XNUMX채널 PC 기반 데이터 수집 및 처리 시스템. 구성표, 설명

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PC 기반 XNUMX채널 데이터 수집 및 처리 시스템. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전

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어느 날 기사의 저자는 화염의 연소 특성(스펙트럼의 두 개의 좁은 대역에서 복사 강도, 강도 간의 관계, 공기 이동 속도에 따른 시간 경과에 따른 변화, 부피)을 측정해야 했습니다. 가연성 물질 등). 디지털 오실로스코프가 있으면 이 작업을 수행할 수 있었지만 마음대로 사용할 수 있는 것이 없었습니다. 동일한 이름의 샘플 간 시간 지연이 100ms 이하인 각 채널에서 초당 최소 0,5개의 측정값을 생성할 수 있는 데이터 수집 및 처리 시스템을 시급히 개발해야 했습니다. 출력 정보는 각 채널의 신호 전압, 레벨 비율, 각 채널의 이전 신호 샘플과 후속 신호 샘플 간의 차이입니다.

물론 많은 독자들이 동일한 문제를 해결해야 할 가능성은 낮지만 제안된 하드웨어 및 소프트웨어 복합체는 실행 가능한 데이터 수집 시스템을 구축하는 사례로 간주될 수 있으며 자체 개발을 위한 초기 원동력이 될 수 있습니다. .

설명된 시스템은 데이터 수집 및 전송 장치(DSD라고 함)와 PC용 소프트웨어로 구성되며 DSD의 개략도는 그림 1에 나와 있습니다. 90 (사진 변환기가 표시되지 않음). 그 기반은 아날로그 멀티플렉서가 있는 4433비트 ADC를 포함하는 ATMEL의 AT8S10-1PI(DDI) 플래시 마이크로 컨트롤러입니다. 그러나 이 경우 통합 DA3 키를 사용하는 외부 채널 스위치가 사용됩니다. 이는 가변 이득 Kу를 갖춘 DA4.1 연산 증폭기를 기반으로 하나의 버퍼 증폭기를 사용할 수 있기 때문에 더 편리해 보였습니다. 후자는 DA8 키의 상태에 따라 달라집니다. 열려 있으면 Ku = (R6/R1)+8이고 닫혀 있으면 Ku = [R6/(R7||R1)]+6(여기서는 R7| |R6은 병렬 연결된 저항 R7 및 RXNUMX의 저항입니다.

(확대하려면 클릭하십시오)

연산 증폭기 DA3의 입력단은 MOS 트랜지스터를 기반으로 구축되었습니다. 이를 통해 입력 전류로 인한 측정 정확도를 저하시키지 않고 각 채널의 입력에 보호 저항기(R1 및 R2)를 사용할 수 있습니다(DA1 칩 키의 누설 전류도 무시할 수 있음). 측정된 신호가 DA1 공급 전압을 초과할 때 DA1 칩에 내장된 입력 보호 다이오드가 고장나지 않도록 하려면 저항기가 필요합니다(이 다이오드를 통해 허용되는 최대 전류는 10mA입니다).

사용되는 연산 증폭기의 또 다른 중요한 특징은 입력 및 출력 전압이 공급 전압 값(소위 레일 투 레일 연산 증폭기)에 도달할 수 있다는 것입니다. 덕분에 측정된 신호의 동적 범위를 좁히지 않고도 연산 증폭기와 마이크로 컨트롤러에 하나의 전원 공급 장치를 사용할 수 있습니다.

DA2 칩에는 장치 공급 전압 안정기가 포함되어 있고 DA5에는 마이크로 컨트롤러 ADC용 기준 전압 소스가 포함되어 있습니다. DA6 칩은 RS232 직렬 인터페이스를 통해 UART(범용 비동기 직렬 트랜시버) 마이크로컨트롤러와 PC를 통신하는 데 사용됩니다. LED HL1 및 HL2는 SD의 작동 모드를 나타냅니다.

예를 들어 AS1 회로 내 프로그래머를 사용하여 장치에서 마이크로 컨트롤러를 직렬 프로그래밍하려면 커넥터 XP1이 필요합니다. 커넥터 XS1은 SD를 PC의 직렬 포트에 연결합니다.

XNUMX채널 PC 기반 데이터 수집 및 처리 시스템

마이크로컨트롤러용 프로그램은 ATMEL에서 무료로 배포하는 AVR-Studio 환경의 AVR 어셈블러로 작성되었습니다. SD와의 통신 및 수신 정보 처리를 담당하는 Windows 응용 프로그램은 Delphi 5 환경에서 만들어졌으며 프로그램을 작성할 때 R. Kusyapkulov의 "Windows 95에서 직렬 포트 작업"( "Radio", 2000, No. 1, p. 23). Delphi 환경 창에서 애플리케이션은 그림 2과 같습니다. XNUMX.

데이터 컨트롤러의 소프트웨어와 하드웨어의 작동을 전체적으로 고려해 보겠습니다. 전체 시스템이 조립되고 필요한 모든 연결이 완료되면 애플리케이션을 시작할 수 있습니다. 해당 창이 컴퓨터 모니터에 나타납니다. 이때 SD 마이크로 컨트롤러는 UART 수신기의 지속적인 폴링 모드에 있습니다. HL1(수신 준비) 표시등이 켜집니다. 마이크로컨트롤러 프로그램은 UCSRA 레지스터의 RXC 비트 상태를 지속적으로 확인하여 단일 상태로 전환되기를 기다립니다. 시스템은 사용자 작업을 기다리는 모드입니다. SD 측정 경로의 게인을 변경하거나 측정 사이클을 시작할 수 있습니다. 첫 번째 경우에는 "Ky=0,5" 또는 "Ky=1" 버튼을 "클릭"해야 합니다. RadioButton 1 및 Radiobutton 2 구성 요소는 응용 프로그램의 게인 전환을 담당합니다. 예를 들어 "Ku=0,5" 버튼을 "클릭"하면 RadioButton2Click 이벤트 핸들러가 시작되고 Kamp 변수의 값은 110이 됩니다. 이 코드는 이득 감소(조건부 Ku=0,5)에 해당합니다. 이제 "시작" 버튼(그 위에 "완료" 버튼이 있기 때문에 그림 2에는 표시되지 않음)을 눌러 측정 주기를 시작할 수 있습니다.

여기에서는 USD와 PC 간의 데이터 교환에 대한 일반적인 이념을 고려하는 것이 좋습니다. 일단 측정 주기가 시작되면 특정 지점에서 중지되어야 합니다. 설명된 시스템은 다음 전술을 채택합니다. 측정은 연속적으로 수행되지 않고 2초를 약간 넘는 간격으로 수행됩니다(응용 프로그램에서 Timerl 구성 요소의 Interval 속성에 의해 설정됨). 각 채널에서 2개의 측정을 수행하는 데 1초도 채 걸리지 않습니다. 따라서 Timer300Timer 이벤트가 측정 주기(각 채널에서 1회 측정)를 시작하면 주기가 끝나면 다음 Timer1200Timer 이벤트가 발생하기 전에 애플리케이션이 bbCompleteKeyPress 이벤트에 반응하기에 충분한 짧은 시간이 남게 됩니다. ("완료" 버튼을 누른 경우) 각 측정 결과는 XNUMX바이트로 구성되므로 한 측정 주기에 USD는 XNUMX바이트의 정보를 PC로 전송합니다.

따라서 "시작" 버튼을 누르면 110ms 주기의 타이머가 시작됩니다(응용 프로그램 TForml bbStartClick 절차 참조). 이 시간이 만료되면 제어권이 Timer1Timer 이벤트 핸들러로 전달됩니다. 직렬 포트를 통해 코드 110 또는 130(각각 감소 또는 일반 이득)이 Kamp 변수인 USD로 전송됩니다. 마이크로컨트롤러는 이 데이터를 수신하고 DA4.1 스위치를 닫거나 열어 필요한 게인을 설정하고 새 정보 수신을 기다립니다. 이때 PC는 USD(응용 프로그램의 ActionKey 변수)로 코드 100을 전송합니다. 이 정보를 수신한 마이크로컨트롤러는 HL1 표시기를 끄고 HL2 표시기를 켜고("전송 진행 중") 측정 주기를 시작합니다(마이크로컨트롤러 프로그램의 작업 라벨). 각 채널에서 한 번의 측정을 수행한 후, 마이크로컨트롤러는 데이터를 PC로 전송하고 필요한 신호 샘플링 주파수를 보장하기 위해 잠시 멈춥니다. 그런 다음 측정, 데이터 전송 및 일시 중지가 299번 더 반복된 후 마이크로 컨트롤러가 PC의 정보를 받기 위해 대기 모드로 전환됩니다(HL2 표시기가 꺼지고 HL1이 켜짐). 주기(약 2,1초) 동안 "완료" 버튼을 누른 경우 마지막 1200바이트를 수신한 직후 제어가 bbCompleteKeyPress 핸들러로 전송됩니다. 컴퓨터는 코드 120을 USD로 전송하는데, 이는 알려진 바와 같이 마이크로 컨트롤러에서 인식되지 않으며 그 결과 USD는 PC의 명령을 기다리는 모드로 유지됩니다.

"완료" 버튼을 누르지 않은 경우 Timer1Timer 이벤트 발생 시 새로운 측정 주기가 시작됩니다. 그리고 "완료" 버튼을 누를 때까지 계속됩니다.

bbCompleteKeyPress 핸들러는 수신된 정보를 처리하고 측정 결과가 편리한 형식으로 표시되는 텍스트 파일을 생성합니다. 각 측정 주기는 여기서 해당 번호가 있는 블록으로 명명됩니다. 텍스트 파일 data_temp.txt의 일부가 그림 3에 나와 있습니다. 1. 텍스트에는 표의 "헤더"와 유사한 내용이 포함되어 있습니다. 여기서 "측정 횟수"는 측정 번호(첫 번째 블록의 300~1)입니다. IR - 채널 1 신호 전압; dif IR - 채널 2의 이전 측정과 후속 측정 간의 차이입니다. kr - 채널 2의 신호 전압; dif кр - 채널 XNUMX의 이전 측정과 이후 측정 간의 차이입니다. dif - 첫 번째 채널의 신호 레벨과 두 번째 채널의 신호 레벨의 비율입니다.

XNUMX채널 PC 기반 데이터 수집 및 처리 시스템

DSD 설정은 저항 R5를 선택하여 전압 +5V를 설정하는 것으로 요약됩니다(AREF DD1 입력의 예시적인 것 이상이어야 하며 6V 이하여야 합니다).

KR1157EN1(DA2) 마이크로 회로는 가져온 아날로그 LM317L뿐만 아니라 출력 전류가 30mA 이상인 양극성의 조정 가능한 전압 안정기로 교체할 수 있습니다. KR1446UD1A(DA3) 연산 증폭기 대신 KR1446UD4A를 사용할 수 있습니다. 다른 문자 인덱스로 수정하는 것은 제로 오프셋 전압이 더 높기 때문에 바람직하지 않습니다.

저항기 - 금속 유전체 C2-23, C2-33; 커패시터 C1-C3 - 산화물 반도체 탄탈륨 K53-1, K53-4; 나머지는 세라믹 KM, K10-17입니다. 스로틀 L1 - 통합 DM, DPM. 커넥터 XP1 - PLD10, XS1 - DRB-9FB. 석영 공진기 ZQ1-RK169MA-6AP-6000K.

마이크로컨트롤러(프로그램 1) 및 PC(프로그램 2)용 프로그램

저자: M.Bogdanov, Sarov, Nizhny Novgorod 지역.

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