Сбор данных

Сбор данных предполагает преобразование исследуемого процесса в аналоговый сигнал с взаимнооднозначным соответствием между входящими и выходящими величинами. Обычно преобразование производится в электрическую величину (напряжение), так термопара производит преобразование разности температур в элементарное напряжение, термометр сопротивления производит преобразование температуры в измерение элементарного напряжения.

В идеальном случае, если реализация входного сигнала x (t), а выходного y (t) имеют однозначное соответствие, то это соответствие выражается y (t) = c * x (t);

где с – постоянная калибровки.

Однако, в реальных условиях работа преобразователей связана с искажениями, приводящими к нелинейным зависимостям. Это делает преобразователь потенциальным источником ошибок при любом способе сбора и обработки данных, тогда с (t) + ζ; где ζ – случайные помехи.

Практически все физические величины имеют аналоговую природу, т.е. преобразуются в аналоговый (непрерывный) электрический сигнал.

Типовой измерительный канал приведён на рисунке

Аналоговый входной сигнал (электрическое напряжение) поступает с датчика на установленную в компьютер плату ввода/вывода (DAQ-плата), которая преобразует напряжение в код и отправляет эту информацию в память для обработки, хранения и других операций. Не все датчики физических величин имеют форму выходных сигналов, которую плата сбора данных может воспринять непосредственно. Поэтому зачастую требуется согласование сигнала (signal conditioning), осуществляемое специальными модулями.

Модули согласования сигнала выполняют множество функций: усиление, линеаризация, фильтрация, изолирование и т.п. Не все, но многие измерительные задачи требуют согласования сигнала, поэтому следует обратить внимание на специфику задачи и технические характеристики применяемых датчиков и измерительных преобразователей, чтобы избежать потенциальных ошибок. Шум, нелинейность, перегрузки и т.д. способны безнадежно исказить сигнал.

В конце 1960 года для обеспечения связи между компьютерами и измерительными приборами компанией Hewlett Packard был разработан канал общего пользования(КОП, General Purpose Interface Bus - GPIB).

Под каналом понимают способ соединения, с помощью которого компьютеры и приборы обмениваются данными и командами. Канал общего пользования обеспечил необходимые спецификации и протокол для управления процессом передачи. Институт инженеров электротехники и электроники США (Institute of Electrical and Electronic Engineers) в 1975 году утвердил GPIB (КОП) в качестве стандарта, который стал известен как стандарт IEEE 488.

Первоначальной целью создания КОП было обеспечение компьютерного управления устройствами тестирования и измерения. Однако использование КОП довольно быстро расширилось до таких областей, как осуществление связи между компьютерами и управление универсальными измерительными приборами, сканерами и осциллографами.

КОП является цифровой 24-разрядной параллельной шиной. Шина состоит из восьми линий данных (data lines), пяти линий управления шиной (bus management lines) - ATN, EOI, IPC, REN, SRQ, трех линий квитирования (handshaking) и восьми заземленных линий. КОП использует параллельную 8-битовую асинхронную побайтовую схему передачи данных. Другими словами, байты целиком последовательно передаются по шине со скоростью, определяемой самым медленным устройством на шине. Поскольку по КОП данные передаются байтами (1 байт = 8 бит), то пересылаемая информация, или сообщения (messages), часто представляются в виде символов ASCII.

Можно использовать КОП для связи с приборами и устройствами, если компьютер оборудован встроенной платой контроллера КОП (или подключен к выносному модулю КОП) и на него установлены соответствующие драйверы. Допустимо подключить к одной шине КОП несколько компьютеров и приборов.

Использование КОП является одним из способов ввода данных в компьютер, принципиально отличающимся от сбора данных DAQ-платами, несмотря на то, что в обоих случаях используются встраиваемые платы. По специальному протоколу КОП предписывает другому устройству или прибору выдать полученные им данные, в то время как функции сбора данных подразумевают подключение сигнала напрямую к многофункциональной плате ввода/вывода в компьютере.

Чтобы задействовать КОП как часть измерительной системы, понадобится плата или внешний модуль контроллера КОП, интерфейсный кабель, компьютер, а также прибор, совместимый с протоколом IEEE 488, с которым

будет осуществляться коммуникация (или другой компьютер, также имеющий плату КОП). Кроме того, необходимо установить на компьютере драйвер КОП в соответствии с указаниями, приведенными в руководстве по работе с платой.