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Diese Software unterstützt modulare Digitizer in der Messtechnik

Autor / Redakteur: Oliver Rovini * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Damit modulare Digitizer ihre Aufgabe erfüllen können, ist Software notwendig: Dazu gehören Embedded-Software, Software für Gerätetreiber und Wartungs- sowie Anwendungssoftware.

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Passende Software: Für die modularen Digitizer von Spectrum Instrumentation ist unterschiedliche Software notwendig, damit sich Messdaten erfassen, analysieren und auswerten lassen.
Passende Software: Für die modularen Digitizer von Spectrum Instrumentation ist unterschiedliche Software notwendig, damit sich Messdaten erfassen, analysieren und auswerten lassen.
(Bild: Spectrum Instrumentation)

Modulare Digitizer lassen sich als Computer-Hardware betrachten und erfordern den Einsatz geeigneter Firm- und Software, um in das Host-Computersystem eingebunden werden zu können. Dazu verwenden sie Embedded-Software.

Außerdem ist es notwendig, Gerätetreiber, Wartungssoftware und Anwendungen zu installieren, um die Daten kontrollieren, anzeigen und übertragen zu können. Die Software wird vom Hersteller bereitgestellt oder kundenspezifisch entwickelt.

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Der Gerätetreiber interagiert mit der Hardware

Ein Gerätetreiber wird normalerweise vom Hersteller des Digitizers mitgeliefert. Der Gerätetreiber ist eine Computersoftware, die eine Interaktion mit Hardware-Geräten ermöglicht. Sie verfügt über Schnittstellen zum Betriebssystem und den verschiedenen Softwareanwendungen. Der Treiber stellt eine Schnittstelle für Kommunikation, Befehle und Datenübertragung dar.

Kein modernes Betriebssystem lässt den Zugriff auf Hardware ohne systemnahen Kernel-Treiber zu. Beim Windows-Betriebssystem mit 64 Bit ist sogar die Installation eines von einem autorisierten Unternehmen signierten, speziellen Kernel-Treibers erforderlich. Das Bild 1 zeigt ein konzeptionelles Blockschaltbild für den von Spectrum bereitgestellten Gerätetreiber, der sämtliche Digitizer unterstützt.

Eine gemeinsame Schnittstelle

Die Treiber bieten eine gemeinsame Anwendungsschnittstelle, die sogenannte API, welche sämtliche Funktionen der Digitizer-Hardware nutzt. Zu beachten ist, dass die Treiber-API bei allen unterstützten Betriebssystemen identisch ist; in diesem Fall 32- oder 64-Bit-Versionen sowohl für Windows als auch für Linux. Basierend auf diesem Treiber kann der Benutzer seine eigenen Programme unter Verwendung gängiger Programmiersprachen schreiben. Derselbe Treiber unterstützt auch Spectrums eigene Betriebssoftware SBench 6 sowie die meisten gängigen Analyse- und Steuerprogramme von Drittherstellern wie LabVIEW und MATLAB.

Zu beachten ist, dass derselbe Treiber mit unterschiedlichsten Digitizer-Typen funktioniert und mehrere Betriebssysteme, Programmiersprachen und Anwendungen von Drittherstellern unterstützt.

Die meisten größeren Hersteller von Digitizern bieten eine Betriebssoftware an, um den Digitizer zu steuern sowie Messdaten anzuzeigen und zu übertragen. Wie erwähnt, bietet Spectrum seine Software SBench 6 an. Dabei handelt es sich um ein Programm, um Daten aufzuzeichnen, zu kontrollieren und zu analysieren. Sein Funktionsumfang ist beispielhaft in Bild 2 zu sehen. SBench 6 steuert sämtliche Funktionen, zeichnet Daten auf und zeigt sie an, misst aufgezeichnete Daten und verwaltet Datenübertragungen. Das im Bild 2 dargestellte Beispiel zeigt einen aufgezeichneten Ultraschallimpuls, seine schnelle Fourier-Transformation (FFT) sowie Messungen von Amplitude, Impulsdauer und Impulsfrequenz.

Software prüft Wartungsfunktionen der Hardware

Zu den Analysefunktionen zählen FFT, Mittelwertbildung, Filterung und Histogramme. Gemessen wird mit einem Cursor oder mit integrierten Messfunktionen. In diesem Beispiel wird mithilfe des Cursors die Impulsdauer gemessen. Die Messparameter werden zur Messung der Frequenz, der Maximum-, Minimum- und Spitze-zu-Spitze-Amplitude verwendet. Es werden mehrere Anzeigeformate unterstützt, sodass Daten einzeln oder mit zugehörigen Wellenformen auf denselben Achsen aufgetragen dargestellt werden können.

Die Daten können auch als Cross-Plot im X-Y-Format aufgetragen werden. Ist eine solche Betriebssoftware vorhanden, lässt sich die einwandfreie Funktion des Digitizers relativ leicht überprüfen. Dazu gehören funktionale Setups und Aufzeichnungsmodi. Nach der Überprüfung lassen sie sich auf die gewünschte Programmierumgebung übertragen. Die Software überprüft als Oberfläche zuvor aufgezeichnete Daten, wenn es darum geht, Daten zu prüfen, zusätzliche Messungen vorzunehmen oder weitergehende Analysen durchzuführen.

Das Spectrum Control Center und seine Funktionen

Das Spectrum Control Center ist eine leistungsstarke Software, die im Lieferumfang der Digitizer-Hardware enthalten ist und über sämtliche Hardware-Wartungsfunktionen verfügt. Es läuft unter Windows und Linux als eigenständige Anwendung und bietet folgende Funktionen:

  • Hardware-Konfiguration: Im Control Center werden detaillierte Informationen zur Spectrum-Hardware einschließlich Kartentyp, Seriennummer, Produktions- und Kalibrierungsdatum, Firmware-Versionen und sämtlicher Eigenschaften der Hardware angezeigt.
  • Installation von Demo-Karten: Über das Control Center kann eine simulierte Demo-Karte einschließlich simulierter Datengenerierung installiert werden. Dadurch lassen sich alle Arten von Software testen. Dazu gehört auch SBench sowie Anwendungen und Treiber für Produkte von Drittanbietern, beispielsweise LabVIEW.
  • Debug-Protokollierung: Digitizer-Karte, Treiber- und Firmware-Version sowie sämtliche Befehlssequenzen und andere Informationen lassen sich in einer ASCII-Datei protokollieren, die anschließend für den Produktsupport verwendet werden kann.
  • Optionale Software-Lizenzen: Lizenzen für Upgrades der Software SBench 6 sowie optionale Firmware-Funktionen der Digitizer der Typen M2i/M3i/M4i (bei denen keine Änderungen der Hardware erforderlich sind) können in den Bereichen installiert werden.
  • Firmware-Upgrade: Upgrade der eingebetteten Firmware im Digitizer mit erweiterter Funktionalität und Fehlerkorrekturen.
  • Kalibrierung: Über das Karten-Control-Center lässt sich auf die automatischen Routinen zur Kartenkalibrierung der Digitizer-Karten von Spectrum zugreifen.
  • Speichertest: Der On-Board-Speicher der Spectrum-Karten wird mit nach dem Zufallsprinzip erzeugten Daten auf einwandfreie Funktion getestet. Sämtliche Lese- und Schreibfehler werden dokumentiert.
  • Test der Übertragungsgeschwindigkeit: Der Test misst die Bus-Übertragungsgeschwindigkeit einer installierten Spectrum-Karte im jeweiligen System. Dadurch erhält man einen Leistungsindex des Systems. Außerdem sieht man, welche Dauer-Datenraten sich bei den verschiedenen Zwischenspeichereinstellungen erzielen lassen.
  • Zusammenhängender Speicher: Der zusammenhängende Speicher sorgt für eine höhere Datenrate von bis zu 30 Prozent, indem er beim Systemstart für die Datenübertragung reserviert wird.
  • Discovery-Funktion: Die Discovery-Funktion erleichtert es, Spectrum-LXI-Geräte aufzufinden und zu erkennen, auf die der Computer über das Netzwerk zugreifen kann. Sie findet außerdem an einem beliebigen Ort im Netzwerk Spectrum-Karten für die ein Spectrum-Remote-Server installiert wurde.

Digitizer mit der Software von Drittanbietern

Viele Benutzer von Digitizern bevorzugen die Tools, die in den Analyse- und Steuerprogrammanwendungen von Drittanbietern enthalten sind. Die meisten Hersteller unterstützen die Programme ganz unterschiedlich. Spectrum bietet umfassenden Support für gängige Programme von Drittanbietern, beispielsweise LabVIEW, LabWindows/CVI und MATLAB. LabVIEW von National Instruments ist die am häufigsten verwendete grafische Programmiersprache für Messanwendungen und wird von der Digitizer-Hardware sehr gut durch einen speziellen LabVIEW-Treibers unterstützt.

Der Treiber bündelt verschiedene Digitizer-Funktionen zu Funktionsblöcken und macht sie in LabVIEW verfügbar. Das LabVIEW-Treiberpaket besteht aus mehreren verschiedenen Bibliotheken und einigen offenen Beispielen für virtuelle Geräte. Neben den Bibliotheken lassen sich sämtliche Treiberfunktionen auch direkt aufrufen.

Takteinstellungen, Triggermodi und -quellen sowie alle Eingangskanaleinstellungen sind anpassbar und die Schnittstelle lässt sich ändern. Alle Beispiele bieten offene und editierbare Diagramme, die der Programmierer als Grundlage für seine eigenen Programmierungen verwenden kann oder um sich mit der Funktionsweise des LabVIEW-Treibers vertraut zu machen. Über die Benutzerschnittstelle bekommt der Anwender einen schnellen Einstieg mit grundlegenden Funktionen. LabWindows/CVI (CVI steht für C for Virtual Instrumentation) ist eine von National Instruments entwickelte C-Programmierumgebung für Test- und Messzwecke.

LabWindows/CVI nutzt dieselben Bibliotheken und Datenaufzeichnungsmodule wie das besser bekannte Produkt LabVIEW und ist mit diesem kompatibel. MATLAB ist eine mathematische Analyseanwendung und wird von Windows und Linux unterstützt. Zugriff besteht auf sämtliche Funktionen der Hardware. Über den Treiber besteht Zugriff auf die Spectrum-Bibliothek und verschiedene Beispiele in der m-Sprache. Über die Schnittstelle lassen sich die Spectrum-Karten mit Simulink verwenden. Zusätzlich ist ein IVI-Treiber erhältlich, der die Treiber IVI Digitizer und IVI Scope der IVI-Klasse unterstützt.

Gebräuchliche Programmiersprachen unterstützen

Treiber für Digitizer sollten auch gebräuchliche Programmiersprachen unterstützen. Wie in Bild 1 zu sehen, werden textbasierte Programmiersprachen wie C, C++, C#, J#, Visual Basic, Python und Delphi vom Digitizer-Treiber unterstützt. Die Digitizer-Benutzerhandbücher enthalten detaillierte Beschreibungen von allen erforderlichen Befehlen zum Steuern der Karte und zum Übertragen von Daten zurück zum Computer. Die Befehle basieren auf Software-Registern.

Eine kundenspezifische Programmierung bietet die größtmögliche Flexibilität beim Betrieb des Digitizers – besonders in einer Systemumgebung, in der mehrere Geräte und Signalquellen vorhanden sind. Software-Beispiele für einzelne Programmiersprachen erleichtern außerdem den Einstieg.

* Oliver Rovini ist Technical Director bei Spectrum Instrumentation in Großhansdorf bei Hamburg.

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