13.2. Системы сбора информации с датчиков па базе микроЭвм

Для автоматизированного сбора и обработки электрических сиг­налов, поступающих с различного рода датчиков (температуры, давления, частоты вращения, счетчиков количества жидкости или газа, вибрации и т.п.) широко используются компьютерные системы, оснащенные преобразователями таких сигналов в цифровую фор­му (АЦП, таймерами/счетчиками, коммутаторами и др.) - информа­ционно-вычислительные системы.

Обобщённый алгоритм (рис. 13.3.) ИВС представляет совокуп­ность функционально связанных между собой частных алгоритмов, реализующих единую задачу обработки информации с требуемой точностью. Основными особенностями ИВС является использование в них методов цифровой обработки информации, оптимальных алго­ритмов оценивания измеряемых процессов.

Эти системы конструируются на базе одноплатных микроЭВМ, наиболее совершенными из которых на настоящее время являются так называемые микроРС. В состав микроРС входит материнская плата IBM-совместимого компьютера, уменьшенная в несколько раз, оснащенная современным мощным и быстродействующим процессо­ром Х86. С материнской платой сопрягается плата, предназначенная для сбора сигналов с датчиков, которые удалены от компьютера.

Рисунок 13.3 - Обобщенный алгоритм ИВС.

С компьютером микроРС обычно сопрягается с помощью како­го-либо последовательного интерфейса. Удаленные системы сбора на базе одноплатных микроРС не лишены недостатков, одним из которых является очень высокая стоимость самой микроРС (как минимум равная стоимости стандартного IBM-совместимого компь­ютера, а подчас в несколько раз больше).

Применение таких удаленных систем целесообразно лишь в слу­чае сбора сигналов с очень большого количества датчиков (100 и бо­лее), когда требуется высокоскоростная обработка поступающих сигналов. В случае, когда сигналов немного - десятки или даже еди­ницы, применять системы на базе микроРС нецелесообразно. С другой стороны, существует масса задач, где как раз и тре­буется именно удаленная компьютерная система сбора сигналов с не­большого количества датчиков. Здесь на помощь приходят однокри­стальные микроЭВМ.

Однокристальные микроЭВМ - микрокомпьютеры, расположен­ные в одной микросхеме. В состав такой микроЭВМ входят основ­ные атрибуты компьютера - память, процессор, различные перифе­рийные устройства, интерфейсы (например, для связи с другим ком­пьютером). В последнее время в такую микросхему стали встраивать даже многие атрибуты систем сбора (АЦП, счетчики и генераторы импульсов, параллельные и последовательные порты и др.). Стои­мость однокристальных микроЭВМ невысокая. Они не обладают та­кими колоссальными быстродействием и памятью, как микроРС, но это от них и не требуется.

Применение однокристальных микроЭВМ в удаленных систе­мах сбора сигналов с небольшого количества датчиков наиболее це­лесообразно и оптимально.

Основная идея применения однокристальных микроЭВМ в уда­ленных системах сбора заключается в том, что программа их работы передается в нее из компьютера по последовательному интерфейсу (кабелю), а результаты работы этой программы передаются в компь­ютер по этому же кабелю и полноценно обрабатываются компьюте­ром.

Удаление системы сбора от компьютера может достигать десят­ков и даже сотен метров; при этом, поскольку передача информации осуществляется в цифровом виде, потерь информации нет.

Структурная блок-схема подобной системы приведена на рис. 16.4. Основой системы является устройство сбора и предварительной об­работки аналоговых и частотных сигналов, к которому подсоединя­ются кабели от датчиков, и которое сопрягается с компьютером с помощью оптронной развязки на максимальное пробивное напряже­ние до 3000 вольт. В устройстве применяется однокристальный микроконтроллер со встроенным АЦП. Устройство содержит внешнюю память программ и данных.

Отличительная особенность системы сбора - ее программируемость, т.е. возможность оперативного изменения программы одно­кристального микроконтроллера, которая передается из компьютера и записывается в память. Это позволяет приспосабливать устройство сбора к самым различным задачам (т.е. оно достаточно универсаль­но). Программное обеспечение, написанное на компьютере, также может легко изменяться, и поэтому вся система сбора является ис­ключительно гибкой в программном отношении и может использо­ваться для самых различных целей.

Рисунок 13.4 — Структурная блок-схема удаленной компьютерной системы измерения, регистрации и обработки сигналов.