Dwukanałowy system akwizycji i przetwarzania danych oparty na komputerze PC. Schemat, opis

Bezpłatna biblioteka techniczna

ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ
Darmowa biblioteka / Schematy urządzeń radioelektronicznych i elektrycznych

Dwukanałowy system akwizycji i przetwarzania danych oparty na komputerze PC. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Bezpłatna biblioteka techniczna

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Komputery

Komentarze do artykułu

Któregoś dnia autor artykułu musiał zmierzyć charakterystykę spalania płomienia (natężenie promieniowania w dwóch wąskich pasmach widma, związek pomiędzy natężeniami i ich zmianę w czasie w zależności od prędkości ruchu powietrza, objętość substancji palnej itp.). Mógłby załatwić to oscyloskop cyfrowy, ale nie miałem go pod ręką. Konieczne było pilne opracowanie systemu gromadzenia i przetwarzania danych, który mógłby generować co najmniej 100 pomiarów na sekundę w każdym kanale z opóźnieniem czasowym między próbkami o tej samej nazwie nie większym niż 0,5 ms. Informacją wyjściową jest napięcie sygnału w każdym kanale, stosunek ich poziomów oraz różnica pomiędzy poprzednią i kolejną próbką sygnału w każdym kanale.

Oczywiście jest mało prawdopodobne, że wielu czytelników będzie musiało rozwiązać ten sam problem, ale proponowany kompleks sprzętu i oprogramowania można uznać za przykład budowy działającego systemu gromadzenia danych i może służyć jako początkowy impuls do opracowania własnego .

Opisany system składa się z urządzenia zbierającego i przesyłającego dane (nazwijmy to DSD) oraz oprogramowania na komputer PC.Schemat DSD przedstawiono na rys. 1 (nie pokazano na nim fotokonwertera). Jego podstawą jest mikrokontroler flash AT90S4433-8PI (DDI) firmy ATMEL, który zawiera 10-bitowy przetwornik ADC z analogowym multiplekserem. W tym przypadku stosowany jest jednak zewnętrzny przełącznik kanałów wykorzystujący zintegrowane klucze DA1. Wydawało się to wygodniejsze, ponieważ pozwalało na użycie jednego wzmacniacza buforowego opartego na wzmacniaczu operacyjnym DA3 o zmiennym wzmocnieniu Kу. To ostatnie zależy od stanu klucza DA4.1: jeśli jest otwarty, Ku = (R8/R6)+1, a jeśli jest zamknięty, Ku = [R8/(R6||R7)]+1 (tutaj R6| |R7 to rezystancja połączonych równolegle rezystorów R6 i R7).

(kliknij, aby powiększyć)

Stopień wejściowy wzmacniacza operacyjnego DA3 jest zbudowany na tranzystorach MOS. Umożliwiło to zastosowanie rezystorów ochronnych (R1 i R2) na wejściu każdego kanału bez zmniejszania dokładności pomiaru spowodowanego prądem wejściowym (prąd upływu kluczy chipowych DA1 jest również pomijalny). Rezystory są niezbędne, aby wejściowe diody zabezpieczające wbudowane w układ DA1 nie uległy uszkodzeniu, gdy mierzony sygnał przekroczy napięcie zasilania DA1 (maksymalny dopuszczalny prąd płynący przez te diody wynosi 10 mA).

Kolejną ważną cechą zastosowanego wzmacniacza operacyjnego jest to, że jego napięcia wejściowe i wyjściowe mogą osiągać wartości napięcia zasilania (tzw. wzmacniacz operacyjny typu „rail-to-rail”). Dzięki temu można zastosować jeden zasilacz dla wzmacniacza operacyjnego i mikrokontrolera bez zawężania zakresu dynamiki mierzonego sygnału.

Układ DA2 zawiera stabilizator napięcia zasilania urządzenia, a układ DA5 zawiera źródło napięcia odniesienia dla przetwornika A/C mikrokontrolera. Układ DA6 służy do komunikacji uniwersalnego mikrokontrolera asynchronicznego szeregowego transceivera (UART) z komputerem PC poprzez interfejs szeregowy RS232. Diody LED HL1 i HL2 sygnalizują tryby pracy SD.

Złącze XP1 wymagane jest do szeregowego programowania mikrokontrolera w urządzeniu np. za pomocą programatora pokładowego AS1. Złącze XS1 łączy kartę SD z portem szeregowym komputera.

Dwukanałowy system akwizycji i przetwarzania danych oparty na komputerze PC

Program mikrokontrolera napisany jest w asemblerze AVR w środowisku AVR-Studio, które jest swobodnie dystrybuowane przez firmę ATMEL. Aplikacja Windows odpowiedzialna za komunikację z SD i przetwarzanie odbieranych informacji została stworzona w środowisku Delphi 5. Podczas pisania programu bardzo pomógł mi artykuł R. Kusyapkulova „Praca z portami szeregowymi w Windows 95” („Radio”, 2000, nr 1, s. 23). W oknie środowiska Delphi aplikacja wygląda jak na rys. 2.

Rozważmy działanie oprogramowania i sprzętu administratora danych jako całość. Po złożeniu całego systemu i wykonaniu wszystkich niezbędnych połączeń można uruchomić aplikację. Jego okno pojawi się na monitorze komputera. W tym momencie mikrokontroler SD znajduje się w trybie ciągłego odpytywania odbiornika UART. Zaświeci się wskaźnik HL1 (gotowy do odbioru). Program mikrokontrolera na bieżąco sprawdza stan bitu RXC w rejestrze UCSRA, czekając aż przejdzie on do stanu jedynego. System znajduje się w trybie oczekiwania na działania użytkownika. Można zmienić wzmocnienie ścieżki pomiarowej SD lub rozpocząć cykl pomiarowy. W pierwszym przypadku należy „kliknąć” w przycisk „Ky=0,5” lub „Ky=1”. Za przełączanie wzmocnienia w aplikacji odpowiedzialne są komponenty RadioButton 1 i Radiobutton 2. Przykładowo, jeśli „klikniesz” w przycisk „Ku=0,5”, uruchomi się procedura obsługi zdarzenia RadioButton2Click, a zmienna Kamp przyjmie wartość 110 Kod ten odpowiada zmniejszonemu wzmocnieniu (warunkowo Ku=0,5). Teraz możesz nacisnąć przycisk „Start” (nie jest on widoczny na ryc. 2, ponieważ znajduje się nad nim przycisk „Zakończ”), rozpoczynając w ten sposób cykl pomiarowy.

W tym miejscu wskazane jest rozważenie ogólnej ideologii wymiany danych między USD a komputerem. Rozpoczęty cykl pomiarowy musi zostać w pewnym momencie zatrzymany. Opisany system przyjmuje następującą taktykę. Pomiar nie jest wykonywany w sposób ciągły, ale w odstępach nieco większych niż 2 s (ustawianych przez właściwość Interval komponentu Timerl w aplikacji). Trzysta pomiarów w każdym kanale zajmuje niecałe 2 sekundy. Zatem jeśli zdarzenie Timer1Timer rozpoczyna cykl pomiarowy (300 pomiarów w każdym kanale), to na jego końcu, przed wystąpieniem kolejnego zdarzenia Timer1Timer, pozostanie niewielka ilość czasu wystarczająca, aby aplikacja zareagowała na zdarzenie bbCompleteKeyPress (jeśli naciśnięto przycisk „Zakończono”). Należy pamiętać, że w jednym cyklu pomiarowym USD wyśle do komputera PC 1200 bajtów informacji, ponieważ wynik każdego pomiaru składa się z dwóch bajtów.

Zatem po naciśnięciu przycisku „Start” uruchamiany jest timer z okresem 110 ms (patrz program aplikacji, procedura TForml bbStartClick). Po upływie tego czasu kontrola przechodzi do procedury obsługi zdarzenia Timer1Timer. Przez port szeregowy kod 110 lub 130 (odpowiednio zmniejszone lub normalne wzmocnienie) jest przesyłany do USD - zmiennej Kamp. Mikrokontroler odbiera te dane, ustawia wymagane wzmocnienie zamykając lub otwierając przełącznik DA4.1 i czeka na otrzymanie nowych informacji. W tym momencie komputer PC przesyła kod 100 do USD (zmienna ActionKey w programie użytkowym). Mikrokontroler po otrzymaniu tej informacji wyłącza wskaźnik HL1, włącza wskaźnik HL2 („Transfer w toku”) i rozpoczyna cykl pomiarowy (etykieta akcji w programie mikrokontrolera). Po wykonaniu jednego pomiaru w każdym kanale, mikrokontroler mikrokontroler przesyła dane do komputera PC i robi krótką przerwę w celu zapewnienia wymaganej częstotliwości próbkowania sygnału. Następnie pomiary, transfer danych i pauza powtarzane są jeszcze 299 razy, po czym mikrokontroler przechodzi w stan czuwania na informacje z komputera PC (gaśnie wskaźnik HL2 i zapala się HL1). Jeżeli w trakcie cyklu (≈2,1 s) został naciśnięty przycisk „Complete”, to natychmiast po odebraniu ostatnich 1200 bajtów sterowanie przekazywane jest do obsługi bbCompleteKeyPress. Komputer przesyła do USD kod 120, który nie jest rozpoznawany przez mikrokontroler jako znany, w wyniku czego USD pozostaje w trybie oczekiwania na polecenie z komputera.

Jeżeli nie naciśnięto przycisku „Zakończono”, po wystąpieniu zdarzenia Timer1Timer rozpocznie się nowy cykl pomiarowy. I tak dalej, aż do naciśnięcia przycisku „Zakończono”.

Obsługa bbCompleteKeyPress również przetwarza otrzymane informacje i generuje plik tekstowy, w którym w wygodnej formie prezentowane są wyniki pomiarów. Każdy cykl pomiarowy jest tutaj nazywany blokiem z odpowiednim numerem. Fragment pliku tekstowego data_temp.txt pokazano na rys. 3. Tekst zawiera coś w rodzaju „nagłówka” tabeli, gdzie „Liczba pomiarów” to numer pomiaru (od 1 do 300 w pierwszym bloku); IR - napięcie sygnału kanału 1; dif IR - różnica pomiędzy poprzednimi i kolejnymi pomiarami kanału 1; kr - napięcie sygnału kanału 2; dif кр - różnica pomiędzy poprzednim i kolejnym pomiarem kanału 2; dif - stosunek poziomu sygnału pierwszego kanału do poziomu drugiego.

Dwukanałowy system akwizycji i przetwarzania danych oparty na komputerze PC

Ustawienie DSD sprowadza się do ustawienia napięcia +5 V poprzez dobranie rezystora R5 (powinno ono być nie mniejsze niż przykładowe na wejściu AREF DD1, ale nie większe niż 6 V)

Mikroukład KR1157EN1 (DA2) można zastąpić importowanym analogiem LM317L, a także dowolnym regulowanym stabilizatorem napięcia o dodatniej polaryzacji o prądzie wyjściowym co najmniej 30 mA. Zamiast wzmacniacza operacyjnego KR1446UD1A (DA3) możesz użyć KR1446UD4A; stosowanie modyfikacji z innymi indeksami literowymi jest niepożądane ze względu na wyższe napięcie przesunięcia zera.

Rezystory - dielektryk metaliczny C2-23, C2-33; kondensatory C1-C3 - tantal tlenkowo-półprzewodnikowy K53-1, K53-4; reszta to ceramika KM, K10-17. Przepustnica L1 - zunifikowany DM, DPM. Złącza XP1 - PLD10, XS1 - DRB-9FB. Rezonator kwarcowy ZQ1-RK169MA-6AP-6000K.

Programy na mikrokontroler (program 1) i PC (program 2)

Autor: M.Bogdanov, Sarow, obwód Niżny Nowogród.

Zobacz inne artykuły Sekcja Komputery.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Sztuczna skóra do emulacji dotyku 15.04.2024

W świecie nowoczesnych technologii, w którym dystans staje się coraz bardziej powszechny, ważne jest utrzymywanie kontaktu i poczucia bliskości. Niedawne odkrycia w dziedzinie sztucznej skóry dokonane przez niemieckich naukowców z Uniwersytetu Saary wyznaczają nową erę wirtualnych interakcji. Niemieccy naukowcy z Uniwersytetu Saary opracowali ultracienkie folie, które mogą przenosić wrażenie dotyku na odległość. Ta najnowocześniejsza technologia zapewnia nowe możliwości wirtualnej komunikacji, szczególnie tym, którzy znajdują się daleko od swoich bliskich. Ultracienkie folie opracowane przez naukowców, o grubości zaledwie 50 mikrometrów, można wkomponować w tekstylia i nosić jak drugą skórę. Folie te działają jak czujniki rozpoznające sygnały dotykowe od mamy lub taty oraz jako elementy uruchamiające, które przekazują te ruchy dziecku. Dotyk rodziców do tkaniny aktywuje czujniki, które reagują na nacisk i odkształcają ultracienką warstwę. Ten ... >>

Żwirek dla kota Petgugu Global 15.04.2024

Opieka nad zwierzętami często może być wyzwaniem, szczególnie jeśli chodzi o utrzymanie domu w czystości. Zaprezentowano nowe, ciekawe rozwiązanie od startupu Petgugu Global, które ułatwi życie właścicielom kotów i pomoże im utrzymać w domu idealną czystość i porządek. Startup Petgugu Global zaprezentował wyjątkową toaletę dla kotów, która automatycznie spłukuje odchody, utrzymując Twój dom w czystości i świeżości. To innowacyjne urządzenie jest wyposażone w różne inteligentne czujniki, które monitorują aktywność Twojego zwierzaka w toalecie i aktywują automatyczne czyszczenie po użyciu. Urządzenie podłącza się do sieci kanalizacyjnej i zapewnia sprawne usuwanie nieczystości bez konieczności ingerencji właściciela. Dodatkowo toaleta ma dużą pojemność do spłukiwania, co czyni ją idealną dla gospodarstw domowych, w których mieszka więcej kotów. Miska na kuwetę Petgugu jest przeznaczona do stosowania z żwirkami rozpuszczalnymi w wodzie i oferuje szereg dodatkowych funkcji ... >>

Atrakcyjność troskliwych mężczyzn 14.04.2024

Od dawna panuje stereotyp, że kobiety wolą „złych chłopców”. Jednak najnowsze badania przeprowadzone przez brytyjskich naukowców z Monash University oferują nowe spojrzenie na tę kwestię. Przyjrzeli się, jak kobiety reagowały na emocjonalną odpowiedzialność mężczyzn i chęć pomagania innym. Wyniki badania mogą zmienić nasze rozumienie tego, co sprawia, że mężczyźni są atrakcyjni dla kobiet. Badanie przeprowadzone przez naukowców z Monash University prowadzi do nowych odkryć na temat atrakcyjności mężczyzn w oczach kobiet. W eksperymencie kobietom pokazywano zdjęcia mężczyzn z krótkimi historiami dotyczącymi ich zachowania w różnych sytuacjach, w tym reakcji na spotkanie z bezdomnym. Część mężczyzn ignorowała bezdomnego, inni natomiast pomagali mu, kupując mu jedzenie. Badanie wykazało, że mężczyźni, którzy okazali empatię i życzliwość, byli bardziej atrakcyjni dla kobiet w porównaniu z mężczyznami, którzy okazali empatię i życzliwość. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

Kolejna bariera dla Marsa 18.12.2011

Eksperci wyrażają uzasadniony sceptycyzm wobec załogowych lotów na Marsa: astronauci będą musieli zbyt długo znosić nieważkość i promieniowanie kosmiczne.

Okulary trzeba było ostatnio wysłać na Międzynarodową Stację Kosmiczną: okazało się, że miesiące spędzone w stanie zerowej grawitacji powodują u niektórych choroby oczu i istnieje niebezpieczeństwo, że załoga poleci na Marsa już ślepa. Spośród astronautów NASA, którzy spędzili sześć miesięcy na stacji, 35-60 procent doświadczyło niewyraźnego widzenia.

Powodem jest obrzęk siatkówki w miejscu, z którego wychodzi nerw wzrokowy. Wszyscy astronauci z wyjątkiem jednego odzyskali wzrok po powrocie na Ziemię, ale w zasadzie ta choroba, nieleczona, może prowadzić do ślepoty.

Powody nie są do końca jasne. Uważa się, że przy zerowej grawitacji płyn mózgowo-rdzeniowy zbyt mocno naciska na mózg. Zamiast spływać do dolnego odcinka kręgosłupa pod wpływem grawitacji, naciska na mózg i wystające z niego nerwy, a one nie są do tego przystosowane.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Nowa metoda diagnozowania zaburzeń lękowych

▪ Odkryto nowy rodzaj biomolekuł

▪ Super-manewrowy satelita Tsubame

▪ Ultrabook hybrydowy Toshiba Portege Z10T

▪ ISS stanie się stacją paliwową dla satelitów

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja witryny A potem pojawił się wynalazca (TRIZ). Wybór artykułu

▪ artykuł Ciemne królestwo. Popularne wyrażenie

▪ artykuł Która z komet jest najbardziej znana? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Ślusarz do naprawy agregatów technologicznych. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy