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:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Голосование в мире животных 18.08.2003 С тридцатых годов прошлого века, когда были открыты доминирующие и подчиненные особи среди животных, утвердилось представление о строгой иерархии и даже диктатуре в сообществах животных. Однако новые данные говорят о том, что в мире животных существует демократия. Эта система лучше, чем подчинение единоличному решению лидера, хотя бы уже потому, что совместное решение большинства члены сообщества выполняют охотнее. Специалисты по поведению животных из университета Суссекса (Великобритания) нашли, что их подопечные даже используют голосование. Мнение по спорным вопросам выражается по-разному. Гориллы похрюкивают, шимпанзе визжат. Когда стая лебедей собирается подняться в воздух, птицы начинают вытягивать шею и кивать головой. Как только частота таких движений у большинства птиц достигает 26 в минуту, стая поднимается на крыло. Стадо благородных оленей, лежащее на траве, переходит на другое место, когда 62 процента взрослых особей поднимутся на ноги. Избирательное право предоставляется не всем, у большинства видов голосуют только взрослые особи. У павианов все решает небольшая группа самцов - "политическая элита". У африканских слонов, напротив, важные решения принимают самки. То же самое у буйволов, причем самки управляют сильной половиной стада своими взглядами. Стадо идет в том направлении, куда смотрит большинство самок. Подсчет голосов не производится. Животные инстинктивно видят, на чьей стороне большинство. Как правило, для утверждения результатов голосования достаточно простого большинства, но у горилл решает перевес в две трети проголосовавших.

Другие интересные новости:

▪ 3LCD-проекторы Epson Home Cinema 1040 и 1440

▪ Комары перестанут нападать на людей

▪ Спасательный робот-гуманоид

▪ Секрет маленьких собачек

▪ Умный рюкзак для слабовидящих

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Блоки питания. Подборка статей

▪ статья Гиббс Уиллард. Биография ученого

▪ статья Какие города мира входят в первую десятку самых дождливых? Подробный ответ

▪ статья Билетный контролер. Должностная инструкция

▪ статья Охранная сигнализация для фермера. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Электрооборудование лифтов. Электропроводка и токоподвод к кабине. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026