Компьютерные системы сбора информации с датчиков на базе микроэвм

Для автоматизированного сбора и обработки электрических сигналов, поступающих с различного рода датчиков (температуры, давления, частоты вращения, количества жидкости или газа, вибрации и т. п.), широко используют компьютерные системы, оснащенные преобразователями таких сигналов в цифровую форму (АЦП, таймеры/счетчики, коммутаторы и др.).

Эти системы конструируют на базе одноплатных микроЭВМ, наиболее совершенными из которых в настоящее время являются так называемые микроРС. В состав микроРС входит материнская плата IBM-совместимого компьютера, уменьшенная в несколько раз и оснащенная современным мощным и быстродействующим процессором Х86. С материнской платой уже сопрягается плата, предназначенная для сбора сигналов с датчиков, которые удалены от компьютера.

С компьютером микроРС обычно сопрягается с помощью какого-либо последовательного интерфейса. Удаленные системы сбора на базе одноплатных микроРС не лишены недостатков, одним из которых является очень высокая стоимость самой микроРС (как минимум, равная стоимости стандартного IBM-совместимого компьютера, а подчас в несколько раз больше).

Применение таких удаленных систем целесообразно лишь в случае сбора сигналов с очень большого числа датчиков (100 и более), когда требуется высокоскоростная обработка поступающих сигналов. В случае, когда сигналов немного — десятки или даже единицы, применять системы на базе микроРС нецелесообразно.

Вместе с тем существует масса задач, где как раз и требуется именно удаленная компьютерная система сбора сигналов с небольшого числа датчиков. Здесь на помощь приходят однокристальные микроЭВМ. Однокристальные микроЭВМ — микрокомпьютеры, расположенные в одной микросхеме. В состав такой микроЭВМ входят основные атрибуты компьютера — память, процессор, различные периферийные устройства, интерфейсы (например, для связи с другим компьютером). В последнее время в такую микросхему стали встраивать даже многие атрибуты систем сбора (АЦП, счетчики и генераторы импульсов и др.). Стоимость однокристальных микроЭВМ невысокая. Они не обладают такими колоссальными быстродействием и памятью, как микроРС, но это от них и не требуется.

Применение однокристальных микроЭВМ в удаленных системах сбора сигналов с небольшого числа датчиков — наиболее целесообразно и оптимально.

Основная идея применения однокристальных микроЭВМ в удаленных системах сбора заключается в том, что программа работы однокристальной микроЭВМ передается в нее из компьютера по последовательному интерфейсу (кабелю), а результаты работы этой программы передаются в компьютер по этому же кабелю и полноценно обрабатываются компьютером.

Удаление системы сбора от компьютера может достигать десятков и даже сотен метров; при этом, поскольку передача информации осуществляется в цифровом виде, потерь информации нет.

Микроконтроллеры — это микроЭВМ без привычных для нас монитора, клавиатуры и «мыши», но имеющий специальные устройства: АЦП, ЦАП, интерфейсы связи и т. д.

Структурная блок-схема подобной системы приведена на рис. 12.77. Основой системы является устройство сбора и предварительной обработки аналоговых и частотных сигналов, к которо;

Рис. 12.77. Структурная блок-схема удаленной компьютерной системы измерения, регистрации и обработки сигналов на базе однокристального микроконтроллера

му подсоединяются кабели от датчиков и которое сопрягается с компьютером по интерфейсу RS232, оборудованному оптронными развязками на максимальное пробивное напряжение до 3000 В. В устройстве применяется однокристальный микроконтроллер со встроенным АЦП. Устройство содержит внешнюю память программ и данных.

Отличительная особенность системы сбора — ее программируемость, т. е. возможность оперативного изменения программы однокристального микроконтроллера, которая передается из компьютера и записывается в память. Это позволяет приспосабливать устройство сбора к самым различным задачам (т. е. оно достаточно универсально). Программное обеспечение, написанное на компьютере, также может легко изменяться, и поэтому вся система сбора является исключительно гибкой в программном отношении и ее можно использовать для различных целей.

Рис. 12.78. Структура прибора МПР51.