Műszervezérlés - irányok

 

A dolgok változnak.

Amikor újrakezdtem a műszervezérlő projectemet, világos volt az irány előttem. Majd rájöttem pár dologra, ami arra késztetett, hogy újragondoljam a projectet, és hogy az egészet én hogyan látom.

Először is, ezt találtam: https://github.com/xyphro/UsbGpib

Ez pontosan az amire szükségem van. 90%-ban biztos vagyok, hogy a firmware amit fejlesztettem a saját panelemhez szükségtelen (meglepetések persze érhetnek, amikor ezt a saját panelemre a és a szoftverkörnyezetemhez próbálom adaptálni, de ennek kicsi az esélye).

A vezérlő szoftverembe bekerült egy plusz réteg a VISA fölé (alapvetően a soros-GPIB megoldásom miatt). Gondolkodtam rajta, hogy ez esetleg most kidobható lenne, de rájöttem, hogy vannak eszközök amik HID-t, vagy saját protokolt használnak, amiket nem tudok a VISA esernyő alá begyömöszölni.

Van egy nagy dilemmám a további fejlesztéssel kapcsolatban. A desktop műszervezérlő alkalmazásra gondolok itt.

A helyzet:

Ma a szoftver fejlesztés világában minden a mobilról a webről és a felhőről szól. Teljesen tiszta, hogy a világ ebbe az irányba halad. Még én is DevOps szakiként, felhő alapú web projecteken dolgozom, már jó pár éve.

De...

Mindig az a zavaró "de".

De a műszervezérlés világa, egy kicsit különbözik. Amit látok, érzek a műszer vezérlő és megjelenítő szoftverekről, hogy elsősorban nem web technológiák köré épültek. Ezek, változatlanul desktop alkalmazások. Én ezt nem akarom megváltoztatni. Kényelmesebb ezeket így használni, egyszerűbb közvetlenül kommunikálni a hardverrel, stb.

A saját szoftverem C#-ban kezdtem el fejleszteni .NET Framework-ön Visual Studioban, WinForms-al. Ez az a platform, amiben a legtöbb saját tapasztalatom van. Ha megtartom a lusta hozzáállásom, csak egyszerűen folytatom ezt és elfelejtem a dilemmám. Alapvetően magamnak fejlesztek, így nem igazán kell törődnöm ezzel.

De valami állandóan viszket a fejemben. A fenti technológia kezd túlhaladott lenni. A saját projectjeimet (a feladat megoldása mellett) tanulásra is használom. Szóval a kérdés: Milyen irányba menjek?

A másik dolog ami izgat ebben, a Linux. Kéne egy több platformon futó eszközt írnom? Saját magamnak, nem feltétlenül. Ha más is akarja használni ezt, akkor ez szükségessé válhat.

A lehetőségek, amiket látok:

• Tartsam ezt meg, folytassam a fejlesztést és csak felejtsem el a dilemmám?
• Költöztessem át a .NET 6, WPF, MVVM megoldásra, hogy újabb platformom legyen? Ez még mindige nem jelent Linux platformot, csak remélhetem, hogy valaki csinál egy használható verziót a MAUI-ból Linuxra.
• Költözzek át .NET 6-ra és használjak valami harmadik gyártó UI-t (Avalonia, UNO Platform, QT, vagy más)?
• Felejtsem el az egész C# és .NET vonalat és használjak mást?
• A Python-hoz van a PyVISA műszervezérló könyvtár. Nem igazán szeretem a Python-t és még mindig kell találnom valami UI-t.
• A Java-hoz vannak desktop framework-ök, de mi lesz a műszerekkel?
• A Node.js-hez ott az Electron, de a VISA-t támogató könyvtárak minősége, eléggé kérdőjeles.
• Bármi más ami nem jutott eszembe?

Próbáltam összegyűjteni (legalább részben) a követelményeket:

• Natív desktop alkalmazás
• Hardver kommunikáció (Soros, USB-HID, IVI réteg, mint a Keysight IO Library Suite, USB-TMC, stb.)
• Grafikai elemek - Dialógus ablakok, Data grid, szöveg mezők/vezérlők, és ami a legfontosabb, diagrammok.
• Valami plug-in architektúra (plugin kell a műszerekhez, kommunikációs platformokhoz, stb. - az egésznek bővíthetőnek kell maradnia)
• Hálózat kezelés
• Fájl rendszer kezelés

Biztos van még más is. Egyenlőre ezeket látom.

Szóval, ha vannak gondolataid erről, kérlek oszd meg velem!

Műszer vezérlés 1. - A kezdetek

Konvergencia

Ez a szó jut eszembe, amikor erre a projectre gondolok.

Úgy érzem, hogy ez az a pont ahol a műhely építés, műszer gyűjtés, mérő interfész (GP-IB) építés és mérés erőfeszítéseim összekapcsolódnak, hogy valami magasabb szintű képességet produkáljanak a dolgok amikkel rendelkezem.

Hol is kezdődött?

Gyerekkoromban audio cuccokat építettem. Később (nem kis kihagyás után) újraindult ez a hobbi, az volt a terv, hogy folytatom a munkát az audio elektronikán. Nem volt mérőeszközöm (egy döglődő digitális multimétert leszámítva). Építeni akartam, ahelyett, hogy veszek valamit. Ez térített el a digitális elektronika irányába.

Később rengeteg műszert vettem (kattant idióta). Egy ponton vettem egy HP 8903B audio analizátort, hogy képes legyek grafikonokat rajzolni az erősítők képességeiről. A gond ott volt, hogy a XY rögzítőt csatlakoztatni számomra, egy igencsak túlhaladott megoldás lett volna. Ahhoz, hogy számítógépre kösd, meg szükséged van egy interfészre. Nem voltam elégedett a jelenleg kapható GP-IB interfészekkel, itt született meg a saját tervezésű GP-IB csatolóm.

Később kerestem vezérlő szoftvert a HP 8903B-hez, és nem szerettem amit találtam. Ezen túl még az is a fejemben volt, hogy más műszereimet is hozzákössem a PChez, miután más ötelteim is vannak, nem csak az audio analizátor vezérlése. Néhány kísérlet után megszületett a "Virtual Instrument" projectem.

Két év után, rengeteg szenvedéssel, újrakezdéssel és újratervezéssel, úgy tűnik, a rendszer elkezdett működni.

A koncepció:

Valami rugalmas megoldást akartam, aminek a használata, ugyanakkor nem igyényel programozási ismereteket. Valami olyasmit akartam, ami mérési sorozatokhoz használható, és működik a saját cuccaim nagy részével, kompatibilis sokféle kommunikációs interfésszel. Az egész rendszernek beépülő modulokon kell alapulnia, a jövőbeli fejleszthetőség érdekében.

Létrehoztam pár objektum típust a fentiekhez:

Vezérlő (controller):

Valami ami az egészet viszi a hátán. Elindítja a mérési sorozatot, esetleg még valami alapadatot is produkál. Egyenlőre ezek készültek el:

- Folyamatos vezérlő (continuous controller): Csak lefuttatja a méréseket egymás után, majd újra és újra, amíg meg nem állítod. Ez a szokásos működési módja a legtöbb műszernek, mint pl. a multimétereknek.

- Single shot vezérlő (képtelen vagyok értelmes magyar nevet találni neki): Lefuttat egyetlen mérést, majd megáll.

- Változó vezérlő (variable controller): Beállítható a mérési sorozatokhoz. Ad egy vagy lineáris, vagy logaritmikus forrás adat sorozatot. Eredetileg a HP8903-ra gondolva készült. Az első kísérletekben logaritmikus frekvencia forrásként használtam a beépített szinusz generátorhoz.

Műszer (instrument):

Eszköz (tipikusan műszer), ami mér valamit. Képes a láncban korábbi mérés eredményét használni, és/vagy mérési eredményt produkálni a láncban utána lévőknek.

Eddig két műszer típus készült el: HP8903 Audio Analizátor, HP3478A 5,5 digites multiméter (a többi folyamatban)

A műszerek minden esetben külső (szoftver) trigger üzemmódban működnek. Az ok: a fenti szoftver vezérlők intézik a mérést és nem a műszer belső vezérlése.

Szűrő (Filter):

Eredetileg arra terveztem, hogy eredményeket lehessen velük szűrni, matematikai számításokat végezni, adatokat konvertálni. A fejlesztés közben kiderült, hogy ehhez hasonló funkciókra, a műszerek között is szükség van. Rájöttem, hogy a szűrő plug-in-ek külön tartása semmilyen hozzáadott értékkel sem rendelkezik.

A szűrő funkciótól meg fogok szabadulni és a szűrőket műszerként fogom létrehozni.

Cél (target):

Valami ami meg tud jeleníteni, vagy el tud menteni mért eredményeket. Jelenleg két cél eszköz érhető el:

- Digitális megjelenítő: ki tudja írni a mért értéket, továbbá minimum, maximum és átlag értéket is kijelez, változtatható helyiértékkel (pontossággal)

- Grafikon megjelenítő: A mért értéksorozatot grafikonként jeleníti meg, több különböző mérési sorozat megjelenítésére alkalmas, lineáris vagy logaritmikus skálát használva (még nincs teljesen kész)

Kapcsolatok (connections):

Ez nem része a mérési láncnak. Ez a műszerek és a PC közötti kommunikációs interfész. Ami jelenleg elérhető:

- AvrGPIB - Az én saját tervezésű GPIB csatolóm (a fejlesztésről írtam pár cikket korábban)

- IVI VISA - Az iparági szabvány csatoló. Én a Keysight szoftver könyvtárával és egy Keysight USB/GPIB csatolóval próbáltam. Ez egyenlőre még eléggé instabil. További fejlesztés szükséges.

- Soros - Ezt meg is valósítottam meg nem is. Az AvrGPIB ezt használja mint legalsó szoftver réteg, de közvetlenül egyenlőre próbáltam, így ilyenkor lehetnek vele gondok.

Tehát, itt tartok jelenleg. Kipróbáltam a HP 3478A-val:

Majd később a HP 8903B-vel is:

Ez csak egy váltakozó feszültségű szint mérés, a kimenet és a bemenet közvetlenül összekötve, 20-20000Hz-es pásztázás, 1V jelszint. Sajnos ezen látható némi hiba:

Némi módosítással a grafikon (még mindig nem végleges):

Látszik egy 2% körüli hiba. A műszer némi javításra szorul (minimum a táp kondenzátorok cseréjére).

Folytatni akarom a fejlesztést, hozzáadva további műszerek támogatását. Ezen túl is rengeteg ötletem van a program továbbfejlesztésére.

A kód C#.Net-ben készült Visual Studio 2019-el. A kód itt található:

https://gitlab.com/suf/suf-electronics-VirtualInstrument

Bárki akinek tetszik a project, van szabadideje, némi programozási tudása, és szeretne segíteni a fejlesztésben, jelentkezzen nálam, minden segítséget szívesen fogadok.