Змінювати частоту генератора, перемикати вимірювальні канали й отримувати результати експерименту можна без особистої присутності в лабораторії. Для цього на кафедрі електронних пристроїв та систем КПІ ім. Ігоря Сікорського розроблено апаратно-програмний комплекс віддаленого доступу до лабораторного обладнання.
Проєкт поєднує вимірювальні пристрої Keysight, програмно керовані релейні модулі та програмне забезпечення на Python. Студент працює з фізичною схемою, спостерігає її поведінку й аналізує дані реальних вимірювань.
Навіщо потрібна така розробка
Дистанційне навчання та обмежений доступ до університетських лабораторій ускладнюють практичну підготовку майбутніх інженерів. Комп’ютерне моделювання допомагає вивчати електричні кола, проте робота з обладнанням дає додатковий досвід: у реальному експерименті проявляються похибки пристроїв, нестабільність компонентів, шуми та вплив з’єднувальних провідників.
Мета проєкту — зробити такі експерименти доступними дистанційно та забезпечити можливість керувати вимірюваннями через комп’ютер.
Як працює комплекс
Вимірювальні пристрої та релейні модулі підключено до лабораторного комп’ютера через USB. Програмне забезпечення передає пристроям команди SCPI: задає параметри сигналів, запускає вимірювання та отримує результати.
Релейні модулі перемикають заздалегідь підготовлені з’єднання на лабораторному стенді. Це дозволяє змінювати конфігурацію досліду та підключати вимірювальні пристрої до різних ділянок кола без ручного переставляння провідників під час роботи.
Для дистанційного доступу використано Chrome Remote Desktop. Через віддалений робочий стіл користувач працює з програмами на лабораторному комп’ютері та керує підключеним обладнанням.
Що можна досліджувати
Роботу комплексу продемонстровано на лабораторному дослідженні електричного резонансу. До складу експериментальної схеми входять котушка індуктивності, конденсатор і резистори.
Функціональний генератор формує сигнал зі змінною частотою, а мультиметр почергово вимірює напруги на елементах схеми. Перемикання вимірювальних каналів виконують реле.
За отриманими даними визначають:
- залежність повного опору кола від частоти;
- напруги на котушці та конденсаторі;
- струм у колі;
- частоту, за якої виникає резонанс.
Під час експерименту можна спостерігати характерні ознаки послідовного резонансу: зменшення повного опору та збільшення струму поблизу резонансної частоти.
Два режими роботи — для викладача і студента
Для комплексу розроблено окремі програми підготовки та виконання лабораторної роботи.
Викладач збирає схему на стенді, перевіряє релейні з’єднання й підключення пристроїв. Автоматизований цикл вимірювань допомагає швидко перевірити працездатність установки та виявити помилки.
Студент виконує вимірювання послідовно: керує експериментом, отримує покази й аналізує результати. Така організація зберігає практичну складову навчання та допомагає зрозуміти зв’язок між налаштуваннями пристроїв і поведінкою електричного кола.
Як перевірили результати
Під час розроблення дослідили вплив самого стенду на вимірювання. Провідники, контакти та релейні модулі мають власні опір, індуктивність і ємність, які можуть спотворювати результати, особливо зі зростанням частоти. Ці параметри виміряли за допомогою LCR-метра Keysight E4980AL та використали для побудови моделі в MATLAB/Simulink. Результати моделювання порівняли з експериментальними частотними характеристиками. Проведене дослідження дозволило оцінити робочий частотний діапазон стенду — близько 2 МГц за прийнятих у роботі обмежень на амплітудні та фазові спотворення. Працездатність комплексу також перевірено під час автоматизованого дослідження резонансного кола.
Які інженерні навички поєднує проєкт
Розробка охоплює програмування на Python, керування вимірювальними пристроями командами SCPI, релейну комутацію, математичне моделювання та статистичну обробку даних. Важлива частина роботи — зіставлення моделі з фізичним експериментом: визначення причин розбіжностей і врахування властивостей реального обладнання.
Практична цінність
Комплекс створює основу для дистанційних лабораторних робіт з теорії електричних кіл та електроніки. Програмне керування дозволяє повторювати вимірювання, автоматизувати підготовку експериментів і використовувати одне робоче місце для дослідження різних заздалегідь зібраних схем. Проєкт показує, як електроніка та програмування допомагають зробити професійне лабораторне обладнання доступнішим для навчання.
Автор: Іван Кушков
Ментор: Євген Вербицький, доктор технічних наук, професор.
Назва конкурсної роботи: «Апаратно-програмний комплекс віддаленого доступу до лабораторного обладнання».
Рік: 2026.
Адреса: вул. Політехнічна 16, 03056, Київ, Україна
Тел.: (044)204-90-70, E-mail: kafedra-eds@lll.kpi.ua
