Virtuelle Instrumentierung II

2.Semester MMMP- SS 2014Erläuterung der Lehrveranstaltung

Was erwartet mich?

Instrumentierung im Wandel der Zeit

Embedded PCs, Echtzeit, modulare Instrumentierung (VXI, PXI)

Die Software wird zum Messinstrument

GPIB

Herkömmliche Instrumentierung

Virtuelle Instrumente im gesamten Design- und Produktionsprozess

Virtuelle Instrumentierung

Modulbeschreibung

Was erwartet Sie? Moderne Technik Vielfältige Aufgaben Eine ziemliche

„Breite“ … Was erwarte ich? Selbständigkeit Kreativität Zuverlässigkeit

Modulbeschreibung (2)

Statt einer einzigen großen Prüfung gibt es viele kleine … Praktikum

(Eindruck und Protokolle)

Belegthema (Zwischen- und Abschlussvorträge)

Voraussetzungen

Informatik (I-)IV http://www.inw.hs-merseburg.de/~uheuert/index-

Dateien/Page5311.html Messtechnik Oder: Virtuelle Instrumentierung I

http://www.inw.hs-merseburg.de/~uheuert/index-Dateien/Page1322.html (MIP5P:P5PIM)

(Steuerungs- und Regelungstechnik)

ein Blick lohnt sich: Messplatzautomatisierung Diplomstudiengang PHT, 7.Semester http://www.inw.hs-merseburg.de/~uheuert/index-

Dateien/Page1389.html

Wie läuft die Veranstaltung?

Kein Frontalunterricht! V-Termin (Montag) wird im Wesentlichen für

Belegthemen genutzt Die Show machen die Studenten.

P-Termine (Dienstag): Grundkurse für National Instruments LabVIEW und

National Instruments Measurement Studio (C#) Praktika gemäß Aufgabenstellung Konsultationen / Selbständiges Arbeiten Die Show machen im Wesentlichen wir (Herr Döhler und

ich). B-Termine (Donnerstag):

In Eigenregie und nach Vereinbarung mit den Betreuern.

ZeitplanTermin Inhalt

01.04.2014 „Hallo“

07.04.2013 Einführung, Organisation des Praktikums, Verteilung der Projektthemen

08.04.2013 Recherche / Selbständiges Arbeiten

14.04.2013 Konsultationen / Selbständiges Arbeiten

15.04.2013 Praktikum – Programmieren mit LabVIEW (1)

21.04.2013 Entfällt (Feiertag)

22.04.2013 Praktikum – Programmieren mit LabVIEW (2)

28.04.2013 1. Projektmeeting – Vorstellung & Diskussion der Lösungswege (1)

29.04.2013 Praktikum – Messen mit LabVIEW (1)

05.05.2013 1. Projektmeeting – Vorstellung & Diskussion der Lösungswege (2)

06.05.2013 Praktikum – Messen mit LabVIEW (2)

12.05.2013 1. Projektmeeting – Vorstellung & Diskussion der Lösungswege (R)

13.05.2013 Praktikum – Messen mit C#/.NET (1)

Die Donnerstagtermine sind für die Belege zu nutzen.Weitere Termine zum selbständigen Arbeiten im Labor nach Absprache möglich.

Zeitplan (2)Termin Inhalt

19.05.2013 Konsultationen / Selbständiges Arbeiten

20.05.2013 Praktikum – Messen mit C#/.NET (2)

26.05.2013 2. Projektmeeting – Design und Implementierung (1)

27.05.2013 Praktikum – Versuche gemäß Aufgabenstellung (1)

02.06.2013 2. Projektmeeting – Design und Implementierung (2)

03.06.2013 Praktikum – Versuche gemäß Aufgabenstellung (2)

09.06.2013 Entfällt (Feiertag)

10.06.2013 Praktikum – Versuche gemäß Aufgabenstellung (1)

16.06.2013 2. Projektmeeting – Design und Implementierung (R)

17.06.2013 Praktikum – Versuche gemäß Aufgabenstellung (2)

23.06.2013 Konsultationen / Selbständiges Arbeiten

24.06.2013 Praktikum – Versuche gemäß Aufgabenstellung (1)

30.06.2013 3. Projektmeeting – Verteidigung der Arbeiten (1)

01.07.2013 Praktikum – Versuche gemäß Aufgabenstellung (2)

07.07.2013 3. Projektmeeting – Verteidigung der Arbeiten (2)

08.07.2013 3. Projektmeeting – Verteidigung der Arbeiten (R)

Praktika

Einführungsveranstaltungen National Instruments LabVIEW (2 Einheiten) Instrumentierung unter .NET (1 Einheiten)

Praktikumsversuche Selbständig in Zweiergruppen Instrumentierung einfacher Messaufgaben Natürlich bearbeiten die „P“s Aufgaben, die sie noch

nicht bearbeitet haben (in LV „Virtuelle Instrumentierung I“).

Benotung Ja 1/3 der Gesamtnote (Eindruck und Protokolle)

Belege

Bearbeitung i.d.R. in Dreierteams selbständig

Vorträge die Studenten (abwechselnd alle Gruppenmitglieder!)

halten jeweils 3 kurze Vorträge (jeweils ca. 15min) Themenvorstellung, Lösungsansätze, Planung Design, Implementierung, Test Abschluss, Übergabe

Benotung Ja 2/3 der Gesamtnote

Labore & Technik Labor „Virtuelle Instrumentierung“

Moderne Messtechnik (computergestützt bzw. mit üblichen Schnittstellen wie USB, LAN, IEEE488) Hochwertige Messtechnik (u.a. Oszilloskope, Signalgenerator, Logic-Analyzer,

Network Analyzer, Spectrum Analyzer, Power Meter, LCR Meter) 3x VXI Mainframes PXI 3xCompactRIO (Programmable Automation Controller) CompactVision 30x programmierbare IEEE488 Geräte (Multimeter, Funktionsgeneratoren,

Spannungsversorgungen, Frequenzzähler, Oszilloskope, etc.) Messkarten (PCI und USB), High-Speed Digitizer FPGA Messkarten (RIO) und Entwicklungsboard (Xilinx) Diverse Mikrocontrollersysteme als Entwicklungsboards (AVR32, C-Control, NI Elvis,

…) xyz-Tisch der Fa. Isel 10 moderne PC-Arbeitsplätze Department Lizenz für Software von National Instruments Das Labor wurde 2003 von der Firma Agilent Technologies als „Agilent

Referenzlabor“ ausgezeichnet.

Teams

ProjektleiterN.N.

TeamkoordinatorArchitekt

Aufgaben und ZeitplanungReport

ModultestsSystemtests

IngenieurN.N.

Mechanik, Elektrotechnik…

ProgrammiererN.N.

Messen, Steuern, Regeln…

Teambildung

Erfolgt möglichst bei Beachtung der für das Projekt notwendigen Skills!

Einteilung: heute

1. Projektmeeting - Lösungswege

Jedes Projektteam stellt in einer kurzen Präsentation (ca. 15min) mögliche Lösungswege und Alternativen zu seinem Projekt vor.

Dabei ist im Vorfeld die Verfügbarkeit und Anwendbarkeit existierender Technik zu klären.

Falls spezielle Technik angeschafft bzw. hergestellt werden muss, sind die entstehenden Kosten und Aufwände zu klären.

Eine Zeitplanung (MS Project) sowie eine Risikoanalyse sind zu erstellen.

2. Projektmeeting – Design und Implementierung Jedes Projektteam stellt in einer kurzen

Präsentation (ca. 15min) die gewählte Designentscheidung zu seinem Projekt vor.

Technologien und Produkte werden vorgestellt. Programmablaufpläne und Schnittstellen werden

erläutert. Probleme und Lösungswege werden erläutert. Die Zeitplanung und die Risikoanalyse werden

angepasst.

3. Projektmeeting - Verteidigung

Jedes Projektteam stellt in einer Präsentation (ca. 15min) die Ergebnisse seines Projektes vor.

Projekte SS2014Nr. Aufgabe Technik Studenten Betreuer Termine

1 „Robi“ Denso 6-Achsen Roboter von DensoAnsteuerung in C#

Adam,Wojtyschak H. HeimbachT. Höhndorf

(2)

2 „LabVIEW meets µC“ NI LabVIEW für ARM Mußi, Bernstein, Nentwig St. DöhlerO. Kamper

(2)

3 „Bilderfassung/-analyse“ OpenCV, C# Mitzschke, Rösel, Hammoudia

St. DöhlerO. Kamper

(1)

4 „Programmable Automation Controller mit ESB Bridge“

NI CompactRIO,NI LabVIEW, C#

Böhm, Weiblen, Zoske St. DöhlerO. Kamper

(2)

5 „Smart Metering – Basiszähler“ µC (ggf. CPLD/FPGA), C/C++RS485 Bus mit Zeitslotsteuerung

Böttcher, Tschersovsky, Bollmann

H. HeimbachO. Punk

(2)

6 „Smart Metering –Modbus2COSEM“

Großkunden-GaszählerEmbedded System, C#

Polyakov, Yaraschewski O. PunkH. Heimbach

7 „Bagger“ SmartPhone, Arduino Voigt, Müller H. HeimbachO. Punk

(1)

8 „Ultraschall-Bildgebung“(Simulation und Experiment)

MATLAB Phased Array System Toolbox

Moreno, Breitkopf, Just St. DöhlerO. Punk

(1)

9 „Roboterarm mit Wii“ NI LabVIEWWii Controller & Balance Board

Burkert, Bredner, Scheunemann

R. SeelaT. Höhndorf

(1)

10 „Visualisierung Messtechnik –Versuchsstände Sensorik“

NI LabVIEW Wolf, Trummer, Kiehl R. SeelaT. Höhndorf

(1)

11 „Update Messplätze -Destillation & Absorption“

SOFT SPS & HARD SPS (SIMATIC)

Doll, Göller, Kalis F. RamholdSt. Döhler

(2)

12 Optische Selektierung von Kartoffeln

NI LabViewNI Vision

Nauditt, Werner, Schubert St. DöhlerO. Kamper

(2)

Projekte SS2013Aufgabe Technik Studenten Betreuer„Manipulator“(Tischsteuerung triggert Messung)

xyz-Tisch von IselµC oder CPLDNI LabVIEW + NI DAQ

Ch. WernerTh. MädelA. Dockhorn

H. HeimbachT. Höhndorf

„Spurassistent“ NI LabVIEW + NI VisionSpielzeugauto

F. StrötzelF. HeinzeR. Ernst

T. HöhndorfH. Heimbach

„Ultraschall-Bildgebung“(Simulation und Experiment)

MATLAB Phased Array System Toolbox

St. DöhlerO. Punk

„Tag der offenen Tür“ NI LabVIEWWii Balance Board

V. BrischR. BrüschS. Blasche

R. SeelaT. Höhndorf

„Schallpegelmesser“ NI LabVIEW + SoundkarteElektronischer Mischer

St. DöhlerA. Illigmann

„Fledermaus“(Ortung)

NI LabVIEW + NI DAQLautsprecher + Mikrophone

E. RötzscherM. RoscherS. Stokloßa

H. HeimbachO. Punk

Aufgabenstellung: „Manipulator“

Ziel ist eine wiederholte (Ultraschall-)Messung während einer kontinuierlichen Tischverfahrung eines xyz-Tisches der Fa. Isel

Tischsteuerung triggert dabei die (Ultraschall-)Messung Aufnahme und Weiterverarbeitung der Schrittsignale der

Schrittmotorsteuerung des xyz-Tisches (Schrittsignale sind bereits nach außen geführt)

In Abhängigkeit eines konfigurierbaren Abstandes muss die µC/CPLD Lösung die Messkarte extern triggern

Komponenten: xyz-Tisch von Isel (vorhanden) µC oder CPLD als Verarbeitungseinheit für die Schrittsignale und

Triggerquelle für die Messkarte (zu entwickeln) NI DAQ bzw. NI Digitizer Messkarte (vorhanden) NI LabVIEW oder C#/.NET Anwendung zur Konfiguration des µC/CPLD,

zur Vorbereitung der Messkarte und zur Datendarstellung (zu entwickeln)

Aufgabenstellung: „Spurassistent“

Ziel ist es, ein Modellfahrzeug eine aufgezeichnete Linie nachfahren zu lassen

Bilderfassung und –auswertung ist mit NI Vision zu realisieren

Komponenten: NI Vision und USB Webcam (vorhanden) Bausatz Fahrzeug (zusammen zu bauen) Ansteurung der Motoren (zu entwickeln) Steuer-Rechner (zusammen zu stellen) NI LabVIEW/ NI Vision Anwendung zur

Bildverarbeitung und Motorensteuerung (zu entwickeln)

Aufgabenstellung: „Tag der offenen Tür “ In gemeinsamer Absprache mit Herrn

Seela Termin notwendig … die Studenten

machen die ersten Vorschläge an mich

Aufgabenstellung: „Fledermaus“

Ziel ist es, eine Schallquelle im Raum mit mehreren Mikrophonen zu orten

Komponenten: NI DAQ Messkarte (vorhanden) Versuchsaufbau (zu entwickeln) NI LabVIEW oder C#/.NET Anwendung zur

Schallausgabe, mehrkanaligen Erfassung und Ortsbestimmung (zu entwickeln)

Projekte SS2012Aufgabe Technik Studenten BetreuerRegelkreis mit LabVIEW für ARM µC (Konstantlichtregelung mit LED und Fotowiderstand)

NI LabVIEW ARM Microcontrollers Teaching Kit

O. KamperD. SalmR. Götze

St. Döhler

Regelkreis mit .NET Microframework µC (Höhenstabilisator für Quadcoptermit Ultraschallsensoren)

Panda II µC (C#) Th. RomppelA. LangeN. Patzold

H. HeimbachSt. Döhler

Ultraschall-Bildgebung (SAFT) xyz-Tisch von IselNI Digitizer + WaveformGeneratorC# + NI Measurement Studio

Ch. MeyerM. UhleP. Singer

T. Höhndorf

Bilderfassung/-analyse zur Höhenprofilmessung mit Laserund WebCAM

Laser (rot), WebCAMNI LabVIEW + NI Vision

G. IscanR. SchüttM. Zimmermann

O. Punk

Schwingungsanalyse mit LabVIEW FPGA/RT

Xilinx Spartan 3E EvalBoardNI LabVIEW

M. LauterbachSt. MaurerN. Wendler

H. Heimbach

Visualisierung von Kieferbewegungen

NI LabVIEW + NI Vision K. MehleA. BrischH. Freßdorf

H. HeimbachO. Punk

Ultraschall Messplatz

Roboterarm mit Wii

Bilderkennung

Projekte SS2011Aufgabe Technik BetreuerG-Code Interpreter mit LabVIEW xyz-Tisch von Isel St. Döhler

Ultraschall A-Bild Messplatz 1 mit LabVIEW

NI PCI Digitizer KarteSONOTEC Sender

St. Döhler

Ultraschall A-Bild Messplatz 2 mit LabVIEW

FPGA Eigenbau (VXI-11) H. Heimbach

Ultraschall A-Bild Messplatz 3 mit MATLAB/Simulink

FPGA Eigenbau (VXI-11) T. Höhndorf

Real-Time Engine für Universal Protocol mit LabVIEW FPGA/RT

NI CompactRIO O. Punk

Bildaufnahme und –erkennung mit LabVIEW („Ackerfurche“)

NI CompactVisionod. NI Vision mit USB WebCam

T. Höhndorf

Ampelsteuerung mit LabVIEWFPGA/RT

Xilinx Spartan 3E EvalBoard H. Heimbach

Messtechnische Erweiterung eines Versuchstandes „Wärmeübertragung“

NI DAQ, progr. Spannungsquelle, Sensoren

F. Ramhold

Projekte SS2010 Rechnernetze und Virtuelle Instrumentierung/Prof. Heuert:

Ultraschall A-Bild mit NI PXI - Döhler CompactRIO (FPGA) Harfe (Instrumentierter Kerbschlag-Biege-Versuch) - Punk CompactVision (balancierende Kugel auf Rollbahn) - Heuert Smart Metering M-BUS Bridge und Funkübertragung (ATmega32 DevBoard) -

Punk Isel-Tisch mit Joystick - Döhler VXI (SS2009) - Heuert Scope (SS2009) - Heuert

Automatisierungstechnik/Dipl.-Ing. (FH) Seela: Steuern eines Roboterarmes mittels Wii Controller

Verfahrenstechnik/Dipl.-Ing. Ramhold: Messtechnische Erweiterung eines Versuchstandes zur Wärmeübertragung

Mechanische Verfahrenstechnik/Dipl.-Ing. Müller (Uni Halle): Justierung/Kalibrierung von speziellen Messkameras Hilfsmittel zur Vorverarbeitung von Strömungsmessbildern Konturanalyse – unregelmäßig verformte Tropfen zur Ermittlung des

Schwerpunkts und der Schichtdicke eines Tropfens

Projekte SS2009

Belege - Rückblick Lehrveranstaltung „Messplatzautomatisierung“, 7.Semester

Diplomstudiengang Physikalische Technik und Informationsverarbeitung

02PHT „Kugel auf Rollbahn“ „Balancierender Stab 1D“ „Bobby Car“ „NMR Gradientensystem“

03PHT „CompactRIO“ „FPGA“ „PXI“ „NMR Gradientensteuerung“

04PHT c‘t Lab (Modulares Messsystem im Eigenbau) Ultraschallfeld (Schnelle Datenerfassung) Rührer-Versuchsstand (Bilderkennung/-auswertung) NMR Konsole mit FPGA (Messen und Steuern mit harter Echtzeit)

„Kugel auf Rollbahn“

Aufgabenstellung:Konstruieren und Implementieren Sie ein System, welches selbständig die Lage einer Kugel auf einer Rollbahn nach Positionsvorgaben regelt.

„Balancierender Stab 1D“

Aufgabenstellung:Konstruieren und Implementieren Sie ein System, welches selbständig einen frei beweglichen Stab (1D) balanciert.

„Bobby Car“

Video:VEE TV „Special Report“

„Bobby Car“

Antrieb

Lenkung

Geo-Informationssystem

GPS

Bilderkennung

Aufgabenstellung:Konstruieren und Implementieren Sie ein autonomes System bei Verwendung moderner IT-Systeme.

„NMR Gradientensystem“

Aufgabenstellung:Konstruieren und Implementieren Sie einen Messplatz zur 3D Vermessung und Visualisierung von Magnetfeldern, wie sie von NMR Gradientensystemen bzw. NMR Shimsystemen erzeugt werden.

Real-TimeMessen, Steuern und Regeln

CompactRIO

„PAC“ … Programmable Automation Controller the successor of SPS ! FPGA plus Real-Time Controller mit „PC“-Schnittstellen (LAN,

RS232, …) Konkret:

8-Channel 12-Bit AI (500kS/s) 4-Channel 16-Bit Simultaneos Sampling AI (100kS/s) 4-Channel 16-Bit AO (100kS/s) 8-Channel TTL I/O 2-Port CAN

PXI

Konkret: Real-Time PXI Controller (dual boot) Multifunction DAQ Function Generator Multimeter Multiplexer Scope Vision (Analog Camera Module)

c‘t Lab

Projekt: Bausteine zum Messen, Steuern und Regeln mit dem PC

„Mess- und Steuerelektronik zum Anschluss an den PC ist entweder horrend teuer oder von begrenztem Gebrauchswert. Wer mehr verlangt als eine Relaiskarte zum Anschluss an den Druckerport, lässt für industrielle Lösungen schnell einige Monatsgehälter beim Händler. Für unsere leistungsfähigen Mess- und Steuerungsmodule zum Selbstbau lohnt es durchaus, den Lötkolben noch einmal anzuheizen.“

c‘t Lab - Artikel

c't 10/07, S. 124, Bausteine zum Messen, Steuern und Regeln mit dem PC

c't 10/07, S. 130, PC-Interface und Stromversorgung c't 11/07, S. 212, A/D-, D/A- und Port-Motherboard ADA-IO c't 12/07, S. 194, Schaltstufen für die I/O-Ports c't 13/07, S. 202, A/D- und D/A-Wandler für Port-Modul ADA-IO c't 15/07, S. 188, DDS-Funktionsgenerator-Modul c't 16/07, S. 176, Bedienpanel und Stromversorgung c't 18/07, S. 186, Grafische Programmierumgebung LabVIEW

richtig einsetzen c't 19/07, S. 212, Programmierbares Netzteil-Modul DCG c't 20/07, S. 196, Leistungsstufe für das Labornetzteil-Modul

Ultraschallfeld

Physikalische Aufgabenstellung von Prof. Rosenfeld

3D Vermessung eines Ultraschallfeldes

Rührer

Ziel: Ziel des Versuches ist die Ermittlung des Mischungsverhaltens einer Flüssigkeit in

Abhängigkeit vom Rührer und der Drehzahl. Problem:

Eine schwer mischbare Flüssigkeit (ähnlich Öl und Wasser) soll durch Rühren homogenisiert werden.

Dies soll mit einer Webcam aufgenommen werden und das Bild ausgewertet werden. Bei gleichmäßiger Verteilung der Grauwerte (oder Farbwerte) ist der Versuch zu beenden.

Problem: Hierbei habe ich (Ramhold) mit Mathcad (*.bmp) experimentiert und gute Erfolge gehabt. Eine Steuerung aus Mathcad war mir jedoch nicht möglich.

Aufgabe: Das Mischungsverhalten soll mittels Video analysiert werden. Die Analyse soll über

Auslesen der Graustufen im Video erfolgen. Dies ist möglich, da die Farbunterschiede im Behälter Konzentrationsunterschieden entsprechen.

Zu hohe Drehzahl des Rührers muss begrenzt werden können. Der Versuch soll Videogestützt beendet werden. Abbruchkriterium und –schwelle ist

skalierbar zu gestalten (Zeit, Anzahl der Mittelwerte, Änderung der Graustufen …).