Обзор литературы. 
Компьютерная система контроля параметров культурно-оздоровительного комплекса

По тематике курсового проекта выявлено достаточно большое количество литературы. В данный обзор были вынесены только те, которые были использованы в процессе написания работы.

Возможности персонального компьютера по сопряжению с внешними устройствами через параллельный, последовательный и игровой порты ввода-вывода информации представлены в [1]. Рассматриваются примеры таких устройств сопряжения как АЦП, схемы управления электромоторами, трансиверы, модемы, различные индикаторы, датчики. Для каждого случая приводятся электрические схемы и схемы подключения со всеми необходимыми комментариями. В случае необходимости приводятся тексты программ управления с пояснениями.

Даны необходимые знания по внутреннему устройству, принципу организации, программному управлению последовательного интерфейса RS-232, который будет использоваться для связи с персональным компьютером. Приводится описание и схемы разъемов на вычислительной машине, внешний вид кабеля для подключения с полным описанием всех контактов и используемых сигналов при программировании порта.

Оборудованию, которое может быть использовано при сборке устройства, также рассматривается в [1]. Так, например, здесь описываются источники питания, цифровые и аналоговые генераторы сигналов, средства для разработки плат, экспериментальные платы для портов, которые позволяют проверить правильность передачи и приемы сигнала. Приводятся электрические схемы с краткими пояснениями всех перечисленных устройств.

Способы расширения количества линий ввода-вывода для COM-порта, шифраторы и дешифраторы данных, способы сопряжения схемам, построенных на базе ТТЛ и КМОП, защита цифровой линии рассматривается в [1]. Дается описание шины I2C от компании Philips, позволяющей устройствам обмениваться данными всего по двум сигнальным линиям.

Достаточно полно и в тоже время компактно представлены способы сопряжения аналоговых и цифровых устройств. Приводятся описания схем датчиков интенсивности света, температуры, влажности, предлагаются схемы АЦП, описываются принципы построения радиосвязи с использованием AM/FM приемника и передатчика, приводится схема модема, реализация инфракрасной линии передачи.

Однако имеются и недостатки. Так, например, предложенное описание шины I2C является неудачным для использования в данном проекте, так как этот способ требует использования устройств, специально разработанных и поддерживающих данную шину, что является экономически невыгодным. Вариант реализации радиосвязи также неудачен, так как в нашем случае предполагается передача сигнала на большие расстояния, а это влечет за собой достаточно большую потребляемую мощность, что также является малоэффективным. И последний недостаток связан с тем фактом, что рассматриваемые способы сопряжения предполагают использование только одного датчика, так как не рассматриваются способы их последовательного опроса и контроля.

Несмотря на то, что имеется ряд повторов, тем не менее, присутствует ряд особенностей в [2]. В ней даются примеры описания аналого-цифровых преобразователей, которые выпускаются промышленностью как готовые устройства, которые подключаются к последовательному интерфейсу. С другой стороны, приводится описание современных 8-, 10- и 12-разрядных АЦП последовательного типа для самостоятельной сборки, анализируются вопросы практическая необходимость использования АЦП параллельного типа с большим числом выходных разрядов, если подключение будет производиться к последовательному интерфейсу, выбор источников опорного напряжения. Также присутствует схема с подробным описанием входного усилителя, предназначенного для усиления сигнала до требуемого напряжения. Приведены примеры реализации и подключения датчиков к полученному устройству.

Подробное описание и принципы функционирования датчиков даны в [3]. Здесь поднимаются такие вопросы, как диапазон выходных значений, диапазон измеряемых значений, чувствительность датчика, надежность их применения, особенности их функционирования в различных условиях и проблемы, которые могут возникнуть, а также даются физические составляющие датчиков, такие как сопротивление, температурные и тепловые свойства материалов, теплопередача и другие.

Из особенностей применения датчиков с цифровой техникой представлены следующие: сопряжение датчиков с различными усилителями, схемы возбуждения датчика от генератора тока, источники опорного напряжения и другие. Описываются основные принципы построения и функционирования аналого-цифровых преобразователей, способы организации передачи данных для аналогового сигнала. Ввиду того, что сигнал предполагается передавать аналоговый, то непременным атрибутом такой передачи будет возникший шум. Причин возникновения шума может быть достаточно большое количество. Поэтому рассматривается их классификации (собственные, вносимые другими приборами, шумы от магнитных полей и другие), степень влияния на исходный сигнал и способы их предотвращения.

Опишем основные способы реализации и характеристики датчиков различного применения, которые могут использоваться в данной курсовой работе.

Датчики давления. Дается описание и характеристика датчиков, построенных по следующим технологиям: ртутные, пьезорезистивные, емкостные, оптоэлектронные и вакуумные датчики, описание и принцип их функционирования.

Датчики температуры: терморезистивные, которые, в свою очередь, делятся на достаточно большое количество, термоэлектрические контактные, полупроводниковые на основе p-n-перехода, оптические, акустические и пьезоэлектрические.

Принципы фильтрации питающего напряжения, передача сигнала и помехи, возникающие при этом, рассматриваются в [4]. Дается полное и достаточно подробное описание основных устройств, которые применяются при разработке цифровых систем, например, регистры, компараторы, шифраторы и дешифраторы, сумматор и другие.

Аналоговые и аналогово-цифровые устройства представлены в [5]. К тому же освещаются свойства и особенности применения интегральных микросхем данного типа. Приведенный материал достаточно подробно знакомит с принципами использования операционных усилителей и их применении, линейной и импульсной стабилизации напряжения. Но для использования в данном курсовом проекте нас больше всего будет интересовать аналогово-цифровые преобразователи, описание которых представлено достаточно подробно.

Варианты реализации измерителя температуры с резистивным датчиком и АЦП входного сигнала, предназначенный для использования в ПК, рассматриваются в [6].

Детально проанализированы особенности архитектуры и функционирования микропроцессорных систем, необходимые для организации интерфейса с ОЗУ, ПЗУ и другими внешними устройствам, включая семисегментный индикатор, АЦП и ЦАП в [7]. Основное внимание уделено описанию особенностей технических средств и способов их применения при расширении микропроцессорных систем. В данном курсовом проекте использованы отсюда сведения про последовательный интерфейс связи с ЭВМ, включая принципы преобразования уровней сигналов в соответствии со стандартом RS-232.

Сравнительный анализ современных интерфейсов передачи данных приводится в [8]. Анализ проводится по следующим критериям: скорость передачи данных, расстояние между источником и приемником данных сложность проектирования под данный интерфейс. Также сравниваются возможности однопроводных и многопроводных систем и проблемы, которые возникают при их использовании. Именно на основе данного материала был выбран в качестве связующего звена между компьютером и разрабатываемым устройством последовательный COM-порт, так как он обладает наименьшей сложностью проектирования и наибольшей простотой программирования, а расстояние, на которое возможна передача составляет около 15 метров, при достаточной скорости передачи данных.

Сравнительный обзор современных датчиков температуры представлен в [9]. Здесь представлены описания и подробные характеристики кремниевых датчиков температуры, разработанных компанией Philips Semiconductor, и термодатчики компании Honeywell. Сравнительный анализ представлен по следующим параметрам: диапазон измеряемых температур, сопротивление при 20 градусах по Цельсию, точность измерения и другие.

Сравнительная характеристика датчиков температуры, выпускаемая современной промышленностью, с их подробными характеристиками также рассмотрены в [10−11].

Один из возможных вариантов сопряжения нескольких компьютеров по последовательному порту рассматривается в [13]. Также здесь приводится описание возможных проблем, связанных с тем фактом, когда несколько пользователей попробуют получить доступ к одному и тому же персональному компьютеру. Представленная информация является достаточно важной, так как в реализуемом курсовом проекте планируется подключить к одной ЭВМ несколько датчиков и требуется реализовать схему коммутации рассматриваемых источников информации с одним портом ввода-вывода на вычислительной машине.

Официальными сайтами компаний-производителей различного рода узлов сопряжения являются [14, 15]. Рассмотрение информации с них является обязательными для изучения современных датчиков и других узлов, массово выпускаемых сегодня промышленностью, а также их параметров и характеристик. Также немаловажным фактом является то, что компании представляют специальные руководства для разработчиков, в которых представлены один или несколько способов включения узлов в схему. Анализ информации, полученный с этих сайтов, будет представлен в соответствующем разделе данного курсового проекта.

Варианты современной схемотехнической реализации и особенности применения АЦП и ЦАП представлены в [16]. В частности, здесь представлены АЦП последовательного и параллельного типов. Предложен вариант устройства, который фиксирует превышение входным сигналом установленного порога.

Современные аналого-цифровые преобразователи, выпускаемые некоторыми компаниями, и их подробное описание представлены в [17−20]. Основной недостаток АЦП российского производства в том, что они предлагают полностью готовые устройства, не давая возможности их встраивания в печатную плату. В то время как устройства от Analog Devices и National Semiconductor представляют собой специализированные микросхемы, которые разработчик может включить в разрабатываемое устройство, что позволит создать его более миниатюрным.

Также достаточно полная документация по АЦП следующих типов: последовательные, параллельный, последовательно-параллельные, интегрирующие, представлена в [21]. Описываются статические и динамические параметры, шумы, возникающие при работе устройств.

Датчики давления, выпускаемые промышленностью, с их подробным описанием представлены в [22, 23]. Также достаточно полезным является ресурс [24], т.к. он представляет собой таблицу наиболее часто используемых узлов в схемотехнике и названий компаний-производителей этих самых узлов. Таким образом, можно достаточно быстро сузить список поиска производителей.

Наиболее полным описанием устройств на операционных усилителях является ресурс [25]. Здесь рассматривается понятие идеального усилителя, способы их включения (дифференциальное, инвертирующее, неинвертирующее), рассматривается внутренняя структура, входное и выходное сопротивление схемы. Отдельным разделом представлены функциональные устройства следующих типов: активные электрические, схемы линейного преобразования сигнала, измерительные усилители, генераторы сигналов и другие.

Аналоговые коммутаторы и их схемотехническая реализация приводится в [26]. Кроме общих сведений о реализации, даются их статические, динамические и эксплуатационные параметры и характеристики. Приводятся примеры их эксплуатации.

Требования к оформления курсового проекта приведены в [27]. Здесь рассматриваются примеры оформления отдельных составляющих проекта, а также подробно описаны все требования и стандарты проектирования.

Проведенный анализ литературы указывает, что аналогов проектируемому устройству в прямом виде не существует. Тем не менее, совокупное использование представленной информации вполне достаточно для разработки проектируемого устройства.