Home
Welkom op de wiki van labcontrol! In deze wiki is alle documentatie te vinden over Labcontrol.
Labcontrol is Computer Guided Labassignment:
- Python: een verzameling van handige objectgeoriënteerde interfaces.
- Remote: alle lab apparatuur in een (elektronica) lab kan op afstand bestuurd worden met behulp van je computer en
- Control: het maken van 'recepten' waardoor je middels een strak gecoördineerde samenwerking van labapparatuur vol automatische een complete karakterisatie kan trekken van de DUT (Device Under Test).
In onderstaande tekening is een schematische weergave van een werkbank in het Elektronica laboratorium op Hogeschool Windesheim te Zwolle:
- Een functiegenerator,
- Een labvoeding,
- Een oscilloscoop en een
- Digitale multimeter.
De reden voor de ontwikkeling van Labcontrol komt uit de dagelijkse onderwijspraktijk: het steeds vaker mislukken van practica. De student kan de koppeling theorie-praktijk niet leggen. Waarom? Omdat de grafiek, die de student had moeten helpen de link te leggen, fout is. De student verlaat daardoor steeds vaker het lab in totale verwarring en frustratie. Fouten ontstaan, steeds meer en steeds makkelijker, tijdens de weg ernaartoe. Waarom is de hamvraag, maar om aantal 'educated guesses' te noemen:
- Studenten hebben meer en meer moeite met het kritisch en nauwgezet lezen van teksten en vooral met het lezen van instructies.
- Dit geldt ook voor algebraïsche rekenvaardigheden en symbolische manipulatie.
- 'Aandacht' en 'geduld'. Daar is gewoon minder van, veel minder. Een vervelende trend, want aandacht en geduld zijn onmisbaar in tijden uitoefening van bèta gebaseerde engineeringsdisciplines.
Hoe dan ook: in plaats van dat een practicum behulpzaam tijdens de bouw van het kennishuis van de student, lijkt het alleen maar afbreuk te doen.
Instrumentatie is de overkoepelende aanduiding voor meetinstrumenten voor het detecteren, meten en vastleggen van fysische grootheden. Instrumentatie is een ander woord voor de kunst en kunde van het bouwen van meetsystemen voor bijvoorbeeld de Industriële Automatisering en de Regeltechniek.
Ooit had elke fabrikant van test- en meetapparatuur zoals oscilliscopen en multimeters (kortweg 'instrumentatie', T&M of TMC), een eigen computer interface, waarvan HPIB of GPIB waarschijnlijk de oudste en de meeste bekende is, want binnen de ontwikkeling van instrumentatie heeft Hewlett Packard (HP) een grote rol gespeeld. Tijdens de jaren '60 van de vorige eeuw maakte HP niet alleen computersystemen, maar ontwierp en produceerde het ook zeer hoogwaardige meetapparatuur. HP wilde graag een standaard bussysteem hebben om de instrumenten met elkaar te verbinden om ze aan te laten sturen door een computer. Dit resulteerde in de ontwikkeling van de zogenaamde 'Hewlett-Packard Interface Bus of HP-IB', die na zijn introductie rond 1970 al in 1975 verheven werd tot de IEEE48.1. In 1987 volgde de IEEE48.2-standaard voor het protocol en de berichtspecificaties, gevolgd door de Standard Commands for Programmable Instruments (SCPI) in 1990. Hoewel SCPI oorspronkelijk ontwikkeld werd voor de IEEE-488.1 (GPIB)-bus, werkt het tegenwoordig naadloos met allerlei communicatieprotocollen, zoals RS-232, RS-422, Ethernet en USB.
In de tussentijd was er geen standaard voor communicatie met instrumentatie. Elk Test & Measurement (T&M) bedrijf had zo zijn eigen systeem. Een aantal T&M bedrijven, zoals Agilent (ontstaan uit HP), Tektronix en National Instruments, hebben de koppen bij elkaar gestoken, wat geresulteerd heeft in diverse standaarden en communicatieprotocollen. De IVI foundation beheert tegenwoordig alle T&M standaarden, waarbij VISA de overkoepelende interface lijkt te zijn.
Een zeer duidelijke constatering na 20 jaar bachelor onderwijs Elektrotechniek is: studenten Bsc. Elektrotechniek (voltijd) hebben veel moeite met het correct uitvoeren van labpractica. Zeer waarschijnlijk heeft dit te maken met dalend abstract denk- en leesvermogen van een gemiddelde student. Best aannemelijk, als je de aanhoudende berichtgeving over afnemende onderwijsprestaties ziet. Want practica mislukken vaker, omdat men moeite heeft met lezen en het vervolgens nauwgezet uitvoeren van opdrachtbeschrijvingen. Verkeerd uitgevoerde metingen leiden tot verkeerde plots en conclusies, waardoor studenten een enorm belangrijke leerervaring missen. Die leerervaring had namelijk de ontdekking moeten zijn dat al die abstracte theorie ook echt werkt in de praktijk, de student krijgt hopelijk op die manier een plaatje van de theorie. En juist dat gebeurt nu niet. Sterker nog, vaak genoeg merk ik dat studenten in verwarring het practicumlokaal verlaten. En net zo vaak vermoed ik dat dit mede komt omdat studenten geen vragen (durfden?) te stellen. Dat is niet jammer, maar enorme gemiste kans. Een goed uitgevoerd practicum is misschien wel onze enige kans om 'bewezen kennis', in de vorm van een plaatje, tussen de oren van jonge mensen te krijgen. Want naast een probleem op rekenen en lezen hebben telefoon en tiktok ook nog eens gezorgd voor een enorme dosis onrust en ongeduld.
In onderstaande figuur staat weergegeven hoe een werkbank in het elektronica lab (T3.62) eruit ziet.
Normaal gesproken voer je metingen uit om te bepalen of een systeem voldoet aan de vooraf gestelde eisen. Tijdens een practicum, waar metingen worden uitgevoerd als onderdeel van een vak binnen een leerlijn, ligt dat iets anders. De reden om metingen door studenten te laten uitvoeren, is laten zien dat de theorie ook echt werkt. Een goed uitgevoerde meting geeft de student kans om aan de abstracte theorie een fysieke betekenis te geven. Een meer dan belangrijke leerervaring.
Voordat er metingen gedaan kunnen worden, zal er eerst een schakeling opgebouwd moeten worden. Daarna moet deze schakeling (Device Under Test) worden aangesloten op bijvoorbeeld labvoeding, functiegenerator en oscilloscoop, zoals op bovenstaande afbeelding staat weergegeven.
Een meting aan een DUT wordt meestal als volt uitgevoerd:
- De DUT wordt volgens de voorschriften opgebouwd.
- Voedingsspanningen worden ingesteld (overeenkomstig practicumhandleiding)
- Men herhaalt x maal een meting die er als volgt eruit ziet:
- Instellen signaalvorm.
- Instellen amplitude, offset en frequentie.
- Meten van de responsie van de DUT met oscilloscoop
- Regristeren van de data.
- Verwerken van alle data in een grafiek, die overeenkomt met behandelde theorie.
Hoewel het doen van een meting niet persé moeilijk is, kan het zeker saai werk zijn. Daarnaast is het belangrijk dat labpracticanten kritisch zijn. Kritisch in en op alles :
- Kritisch op zichzelf: een proefopstelling moeten volledig volgens instructies worden opgebouwd, alleen dan is de schakeling correct. Daarnaast geldt de regel dat de 'layout' van de opstelling altijd: compact, sterpuntsgevoed en ontkoppeld moet zijn. Dat vereist een kritische houding van diegene die de opstelling opbouwt.
- Kritisch op de spullen: men mag er niet klakkeloos maar vanuit gaat dat de gebruikte appartuur altijd volgens verwachting functioneert,dat kabels in het lab liggen omdat ze 100% foutloos zijn of dat de voor de opstelling gebruikte componenten altijd de juiste is en altijd ook goed is en werkt.
- Kritisch zijn op de uitvoering practicumopdracht of -proef zelf. De regel voor practica is enorm simpel: voordat je meet moet je eerst een verwachting hebben van de uitkomst. Dat betekent dat de opdracht in zijn geheel gelezen wordt en men niet begint voordat men begrijpt waarom deze opdracht, gezien de lesstof, moet worden uitgevoerd. Een meting doen zonder te weten waarom je die opdracht doet en wat er ongeveer uit moet komen, is enorm onverstandig. Sterker nog: het is dom. Heel dom.
- Kritisch op het resultaat. De uitkomsten moeten kloppen in het geheel. Het plaatje moet kloppen. Is dat niet zo? Vragen. Van vragen wordt je beter!
Wat ook precies de oorzaak ook is, metingen worden niet goed uitgevoerd. Daarom labcontrol, omdat je met labcontrol misschien: (a) controleren of studenten de juiste instellingen hebben gemaakt, per meetapparaat (b) of het gemetene daadwerkelijk hetgeen is dat gemeten had moeten worden of (c) studenten te helpen met de uitvoering van de meting zelf, als blijkt dat belangrijke parameters buiten specificaties van de meting dreigen te komen. De hoop daarbij is dat met labcontrol elke student de kans krijgt om met het juiste beeld of plaatje het lab uit te lopen.
Oscilloscoopkunde: zie https://www.tek.com/en/documents/primer/oscilloscope-systems-and-controls