Двухканальная система сбора и обработки данных на базе ПК. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Компьютеры

 Комментарии к статье

Однажды автору статьи понадобилось снять характеристики горения пламени (интенсивность излучения в двух узких полосах спектра, соотношение между интенсивностями и их изменение во времени в зависимости от скорости движения воздуха, объема горючего вещества и др.). С этой задачей мог бы справиться цифровой осциллограф, но его в распоряжении не было. Пришлось срочно разрабатывать систему сбора и обработки данных, которая могла бы производить не менее 100 измерений в секунду в каждом канале с задержкой по времени между одноименными выборками не более 0,5 мс. Выводимая информация - напряжение сигнала в каждом канале, отношение их уровней и разница между предыдущей и последующей выборками сигнала в каждом канале.

Безусловно, вряд ли многим читателям потребуется решать ту же задачу, однако предлагаемый программно-аппаратный комплекс можно рассматривать как пример построения работоспособной системы сбора данных, и она может послужить начальным толчком к разработке собственной.

Описываемая система состоит из устройства сбора и трансляции данных (назовем его УСД) и программного обеспечения для ПК Принципиальная схема УСД изображена на рис. 1 (фотопреобразователь на ней условно не показан). Его основа - флэш-микроконтроллер AT90S4433-8PI (DDI) фирмы ATMEL, имеющий в своем составе 10-разрядный АЦП с аналоговым мультиплексором. В данном случае, однако, применен внешний переключатель каналов на интегральных ключах DA1. Это показалось более удобным, так как позволило использовать один буферный усилитель на ОУ DA3 с переменным коэффициентом усиления Kу. Последний зависит от состояния ключа DA4.1: если он разомкнут, Ку = (R8/R6)+1, а если замкнут, Ку = [R8/(R6||R7)]+1 (здесь R6||R7 - сопротивление параллельно соединенных резисторов R6 и R7).

(нажмите для увеличения)

Входной каскад ОУ DA3 построен на МОП-транзисторах. Это позволило применить защитные резисторы (R1 и R2) на входе каждого канала без уменьшения точности измерения, вызванного входным током (ток утечки ключей микросхемы DA1 также пренебрежимо мал). Резисторы необходимы для того, чтобы встроенные в микросхему DA1 входные защитные диоды не вышли из строя при превышении измеряемым сигналом напряжения питания DA1 (предельно допустимый ток через эти диоды - 10 мА).

Еще одна важная особенность примененного ОУ в том, что его входное и выходное напряжения могут достигать значений напряжений питания (так называемый rail-to-rail ОУ). Благодаря этому можно использовать один источник питания для ОУ и микроконтроллера без сужения динамического диапазона измеряемого сигнала.

На микросхеме DA2 собран стабилизатор напряжения питания устройства, на DA5 - источник образцового напряжения для АЦП микроконтроллера. Микросхема DA6 служит для связи универсального асинхронного последовательного приемопередатчика (UART) микроконтроллера с ПК по последовательному интерфейсу RS232. Светодиоды HL1 и HL2 - индикаторы режимов работы УСД.

Разъем ХР1 необходим для последовательного программирования микроконтроллера в устройстве, например, внутрисхемным программатором AS1. Через разъем XS1 осуществляется связь УСД с последовательным портом ПК.

Программа для микроконтроллера написана на AVR-ассемблере в среде AVR-Studio которая распространяется фирмой ATMEL свободно. Windows-приложение, отвечающее за связь с УСД и обработку принятой информации, создано в среде Delphi 5. При написании программы мне очень помогла статья Р. Кусяпкулова "Работа с последовательными портами в Windows 95" ("Радио", 2000, № 1, с. 23). В окне среды Delphi приложение выглядит, как показано на рис. 2.

Рассмотрим работу программного обеспечения и аппаратной части УСД в комплексе. После того, как вся система собрана и осуществлены все необходимые подключения, можно запускать приложение. На мониторе компьютера появится его окно. Микроконтроллер УСД в это время находится в режиме постоянного опроса приемника UART. Индикатор HL1 ("Готов к приему") светится. Программа микроконтроллера постоянно проверяет состояние бита RXC в регистре UCSRA, ожидая его перехода в единичное состояние. Система находится в режиме ожидания действий пользователя. Можно либо изменить коэффициент усиления измерительного тракта УСД, либо запустить цикл измерений. В первом случае следует "щелкнуть" по кнопке "Ку=0,5" или "Ку=1". За переключение коэффициента усиления в программе приложения отвечают компоненты RadioButton 1 и Radiobutton 2. к примеру, если "щелкнуть" по кнопке "Ку=0,5", то запустится обработчик события RadioButton2Click и переменная Каmр примет значение 110. Этот код соответствует уменьшенному коэффициенту усиления (условно Ку=0,5). Теперь можно нажать кнопку "Start" (на рис. 2 она не видна, так как поверх нее находится кнопка "Complete"), запустив тем самым цикл измерений.

Здесь целесообразно рассмотреть общую идеологию обмена данными между УСД и ПК. Однажды запущенный цикл измерений должен быть когда-то остановлен. В описываемой системе принята следующая тактика. Измерение проводится не непрерывно, а с интервалами чуть более 2 с (задается свойством Interval компонента Timerl в программе приложения). Триста измерений в каждом из каналов занимает чуть менее 2 с. Таким образом, если по событию Timer1Timer начать цикл измерений (300 измерений в каждом канале), то по его окончании до наступления следующего события Timer1Timer останется небольшое время, достаточное для реакции приложения на событие bbCompleteKeyPress (если была нажата кнопка "Complete"). Заметим, что за один цикл измерений УСД отправит ПК 1200 байт информации, так как результат каждого измерения состоит из двух байт.

Итак, после нажатия кнопки "Start" запускается таймер с периодом 110 мс (см. программу приложения, procedure TForml bbStartClick). По истечении этого времени управление переходит к обработчику события Timer1Timer. Через последовательный порт в УСД передается код 110 или 130 (уменьшенный или нормальный коэффициент усиления соответственно) - переменная Каmр. Микроконтроллер принимает эти данные, устанавливает требуемый коэффициент усиления, замыкая или размыкая ключ DA4.1, и ожидает приема новой информации. В это время ПК передает в УСД код 100 (переменная ActionKey в программе приложения). Микроконтроллер, приняв эту информацию, выключает индикатор HL1, включает индикатор HL2 ("Идет передача") и начинает цикл измерений (метка action в программе микроконтроллера) Проведя по одному измерению в каждом канале, микроконтроллер передает данные на ПК и делает короткую паузу, чтобы обеспечить необходимую частоту выборки сигнала. Затем измерения, передача данных и пауза повторяются еще 299 раз, после чего микроконтроллер переходит в режим ожидания информации от ПК (индикатор HL2 гаснет, a HL1 зажигается). Если за время цикла (≈2,1 с) была нажата кнопка "Complete", то сразу после окончания приема последнего из 1200 байт управление передается обработчику bbCompleteKeyPress. Компьютер передает на УСД код 120, который не распознается микроконтроллером как известный, вследствие чего УСД остается в режиме ожидания команды с ПК.

Если же кнопка "Complete" не была нажата, то новый цикл измерений запустится по наступлению события Timer1Timer. И так до тех пор, пока кнопка "Complete" не будет нажата.

Обработчик bbCompleteKeyPress, кроме того, обрабатывает принятую информацию и формирует текстовый файл, в котором результаты измерений представлены в удобной форме. Каждый цикл измерений назван здесь блоком с соответствующим номером. Фрагмент текстового файла data_temp.txt представлен на рис. 3. Текст содержит некоторое подобие "шапки" таблицы, где "№ изм" - номер измерения (от 1 до 300 в первом блоке); ИК - напряжение сигнала канала 1; dif ИК - разница между предыдущим и последующим измерениями канала 1; кр - напряжение сигнала канала 2; dif кр - разница между предыдущим и последующим измерениями канала 2; dif - отношение уровня сигнала первого канала к уровню второго.

Налаживание УСД сводится к установке напряжения +5 В подбором резистора R5 (оно должно быть не менее образцового на входе AREF DD1, но не более 6 В)

Микросхему КР1157ЕН1 (DA2) можно заменить импортным аналогом LM317L, а также любым регулируемым стабилизатором напряжения положительной полярности с выходным током не менее 30 мА. Вместо ОУ КР1446УД1А (DA3) можно использовать КР1446УД4А; применение модификаций с другими буквенными индексами нежелательно из-за большего напряжения смещения нуля.

Резисторы - металлодиэлектрические С2-23, С2-33; конденсаторы С1-C3 - оксидно-полупроводниковые танталовые К53-1, К53-4; остальные - керамические KM, К10-17. Дроссель L1 - унифицированный ДМ, ДПМ. Разъемы ХР1 - PLD10, XS1 - DRB-9FB. Кварцевый резонатор ZQ1- РК169МА-6АП-6000К.

Программы для микроконтроллера (программа 1) и ПК (программа 2)

Автор: М.Богданов, г.Саров Нижегородской обл.

Смотрите другие статьи раздела Компьютеры.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Питомцы как стимулятор разума 06.10.2025

Помимо эмоциональной поддержки, домашние питомцы могут оказывать заметное воздействие на когнитивные процессы, особенно у пожилых людей. Новое масштабное исследование показало, что общение с кошками и собаками не просто улучшает настроение - оно действительно способствует замедлению возрастного снижения умственных способностей. Работа проводилась в рамках проекта Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE), охватывающего период с 2004 по 2022 год. В исследовании приняли участие тысячи европейцев старше 50 лет. Анализ показал, что владельцы домашних животных демонстрируют более устойчивые когнитивные функции по сравнению с теми, кто не держит питомцев. Особенно выражен эффект оказался у владельцев кошек и собак. Согласно данным ученых, владельцы собак дольше сохраняют хорошую память, в то время как хозяева кошек медленнее теряют способность к быстрому речевому взаимодействию. Исследователи связывают это с тем, что ежедневное взаимодействие с животными требует внимани ...>>

Мини-ПК ExpertCenter PN54-S1 06.10.2025

Компания ASUSTeK Computer презентовала новый мини-компьютер ASUS ExpertCenter PN54-S1. Устройство ориентировано на пользователей, которым важно сочетание производительности, энергоэффективности и универсальности - от офисных задач до мультимедийных проектов. В основе ExpertCenter PN54-S1 лежит современная аппаратная платформа AMD Hawk Point, использующая архитектуру Zen 4. Это поколение чипов отличается улучшенным управлением энергопотреблением и повышенной вычислительной мощностью. Новинка доступна в конфигурациях с процессорами Ryzen 7260, Ryzen 5220 и Ryzen 5210, представленных AMD в начале 2025 года. Таким образом, устройство охватывает широкий диапазон задач - от базовых офисных до ресурсоемких вычислений. Корпус мини-ПК выполнен из прочного алюминия и имеет размеры 130&#215;130&#215;34 мм, что делает его практически незаметным на рабочем столе или за монитором. Несмотря на компактность, внутренняя компоновка позволяет установить два модуля оперативной памяти SO-DIMM ...>>

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Случайная новость из Архива Самая высокая автономная овощная ферма 07.12.2023 В юго-западной провинции Китая Сычуань введено в эксплуатацию уникальное сельскохозяйственное сооружение - самую высокую в мире беспилотную вертикальную ферму. Запуск самой высокой беспилотной вертикальной фермы в Китае не только подчеркивает стремление к технологическим инновациям в сельском хозяйстве, но и отражает важность обеспечения продовольственной безопасности в условиях глобальных вызовов. Эффективность таких агротехнологических решений становится ключевым элементом обеспечения стабильных поставок пищи в будущем. Эта инновационная инициатива направлена на обеспечение продовольственной самодостаточности для 1,4 миллиарда китайцев и становится актуальной в условиях геополитических напряженностей, которые могут затронуть импорт и цепи поставок. Вертикальные фермы, успешно применяемые в Японии, Сингапуре и Соединенных Штатах, представляют собой эффективные агротехнологические системы, обеспечивающие круглогодичное производство продуктов в многоэтажных сооружениях. Они могут успешно функционировать в различных условиях, от городских территорий до пустынь, обеспечивая стабильные поставки пищи в областях, где традиционное земледелие неэффективно.

Другие интересные новости:

▪ Жидкие нанотранзисторы для суперкомпьютеров

▪ Развить в себе эхолокацию может каждый

▪ Лазер с использованием эффекта сверхпроводимости

▪ Светофор с одним фонарем

▪ Миниатюрный ракетный двигатель, работающий на воде

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиоэлектроника и электротехника. Подборка статей

▪ статья Средства защиты гидросферы. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Что такое ящик Пандоры? Подробный ответ

▪ статья Наладчик электротехнических устройств. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Устройство управления двигателем инкубатора. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Блок питания для электромеханических часов типа Слава. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025