• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Магистратура 2019/2020

Системы сбора данных

Направление: 11.04.02. Инфокоммуникационные технологии и системы связи
Когда читается: 1-й курс, 1, 2 модуль
Формат изучения: без онлайн-курса
Прогр. обучения: Интернет вещей и киберфизические системы
Язык: русский
Кредиты: 4

Программа дисциплины

Аннотация

Целью курса является изучение работы и принципов построения систем сбора данных на основе многофункциональных устройств сбора данных National Instruments DAQ и ПК. Одним из ключевых аспектов Интернета вещей является измерение параметров и/или генерация реальных физических сигналов. Этот круг задач решается с помощью различных компонентов сбора данных (Data Acquisition - DAQ). Высокоточные и настраиваемые DAQ-устройства NI, позволяют создавать исключительно гибкие и эффективные измерительные и управляющие системы на базе ПК. В рамках курса сделан акцент на получении практических навыков разработки программных компонентов для решения конкретных задач сбора данных с использованием инструментов NI DAQmx и среды программирования NI LabVIEW. Рассматриваются практические вопросы организации и программирования задач аналогового ввода, аналогового вывода, цифрового ввода/вывода, работы со счётчиками, синхронизации задач сбора данных на основе различных механизмов аппаратного и программного запуска, согласования сигналов с датчиков для повышения точности измерений, а также обработки сигналов измерительной информации. Содержание дисциплины гармонизировано с официальными курсами National Instruments. Обучение осуществляется в интерактивном режиме, построено на конкретных практических примерах, с применением многофункционального измерительного оборудования NI DAQ.
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Целью освоения дисциплины «Системы сбора данных» является формирование понимания принципов построения, навыков использования и разработки компонентов систем сбора данных на основе многофункциональных устройств сбора данных National Instruments DAQ и ПК. В процессе освоения дисциплины «Системы сбора данных» студент развивает следующие компетенции:  способен разрабатывать и применять специализированное программно-математическое обеспечение для проведения исследований и решения инженерных задач;  способен разрабатывать модели средств, систем и процессов в инфокоммуникациях, проверять их адекватность на практике и использовать пакеты прикладных программ анализа и синтеза инфокоммуникационных систем, сетей и устройств;  способен применять и разрабатывать методы формирования и обработки сигналов, систем коммутации синхронизации и определять области эффективного их использования в инфокоммуникационных сетях, системах и устройствах;  Способен самостоятельно выполнять экспериментальные исследования для решения научно-исследовательских и производственных задач с использованием современной аппаратуры и методов исследования, участвовать в научных исследованиях в группе, ставить задачи и выбирать методы экспериментальных исследований.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Знать: общую структуру, состав, возможности систем сбора данных DAQ, принципы правильного выбора компонентов системы сбора данных; структуру и основные компоненты программного обеспечения систем сбора данных DAQ. Уметь: осуществлять обоснованный выбор компонентов системы сбора данных для решения прикладных задач. Владеть: навыками применения базовых программных инструментов DAQ.
  • Знать: основные элементы каналов аналогового ввода; основные параметры аналогового ввода и правила их выбора; правила заземления системы. Уметь: обоснованно и корректно выбирать параметры аналогового ввода; выбирать и использовать программные инструменты для создания каналов аналогового ввода. Владеть: навыками разработки программных компонентов аналогового ввода в различных режимах.
  • Знать: основные компоненты каналов аналогового вывода; основные методы, режимы и параметры генерации аналоговых сигналов с использованием системы DAQ; Уметь: обоснованно и корректно выбирать параметры аналогового вывода; выбирать и использовать программные инструменты для создания генерации сигналов. Владеть: навыками разработки программных компонентов для генерации сигналов с использованием каналов аналогового вывода в различных режимах.
  • Знать: основные компоненты каналов цифрового ввода/вывода DAQ; основные методы, режимы и параметры получения и генерации сигналов с использованием системы DAQ; Уметь: обоснованно и корректно выбирать параметры каналов цифрового ввода/вывода; выбирать и использовать программные инструменты для работы с каналами цифрового ввода/вывода. Владеть: навыками разработки программных компонентов для получения и генерации сигналов с использованием каналов цифрового ввода/вывода в различных режимах.
  • Знать: компоненты каналов аналогового вывода; методы, режимы и параметры генерации аналоговых сигналов с использованием системы DAQ; Уметь: выбирать параметры аналогового вывода; выбирать и использовать программные инструменты для создания генерации сигналов. Владеть: навыками разработки программных компонентов генерации сигналов каналов аналогового вывода в различных режимах
  • Знать: основные способы согласования сигналов; конкретные способы согласования, рекомендованные для различных типов датчиков. Уметь: обоснованно и корректно выбирать методы согласования для уменьшения погрешностей измерений. Владеть: навыками организации измерительных каналов с минимизацией погрешностей.
  • Знать: основные способы синхронизации задач сбора данных; возможные источники сигналов синхронизации сбора данных. Уметь: обоснованно и корректно выбирать инструменты синхронизации задач сбора данных. Владеть: навыками организации измерительных задач с синхронизацией измерений на одном или нескольких устройствах.
  • Знать: основные методы для обработки сигналов и выполнения измерений параметров сигналов. Уметь: корректно и обоснованно применять основные методы для обработки сигналов и выполнения измерений параметров сигналов. Владеть: навыками грамотного применения и разработки программных инструментов для обработки сигналов и выполнения измерений параметров сигналов.измерений параметров сигналов.
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Раздел 1. Основы сбора данных
    Обзор системы сбора данных DAQ. Структура. Состав, функциональные возможности и особенности применения. Обзор датчиков, типов сигналов, оборудования сбора данных, специального программного обеспечения и средств согласования сигналов. Аппаратное и программное обеспечение сбора данных. Принципы правильного выбора аппаратных компонентов средств сбора данных DAQ. Составляющие и основные параметры DAQ-устройства. Программное обеспечение. Источники погрешностей.
  • Раздел 2. Аналоговый ввод
    Освоение приёмов разработки приложений LabVIEW для осуществления аналогового ввода. Изучение правил заземления системы, определения подходящей частоты дискретизации для предотвращения как явления наложения спектра, так и переполнения буфера. Формирование навыков разработки приложений сбора данных в разных режимах: поточечного сбора данных с программной синхронизацией, конечной выборки данных с буферизацией; непрерывного буферизированного сбора данных.
  • Раздел 3. Аналоговый вывод
    Обзор различных методов генерации уровней напряжения и сигналов через DAQ-устройство. Архитектура аналогового вывода. Поточечная генерация, генерация конечной выборки с буферизацией, непрерывная буферизированная генерация.
  • Раздел 4. Цифровой ввод/вывод
    Изучение цифровых сигналов и приёмов разработки приложений цифрового ввода и вывода с использованием программной и аппаратной синхронизации.
  • Раздел 5. Временной ввод/вывод
    Счетчики. Изучение функциональных возможностей счетчиков DAQ устройства. Знакомство с ключевой терминологией счетчиков. Сигналы счетчиков, составные части счетчиков, настройка контактов для подключения. Освоение приёмов разработки приложений для решения различных измерительных задач с помощью счетчико
  • Раздел 6. Согласование сигналов.
    Выбор и особенности подходящих способов согласования сигналов, таких как: усиление, ослабление, фильтрация, для требуемой подготовки к дальнейшим измерениям напряжения. Изучение конкретных способов согласования, рекомендованных для различных типов датчиков.
  • Раздел 7. Синхронизация задач сбора данных.
    Изучение способов синхронизации задач. Использование счётчиков для синхронизации. Синхронизация измерений на одном или нескольких устройствах.
  • Раздел 8. Обработка сигналов.
    Использование функций свертки, корреляции сигналов, дифференцирование и интегрирование. Выполнение измерений параметров сигналов во временной области. ДПФ и БПФ. Спектр мощности. Выбор типа окна. Фильтраци
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Мини-тест
    Небольшие (до 5 заданий) тесты по материалам предыдущих занятий. Всего за курс 7 мини-тестов.
  • неблокирующий Практические занятия
    Всего за курс 17 ПЗ.
  • неблокирующий Проект
    Проект представляет собой работу прикладного характера, связанную с разработкой прототипа решения в области Интернета вещей, представляющего собой систему сбора данных или её компонент. Проект выполняется в часы, отводимые на самостоятельную работу, с возможностью получения консультаций преподавателя в очном или дистанционном формате.
  • неблокирующий Экзамен
    В ходе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: УК-1, УК-7, ОПК-2, ОПК-6, ПК-13, ПК-14, ПК-16, ПК-17, ПК-18
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (1 модуль)
    0.15 * Мини-тест + 0.25 * Практические занятия + 0.6 * Экзамен
  • Промежуточная аттестация (2 модуль)
    0.2 * Мини-тест + 0.3 * Практические занятия + 0.25 * Проект + 0.25 * Экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Баран Е.Д. - LabVIEW FPGA. Реконфигурируемые измерительные и управляющие системы - Издательство "ДМК Пресс" - 2009 - 448с. - ISBN: 978-5-94074-494-8 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/1095
  • Трэвис Дж., Кринг Дж. - LabVIEW для всех - Издательство "ДМК Пресс" - 2011 - 904с. - ISBN: 978-5-94074-674-4 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/1100

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Батоврин В.К., Бессонов А.С., Мошкин В.В. - LabVIEW: практикум по основам измерительных технологий - Издательство "ДМК Пресс" - 2009 - 232с. - ISBN: 978-5-94074-498-6 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/1096
  • Блюм П. - LabVIEW: стиль программирования - Издательство "ДМК Пресс" - 2010 - 400с. - ISBN: 978-5-94074-444-3 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/1094
  • Жмудь В.А., Трубин В.Г. - STM32VLDISCOVERY - платформа для построения простой системы сбора данных. Учебное пособие - Русайнс - 2018 - 270с. - ISBN: 978-5-4365-2893-9 - Текст электронный // ЭБС BOOKRU - URL: https://book.ru/book/931050
  • Редькин П.П. - Прецизионные системы сбора данных семейства MSC12xx фирмы Texas Instruments: архитектура, программирование, разработка приложений - Издательство "ДМК Пресс" - 2010 - 607с. - ISBN: 978-5-94120-117-4 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/60979