Sistema di acquisizione ed elaborazione dati a due canali basato su PC. Schema, descrizione

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Sistema di acquisizione ed elaborazione dati basato su PC a due canali. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Una volta che l'autore dell'articolo aveva bisogno di prendere le caratteristiche della fiamma che brucia (intensità della radiazione in due bande strette dello spettro, il rapporto tra le intensità e il loro cambiamento nel tempo a seconda della velocità del movimento dell'aria, il volume della sostanza combustibile, eccetera.). Un oscilloscopio digitale potrebbe gestire questo compito, ma non era disponibile. Ho dovuto sviluppare urgentemente un sistema di acquisizione ed elaborazione dati che potesse effettuare almeno 100 misurazioni al secondo in ciascun canale con un ritardo temporale tra gli stessi campioni non superiore a 0,5 ms. Le informazioni di uscita sono la tensione del segnale in ciascun canale, il rapporto dei loro livelli e la differenza tra i campioni di segnale precedenti e successivi in ciascun canale.

Naturalmente, è improbabile che molti lettori debbano risolvere lo stesso problema, tuttavia, il sistema hardware e software proposto può essere considerato un esempio di costruzione di un sistema di raccolta dati praticabile e può servire come impulso iniziale per sviluppare il tuo Proprio.

Il sistema descritto è costituito da un dispositivo per la raccolta e la trasmissione dei dati (chiamiamolo DDD) e da un software per PC. 1 (convenzionalmente non è raffigurato un fotoconvertitore). Si basa sul microcontrollore flash ATMEL AT90S4433-8PI (DDI), che include un ADC a 10 bit con un multiplexer analogico. In questo caso, però, viene utilizzato un commutatore di canale esterno sui tasti integrati DA1. Questo sembrava più conveniente, in quanto consentiva l'uso di un amplificatore buffer sull'amplificatore operazionale DA3 con un guadagno Ku variabile. Quest'ultima dipende dallo stato della chiave DA4.1: se è aperta, Ku = (R8/R6)+1, e se è chiusa, Ku = [R8/(R6||R7)]+1 (qui R6||R7 è la resistenza nei resistori collegati in parallelo R6 e R7).

(clicca per ingrandire)

Lo stadio di ingresso dell'amplificatore operazionale DA3 è costruito su transistor MOS. Ciò ha permesso di utilizzare resistori di protezione (R1 e R2) all'ingresso di ciascun canale senza ridurre l'accuratezza della misurazione causata dalla corrente di ingresso (anche la corrente di dispersione dei tasti del microcircuito DA1 è trascurabile). I resistori sono necessari affinché i diodi di protezione in ingresso integrati nel chip DA1 non si guastino quando il segnale misurato supera la tensione di alimentazione DA1 (la corrente massima consentita attraverso questi diodi è 10 mA).

Un'altra caratteristica importante dell'amplificatore operazionale applicato è che le sue tensioni di ingresso e uscita possono raggiungere i valori della tensione di alimentazione (il cosiddetto amplificatore operazionale rail-to-rail). Grazie a ciò, è possibile utilizzare un alimentatore per l'amplificatore operazionale e il microcontrollore senza restringere la gamma dinamica del segnale misurato.

Sul chip DA2 è assemblato un regolatore di tensione per il dispositivo, su DA5 - una fonte di tensione esemplare per l'ADC del microcontrollore. Il chip DA6 viene utilizzato per comunicare il ricetrasmettitore seriale asincrono universale (UART) del microcontrollore con un PC tramite l'interfaccia seriale RS232. LED HL1 e HL2 - indicatori delle modalità operative dell'USD.

Il connettore XP1 è necessario per la programmazione sequenziale del microcontrollore nel dispositivo, ad esempio con il programmatore integrato AS1. Attraverso il connettore XS1, il JCD è collegato alla porta seriale del PC.

Sistema di acquisizione ed elaborazione dati a due canali basato su PC

Il programma per il microcontrollore è scritto in assembler AVR nell'ambiente AVR-Studio, distribuito gratuitamente da ATMEL. L'applicazione Windows responsabile della comunicazione con il DDD e dell'elaborazione delle informazioni ricevute è stata creata nell'ambiente Delphi 5. Durante la scrittura del programma, l'articolo di R. Kusyapkulov "Lavorare con le porte seriali in Windows 95" mi ha aiutato molto (Radio, 2000, n. .1, p.23). Nella finestra dell'ambiente Delphi, l'applicazione appare come mostrato in Fig. 2.

Consideriamo il funzionamento del software e dell'hardware del DRM in un complesso. Dopo che l'intero sistema è stato assemblato e tutte le connessioni necessarie sono state effettuate, è possibile eseguire l'applicazione. Apparirà una finestra sul monitor del computer. In questo momento, il microcontrollore USD è nella modalità di polling costante del ricevitore UART. L'indicatore HL1 ("Pronto a ricevere") si accende. Il programma del microcontrollore controlla costantemente lo stato del bit RXC nel registro UCSRA, aspettando che passi allo stato uno. Il sistema è in attesa dell'azione dell'utente. È possibile modificare il guadagno del percorso di misura DRD o avviare un ciclo di misura. Nel primo caso occorre "cliccare" sul pulsante "Ku=0,5" o "Ku=1". I componenti RadioButton 1 e Radiobutton 2 sono responsabili della commutazione del guadagno nel programma applicativo.Ad esempio, se si "clicca" sul pulsante "Ku=0,5", verrà lanciato il gestore dell'evento RadioButton2Click e la variabile Kamp assumerà il valore 110. Questo codice corrisponde al guadagno ridotto (condizionalmente Ku=0,5). Ora puoi premere il pulsante "Avvia" (non è visibile in Fig. 2, poiché il pulsante "Completa" si trova sopra di esso), avviando così il ciclo di misurazione.

Qui è opportuno considerare l'ideologia generale dello scambio di dati tra DDD e PC. Una volta avviato, il ciclo di misurazione deve essere interrotto a un certo punto. Nel sistema descritto, viene adottata la seguente tattica. La misura non viene effettuata in modo continuo, ma ad intervalli di poco superiori ai 2 s (impostati dalla proprietà Interval del componente Timerl nel programma applicativo). Trecento misurazioni in ciascuno dei canali richiedono poco meno di 2 s. Pertanto, se un ciclo di misurazione viene avviato dall'evento Timer1Timer (300 misurazioni in ciascun canale), dopo il suo termine, rimarrà un breve periodo di tempo prima che si verifichi il successivo evento Timer1Timer, sufficiente affinché l'applicazione reagisca all'evento bbCompleteKeyPress ( se è stato premuto il pulsante "Completa"). Si noti che in un ciclo di misurazione, il DDD invierà 1200 byte di informazioni al PC, poiché il risultato di ciascuna misurazione è costituito da due byte.

Quindi, dopo aver premuto il pulsante "Start", viene avviato un timer con un periodo di 110 ms (vedere il programma applicativo, procedura TForml bbStartClick). Trascorso questo tempo, il controllo passa al gestore dell'evento Timer1Timer. Il codice 110 o 130 (guadagno ridotto o normale, rispettivamente) viene trasmesso al DDD attraverso la porta seriale - la variabile Kamr. Il microcontrollore riceve questi dati, imposta il guadagno richiesto chiudendo o aprendo la chiave DA4.1 e attende la ricezione di nuove informazioni. A questo punto, il PC trasmette il codice 100 (variabile ActionKey nel programma applicativo) al DRC. Il microcontrollore, ricevuta questa informazione, spegne l'indicatore HL1, accende l'indicatore HL2 (“Trasmissione in corso”) e avvia il ciclo di misura (etichetta azione nel programma del microcontrollore) Dopo aver effettuato una misura in ciascun canale, il microcontrollore trasmette dati al PC e fa una breve pausa per garantire la frequenza di campionamento del segnale richiesta. Quindi le misurazioni, il trasferimento dei dati e la pausa vengono ripetuti altre 299 volte, dopodiché il microcontrollore entra nella modalità di attesa delle informazioni dal PC (l'indicatore HL2 si spegne e HL1 si accende). Se durante il ciclo (≈2,1 s) è stato premuto il pulsante "Completa", subito dopo la fine della ricezione dell'ultimo dei 1200 byte, il controllo viene trasferito al gestore bbCompleteKeyPress. Il computer trasmette al DDD il codice 120, che non è riconosciuto dal microcontrollore come noto, per cui il DRD rimane nella modalità di attesa di un comando dal PC.

Se non è stato premuto il pulsante "Complete", al verificarsi dell'evento Timer1Timer verrà avviato un nuovo ciclo di misura. E così via fino a quando non viene premuto il pulsante "Completa".

Il gestore bbCompleteKeyPress elabora anche le informazioni ricevute e genera un file di testo in cui i risultati della misurazione sono presentati in una forma conveniente. Ogni ciclo di misurazione è denominato qui come un blocco con un numero corrispondente. Un frammento del file di testo data_temp.txt è mostrato in fig. 3. Il testo contiene una parvenza di "intestazione" della tabella, dove "No. meas" è il numero della misura (da 1 a 300 nel primo blocco); IR - tensione del segnale del canale 1; dif IR - la differenza tra le misurazioni precedenti e successive del canale 1; cr - tensione del segnale del canale 2; dif cr - la differenza tra le misurazioni precedenti e successive del canale 2; dif - il rapporto tra il livello del segnale del primo canale e il livello del secondo.

Sistema di acquisizione ed elaborazione dati a due canali basato su PC

Stabilire il DCD si riduce all'impostazione della tensione a +5 V selezionando il resistore R5 (deve essere almeno quello esemplare all'ingresso AREF DD1, ma non più di 6 V)

Il microcircuito KR1157EN1 (DA2) può essere sostituito con un LM317L analogico importato, nonché qualsiasi regolatore di tensione regolabile di polarità positiva con una corrente di uscita di almeno 30 mA. Invece di OU KR1446UD1A (DA3), puoi usare KR1446UD4A; l'uso di modifiche con altri indici di lettere è indesiderabile a causa della maggiore tensione di polarizzazione zero.

Resistori - metallo-dielettrico C2-23, C2-33; condensatori C1-C3 - tantalio ossido-semiconduttore K53-1, K53-4; il resto sono KM in ceramica, K10-17. Acceleratore L1 - DM unificato, DPM. Connettori XP1 - PLD10, XS1 - DRB-9FB. Risonatore al quarzo ZQ1-RK169MA-6AP-6000K.

Programmi per il microcontrollore (programma 1) e PC (programma 2)

Autore: M.Bogdanov, Sarov, regione di Nizhny Novgorod.

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