících karet splňující hlavně funkci multimetrů a digitálních rozhraní.

Zmínit lze například kartu KPCMCIA-PIO24-C, která funguje jako digitální I/O rozhraní pro paralelní komunikaci, úpravu a vytváření až 24 digitálních signálů kompatibilních s TTL/DTL rozšířené o bufferování každého vstupu/výstupu. Karta také má vyvedenou linku pro externí přerušení, které může být použito například pro externí hodinový signál koordinující čtení a zápis dat nebo jednoduše na oznámení přicházející události. Piny mohou být jednosměrné nebo obousměrné (bidirectional) a rozhraní je kompatibilní s průmyslovým standardem PIO-12. Součástí karty je velká paleta 32bitových ovladačů (drivers), mj. poskytující přímou podporu měřících a řídích programů ExceLINX™, VisualSCOPE™, TestPoint™ a LabVIEW™. Komunikovat však lze i z programu Matlab. K pohodlnému připojení karty k systému slouží propojovací kabel, který je na protější straně zakončený standardním 37pinový konektorem Dsub.

Pro analogové aplikace a signály lze vybrat sérii multifunkčních karet KPCMCIA-12/16 100kHz, 12/16 bitů. Ty umožňují vzorkovat analogový signál rychlostí až 100 tisíc vzorků/sekundu, přičemž až 2 tisíce vzorků může být uloženo ve vnitřní FIFO paměti karty. Karta KPCMCIA-12AI-C, rep. -16AI-C, má za vstupními piny 12bitové, resp. 16bitové, aproximační A/D převodníky. Každý vstup může být softwarově nastaven jako přímý (single-ended) nebo rozdílový (differential input) a rozdílně zesílen vstupním zesilovačem. Dále karta poskytuje digitální vstupy a výstupy kompatibilní s TTL a 24bitové vnitřní taktovací hodiny. Stejně jako předchozí digitální karty, jsou i tyto podporovány širokým sortimentem ovladačů a součástí balení je i propojovací a měřící kabely.

Rozložení pinů konektoru karty

Měřící PCMCIA karty Elan Digital Systems

Firma Elan má v nabídce několik různých karet, přičemž narozdíl od předchozích nejsou multifunkční, ale jen jednostranně zaměřené. Tak například měřící karta AD132 je určena k rychlé digitalizaci analogových signálů s 12bitovým rozlišením a vzorkováním až 250 tisíc vzorků/sekundu. K dispozici je 16 kanálů se softwarově nastavitelným vstupním rozsahem ± 625 mV až ± 10 V ve 20 krocích. Data se pak mohou ukládat do FIFO paměti o velikosti 16 tisíc vzorků. Zbylé vstupy pak obsahují volné univerzální digitální I/O. Ze softwarového pohledu jsou "přibalené" ovladače pro DOS, Win9x, Me, NT4, 2000, XP, Win32 API pro vývojáře/programátory v C++ a Elan's Card Center Pro software pro přímé ovládání, čtení a zobrazení dat z karty.

Dále v nabídce lze nalézt 14bitovou verzi předchozí karty s dvojnásobnou FIFO pamětí a rychlejším vzorkováním. Vrcholem je pak AD218, která obsahuje na 16 kanálech 24bitový A/D převodník sigma-delta při 1000 vzorcích za sekundu. 8 víceúčelových univerzálních digitálních I/O doplňuje 16bitový čítač.

Měřící PCMCIA karty National Instruments

Snad nejširší nabídku měřících karet má firma National Instruments, kde lez nalézt i přes 10 různých typů s různými vlastnostmi. Tak například jen řada/série E nabízí šest karet lišících se v jen několika parametrech. Díky tomu lze zvolit přesně kartu potřebnou pro danou aplikaci. Výrobky uvedené řady obsahují 16 analogových vstupních kanálů, 2 výstupní, 8 univerzálních digitálních I/O a 2 čítače. Na analogových vstupech jsou 12 nebo 16bitové A/D převodníky vzorkující rychlostí až 1.25 Mvzorků/s a vstupní rozsah lze zvolit mezi ± 0.05mV až ± 10 V. Pro větší rozsah jsou nutné přídavné sondy. Analogové výstupy s rozlišením 12 nebo 16bitů, dle vstupu, jsou schopné převést až 1Mvzorků/s. Jinak tyto karty nabízejí širokou škálu vlastností a přidaných parametrů, jako například velmi nízký teplotní drift 0.0010% / °C, integrovaná automatická kalibrace nebo integrovaný teplotní senzor. Z pohledu softwarové podpory jsou zde plná podpora programu LabVIEW, LabWindows/CVI a Measurement Studio. Součástí karty jsou ovladače NI-DAQmx application programming interface (API) pro vývoj programů v NI LabVIEW, NI LabWindows/CVI, C/C++, Visual Basic, Visual Basic .NET a C#, které podporují i vestavěný DMA (Direct Memory Access) přenos dat.

Mimo dalších karet s analogovým nebo jen digitálním rozhraním nemůžu nezmínit zajímavost v podobě PCMCIA karty NI PCMCIA-4050. Ta je koncipovaná jako přenosný digitální multimetr (DMM) s číselným rozsahem 5 a 1/2 znaku. Umí měřit stejnosměrné (DC) i střídané (AC) napětí a proud plus odpor v ohmech a testování diod. Tedy parametry jako klasický ruční multimetr. Zatímco napětí lze měřit v 5 rozsazích 20 mV až 250 V, proud jen ve 3 rozsazích 20 a 200 mA + 10 A. Odpor lze měnit 2 i 4drátově v šesti volitelných rozsazích 200 Ω až 2 MΩ. Součástí balení jsou kabely a sondy podobné těm z klasických multimetrů. PCMCIA Multimetr (NI-DMM) lze ovládat programy LabVIEW, LabWindows/CVI a Measurement Studio a k dispozici jsou drivery pro Visual C++ a Microsoft Visual Basic.

Měřící PCMCIA karta Omega

Poslední zajímavým zástupcem je OMEGA® PC-TC6 temperature measurement PC Card, tedy PCMCIA karta pro měření teploty prostřednictvím připojitelných termočlánků typu B, E, J, K, N, R, S a T. Uvnitř se skrývají A/D převodníky, automatická kompenzace studených konců termočlánků, automatický detektor typu termočlánku a digitální filtry pro odstranění rušení. Softwarová podpora zahrnuje firemní software, který umožňuje zobrazení naměřené teploty v čase a uložení dat ve formátech a souborech vhodných pro následné zpracování v programech typu Microsoft Excel nebo zobrazení na dynamických webových stránkách. Pro vývojáře jsou pak k dispozici drivery pro rychlý vývoj aplikace v programovacích jazycích Visual Basic, Visual C++ nebo LabVIEW.

Závěr

Z obrovského množství výrobců a karet, které na celosvětovém trhu lze nalézt, jsem vybral některé zástupce, kteří mě připadali zajímavý. Tento článek neměl za účel přinést nějaké podrobné a vyčerpávající informace, ale spíše obecně pro orientaci ukázat, co je možné v dnešní době na trhu měřících karet nalézt a očekávat. Myslím si, že prostřednictvím PCMCIA karet a dnes již výkonných notebooků, lze získat docela zajímavou flexibilní a lehce přenosnou měřící stanici. Zvláště pro nejrůznější servisní elektrotechniky, kteří dnes a denně vyjíždějí do terénu nebo pro potřeby tak důležité praktické demonstrace při výuce elektrotechniky v běžných učebnách na školách, je uvedené řešení neocenitelným pomocníkem.

DOWNLOAD & Odkazy

Odkazy na firmy a výrobce uvedené v článku:

• PCMCIA měřící karty firmy Measurement Computing - www.measurementcomputing.com
• Měřící karty firmy Keithley Instruments - www.keithley.com
• Měřící PCMCIA karty Elan Digital Systems - www.elandigitalsystems.com
• Karty firmy National Instruments - http://www.ni.com
• Karty firmy Omega - http://www.omega.com

 

• Zajímavý článek "Pocket PC software pro elektro & měření" probírající měřící CF karty a software pro Pocket PC
• Další zajímavé články z oblasti Měření a Regulace nebo PLC najdete na serveru automatizace.HW.cz