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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Sistema de adquisición y procesamiento de datos de dos canales basado en PC. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Компьютеры Un día, el autor del artículo necesitaba medir las características de combustión de una llama (la intensidad de la radiación en dos bandas estrechas del espectro, la relación entre las intensidades y su cambio en el tiempo dependiendo de la velocidad del movimiento del aire, el volumen de sustancia combustible, etc.). Un osciloscopio digital podría haber hecho el trabajo, pero no tenía uno a mi disposición. Era necesario desarrollar urgentemente un sistema de recopilación y procesamiento de datos que pudiera producir al menos 100 mediciones por segundo en cada canal con un retraso de tiempo entre muestras del mismo nombre de no más de 0,5 ms. La información de salida es el voltaje de la señal en cada canal, la relación de sus niveles y la diferencia entre las muestras de señal anterior y posterior en cada canal. Por supuesto, es poco probable que muchos lectores necesiten resolver el mismo problema, pero el complejo de hardware y software propuesto puede considerarse como un ejemplo de cómo construir un sistema viable de recopilación de datos y puede servir como impulso inicial para desarrollar el suyo propio. . El sistema descrito consta de un dispositivo de recopilación y transmisión de datos (llamémoslo DSD) y un software para PC. El diagrama esquemático del DSD se muestra en la Fig. 1 (el fotoconvertidor no se muestra en él). Su base es el microcontrolador flash AT90S4433-8PI (DDI) de ATMEL, que incluye un ADC de 10 bits con un multiplexor analógico. Sin embargo, en este caso se utiliza un interruptor de canal externo que utiliza teclas DA1 integradas. Esto parecía más conveniente, ya que permitía el uso de un amplificador de búfer basado en el amplificador operacional DA3 con una ganancia variable Kу. Esto último depende del estado de la llave DA4.1: si está abierta, Ku = (R8/R6)+1, y si está cerrada, Ku = [R8/(R6||R7)]+1 (aquí R6| |R7 es la resistencia en las resistencias R6 y R7 conectadas en paralelo).
La etapa de entrada del amplificador operacional DA3 está construida sobre transistores MOS. Esto hizo posible utilizar resistencias protectoras (R1 y R2) en la entrada de cada canal sin reducir la precisión de la medición causada por la corriente de entrada (la corriente de fuga de las claves del chip DA1 también es insignificante). Las resistencias son necesarias para garantizar que los diodos protectores de entrada integrados en el chip DA1 no fallen cuando la señal medida exceda el voltaje de suministro DA1 (la corriente máxima permitida a través de estos diodos es 10 mA). Otra característica importante del amplificador operacional utilizado es que sus voltajes de entrada y salida pueden alcanzar los valores de voltaje de suministro (el llamado amplificador operacional de riel a riel). Gracias a esto, puede utilizar una fuente de alimentación para el amplificador operacional y el microcontrolador sin reducir el rango dinámico de la señal medida. El chip DA2 contiene un estabilizador de voltaje de suministro del dispositivo y el DA5 contiene una fuente de voltaje de referencia para el ADC del microcontrolador. El chip DA6 se utiliza para comunicar el microcontrolador del transceptor serie asíncrono universal (UART) con una PC a través de la interfaz serie RS232. Los LED HL1 y HL2 son indicadores de los modos de funcionamiento del SD. Se requiere el conector XP1 para la programación en serie del microcontrolador en el dispositivo, por ejemplo, con el programador en circuito AS1. El conector XS1 conecta la SD con el puerto serie del PC.
El programa para el microcontrolador está escrito en ensamblador AVR en el entorno AVR-Studio, que ATMEL distribuye gratuitamente. La aplicación de Windows responsable de la comunicación con la SD y el procesamiento de la información recibida se creó en el entorno Delphi 5. Al escribir el programa, me ayudó mucho el artículo de R. Kusyapkulov "Trabajar con puertos serie en Windows 95" ("Radio", 2000, núm. 1, pág. 23). En la ventana del entorno Delphi, la aplicación se ve como se muestra en la Fig. 2. Consideremos el funcionamiento del software y hardware del responsable del tratamiento en su conjunto. Una vez que todo el sistema esté ensamblado y se hayan realizado todas las conexiones necesarias, puede iniciar la aplicación. Su ventana aparecerá en el monitor de la computadora. En este momento, el microcontrolador SD está en modo de sondeo constante del receptor UART. El indicador HL1 (Listo para recibir) se ilumina. El programa del microcontrolador verifica constantemente el estado del bit RXC en el registro UCSRA, esperando que pase al estado uno. El sistema está en modo de espera de acciones del usuario. Puede cambiar la ganancia de la ruta de medición del SD o iniciar un ciclo de medición. En el primer caso, deberás “hacer clic” en el botón “Ky=0,5” o “Ky=1”. Los componentes RadioButton 1 y Radiobutton 2 son responsables de cambiar la ganancia en el programa de aplicación. Por ejemplo, si hace "clic" en el botón "Ku=0,5", se iniciará el controlador de eventos RadioButton2Click y la variable Kamp tomará el valor 110 Este código corresponde a una ganancia reducida (condicionalmente Ku=0,5). Ahora puede presionar el botón "Inicio" (no es visible en la Fig. 2, ya que encima hay un botón "Completar"), iniciando así el ciclo de medición. Aquí es aconsejable considerar la ideología general del intercambio de datos entre el USD y el PC. Una vez iniciado, el ciclo de medición debe detenerse en algún momento. El sistema descrito adopta las siguientes tácticas. La medición no se realiza de forma continua, sino a intervalos de algo más de 2 s (establecido por la propiedad Intervalo del componente Timerl en el programa de aplicación). Trescientas mediciones en cada canal tardan poco menos de 2 s. Por lo tanto, si el evento Timer1Timer inicia un ciclo de medición (300 mediciones en cada canal), al final del mismo, antes de que ocurra el siguiente evento Timer1Timer, quedará un poco de tiempo, suficiente para que la aplicación reaccione al evento bbCompleteKeyPress. (si se presionó el botón "Completar"). Tenga en cuenta que en un ciclo de medición, el USD enviará 1200 bytes de información a la PC, ya que el resultado de cada medición consta de dos bytes. Entonces, después de presionar el botón "Inicio", se inicia un temporizador con un período de 110 ms (consulte el programa de aplicación, procedimiento TForml bbStartClick). Una vez transcurrido este tiempo, el control pasa al controlador de eventos Timer1Timer. A través del puerto serie, el código 110 o 130 (ganancia reducida o normal, respectivamente) se transmite al USD, la variable Kamp. El microcontrolador recibe estos datos, establece la ganancia requerida cerrando o abriendo el interruptor DA4.1 y espera recibir nueva información. En este momento, la PC transmite el código 100 al USD (variable ActionKey en el programa de aplicación). El microcontrolador, habiendo recibido esta información, apaga el indicador HL1, enciende el indicador HL2 (“Transferencia en curso”) y comienza un ciclo de medición (etiqueta de acción en el programa del microcontrolador). Habiendo realizado una medición en cada canal, el El microcontrolador transmite los datos a la PC y hace una breve pausa para garantizar la frecuencia de muestreo de señal requerida. Luego, las mediciones, la transferencia de datos y la pausa se repiten otras 299 veces, después de lo cual el microcontrolador entra en modo de espera para recibir información de la PC (el indicador HL2 se apaga y el HL1 se enciende). Si se presionó el botón "Completar" durante el ciclo (≈2,1 s), inmediatamente después de recibir el último de los 1200 bytes, el control se transfiere al controlador bbCompleteKeyPress. La computadora transmite el código 120 al USD, que el microcontrolador no reconoce como conocido, por lo que el USD permanece en modo de espera de un comando de la PC. Si no se presionó el botón "Completar", se iniciará un nuevo ciclo de medición cuando ocurra el evento Timer1Timer. Y así sucesivamente hasta pulsar el botón "Completar". El controlador bbCompleteKeyPress también procesa la información recibida y genera un archivo de texto en el que los resultados de la medición se presentan en una forma conveniente. Cada ciclo de medición se denomina aquí como un bloque con un número correspondiente. En la figura se muestra un fragmento del archivo de texto data_temp.txt. 3. El texto contiene algo parecido a un “encabezado” de la tabla, donde “Núm. de mediciones” es el número de medición (de 1 a 300 en el primer bloque); IR - voltaje de señal del canal 1; dif IR - diferencia entre mediciones anteriores y posteriores del canal 1; kr - voltaje de señal del canal 2; dif кр - diferencia entre las mediciones anteriores y posteriores del canal 2; dif: la relación entre el nivel de señal del primer canal y el nivel del segundo.
La configuración del DSD se reduce a configurar el voltaje en +5 V seleccionando la resistencia R5 (no debe ser menor que la ejemplar en la entrada AREF DD1, pero no más de 6 V) El microcircuito KR1157EN1 (DA2) se puede reemplazar con un LM317L analógico importado, así como con cualquier estabilizador de voltaje ajustable de polaridad positiva con una corriente de salida de al menos 30 mA. En lugar del amplificador operacional KR1446UD1A (DA3), puede utilizar KR1446UD4A; el uso de modificaciones con otros índices de letras no es deseable debido al mayor voltaje de compensación cero. Resistencias: metal-dieléctrico C2-23, C2-33; condensadores C1-C3 - óxido semiconductor de tantalio K53-1, K53-4; el resto son cerámicos KM, K10-17. Acelerador L1: DM, DPM unificado. Conectores XP1 - PLD10, XS1 - DRB-9FB. Resonador de cuarzo ZQ1-RK169MA-6AP-6000K. Programas para microcontrolador (programa 1) y PC (programa 2) Autor: M.Bogdanov, Sarov, región de Nizhny Novgorod.
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