Разработка системы сбора данных с последующей их оцифровкой и записью на жесткий магнитный диск

В настоящее время жизнь современного человека уже трудно представить без электронных устройств. Они используются во всех сферах жизни и деятельности людей. В современной технике все чаще используются встраиваемые компьютерные системы, основанные на микропроцессорах и однокристальных микроконтроллерах.

Микропроцессорная система - это функционально законченное изделие, состоящее из одного или нескольких устройств.

Микроконтроллер помимо центрального процессора содержит память и многочисленные устройства ввода/вывода: последовательные и параллельные каналы передачи информации, аналого-цифровые преобразователи, таймеры реального времени и т.д.

Микроконтроллеры в основном применяются в системах автоматического управления, встраиваемые в различные устройства: сотовые телефоны, фотоаппараты, телевизоры, стиральные машины, микроволновые печи и т.д.

На сегодняшний день производители микропроцессоров все больше и больше сближают их с однокристальными микроконтроллерами, сочетая в одном кристалле вычислительную мощь и возможность реализации функций контроля и управления.

Использование микроконтроллеров в оборудовании позволяет повысить производительность, качество работы, помогает снизить затраты некоторых ресурсов. Даёт возможность решать сложные проблемы программного регулирования, существенно улучшает технические и экономические характеристики автоматизированного оборудования.

Большинство современных устройств в своем составе имеют хотя бы один микроконтроллер.

Информационно - измерительные и управляющие цифровые и микропроцессорные системы предназначены для измерения, сбора, обработки, хранения и отображения информации с реальных объектов, а также для управления ими.

Очень полно о современных системах сбора данных описывает в своей книге А.Ю. Кузьминов «Интерфейс RS-232. Связь между компьютером и микроконтроллером». Автор этой книги разделяет современные системы сбора данных на два основных класса.

К первому можно отнести так называемые компьютерные системы сбора, когда микроконтроллер расположен в специальном устройстве сопряжения с объектом (УСО), имеющем отдельный корпус, как правило, со своим блоком питания, подключаемым к сети (220В). К этому устройству подведены кабели от датчиков, с которых снимается информация. УСО сопрягается с компьютером по интерфейсу RS-232, по которому в компьютер передаётся измерительная информация. Управление УСО осуществляется также компьютером по тому же интерфейсу, т.е. микроконтроллер получает команды от компьютера, выполняет их, и результат выполнения посылает в компьютер. Последний получает предварительно обработанную (как правило, только оцифрованную) микроконтроллером информацию, окончательно её обрабатывает и выводит результаты этой обработки на экран монитора и/или принтер. Иногда УСО может находиться на значительном удалении от компьютера (до десятков метров и более); такие системы часто называют удаленными.

Отличительные черты компьютерных систем сбора следующие:

· Обмен информацией микроконтроллера с компьютером идет постоянно, кроме того, в некоторых случаях основная программа работы микроконтроллера может передаваться в него из компьютера; в этих условиях от интерфейса потребуется повышенные надежность и скорость обмена (115200 бод); в связи с этим обязательным является возможность программирования микроконтроллера по RS-232.

· «Интеллектуальная» нагрузка на микроконтроллер достаточно низкая; микроконтроллер ничего не считает, ввод/вывод информации осуществляется только по интерфейсу, поэтому программа для микроконтроллера примитивна, как правило, написана на ассемблере и в очень редких случаях её объем превышает 2кбайта; основную «интеллектуальную» нагрузку несет программа, написанная для компьютера.

· Повышены требования к точности измерений; особенно это касается точности временных характеристик: погрешности таких временных характеристик, как общее время измерений (Т), интервал времени измерений (∆Т) и т.п., как правило, не должны превышать 1мс, а в некоторых случаях (если, например, такая система используется в различного рода поверочных установках, да еще связанных с приборами коммерческого учета) должна быть на порядок выше.

· Повышены требования к АЦП: многоканальность (не менее восьми), повышенная точность, дискретность измерений должна быть не менее 16 разрядов; АЦП должен иметь самокалибровку; перед АЦП обязательно должен располагаться низкочастотный фильтр, частота среза которого равна частоте Найквиста - Котельникова (в два раза ниже частоты дискретизации АЦП), кроме того, желательно, чтобы фильтр был еще и заграждающим, т.е. имеющим полюс (0). При этом затухание должно быть не менее |-100| дБ на частоте питающей сети (50Гц).

· Системы, как правило, многоканальные и достаточно универсальные, т.е. имеют несколько(восемь и более) аналоговых, частотных и/или дискретных каналов.

· Имеют свой блок питания, подключаемый к сети, потребление энергии такими системами не имеет особого значения; как правило, микроконтроллер работает при напряжении питания 5 В.

· Выпускаются, как правило, в небольших количествах, причем, львиная доля стоимости системы приходится на программное обеспечение, написанное для компьютера, поэтому стоимость аппаратных средств (а тем более - стоимость микроконтроллера) особого значения не имеют.

Ко второму классу можно отнести так называемые автономные системы сбора, представляющие собой по существу приборы, правда, достаточно «интеллектуальные». Здесь микроконтроллер выступает в качестве основы, как аппаратных, так и программных средств. Автономные системы сбора представляют собой устройства, оснащенные не только средствами измерений (датчиками измерительной информации), сбора и обработки измерительной информации, но и средствами индикации результатов измерений (в простейших системах это может быть, например, цифровой семисегментный индикатор с несколькими цифрами, в более сложных -одно , либо двустрочный алфавитно - цифровой или матричный графический дисплей; иногда автономная система оснащается даже примитивным печатающим устройством, например - кассовый аппарат), а также средствами ручного ввода информации (например, кнопочной мембранной клавиатурой) или хотя бы примитивного ручного управления.

Автономные системы конструируются в отдельном корпусе и оснащаются своим блоком питания (во многих случаях батарейным). Часто автономные системы содержат в своем составе интерфейс сопряжения с компьютером (например, RS-232). Иногда этот интерфейс выполнен только опционально, реже он все -таки используется, но основные его задачи - плановый съём архивной информации, тестирование системы, начальное занесение в систему необходимых коэффициентов и/или режимов работы и т.п. При штатном режиме работы автономной системы интерфейс, как правило, не используется.

Отличительные черты автономных систем сбора следующие:

· Обмен информацией с компьютером по интерфейсу (если он вообще существует) происходит время от времени и достаточно редко; от интерфейса не требуется высокое быстродействие (115200 бод); если автономная система сбора все-таки оборудована интерфейсом RS-232 для обмена информацией с компьютером, то желательна возможность программирования по RS-232.

· «Интеллектуальная нагрузка» на микроконтроллер достаточно высокая; в связи с этим программа для микроконтроллера сложная, как правило, написана на языке Си и, хотя даже современные компиляторы Си (например, С-Keil, V.6.12-6.20) для микроконтроллера и обладают массой оптимизационных свойств (в том числе - оптимизацией объема памяти), эта программа занимает десятки килобайт программной памяти и/или памяти данных; кроме того, повышены требования и к объему ОЗУ.

· Повышенная точность измерения временных характеристик, как правило, не требуется, зато необходим из большой временной диапазон: секунды, минуты, часы, сутки, месяцы и даже годы; это нужно для возможного архивирования результатов измерений, так как автономная система (оснащена, например, батарейным блоком питания с литиевыми элементами) может работать несколько лет.

· Повышены требования к АЦП: многоканальность (не менее восьми), повышенная точность, дискретность измерений должна быть не менее 16 разрядов; АЦП должен иметь самокалибровку; перед АЦП обязательно должен располагаться низкочастотный фильтр, частота среза которого равна частоте Найквиста - Котельникова (в два раза ниже частоты дискретизации АЦП), кроме того, желательно, чтобы фильтр был еще и заграждающим, т.е. имеющим полюс (0). При этом затухание должно быть не менее |-100| дБ на частоте питающей сети (50Гц).

· Не содержат большого числа однотипных измерительных каналов (как правило, число однотипных каналов не превышает трех - четырех), но число различного рода устройств, входящих в состав микроконтроллера, может быть большим (АЦП, ЦАП, таймеры/счетчики, часы, источники опорного напряжения и/или тока и т.п.), т.е. от микроконтроллера требуется повышенная универсальность.

· Во многих случаях работают от батарейного блока питания, поэтому от микроконтроллера требуется пониженное энергопотребление; в связи с этим такие системы, как правило, работают от напряжения 3 В (литиевые батарейки).

· Выпускаются в достаточно больших количествах, поэтому стоимости аппаратных средств (в том числе, стоимость микроконтроллера) играет важную роль, а вот стоимость программного обеспечения, которая иногда даже превышает стоимость программного обеспечения компьютерных систем (программа для микроконтроллера + программа для компьютера), существенного значения не имеет, так как распределяется на большое число устройств.

Похожые стьтьи по экономике

Электронно-микроскопические методы исследования материалов
Разрешающая способность человеческого глаза - около 100 микрометров (0,1 мм), что примерно соответствует толщине волоска. Чтобы увидеть более мелкие предметы, требуются специальные устр ...

Работа нелинейного локатора
Работа нелинейного локатора основана на свойстве полупроводниковых элементов при облучении их зондирующим СВЧ сигналом переизлучать вторую и третью гармоники этого сигнала. Максимальный ...

Цифровая обработка данных с помощью автоматических устройств
  Цифровая обработка данных с помощью автоматических устройств является результатом технического прогресса не только последних десятилетий. Еще в средние века были созданы примитивные по совр ...

Разделы

© 2019 - www.frontinformatics.ru