Выбор масштаба, калибровка звеньев УСД

Процесс получения аналогового сигнала с какого-либо датчика, его предварительной обработки, преобразования в цифровую форму и ввода в память ЭВМ называется сбором данных.

В соответствии с указанной схемой подсистемы сбора данных значение входной величины снимаемое с датчика претерпевает различные преобразования. Это необходимо, чтобы обеспечить наиболее удобное представление измеренного значения параметра в цифровой форме в ЭВМ. Естественно характер предварительной обработки зависит почти полностью от вида датчика. Всевозможные датчики имеют самые разнообразные выходные сигналы. Например, возьмём три температурных датчика: в термопаре и полупроводниковом диоде в зависимости от температуры изменяется напряжение, в терморезисторе - сопротивление. Предварительная обработка упрощает и облегчает дальнейшие операции над сигналами.

Упрощённо представим структурную схему последовательности преобразований физической величины в соответствии с нашей схемой преобразований в ИИС.

Прежде чем рассмотреть методы преобразования физической величины в соответствии с цепочкой рассмотрим правила, которым должны удовлетворять эти преобразования. Физическая величина определяется следующим образом: , где – численное значение, – единица измерения.

Задача выбора масштаба заключается в том, чтобы сделать численное значение цифрового отображения равным числовому значению или согласовать её с областью допустимых чисел микропроцессора. Иногда решается обратная задача выбора разрядности микропроцессора в зависимости от требований к точности отображения и обработки входной информации.

Как и при вводе, при выводе конечных значений необходимо выполнить преобразование управляющих, полученных после завершения соответствующей программы с диапазоном численных значений исполнительного оборудования.

К процессу выбора масштаба относится также определение констант преобразования передаточных звеньев всей измерительной цепочки.

Имеется следующее правило пересчёта: физическая величина сохраняет все свои количественные и качественные значения если при произвольном измерении единицы её измерение или числового значения произведения числа на единицу измерения остается неизменным.

Коэффициент пересчета имеет вид:

В ЭВМ необходимо обеспечить доступ как к единицам измерения, так и к числовым значениям.

Внутримашинное представление измеренной величены по значению и масштабу получается на основании соотношения:

Коэффициент пересчёта как правило представляет целую степень числа 10 (либо числа 2). Необходимо выбирать так, чтобы внутренняя область чисел в ЭВМ хорошо согласовывалась с областью изменения измеряемой величины. Если обозначить , тогда внутреннее представление измеренного сигнала имеет следующий формат:

Константа измеренного сигнала определяется для каждой такой величины только один раз и остаётся в ЭВМ в виде специальной информации без изменений.

Масштабируемое значение измеренного сигнала используется для внутримашинной обработки. При этом константа используется только в том случае, когда, например, для выдачи управляющих сигналов на устройство центральной периферии необходимо соединить несколько измеренных значений с разным степенным представлением (с разными степенями числа 10).

Пример представления в ЭВМ масштабированной переменной в трёх форматах данных, например, для значений

а) представление с фиксированной точкой

б)представление в виде действительного числа

в)представление с плавающей точкой

Программа выбора масштаба должна выполнять следующее отображение . Этим осуществляется компенсация искажений измеренных значений в измерительной цепочке и в устройствах процессорной периферии. Программу выбора масштаба можно представить корректировочным звеном, её задача заключается в установлении условия, согласно уравнению:

В измерительной системе соотношения типа или наоборот называются градуировочными, калибровочными, тарировочными или просто функциями преобразования рассматриваемого преобразователя. Они определяются физическими законами, лежащими в основе использования методов измерения и передачи данных. Как правило, либо точно, либо с некоторыми погрешностями, они могут быть представлены либо во всём диапазоне задания, либо на отдельном участке – линейной зависимости, вида:

, где и – здесь константы аналого-цифрового преобразования.

Рассмотрим числовой пример: Задачу изменения температуры.

Область изменения

Аналоговое отображение

Цифровое (начальное) отображение |12-и разрядное двоичное число 4096|

Цифровое значение, соответствующее отображению (конечное масштабированное)

Здесь задача выбора масштаба заключается в том, чтобы сделать значение цифрового отображения равным числовому .

По условию:

(1)

, откуда и

Функция преобразования измерительной цепи (2) – при линейной передаче и усилении. Подставив параметры из начальных значений, получим:

а)

б)

Функция преобразования АЦП:

, где – для АЦП обычно равно 0. Найдем : максимальное значение величины преобразуется в 12-и позиционное двоичное число и соответствует десятичному .

Цифровое значение определяется и обрабатывается в ЭВМ как число с фиксированной запятой. Такое представление используется как основное или даже единственное в сравнительно небольших по вычислительным возможностям микропроцессорах, применяемых для управления технологическими процессами и обработки информации в РМВ.

Формат 16 бит машинного слова после АЦП имеет вид:

Таким образом значение представляется внутри машины следующим образом:

Константа в этом случае определяется как: .

Ищем функцию масштабирования ЭВМ в виде: (3)

Из (2) , из (1) , так как

И окончательно:

Откуда из (3):

Следовательно ,

Константы и – безразмерные величины, хранящиеся в микропроцессоре в виде чисел с фиксированной точкой, и используется для получения результата при выводе информации, например, на принтер.