3. Структурная схема и принцип работы автоматизированной установки

Рисунок 2.2 – Структурная схема автоматизированной установки. 1 – генератор (ГСС-05); 2 – ЭВМ; 3 – двухканальный АЦП (Lcard E20-10); 4 – осциллограф; RД – набор резисторов; ПР – пьезоэлектрический преобразователь.

Автоматизированная установка состоит из генератора сигналов, двухканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), набора резисторов, персонального компьютера ЭВМ и программного обеспечения. Структурная схема установки представлена на рис. 2.2.

ЭВМ осуществляет управление работой генератора и АЦП. Напряжение от генератора 1 подается на делитель, состоящий из добавочного резистора R_Д и преобразователя ПР. Сигналы, снимаемые с добавочного резистора R_Д и преобразователя ПР, поступают на вход АЦП 3. АЦП 3 преобразует входные сигналы в цифровую форму и передает их в ЭВМ 2. Управление работой установки, обработку полученных данных и представление результатов осуществляет программа, написанная в среде разработки Borland C++Builder.

Результатами измерений являются значения U_пр – напряжения на входе преобразователя в В; U_г – напряжения на выходе генераторе в В; φ – разность фаз между током и напряжением на преобразователе в градусах; R_д – сопротивление добавочного резистора в Ом.

Полученные значения используются для расчета характеристик преобразователя:

1. частотной зависимости активной составляющей R_W(f) полного сопротивления ;

2. частотной зависимости динамической емкости С_у(f)

;

3. частотных зависимостей модуля полного сопротивления Z образца определяется по формуле .

Программа может работать в двух режимах: ручном и автоматическом (в заданном диапазоне частот и с заданным шагом).

4. Автоматизация измерений характеристик преобразователей с использованием эвм и современных измерительных приборов

Автоматизация измерений направлена на снижения трудоемкости и повышение точности измеряемых электромеханических параметров акустических антенн и систем. Использование современных цифровых приборов и персональных компьютеров позволяет создать компактные измерительные установки, одна из которых приведена в данной работе.

Цифровые измерительные приборы оснащены стандартными интерфейсами, позволяющими осуществить общение приборов между собой и создание автоматизированных измерительных стендов из набора различных измерительных приборов, АЦП и ЭВМ. Ниже рассмотрены наиболее популярные интерфейсы измерительных приборов и стандарт команд программируемого инструмента.

Коммуникационные интерфейсы RS232, RS485 и RS422

Популярность интерфейсов RS232, RS485 и RS422 опре­деляется невысокой стоимостью портов и кабелей, а также стабильностью использования данных стандартов в раз­личных областях техники, в течение длительного времени, разными производителями. Поддерживаются асинхронный и синхронный режимы обмена данными.

RS232 предназначен для подключения аппаратуры, передающей или принимающей данные, к оконченной аппаратуре каналов данных. RS232 является радиальным интерфейсом, соединяющим всего 2 порта, поэтому понятие адреса в нём отсутствует. Интерфейс RS232 построен на униполярных линиях передачи данных. Сигнал передается относительно общего провода. Поэтому его производительность и мак­симальная длина кабеля невелики.

Логические уровни интерфейсов RS232, RS485 и RS422 указаны в табл. 3.2. Повышенные значения напряжений способствуют улучшению помехозащищённости обмена данными. Этот параметр очень важен в промышленных условиях.

Таблица 1 - Логические уровни интерфейсов RS232, RS485 и RS422

	Уровень логического «0»	Уровень логической «1»
Передатчик	от+5 до+12 В	от-12до-5В
Приёмник	от+3 до+12 В	от-12 до-3 В

Интерфейсы RS485 и RS422 реализованы на диффе­ренциальных линиях связи. Их помехозащищённость очень хорошая. Линии RS485 могут быть длиной до 1 километра. Интерфейсы RS485 и RS422 реализуют магистральный принцип обмена данными. В них может быть адресовано до 63 портов.

Применение интерфейсов RS232, RS485 и RS422 в новых разработках продолжается, несмотря на появление более эффективных стандартов.

Основные причины:

• дешевизна кабельного хозяйства и реализации портов;

• большой парк работающего оборудования, использу­ющего эти стандарты;

• возможность организации гальванической развязки.

Таблица 2 - Сравнительные характеристики RS-протоколов

	RS-232	RS-422	RS-485
Максимальная длина кабеля, м	15	1200	1200
Число приемников	1	10	32
Число передатчиков	1	1	32
Максимальная скорость передачи	20 кбит/с	10 Мбит/с	10 Мбит/с

Периферийный интерфейс USB

USB (Universal Serial Bus) — универсальная последовательная шина. Как и многие современные интерфейсы, он разрабо­тан для применения в персональных компьютерах. Основ­ной целью разработки была необходимость удовлетворить потребность в оперативном подключении периферийных устройств к переносным и в меньшей мере к настольным компьютерам. В стандарте на интерфейс USB заложено множество удобных для пользователя функций:

• «горячее» подключение и отключение устройств;

• питание периферии от хост-компьютера или разветвителя через интерфейсный кабель;

• малогабаритные надёжные разъёмы;

• возможность реализации гальванической развязки;

• поддержка Plug-and-Play;

• высокая скорость обмена данными, особенно в версии спецификации USB 2.0.

USB шина имеет три режима передачи данных:

• Низкоскоростной (LS, Low-speed) 1,5 Мбит/с;

• Полноскоростной (FS, Full-speed) 12 Мбит/с;

• Высокоскоростной (HS, High-speed) 480 Мбит/с.

Стандарт USB определяет электрические и механичес­кие параметры среды передачи данных. Информационные сигналы и питающее напряжение 5 В передаются по четырёхпроводному кабелю. Используется дифференциаль­ный способ передачи сигналов D+ и D— по двум перевитым проводникам. Уровни сигналов передатчиков в статическом режиме должны быть ниже 0,3 В (низкий уровень) или выше 2,8 В (высокий уровень). Приёмники выдерживают входное напряжение в пределах — 0,5...+3,8 В.

Кроме дифференци­ального приёмника каждое устройство имеет линейные приёмники сигналов D+ и D-, а передатчики этих линий управляются индивидуально. Это позволяет различать более двух состояний линии, используемых для организации аппа­ратного интерфейса.

Интерфейс GPIB

Шина IEEE-488 или GPIB (General Purpose Interface Bus) и соответствующий протокол широко используются в программно-аппаратных комплексах для соединения персональных компьютеров и рабочих станций с измерительными инструментами (в частности, в системах сбора данных). Шина IEEE-488 хорошо стандартизована и протестирована, большинство производителей автоматизированных измерительных систем и инструментов встраивают в свои изделия интерфейсы GPIB в качестве основного канала передачи данных.

Шина состоит из 24 проводов. Все сигнальные линии используют отрицательную логику: наибольшее положительное напряжение интерпретируется как логический "0", а наибольшее отрицательное - как логическая "1". Конкретные значения напряжения определены стандартом IEEE-488.