1. Структура вимірювально-керуючої системи на основі комп’ютера План
1.1. Будова і призначення вимірювально-керуючої системи
1.2. Біологічні та технічні системи
1.3. Концепція побудови віртуального вимірювального комплексу
1.4. Програмна та апаратна реалізація пристроїв спряження
1.5. Порівняння методів під’єднання пристроїв спряження
1.6. Інтерфейси
1.1. Будова і призначення вимірювально-керуючої системи
Вимірювально-керуюча система (ВКС) складається з комп’ютера (мікроконтролера), пристроїв зв’язку з об’єктом та власне об’єкта (зовнішнього середовища)
Призначення ВКС – аналіз стану об’єкта та цілеспрямований вплив на нього.
Рис.1.1. Вимірювально-керуюча система:
ВП – вимірювальні перетворювачі; ВКП – виконавчі пристрої;
АЦП – аналогово-цифровий перетворювач; ЦАП – цифро аналоговий перетворювач
Перетворення струм-напруга: падіння напруги на резисторі; U=IR.
В якості аналогового сигналу використовується електрична напруга або струм.
Об’єкт є джерелом і приймачем сигналів різноманітної фізичної природи. В той же час комп’ютер працює тільки з цифровими сигналами, тому потрібні пристрої зв’язку комп’ютера з об’єктом, які узгоджують сигнали комп’ютера і об’єкта.
Пристрої зв’язку поділяють:
1) Пристрої (системи) вводу 2) Пристрої (системи) виводу
Система вводу складається з 2 частин:
ВП (вимірювальний перетворювач) – перетворює сигнал довільної фізичної природи в електричний (фотодіод, термопара);
В якості вимірюваної величини використовують: переміщення, швидкість, прискорення, сила, витрати газу і рідини, рівень, тиск, температуру, освітленість.
АЦП – перетворює аналоговий сигнал у цифровий
Пристрої виводу містять також 2 частини:
ВКП (виконавчий пристрій) – може керувати об’єктом за сигналами комп’ютера (реле, яке вмикає двигун або нагрівач; маніпулятори)
ЦАП – перетворює цифровий сигнал в аналоговий
Поширені ВКП: індикатори, двигуни, клапани, маніпулятори.
Для керування ВКП використовують реле: 1) електромагнітні; 2) тиристори; 3) оптопари.
Система вводу/ виводу взаємодіє з комп’ютером через інтерфейс (LPT, ISA, COM, USB)
Існує 3 основних способи отримання даних від датчиків і передачі їх від місцевих регуляторів до пристроїв вищого рівня ієрархії:
Телеметрія (telemetry) – спосіб передачі даних від периферійних пристроїв до центрального в тому випадку, коли двонапрямлена передача незручна або неможлива (наприклад, у випадку космічних об’єктів). Всі дані передаються неперервно у наперед визначеному форматі.
Опитування (polling). Керуючий комп’ютер циклічно опитує стан сенсорів і періодично оновлює стан дані своєї внутрішньої бази даних.
Переривання (interurpt). Метод полягає у передачі тільки тих сигналів, які змінили свій стан. Цифрові змінні передаються при кожній зміні. Для аналогових змінних встановлюється допустимий діапазон зміни параметра, при виході за межі якого значення змінної передається.
Якщо система управління має кілька рівнів, то дані, які можуть оброблятися на локальному рівні, не повинні передаватися на вищі рівні з метою запобігання перевантаженню вищих рівнів.
Рис. 1.2. Під’єднання сенсорів до комп’ютера через контролери