Miernictwo I

Miernictwo I - W9 - INF - 11.12.2008 - dr Adam Polak
Miernictwo I
Wykład 9 (11.12.2008)
dr Adam Polak
1
Miernictwo I - W9 - INF - 11.12.2008 - dr Adam Polak
- Systemy pomiarowe
- System pomiarowy to zorganizowany zespół elementów objętych wspólnym
sterowaniem, przeznaczony do pobierania informacji pomiarowych z badanaego
obiektu, ich przetwarzania i przekazywania uzytkownikowi w zoptymalizowanej
formie
- Jednostką sterującą (kontrolerem) najczęściej jest komputer z odpowiednim
oprogramowaniem, a pozostałymi elementami są urządzenia pomiarowe
- Konfiguracja systemów pomiarowych
- Rodzaje sygnałów
- informacyjne (zawierają przesyłane informacje)
- organizacyjne (organizują działanie systemu)
- Konfiguracja
sekwencyjna
(rys. a)
- Sygnały informacyjne przechodzą
kolejno przez wszystkie
urządzenia, a sygnały
organizacyjne kierowane są z
kontrolera bezpośrednio do
każ∂ego urządzenia
- Konfiguracja
gwieździsta
(rys. b)
- Kontroler pośredniczy w
przekazywaniu każdej informacji (proste systemy pomiarowej)
- Konfiguracja liniowa (magistralowa) (rys. c)
- Wszystkie elementy dołączane są równolegle do magistrali informacyjnosterującej, a kontrolerem może być dowolne z urządzeń posiadających
takie możliwości (największa elastyczność systemu)
- Najłatwiej dopasować do wielu potrzeb
- Konfiguracja pętlowa
(rys. d)
- Wszystkie linie są jednokierunkowe, kontroler nie zajmuje wyróżnionego
miejsca (najmniejsza szybkość działania)
- Konfiguracje mieszane
- Połączone fragmenty są zbudowane z różnych konfiguracji, ale działają
jako jeden, spójny system
2
Miernictwo I - W9 - INF - 11.12.2008 - dr Adam Polak
- Współpraca systemów pomiarowych
- Systemy nadrzędne (master) i podrzędne (slave)
- Połączenia
- drzewiaste(np. meteorologiczne)
(rys. a)
- gwieździste
(rys. b)
- pętlowe (brak wyróżnionej pozycji)
(rys. c)
- Transmisja danych
- Rodzaje transmisji
- szeregowa
- wolniejsza, działa poprawniej na dużych
odległościach (bierze się to z właściwości
elektrycznych, przewód-izolator-przewód to
kondensator)
- potrzebne co najmniej 8 impulsów dla 8 bitów
- Simplex (połączenie wysyłające), Half-duplex
(połączenie wysyłająco-odbierające, niejednocześnie), Full-dupex
(dwa połączenia, do wysyłania i odbierania, działają jednocześnie)
- równoległa
- szybsza, działa poprawniej na
małych odległościach (z tego
powodu zrezygnowano z
interfejsu ATA na rzecz
szeregowego SATA; 10cm
przewodu było za dużą odległością)
- wystarczy jeden impuls (teoretycznie) by przesłać 8 lub 16 bitów
- szeregowo-równoległa
- Koordynacja transmisji
3
Miernictwo I - W9 - INF - 11.12.2008 - dr Adam Polak
- synchroniczna (nadawanie i odbieranie informacji następuje w
wyznaczonych chwilach - tj. impulsach linii zegarowej); wada - odbiornik
musi być cały czas aktywny i sprawdzać, czy przychodzi impuls
- asynchroniczna (sygnalizacja początku i końca transmisji); przydatna
wtedy, gdy miernik mierzy rzadko (np. co godzinę)
- Interfejsy pomiarowe
- Interfejs to układ pośredniczący (połączenie) między elementami składowymi
systemu lub różnymi systemami
- ważnym elementem jest konwerter
- Funkcje interfejsu
- przekazywanie sygnałów organizacyjnych i informacyjnych
- konwersja (dostosowanie typu danych do danej jednostki systemu)
- synchronizacja transmisji
- obsługa przerwań (żądana zmiana kolejności operacji)
- buforowanie (przechowywanie danych w obrębie interfejsu, przed
wysłaniem do odbiornika)
- korekcja błędów
- Standard interfejsu
- zgodność konstrukcyjna (jak mechanicznie są zbudowane połączenia
interfejsu)
- zgodność elektryczna (jakie poziomy napięć lub prądów kodują “0” i “1” w
interfejsach)
- zgodność stosowanych kodów i protokołów transmisji
- Magistrala interfejsu
- magistrala to droga komunikacyjna między elementami systemu, która
składa się z jednej lub wielu linii sygnałowych, zazwyczaj pogrupowanych w
tzw. szyny
- szyny magistrali: danych, adresowa, rozkazów, sterowania, zasilania
- Interfejsy szeregowe
- Standard RS-232C
4
Miernictwo I - W9 - INF - 11.12.2008 - dr Adam Polak
- odległość do 15m
- szybkość transmisji do 20 kbit/s
- linie danych, sterująće, synchronizacji, masy
- parametry sygnałów (logika ujemna sygnału danych):
1: -15 ÷ -3V
0: 3÷15V
- transmisja: asynchroniczna (z kontrolą błędów) lub synchroniczna
- pętla prądowa (20mA); odległość do kilkuset metrów
Przykład:
Rys. Format słowa transmisji asynchronicznej w standardzie RS-232C
- Standard RS-485
- rozszerzenie ilości nadajników i odbiorników na jednej linii
transmisyjnej
- zwiększenie odporności na zakłócenia (odległość do 1200m,
szybkość do 10Mbit/s)
- nadajniki trójstanowe (stan, gdzie nadajnik ma dużą rezystancję i
pozostaje “odłączony”)
- różnicowe napięcie nadajnika (min. -1.5÷1.5V)
Rys. Przykład toru transmisji w standardzie RS-485
- Interfejsy równoległe
- Standard IEC-625 (IEEE-488, HP-IB, GPIB)
- konfiguracja magisterowa: wszystkie urządzenia podłączone
równolegle do wspólnej magistrali
5
Miernictwo I - W9 - INF - 11.12.2008 - dr Adam Polak
- w “taśmie”, pomiędzy liniami transferowymi zastosowano masę,
dzięki temu można było wydłużyć kable i utrzymać poziom transmisji
- magistrala: 8 linii danych, 3 linie synchronizacji, 5 linii sterowania i 9
linii masy
- maksymalna liczba
urządzeń
dołączonych wynosi
15 (np. komputer i
14 mierników)
- napięcie nadajnika:
0: <-0.5V
1: >2.4V
- odległość pomiędzy
dwoma
urządzeniami: do
2m (całkowita długość okablowania do 20m)
- szybkość transmisji: do 1MB/s (1 bajt = 8 bitów)
- rozszerzenie możliwości interfejsu: szybkość transmisji i ilość
współpracujących urządzeń
Rys. System pomiarowy z ekspanderami w konfiguracji gwieździstej
- Standard VXI (czyt. wi-eks-aj)
- modułowe systemy pomiarowe: kaseta, płyta główna i karty
modułowe
- znormalizowane wymiary kart modułowych (EUROCARD)
- magistrala VXI: 8 typów szyn zgrupowanych w trzy magistrale
- szyny: 8-, 16-, 24- i 32-bitowe
- transmisja danych do 40 MB/s
6
Miernictwo I - W9 - INF - 11.12.2008 - dr Adam Polak
- do 256 urządzeń
połączonych w
hierarchiczną strukturę
drzewiastą
- sterowanie systemem za
pomocą komputera
zewnętrznego lub
komputera modułowego
- Struktury systemów pomiarowych
- Czujniki inteligentne (jedno, samodzielne urządzenie, mające czujnik(i), które
zamieniają sygnał analogowy na napięcie, przetworniki, którymi dane trafiają do
mikrokontrolera; na wyjściu jest złącze interfejsowe, choć często mają swoje,
niezależne wyświetlacze)
- Przyrządy wirtualne (budowane w oparciu o komputer osobisty, poprzez dodanie
karty akwizycji - możliwość (bez)pośredniego podłączenia czujników, od których
sygnały są w niej przetwarzane; trzeba dodatkowo napisać program, który
wytworzy płytę czołową danego urządzenia (np. oscyloskop), by działał tak, jak
prawdziwy przyrząd)
- Sieci lokalne (jeden kontroler, kilka mierników - np. w tym samym pomieszczeniu,
wykorzystanie RS-232C bądź dołączenie karty IEEE-488)
7
Miernictwo I - W9 - INF - 11.12.2008 - dr Adam Polak
- Sieci rozłożone
- wykorzystująće istniejąće sieci przewodowe (telekomunikacyjną, Internet)
- komunikacja bezprzewodowa (GSM, Bluetooth)
- Oprogramowanie systemów pomiarowych
- Procedury w typowych językach niższego poziomu programowania (C, Pascal,
Basic)
- Sterowniki dostarczane przez producentów
- Standardy instrukcji
- standard IEC-625.2 (interfejs IEC-625)
- standard SCPI (niezależny od interfejsu sprzętowego)
- Zintegrowane środowiska programowe
- LabVIEW
- Vee
- TestPoint
Zagadnienia kontrolne
- W jakich konfiguracjach działają systemy pomiarowe i jak ze sobą współpracują?
- Właściwości szeregowych i równoległych interfejsów pomiarowych
- Podstawowe struktury systemów pomiarowych
8