BME VIK - Virtuális műszerek a mérnöki gyakorlatban

3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Ender Ferenc,

4. A tantárgy előadója

Név:	Beosztás:	Tanszék, Int.:
Dr. Szabó Péter Gábor	Egyetemi docens	Elektronikus Eszközök Tsz.
Dr. Ender Ferenc	Adjunktus	Elektronikus Eszközök Tsz.

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Matematika, Fizika, Programozás

6. Előtanulmányi rend

Ajánlott:
Ajánlott: Programozás, vagy A programozás alapjai I-II, vagy Programozás I-II.

A tárgyat nem veheti fel, aki kreditet kapott a VIVEAV22 és VIVEJV22 tárgyakból.

7. A tantárgy célkitűzése A kurzus célja, hogy a mérnökhallgatóknak bemutassa a mai modern műszerkezelés és virtuális műszerezés alapjait és felkészítse őket önállóan összeállított mérések elvégzésére. Így olyan általános műszerkezelési és mérésvezérlési alapra tesznek szert, amit a tanulmányaik és később ipari munkáik során alkalmazni tudnak. Az előadások során áttekintjük, hogyan lehet olyan alkalmazásokat készíteni, amikkel mérési adatokat tudunk gyűjteni, tárolni és feldolgozni, illetve a mérőberendezéseket szakszerűen vezérelni. Ismertetjük a fizikai műszerek vezérlési lehetőségeit, adatgyűjtők, mérőkártyák használatát és mindezek integrálási lehetőségeit virtuális környezetbe. A laboratóriumi mérések gyakorlat orientáltak, lehetőség szerint minden hallgatónak külön mérőkártya áll majd rendelkezésre.

8. A tantárgy részletes tematikája 1. hét: Bevezetés a virtuális műszerek koncepciójába, felhasználási példák. Ismerkedés a LabVIEW programmal: műszer előlap, blokkdiagram készítés és az alapvető adattípusok áttekintése. A félév menetét érintő információk kihirdetése.

2. hét: Műszerek előlapján található beavatkozó és kijelző modulok, blokkok áttekintése és használatuk elsajátítása. A mérési adatok reprezentálására, feldolgozására alkalmas adattípusok megismerése: Numerikus értékek, karakterláncok, logikai értékek, tömbök, stb.

3. hét: Programvégrehajtást meghatározó ciklusok használatának elsajátítása, lokális, globális és megosztott változók alkalmazása, feltételek kezelése. Eseményvezérelt grafikus felület készítése, működés analízise.

4. hét: Virtuális műszerekre (VI) jellemző, specifikus programozási paradigmák áttekintése, alkalmazása gyakorlatban. Mérési adatok reprezentálása különböző formátumban: hullámforma, bináris, egyszerű ASCII, CSV, XML, stb. I/O műveletek segítségével adattárolás. Mérési adatok előkészítése MATLAB, Excel, Calc programban történő feldolgozáshoz.

5. hét: Távoli elérésű fizikai műszerek vezérlésének alapvető módszerei. Ethernet hálózaton keresztül vezérelt berendezések, protokollok használata: RS232, GPIB buszon keresztül vezérelt tápegység, ethernetes elérésű függvénygenerátor, moduláris adatgyűjtő (compactRIO) ismertetése esettanulmányon keresztül. A különböző műszerek vezérelhetőségének, mérésbe integrálhatóságának vizsgálata, különböző lehetőségek összehasonlítása.

6. hét: Távoli, automatizált mérésvezérlés megvalósítása LabVIEW-ban. TCP/UDP alapú adatkapcsolat, szinkronizálás (mutex, szemafor), üzenetváltás lehetőségei. VI Server beállításainak megismerése, egy egyszerű mérési összeállítás megtervezése és megvalósítása.

7. hét: Hibakezelés fontossága, metodikája, követelményrendszere és mindezek alkalmazása LabVIEW környezetben. Dialógus ablakok készítése a falhasználó tájékoztatására. Hibakeresési funkciók, a mérés tesztelhetőre tervezése, töréspontok elhelyezésének stratégiája. Gyakran előforduló esetek, típuspéldák megvitatása.

8. hét: Szoftvertervezési minták, azok alkalmazása virtuális műszer környezetében. Egyszerű állapotgép megvalósítása, termelő/fogyasztó minta, eseménysorok alapján végrehajtott programok. Globális változók és helyes használatuk.

9. hét: Hierarchikus programtervezés. A LabVIEW sajátosságainak megismerése, subVI létrehozása, programrészek szegmentálása, újrafelhasználható blokkok identifikálása és tervezése. Polimorfizmus kihasználása a programtervezés közben.

10. hét: Valós és virtuális műszerek dokumentálásának kérdései. A jól szerkesztett fejlesztői és felhasználói dokumentáció tulajdonságai, felépítése. Automatikus dokumentációgenerálás. A moduláris és hierarchikus programok felépítéséből adódó dokumentálással kapcsolatos speciális igények figyelembevétele. Interfészek, csatlakozó felületek definiálása.

11. hét: A mérési összeállítások optimalizálásának lehetőségei: memória, számítási kapacitás és kiszámítható reakcióidőt figyelembe véve. Determinisztikus programvégrehajtás fontossága és sajátosságai, amiket a tervezés közben figyelembe kell venni. Programozási stratégiák, best practice alkalmazása. A mérésautomatizálási feladatot ellátó programunk kulcsfontosságú blokkjainak azonosítása, szűk keresztmetszetek feltárása, kapacitás méretezése esettanulmányon keresztül.

12. hét: Adatgyűjtési feladatok ellátása PC hangkártyájának segítségével. A módszer előnyeinek, hátrányainak összefoglalása és alkalmazhatóságának vizsgálata. Mintafeladatok elvégzése, ami alapján mind a lehetőségek, mind a korlátok egyértelműen azonosíthatók.

13. hét: Adatgyűjtés célhardver segítségével: compactRIO, USB DAQ, vagy MyDAQ műszert használva. Félvezető alkatrészek termikus vizsgálatára alkalmas mérési összeállítás megtervezése és demonstrációs mérések elvégzése. A félév során tanultak áttekintése.

14. hét: Kitekintés a saját fejlesztésű, alkalmazás orientált adatgyűjtő fejlesztési lehetőségei felé. Lehetőségek áttekintése, osztályozása és összehasonlítása a félév során használt professzionális high-end és low-end megoldásokkal.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Előadás és laborgyakorlat. A laborgyakorlatokon az előadáson elhangzottakat gyakoroltatjuk be.

10. Követelmények

1. Jelenlét

a. A tárgy teljesítéséhez az előadások és laborok 70%-án kell részt venni.

2. Szintfelmérő értékelés

a. A laboratóriumok elején a hallgatók beugrót (szintfelmérő értékelés) írnak, melynek pontszáma az év végi jegybe 15%-ban számít be.

3. Részteljesítmény értékelés

a. Féléves nagyházi feladat elkészítése LabVIEW környezetben. A projekt a hallgató által a 8. héten kiválasztott önálló feladat, amely egy komplex mérésadatgyűjtő-kiértékelő vagy jelfeldolgozó LabVIEW szoftver megvalósítása és dokumentálása. A nagy házi feladat 15%-ban számít az év végi jegybe.

4. Összegző értékelés

a. A vizsgaidőszakban írásbeli vizsga szóbeli javítási lehetőséggel.

Megjegyzés: A tárgyat jeles eredménnyel teljesítő hallgatók jogosultak a tanszéken egyszeri alkalommal CLAD (Certified LabVIEW Associated Developer) minősítési vizsgát tenni. A vizsgát sikeresen teljesítők hivatalos CLAD minősítést kapnak.

11. Pótlási lehetőségek

a) Sikertelen laboratórium beugrók a félév során egy alkalommal, egyszerre pótolhatók

b) A házi feleladat késedelmes beadására van lehetőség. Késedelmes beadás esetén a pontszám 10%-a elveszik.

12. Konzultációs lehetőségek Az előadók fogadási idejében, illetve igény szerint egyeztetett időpontban.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom · NI LabVIEW Core 1 és LabVIEW Core 2 kurzus jegyzet és feladatgyűjtemény

· John Essick – „Hands-On Introduction to LabVIEW for Scientists and Engineers”, (ISBN: 0195373952)

· Robert H. Bishop - LabVIEW 2009 Student Edition (ISBN: 0132141299)

· Elektronikusan elérhető előadás fóliák

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

Kontakt óra	56
Készülés előadásokra	6
Készülés gyakorlatokra	0
Készülés laborra	14
Készülés zárthelyire	0
Házi feladat elkészítése	12
Önálló tananyag-feldolgozás	0
Vizsgafelkészülés	32
Összesen	120

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Név:	Beosztás:	Tanszék, Int.:
Dr. Bognár György	Egyetemi docens	EET, BME
Horváth Gyula	Tanársegéd	EET, BME
Kovács Zoltán György	Tanársegéd	EET, BME