V dnešní době hrají počítače klíčovou roli v mnoha vědeckých a technických oborech, včetně experimentální fyziky a inženýrství. Předmět "Počítače v experimentu" se zaměřuje na praktické aspekty využití počítačů jako řídicích prvků experimentálních sestav, na speciální software pro ovládání přístrojů, vytváření virtuálních přístrojů a vyhodnocování výsledků experimentů.
Hardwarové aspekty počítačového řízení experimentů
V oblasti technických prostředků je věnována pozornost klíčovým komponentám, které umožňují propojení počítače s měřicími přístroji a reálným světem. Mezi ně patří A/D a D/A převodníky, které transformují analogové signály na digitální a naopak. Dále jsou to normalizovaná rozhraní jako GPIB (General Purpose Interface Bus), MXI (Multisystem eXtension Interface), USB (Universal Serial Bus) a FireWire (IEEE 1394), která zajišťují standardizovanou komunikaci mezi přístroji. Neopomenutelná jsou také sériová (RS232) a paralelní (Centronics) porty, které i přes svůj věk stále nacházejí uplatnění v určitých aplikacích. Důležitou součástí jsou také měřicí zásuvné moduly, které rozšiřují možnosti počítače pro sběr a zpracování dat.
Softwarová podpora pro řízení a sběr dat
V oblasti programové podpory řízení, sběru dat a vyhodnocení experimentu je podán přehled o existujících systémech. Podrobněji je pak pojednáno o platformě LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench), která se stala standardem pro vytváření virtuálních přístrojů a automatizovaných měřicích systémů. LabVIEW umožňuje uživatelům vizuálně programovat pomocí grafického programovacího jazyka, což zjednodušuje návrh a implementaci složitých experimentálních sestav.
V rámci praktických cvičení se studenti seznámí se základními charakteristikami normalizovaných rozhraní. Pro návrh a realizaci některých jednoduchých automatizovaných experimentů se využívá zvuková karta PC a multifunkční měřicí moduly National Instruments. Z programovacích prostředí se využívá převážně systému LabVIEW, v rámci projektů také prostředí Matlab.
Výsledky učení a praktické dovednosti
Absolvováním předmětu studenti získají schopnost realizace experimentu řízeného počítačem pomocí standardních rozhraní a programovacích nástrojů. Podrobnější znalost rozhraní RS232, Centronics a GPIB pak umožní řešit i méně standardní situace. Dalším klíčovým výstupem je schopnost realizace jednoduchých virtuálních přístrojů v prostředí LabVIEW.
Předpoklady a metody výuky
Mezi předpoklady pro úspěšné absolvování předmětu patří znalost číselných soustav (dekadická, binární, hexadecimální), základy programování v některém programovacím jazyce (Pascal, Visual Basic, C) a povědomí o technických prostředcích počítače. Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Hodnocení a cíle kurzu
Výsledná klasifikace je dána úrovní závěrečného projektu (70%) a zpracováním experimentálních úloh (30%). Cílem kurzu je seznámit studenty se základními prvky automatizovaného měření s počítačovou podporou na takové úrovni, aby byli schopni připojit měřicí přístroje k počítači přes standardní rozhraní a ovládat je pomocí standardních programovacích nástrojů. Studenti se naučí také využít sériový a paralelní port PC pro generování a testování binárních signálů.
Související téma: Hluk a vibrace v technickém prostředí
Dalším souvisejícím tématem, které se dotýká měření a hodnocení fyzikálních veličin, je předmět "Hluk a vibrace". Tento kurz se zabývá vznikem a šířením zvuku a vibrací, jejich monitorováním a snižováním v životním a pracovním prostředí. Studenti se seznámí se snímači a měřicími přístroji, vlivem vibrací na člověka a metodami snižování hluku a vibrací. Důležitou součástí je také legislativa pro měření a hodnocení těchto jevů.
Základní a doporučená literatura
Pro hlubší studium problematiky jsou k dispozici relevantní odborné publikace. Mezi základní literaturu patří materiály od National Instruments týkající se rozhraní GPIB a VXIbus, jakož i praktické příručky pro práci s LabVIEW. Doporučená literatura rozšiřuje znalosti o hardwaru počítačů a praktickém využití USB.
