Tabela 1 - Wydział Elektrotechniki i Informatyki

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŁÓDZKIEJ
SCIENTIFIC BULLETIN OF ŁÓDŹ TECHNICAL UNIVERSITY
Nr 886
E L E K T R Y K A , z.98
2001
NAUCZANIE SYSTEMÓW POMIAROWYCH
W POLSKICH UCZELNIACH TECHNICZNYCH
Krzysztof Jellonek 1, Eligiusz Pawłowski 2,
Dariusz Świsulski 3,Wiesław Winiecki 4
STRESZCZENIE
W artykule, którego współautorzy są pracownikami różnych uczelni,
przedstawiono i porównano treści wykładów oraz ćwiczeń laboratoryjnych
realizowanych w kilku krajowych uczelniach w ramach przedmiotów
dotyczących nauczania systemów pomiarowych. Przestawiony materiał może
być pomocny przy układaniu nowych i modyfikowaniu starych programów
nauczania przedmiotów poświęconych systemom pomiarowym.
1. WPROWADZENIE
Absolwenci wyższych uczelni technicznych coraz częściej w swej pracy zawodowej
spotykają się z systemami pomiarowymi i bez względu na to, czy będą je projektować,
budować, czy też jedynie użytkować, muszą na ich temat posiadać odpowiednią wiedzę
teoretyczną i praktyczną. Znajomość systemów pomiarowych wymagana jest od
inżynierów różnych specjalności i dlatego ich nauka prowadzona jest nie tylko na
wydziałach elektroniki i informatyki, ale również ogólnotechnicznych, elektrycznych
i mechanicznych. Tematyka niezbędnych wykładów i ćwiczeń laboratoryjnych jest bardzo
szeroka i dodatkowo powinna być możliwie często aktualizowana.
1
Politechnika Wrocławska, Wydział Podstawowych Problemów Techniki, Wydziałowy Zakład
Pomiarowej i Medycznej Aparatury Pomiarowej, ul. Smoluchowskiego 19, 50-370 Wrocław,
tel. (071) 3202897, e-mail: [email protected]
2
Politechnika Lubelska, Wydział Elektryczny, Katedra Automatyki i Metrologii,
ul. Nadbystrzycka 38 A, 20-618 Lublin, tel. (081) 5381318, e-mail: [email protected]
3
Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Katedra Miernictwa Elektrycznego,
ul. Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk, tel. (058) 3471397, e-mail: [email protected]
4
Politechnika Warszawska, Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych, Instytut
Radioelektroniki, Zakład Urządzeń Radiotechnicznych, ul. Nowowiejska 15/19, 00-665
Warszawa, e-mail: [email protected]
134
Krzysztof Jellonek, Eligiusz Pawłowski,Dariusz Świsulski, Wiesław Winiecki
Ze względu na bardzo szybki rozwój technologii systemów pomiarowych niewiele jest
dostępnej aktualnej literatury na ich temat, a prowadząc zajęcia pracownicy uczelni
w dużym stopniu opierają się na własnych doświadczeniach. Muszą oni również na bieżąco
śledzić kierunki rozwoju systemów pomiarowych, orientować się w możliwościach nowego
sprzętu i oprogramowania. Nieocenionym źródłem nowych informacji są w tym przypadku
konferencje naukowe i publikacje w czasopismach naukowo-technicznych.
Wykłady z systemów pomiarowych z reguły są uzupełniane praktycznymi zajęciami w
laboratorium. Istotnym problemem jest jego odpowiednie wyposażenie, ponieważ zwykle
uczelnia nie dysponuje wystarczającymi funduszami, by na bieżąco uzupełniać nowoczesny
sprzęt i uaktualniać oprogramowanie. Tematyka ćwiczeń laboratoryjnych jest zazwyczaj
daleko idącym kompromisem wynikającym z możliwości finansowych i lokalowych
uczelni, liczebności grup studenckich, programu studiów i zatwierdzonej siatki godzinowej
oraz osobistego zaangażowania się wykładowcy w przygotowanie niezbędnych materiałów
dydaktycznych dla studentów.
2. TEMATYKA WYKŁADÓW
2.1 Wykład na Wy dziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej
Na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej prowadzony jest
wykład z przedmiotu Przemysłowe Systemy Pomiarowe dla specjalności Automatyka
i Robotyka na semestrze VII w wymiarze 30 godzin oraz wykład z przedmiotu obieralnego
Komputerowe Systemy Pomiarowe dla specjalności Elektrotechnika na semestrze VII
w wymiarze 30 godzin i dla studentów Wydziału Mechanicznego na semestrze VIII
w wymiarze 15 godzin. Tematyka tych wykładów jest zbliżona, a zakres wykładanego
materiału jest dostosowany do poszczególnych specjalizacji. Uzupełnieniem wykładów są
laboratoria prowadzone w tym samym semestrze co wykład [20], [21].
Programy wykładów z Systemów Pomiarowych obejmują następujące zagadnienia:
struktura i organizacja systemów pomiarowych (klasyfikacja, podział funkcjonalny,
konfiguracje, budowa), jednostki funkcjonalne systemu pomiarowego (kontroler, blok
komunikacji, czujniki pomiarowe, blok akwizycji sygnałów pomiarowych, blok
przetwarzania danych, blok generacji sygnałów), przesyłanie sygnałów w systemach
pomiarowo-informacyjnych (przesyłanie szeregowe, równoległe, szeregowo-równoległe,
praca synchroniczna i asynchroniczna), interfejsy w systemach pomiarowych (interfejsy
kasetowe i przyrządowe, interfejsy standardowe RS-232, RS485, IEC-625, VME,VXI),
oprogramowanie systemów pomiarowych (oprogramowanie podstawowe i użytkowe,
języki programowania, zintegrowane środowiska programowania LabVIEW, TestPoint,
HP VEE), wykorzystanie Internetu do przesyłania danych pomiarowych (protokół TCP/IP,
technologia DataSocket, ActiveX, aplety Javy, program Internet Developers Toolkits),
projektowanie systemów pomiarowo-informacyjnych (identyfikacja obiektu, ocena
wymagań użytkownika, wybór struktury i algorytmu pracy systemu, dobór przetworników
pomiarowych, konfiguracja oprogramowania, zobrazowanie i rejestracja wyników,
testowanie).
Do wykładów podany jest zestaw literatury uzupełniającej [4], [10], [12], [14], [17],
[20], [30].
Nauczanie systemów pomiarowych...
135
1.2 Wykład na Wy dziale Elektrycznym Politechniki Lubelskiej
Na Wydziale Elektrycznym Politechniki Lubelskiej prowadzony jest wykład z
przedmiotu Komputerowe Systemy Pomiarowe na kierunku Elektrotechnika dla
specjalności Inżynierskie Zastosowania Informatyki w wymiarze 30 godzin na semestrze
VIII, dla specjalności Przetwarzanie i Użytkowanie Energii Elektrycznej w wymiarze 45
godzin na semestrze IX oraz dla studentów zaocznych magisterskich studiów
uzupełniających w wymiarze 14 godzin na semestrze I. Wykłady mają zbliżoną tematykę,
przy czym zakres materiału jest dostosowany do specjalizacji i wymiaru godzinowego.
Uzupełnieniem wykładów są laboratoria prowadzone w semestrach IX, X i I [15].
Program wykładów obejmuje następujące zagadnienia: podstawowe pojęcia i definicje,
struktury systemów pomiarowych, algorytmy pracy systemów pomiarowych, elementy
składowe systemów pomiarowych, budowa i zasada działania komputera, sposoby
sprzęgania komputera z systemem pomiarowym, systemy interfejsów stosowane w
miernictwie (magistrala wewnętrzna komputera, interfejsy szeregowe i równoległe,
specjalizowane interfejsy pomiarowe, zastosowanie sieci komputerowych), podstawowe
bloki funkcjonalne współczesnych systemów pomiarowych (przetworniki wejściowe i ich
układy pracy, wzmacniacze, filtry, analogowe układy przetwarzające, układy próbkującopamiętające, przetworniki C/A i A/C, czujniki inteligentne „smart sensor”), pomiarowe
karty rozszerzające do komputerów (wyposażenie i zastosowanie kart pomiarowych,
współpraca karty pomiarowej z komputerem, programowanie karty do pomiarów napięć,
synchronizacja pomiarów z programem sterującym, kontrola pracy karty, obsługa systemu
przerwań, karty pomiarowe klasy Personal Instuments, algorytmy cyfrowej obróbki
wartości chwilowych sygnałów pomiarowych), przyrządy pomiarowe do pracy w
komputerowych systemach pomiarowych IEC 625 (multimetry cyfrowe, częstościomierzeliczniki uniwersalne, multipleksery, generatory sygnałowe, oscyloskopy cyfrowe),
przyrządy pomiarowe klasy Virtual Instruments, koncepcja przyrządów wirtualnych firmy
National Instruments (LabView, LabWindows), ochrona przeciwzakłóceniowa i
kompatybilność elektromagnetyczna w systemach pomiarowych.
Do wykładów podany jest zestaw literatury uzupełniającej [1], [7] [11], [13], [17],
[30].
1.3 Wykłady na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki
Warszawskiej
Na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej
realizowane są dwa potoki studiów. Pierwszy z nich obejmuje 6 następujących
specjalności: Inżynieria Biomedyczna, Inżynieria Komputerowa, Mikroelektronika,
Optoelektronika, Radiokomunikacja i Techniki Multimedialne oraz Systemy PomiarowoKontrolne (SPK). Drugi potok obejmuje 6 specjalności z informatyki, automatyki i
telekomunikacji. Systemy pomiarowe nauczane są tylko w pierwszej grupie specjalności
[26], [28]. Dla wszystkich specjalności z tej grupy, poza SPK, prowadzony jest na
semestrze V wykład z przedmiotu Systemy Pomiarowe (SPOM) w łącznym wymiarze 45
godzin. Dla specjalności SPK przedmiot Systemy Pomiarowe prowadzony jest w wymiarze
po 30 godzin wykładu na semestrze V (SPOM I) i na semestrze VI (SPOM II). Ponadto
studenci tej specjalności muszą wybrać przedmioty (wykłady i projekty): Oprogramowanie
136
Krzysztof Jellonek, Eligiusz Pawłowski,Dariusz Świsulski, Wiesław Winiecki
Systemów Pomiarowych (poświęcony głównie technologiom projektowania sieciowych
systemów pomiarowych), Systemowe Urządzenia Sterujące i Pomiarowe, Czujniki
Pomiarowe, System VXI.
Program przedmiotu Systemy Pomiarowe (SPOM) obejmuje zagadnienia takie jak:
model toru pomiarowego, systemowe ujęcie pomiarów, schemat funkcjonalny systemu
pomiarowego, pojęcie bloku funkcjonalnego systemu pomiarowego, dekompozycja i
synteza zadania pomiarowego, konfiguracje systemów pomiarowych, bloki funkcjonalne
systemu pomiarowego, magistrala systemu pomiarowego, protokoły transmisji danych,
interfejsy w systemie pomiarowym, standard IEC-625, wirtualne systemy pomiarowe,
standard VXI, oprogramowanie systemów pomiarowych, struktura oprogramowania,
standaryzacja instrukcji (SCPI), firmowe narzędzia projektowania i obsługi systemów
pomiarowych (LabWindows, LabView), metody i techniki podwyższania dokładności
pomiaru, planowanie i ocena wyników bezpośrednich pomiarów fizycznych, planowanie
eksperymentów pomiarowych, planowanie randomizacyjne, planowanie optymalizacyjne,
metoda analizy regresji w eksperymencie pomiarowym, zastosowania techniki
eksperymentu w testowaniu i diagnostyce obiektów technicznych, w sterowaniu jakością
produkcji, w testowaniu i diagnostyce obiektów biologicznych, w badaniach
socjoekonomicznych, marketingu i zarządzaniu.
Program przedmiotu Systemy Pomiarowe (SPOM I) dla specjalności SPK jest zbliżony
do programu SPOM i obejmuje jego początkowy materiał w zakresie podstaw
projektowania, konstrukcji i eksploatacji systemów pomiarowych. Celem wykładu z
przedmiotu SPOM II jest wyposażenie studentów w podstawową wiedzę i elementarne
umiejętności z zakresu metodyki eksperymentowania, ze szczególnym uwzględnieniem
pomiarów elektrycznych i technik zmniejszania błędów pomiaru. Program przedmiotu
SPOM II obejmuje zagadnienia takie jak: pojęcia podstawowe (obiekt fizyczny, model
matematyczny obiektu fizycznego, pomiar, metoda pomiarowa, eksperyment pomiarowy,
technika eksperymentu), klasyfikacja i ogólna charakterystyka metod pomiarowych,
przykłady technicznej realizacji wybranych metod pomiarowych, metody i techniki
pomiarów elektrycznych, częstotliwości i czasu oraz przesunięcia fazy, pomiaru napięcia
stałego i zmiennego oraz natężenia prądu, pomiaru impedancji, metody i techniki
podwyższania dokładności, planowanie bezpośrednich pomiarów fizycznych, ocena
wyników bezpośrednich pomiarów fizycznych, planowanie złożonych eksperymentów
pomiarowych, metoda analizy regresji w eksperymencie pomiarowym, zastosowania
techniki eksperymentu.
Do wykładu opracowano podręcznik akademicki [30] oraz podano zestaw literatury
pomocniczej [11], [23], [29].
1.4 Wykład na Wy dziale
Wrocławskiej
Podstawowych
Problemów
Techniki
Politechniki
Na Wydziale Podstawowych Problemów Techniki Politechniki Wrocławskiej wykład z
przedmiotu Systemy Pomiarowo Diagnostyczne [6] jest prowadzony dla studentów
specjalności Inżynieria Biomedyczna na specjalizacjach Aparatura Medyczna
i Zastosowanie Komputerów w Medycynie w wymiarze 30 godzin na semestrze VII.
Uzupełnieniem wykładu jest laboratorium w semestrze VIII.
Nauczanie systemów pomiarowych...
137
Przedmiot ten stanowi kompendium interdyscyplinarnej wiedzy niezbędnej do
projektowania i eksploatacji nowoczesnych komputerowych systemów pomiarowo
diagnostycznych. W ramach wykładu omawiane są następujące zagadnienia: architektura
systemów SPD, opis systemów za pomocą języka metrologii, techniki projektowania i
doboru bloków funkcjonalnych (przetworniki wielkości fizycznych, wzmacniacze
pomiarowe, filtry, procesory, DSP, FUZZY LOGIC, komputery, karty pomiarowe,
standardowe interfejsy, urządzenia sieciowe, układy PLC), narzędzia i techniki do
tworzenia oprogramowania SPD (LabWindows, interfejsy programowe API, CGI,
interfejsy gniazd, aplety Javy, GUI), algorytmy przetwarzania danych pomiarowych i
wiedzy w SPD (filtry cyfrowe, transformaty FFT, Falkowa, sieci neuronowe, systemy
ekspertowe), sieciowe SPD (architektura intersieci, oprogramowanie sieciowe, techniki
klient–serwer, protokół TCP/IP), zastosowanie technik telekomunikacyjnych do realizacji
SPD (GSM, WAP), specyfika projektowania SPD w medycynie (bezpieczeństwo, przepisy,
wymagania użytkownika).
Do wykładów podany jest zestaw literatury uzupełniającej [2], [3], [5], [8], [17], [18],
[19], [22], [30].
3. ORGANIZACJA LABORATORIÓW
3.1 Laboratorium na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej
Laboratorium z Systemów Pomiarowych [21] prowadzone jest dla specjalności
Automatyka i Robotyka i dla specjalności Elektrotechnika w tym samym wymiarze 30
godzin na semestrze VII oraz dla studentów Wydziału Mechanicznego na semestrze VIII w
wymiarze 15 godzin. Na potrzeby prowadzonych zajęć opracowano skrypt uczelniany [20].
W laboratorium przygotowanych jest 9 ćwiczeń obejmujących: wykorzystanie systemu
TestPoint do oprogramowania systemów pomiarowych, wykorzystanie systemu LabView
do oprogramowania systemów pomiarowych, układy akwizycji sygnałów pomiarowych,
modułowy system pomiarowy, interfejs szeregowy RS-232, interfejs IEC-625, elementy
sieci komputerowych w systemach pomiarowych, przetwarzanie sygnałów w
komputerowych systemach pomiarowych, system sterowania procesami technologicznymi
PMSX. Zajęcia w laboratorium prowadzone są w 4 grupach trzyosobowych. Ćwiczenia, w
których oprócz komputera nie jest wymagana dodatkowa aparatura (np. zapoznanie ze
zintegrowanymi środowiskami programowania TestPoint i LabVIEW) wszystkie grupy
wykonują jednocześnie. Ćwiczenia wymagające dodatkowego sprzętu, np. kart akwizycji
sygnałów pomiarowych, aparatury dołączonej do komputera przez interfejs IEC-625 lub
RS-232, realizowane są równolegle, co tydzień następuje zmiana grupy wykonującej dane
ćwiczenie. W ramach ćwiczenia studenci przygotowują zadane przez prowadzącego
programy, począwszy od prostej komunikacji z przyrządem pomiarowym, aż do pełnego
oprogramowania systemu pomiarowego. Programy przygotowywane przez studentów
realizowane są w języku Turbo Pascal oraz przy wykorzystaniu zintegrowanych środowisk
programowania TestPoint i LabView.
138
Krzysztof Jellonek, Eligiusz Pawłowski,Dariusz Świsulski, Wiesław Winiecki
3.2 Laboratorium na Wydziale Elektrycznym Politechniki Lubelskiej
Laboratorium z Komputerowych Systemów Pomiarowych [15] prowadzone jest na
kierunku Elektrotechnika dla specjalności Inżynierskie Zastosowania Informatyki w
wymiarze 30 godzin na semestrze IX, dla specjalności Przetwarzanie i Użytkowanie
Energii Elektrycznej w wymiarze 45 godzin na semestrze X oraz dla studentów zaocznych
magisterskich studiów uzupełniających w wymiarze 7 godzin na semestrze I.
W laboratorium przygotowanych jest łącznie 12 ćwiczeń, przy czym są one
pogrupowane w 4 bloki tematyczne, z których każdy realizowany jest na tym samym
stanowisku na kolejnych trzech zajęciach. Studenci realizują każdy z bloków tematycznych
rozwiązując na kolejnych zajęciach zadania o narastającym stopniu trudności: od prostej
obsługi pojedynczych przyrządów, poprzez jednoczesne nadzorowanie całego zestawu
aparatury, aż do oprogramowania całości złożonego eksperymentu pomiarowego
obejmującego pełną obsługę przyrządów, wykonanie serii pomiarów, niezbędne
przetwarzanie danych i prezentację uzyskanych wyników. W zależności od przewidzianego
w programie studiów wymiaru zajęć laboratoryjnych, studenci realizują wszystkie cztery
bloki tematyczne lub tylko w ograniczonym zakresie niektóre z nich.
Cztery bloki tematyczne obejmują realizację eksperymentów pomiarowych z
wykorzystaniem: systemu pomiarowego z częstotliwościowym nośnikiem informacji
(pomiary parametrów czasowo-częstotliwościowych sygnałów metodami sprzętowymi i
programowymi,
wykorzystanie
przetworników
pomiarowych
z
wyjściem
częstotliwościowym), systemu pomiarowego w standardzie IEC – 625 (programowanie
pojedynczych przyrządów w systemie, projektowanie eksperymentu w systemie IEC – 625,
wyznaczanie wybranych charakterystyk rzeczywistych obiektów), systemu pomiarowego z
przetwornikami typu PC INSTRUMENTS (pomiary pojedynczych wielkości fizycznych na
przykładzie pomiarów częstotliwości i napięcia, projektowanie eksperymentu pomiarowego
w systemie przyrządów wirtualnych, wspomagane komputerem pomiary właściwości
magnetycznych materiałów), systemu pomiarowego z kartą próbkującego przetwornika
analogowo-cyfrowego [16] (programowanie komputera osobistego do obsługi karty
wielokanałowego przetwornika A/C, pomiary parametrów sygnałów metodą próbkowania
wartości chwilowych, podstawowe algorytmy cyfrowego przetwarzania sygnałów).
Przygotowywane w ramach zajęć przez studentów oprogramowanie eksperymentów
pomiarowych realizowane jest przede wszystkim w języku Turbo Pascal oraz Basic.
3.3 Laboratorium na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki
Warszawskiej
Laboratorium Systemów Pomiarowych w wymiarze 45 godzin prowadzone jest na
V semestrze równolegle z wykładem dla studentów pięciu następujących specjalności:
Inżynieria Biomedyczna, Inżynieria Komputerowa, Mikroelektronika, Optoelektronika oraz
Radiokomunikacja i Techniki Multimedialne. Dla studentów specjalności Systemy
Pomiarowo-Kontrolne (SPK) zajęcia w tym laboratorium prowadzone są również
równolegle z wykładami na semestrach V i VI w wymiarze łącznym 60 godzin.
Laboratorium wyposażone jest w 9 identycznych stanowisk [25], [27] składających się
z komputera Pentium z kartą interfejsu IEC-625.2, woltomierza HP34401A i generatora
HP33120A oraz testera magistrali IEC-625 [9]. Oprogramowanie stanowi
Nauczanie systemów pomiarowych...
139
LabWindows/CVI, HP VEE, LabView, C i oprogramowanie kontrolera karty IEC-625.2.
Dla studentów specjalności innych niż SPK przygotowanych jest łącznie 10 ćwiczeń. Na
pierwszych 5 ćwiczeniach studenci projektują oprogramowanie typowego systemu
pomiarowego z wykorzystaniem: symulatora systemu w standardzie IEC-625 [24], testera
magistrali standardu IEC-625 [9], podstawowego oprogramowania w języku wyższego
poziomu, środowiska programowego LabWindows oraz środowiska programowego HP
VEE. Dwa ćwiczenia mają charakter podstawowy i dotyczą: ochrony układów
pomiarowych przed zakłóceniami i badania przetworników A/C i C/A. Ćwiczenie 7
dotyczy podstawowej obróbki danych pomiarowych metodą regresji liniowej. Ostatnie dwa
ćwiczenia związane są z techniką eksperymentu i dotyczą: elektrokardiografii i badania
charakterystyk użytkowych wybranych podzespołów elektronicznych za pomocą systemu
pomiarowego w standardzie RS-485.
Studenci specjalności Systemy Pomiarowo-Kontrolne wykonują w ciągu dwóch
semestrów łącznie 12 ćwiczeń, które obejmują w większości zagadnienia realizowane na
pozostałych specjalnościach. Dodatkowo w ramach tych zajęć realizowane są również
następujące tematy: zintegrowane środowisko sprzętowo-programowe VXI/SCPI,
odtwarzanie mezurandów metodami spektralnymi, pomiary częstotliwości i czasu oraz
przesunięcia fazy, pomiary napięcia stałego i zmiennego oraz natężenia prądu, techniki
zmniejszania błędów pomiaru (w tym: ochrona układów pomiarowych przed
zakłóceniami), identyfikacja parametrów filtrów mikrofalowych, system reflektometrii
czasowej.
1.4 Laboratorium na Wydziale Podstawowych Problemów Techniki Politechniki
Wrocławskiej
Laboratorium Systemów Pomiarowo Diagnostycznych w wymiarze 60 godzin
prowadzone jest na VIII semestrze dla studentów specjalności Inżynieria Biomedyczna
(specjalizacje: Aparatura Medyczna i Zastosowanie Komputerów w Medycynie). Zajęcia
prowadzone są na zasadzie zadaniowej. Każda 12 osobowa grupa studentów otrzymuje
jedno indywidualne zadanie do rozwiązania w ramach realizowanego w danym roku
tematu. W roku 1998 realizowanym w Laboratorium tematem był system wspomagający
pracę laboratorium biofizyki AM, w roku 1999 tematem był system wspomagający lekarza
rodzinnego w jego gabinecie, a w roku 2000 tematem był system wspomagający opiekę nad
pacjentem, bazujący na wykorzystaniu telefonu komórkowego. Realizowany w danym roku
temat rozdzielany jest pomiędzy dwuosobowe zespoły, które wykonują samodzielnie
niezależne zadania. Na zakończenie cyklu zajęć opracowane przez poszczególne zespoły
rozwiązania składane są w jeden funkcjonujący system. W czasie trwania laboratorium
realizowane są także zadania wspólne dla wszystkich studentów, takie jak: obsługa
interfejsów RS232, Centronics, USB, obsługa przetworników i kart pomiarowych,
organizacja sieci komputerowych do realizacji rozłożonych zadań pomiarowych.
Laboratorium jest wyposażone w sześć komputerów PC wraz z infrastrukturą sieciową,
zestaw podstawowych przyrządów pomiarowych oraz karty pomiarowe do komputerów
PC. Przyrządy pomiarowe (oscyloskopy cyfrowe, multimetry, generatory programowalne)
wyposażone są w interfejsy szeregowe RS232. Dodatkowym wyposażeniem jest zestaw
inteligentnych przetworników medycznych: EKG, pulsoksymetr, ciśnieniomierz, spirometr,
waga, miernik wzrostu itp., zaprojektowanych i wykonanych na bazie wymiennych
140
Krzysztof Jellonek, Eligiusz Pawłowski,Dariusz Świsulski, Wiesław Winiecki
modułów dysków twardych HDD. Uzupełnieniem przedstawionej aparatury są zestawy
urządzeń do komunikacji bezprzewodowej oraz zestaw płytek i podzespołów do tworzenia
makiet układów elektronicznych. Podstawowym narzędziem programistycznym do
tworzenia aplikacji jest środowisko LABWindows CVI w wersji 5.01.
4. PODSUMOWANIE
Przedmioty zawierające treści programowe na temat systemów pomiarowych są
realizowane z reguły na wyższych latach studiów. W Tabeli 1 zestawiono przedmioty
prowadzone na czterech krajowych uczelniach z podaniem kierunku studiów i specjalności
oraz wymiaru godzinowego i umiejscowienia w toku studiów. Z przedstawionego w
referacie materiału wynika, że tematyka wykładów prowadzonych na różnych uczelniach
jest zbliżona, a pewne różnice w programach wynikają ze specyfiki niektórych
specjalności, takich jak Inżyniera Biomedyczna czy Optoelektronika.
Tabela 1. Zestawienie przedmiotów nauczania z Systemów Pomiarowych
Liczba
godzin,
semestr
W/L
Politechnika Gdańska,
Przemysłowe
Automatyka i Robotyka
30 / 30
Wydział
Systemy Pomiarowe
VII / VII
Elektrotechniki
Komputerowe
Elektrotechnika
30 / 30
i Automatyki
Systemy Pomiarowe
(przedmiot obieralny)
VII / VII
Komputerowe
dla Wydziału Mechanicznego
15 / 15
Systemy Pomiarowe
(przedmiot obieralny)
VIII / VIII
Politechnika Lubelska,
Komputerowe
Elektrotechnika, Inżynierskie
30 / 30
Wydział Elektryczny Systemy Pomiarowe Zastosowania Informatyki
VIII / IX
Komputerowe
Elektrotechnika, Przetwarzanie
45 / 45
Systemy Pomiarowe
i Użytkowanie Energii
IX / X
Elektrycznej
Komputerowe
Elektrotechnika, Inżynierskie
14 / 7
Systemy Pomiarowe Zastosowania Informatyki
I/I
(stud. magist.uzupełniające)
Politechnika
Systemy Pomiarowe Inżynieria Biomedyczna,
45 / 45
Warszawska,
Inżynieria Komputerowa,
V/V
Wydział Elektroniki
Mikroelektronika,
i Technik
Optoelektronika,
Informacyjnych
Radiokomunikacja i Techniki
Multimedialne
Systemy Pomiarowo-Kontrolne 60 / 60
V,VI / V,VI
Politechnika
Systemy Pomiarowo
Inżynieria Biomedyczna
30 / 60
Wrocławska, Wydział
Diagnostyczne
VII / VIII
Podstawowych
Problemów Techniki
Uczelnia, Wydział
Nazwa przedmiotu
Kierunek, specjalność
Nauczanie systemów pomiarowych...
141
Większe różnice występują natomiast w programach ćwiczeń laboratoryjnych.
Zależnie od ośrodka i przedmiotu, w ramach którego studenci zapoznawani są z systemami
pomiarowymi, różne są zasady prowadzenia zajęć w laboratorium. Najczęściej są one
prowadzone w sposób tradycyjny: poszczególne grupy studentów na kolejnych zajęciach
zapoznają się ze ściśle określonym problemem, np. obsługą kart pomiarowych, obsługą
przyrządów podłączonych do komputera za pomocą interfejsu RS-232 lub IEC-625,
przesyłaniem danych pomiarowych przez sieci komputerowe itp. Niektóre laboratoria
prowadzone są na zasadzie zadaniowej, wtedy grupa studentów otrzymuje do rozwiązania
jeden konkretny problem podzielony na kilka mniejszych zadań. Tematyka tych problemów
dobierana jest w taki sposób, by wymagała wykorzystania szerokiej wiedzy dotyczącej
systemów pomiarowych. Z reguły kilkunastoosobowe grupy laboratoryjne są dzielone na
dwu- lub trzyosobowe zespoły.
Typowe laboratorium [15], [21], [25] wyposażone jest w kilka komputerów
połączonych siecią, karty pomiarowe do komputerów, przyrządy pomiarowe (oscyloskopy,
multimetry, generatory) wyposażone w interfejs szeregowy (RS-232 lub RS-485) i IEC625. W zależności od specyfiki laboratoria posiadają również specjalistyczną aparaturę, np.
Wydziałowy Zakład Pomiarowej i Medycznej Aparatury Pomiarowej Politechniki
Wrocławskiej posiada zestaw inteligentnych przetworników medycznych. Standardowym
narzędziem do tworzenia aplikacji w laboratoriach są zintegrowane środowiska
programowania. Na uczelniach, w których studenci w ramach zajęć z informatyki
zapoznają się z językiem C często jest to LabWindows CVI, w innych uczelniach używane
jest środowisko LabVIEW, rzadziej HP VEE lub TestPoint. Środowiska te umożliwiają
prowadzenie zajęć ze studentami, których znajomość informatyki nie jest zbyt
zaawansowana. Niektóre z ćwiczeń realizowane są również z wykorzystaniem
uniwersalnych środowisk programistycznych, takich jak C++, Turbo Pascal czy też Basic.
LITERATURA
[1] Badźmirowski K., Karkowska H., Karkowski Z.: Cyfrowe systemy pomiarowe, WNT,
Warszawa 1979.
[2] Comer D.E.: Sieci Komputerowe i Intersieci, WKiŁ, Warszawa 2000.
[3] Ewers G., Marven C.: Zarys Cyfrowego Przetwarzania Sygnałów, WKiŁ, 1999.
[4] Gajda J., Szyper M.: Modelowanie i badania symulacyjne systemów pomiarowych,
Wyd. Wydz. EAIiE AGH w Krakowie, Kraków 1998.
[5] Jakubiec J.: Pomiarowe przetwarzanie próbkujące, W.P.ŚL., Gliwice 2000.
[6] Jellonek K.: Problemy i perspektywy nauczania przedmiotu " Systemy pomiarowo –
diagnostyczne”, mat. XXX MKM’98, Wyd. Pol. Szczecinskiej 1998, s. 117 -122.
[7] Kwiatkowski W., Stabrowski M., Gielciński M., Staroszczyk Z.: Analogowe i cyfrowe
systemy pomiarowe, Wyd. Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1983.
[8] Legierski T. i inni: Programowanie Sterowników PLC, WPKJC 1998.
[9] Leoniak R., Winiecki W.: Tester interfejsu IEC-625, materiały VIII KKM’95,
Warszawa-Zegrze, 18-20.10.1995, tom. II, s.305-306.
[10] [Marks-Wojciechowska Z., Pacholski K., Kulesza W.: Systemy pomiarowe, Wyd.
Politechniki Łódzkiej, Łódź 1999.
[11] Mielczarek W.: Szeregowe interfejsy cyfrowe, Wyd. Helion, Gliwice 1993.
[12] Mielczarek W.: Urządzenia pomiarowe i systemy kompatybilne ze standardem SCPI,
Wyd. Helion, Gliwice 1999.
142
Krzysztof Jellonek, Eligiusz Pawłowski,Dariusz Świsulski, Wiesław Winiecki
[13] Nowakowski W.: Systemy interfejsu w miernictwie, WKiŁ, Warszawa 1987.
[14] Nowakowski W., Boratyński A.: System interfejsu IEC-625, WKiŁ, Warszawa 1984.
[15] Pawłowski E., Jasik J.R., Toborek K.: Laboratorium systemów pomiarowoinformacyjnych, materiały XXV MKM’93, Gliwice 1993, Metrologia i Systemy
Pomiarowe Nr.16, Warszawa 1993.
[16] Pawłowski E.: Wykorzystanie karty przetwornika A/C w Laboratorium Komputerowych
Systemów Pomiarowych, materiały cyklu "Zastosowanie komputerów w dydaktyce
ZKwD ' 97", Zeszyty Naukowe Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 1997.
[17] Rudy van de Plassche: Scalone Przetworniki A/C i C/A, WKiŁ, Warszawa 1998.
[18] Simmonds A.: Wprowadzenie do Transmisji Danych, WKiŁ, Warszawa 1999.
[19] Sydenham P.H. (redakcja): Podręcznik metrologii cz. I i II, WKiŁ, W-wa 1988, 1990.
[20] Świsulski D.: Laboratorium z Systemów Pomiarowych, Wyd. P.G., Gdańsk 1998.
[21] Świsulski D.: Realizacja zajęć w Laboratorium Systemów Pomiarowych, materiały
XXIX MKM’97, Nałęczów 10-12.09.1997, tom 2, str. 551-554, Lublin 1997.
[22] Webster J.G.: Medical Instrumentation, J.Wiley & Sons 1998
[23] Winiecki W., Bobiński P.: Metodyka projektowania programowych sterowników
przyrządów pomiarowych dla zintegrowanych środowisk programowych
LabWindows/CVI i LabView, materiały KKM’98, Gdańsk 16-18.09.1998, Wyd.:
Komitet Organizacyjny KKM’98, Gdańsk 1998, s.12-20.
[24] Winiecki W., Ładocha P.: Symulator systemu IEC-625.1, materiały XXXII
MKM’2000, Rzeszów, 11-15 września 2000.
[25] Winiecki W.: Koncepcja uniwersalnego stanowiska dydaktycznego do laboratorium
systemów pomiarowych, materiały XXVII MKM’95 Zielona Góra, 21-23 września
1995, tom 2, s.435-440.
[26] [26] Winiecki W.: Methodology for Teaching Measuring Systems, Measurement,
Vol.18, No.4, 1996, pp.237-244.
[27] Winiecki W.: Multi-function Laboratory Stand for Teaching of Measuring Systems,
Proc. IMEKO TC-4 7th International Symposium on Modern Electrical and Magnetic
Measurement, Prague, 13-14 September 1995, Part 1, pp. 280-283.
[1] Winiecki W.: Nauczanie zagadnień automatyzacji pomiarów z wykorzystaniem technik
informatycznych, materiały XXVI MKM'94, Opole, 20-23 września 1994, tom 1, s. 63-68.
[29] Winiecki W.: Przyrządy wirtualne i ich modele, materiały Konferencji PPM’98,
Gliwice-Ustroń, 6-8 maja, 1998, Prace Komisji Metrologii PAN, Seria: Konferencje Nr
1, Ed.: Polska Akademia Nauk, Oddział w Katowicach, 1998, s. 355-365.
[30] Winiecki W.: Organizacja komputerowych systemów pomiarowych, Oficyna
Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1997, 326 s.
THE TEACHING OF MEASURING SYSTEMS IN POLISH TECHNICAL
UNIVERSITY
In the paper teaching of Measuring Systems in a few polish technical
university is presented. Organisation and curriculum of Measurement
System Laboratory, students’ exercises and experiments are discussed.