Для автоматизированного сбора и обработки электрических сигналов, поступающих с различного рода датчиков (температуры, давления, частоты вращения, счетчиков количества жидкости или газа, вибрации и т.п.) широко используются компьютерные системы, оснащенные преобразователями таких сигналов в цифровую форму (АЦП, таймерами/счетчиками, коммутаторами и др.) - информационно-вычислительные системы.
Обобщённый алгоритм (рис. 13.3.) ИВС представляет совокупность функционально связанных между собой частных алгоритмов, реализующих единую задачу обработки информации с требуемой точностью. Основными особенностями ИВС является использование в них методов цифровой обработки информации, оптимальных алгоритмов оценивания измеряемых процессов.
Эти системы конструируются на базе одноплатных микроЭВМ, наиболее совершенными из которых на настоящее время являются так называемые микроРС. В состав микроРС входит материнская плата IBM-совместимого компьютера, уменьшенная в несколько раз, оснащенная современным мощным и быстродействующим процессором Х86. С материнской платой сопрягается плата, предназначенная для сбора сигналов с датчиков, которые удалены от компьютера.
Рисунок 13.3 - Обобщенный алгоритм ИВС.
С компьютером микроРС обычно сопрягается с помощью какого-либо последовательного интерфейса. Удаленные системы сбора на базе одноплатных микроРС не лишены недостатков, одним из которых является очень высокая стоимость самой микроРС (как минимум равная стоимости стандартного IBM-совместимого компьютера, а подчас в несколько раз больше).
Применение таких удаленных систем целесообразно лишь в случае сбора сигналов с очень большого количества датчиков (100 и более), когда требуется высокоскоростная обработка поступающих сигналов. В случае, когда сигналов немного - десятки или даже единицы, применять системы на базе микроРС нецелесообразно. С другой стороны, существует масса задач, где как раз и требуется именно удаленная компьютерная система сбора сигналов с небольшого количества датчиков. Здесь на помощь приходят однокристальные микроЭВМ.
Однокристальные микроЭВМ - микрокомпьютеры, расположенные в одной микросхеме. В состав такой микроЭВМ входят основные атрибуты компьютера - память, процессор, различные периферийные устройства, интерфейсы (например, для связи с другим компьютером). В последнее время в такую микросхему стали встраивать даже многие атрибуты систем сбора (АЦП, счетчики и генераторы импульсов, параллельные и последовательные порты и др.). Стоимость однокристальных микроЭВМ невысокая. Они не обладают такими колоссальными быстродействием и памятью, как микроРС, но это от них и не требуется.
Применение однокристальных микроЭВМ в удаленных системах сбора сигналов с небольшого количества датчиков наиболее целесообразно и оптимально.
Основная идея применения однокристальных микроЭВМ в удаленных системах сбора заключается в том, что программа их работы передается в нее из компьютера по последовательному интерфейсу (кабелю), а результаты работы этой программы передаются в компьютер по этому же кабелю и полноценно обрабатываются компьютером.
Удаление системы сбора от компьютера может достигать десятков и даже сотен метров; при этом, поскольку передача информации осуществляется в цифровом виде, потерь информации нет.
Структурная блок-схема подобной системы приведена на рис. 16.4. Основой системы является устройство сбора и предварительной обработки аналоговых и частотных сигналов, к которому подсоединяются кабели от датчиков, и которое сопрягается с компьютером с помощью оптронной развязки на максимальное пробивное напряжение до 3000 вольт. В устройстве применяется однокристальный микроконтроллер со встроенным АЦП. Устройство содержит внешнюю память программ и данных.
Отличительная особенность системы сбора - ее программируемость, т.е. возможность оперативного изменения программы однокристального микроконтроллера, которая передается из компьютера и записывается в память. Это позволяет приспосабливать устройство сбора к самым различным задачам (т.е. оно достаточно универсально). Программное обеспечение, написанное на компьютере, также может легко изменяться, и поэтому вся система сбора является исключительно гибкой в программном отношении и может использоваться для самых различных целей.
Рисунок 13.4 — Структурная блок-схема удаленной компьютерной системы измерения, регистрации и обработки сигналов.