باتريك جويل: كيفية تحويل الكمبيوتر الشخصي إلى نظام قياس. جول ب
الكمبيوتر الحديث هو الأكثر تعقيدا جهاز الكتروني. من خلال الجمع بين التعقيد الفني للمكونات الفردية وبساطة التصميم في دمجها وتوسيعها، يتمتع المستخدم، أكثر من أي وقت مضى، بحرية توصيل الأجهزة الطرفية المختلفة به، وتوسيع قدراته بلا حدود. أحد هذه الاحتمالات هو استخدام الكمبيوتر كنظام قياس. في الواقع، يكفي نقل بعض الإشارة أو القيمة المقاسة إليها وإمكانياتها المعالجة الرقمية، بالإضافة إلى عرضها بشكل عشوائي وسهل الاستخدام. كتاب باتريك جويل "كيف تتحول كمبيوتر شخصي» في مجمع القياس.
يبدأ الكتاب بمقدمة مختصرة تعرف القارئ بأساسيات تصميم أنظمة القياس. يلفت المؤلف الانتباه إلى المراحل الرئيسية للقياسات ويشارك أساسيات معالجة الإشارات التناظرية إلى الرقمية. يتم تناول موضوع ADC بالتفصيل في الفصل المقابل. ما هو ADC، وكيف يعمل ADC، وما هو مبدأ تحويل القيمة التناظرية إلى نموذج رقمي، وكيف يمكن القيام بذلك، موصوف في هذا الكتاب.
مهمة قياس الكميات المختلفة شائعة جدًا في الإنتاج. ما هي المعايير والحلول القياسية الموجودة لحل هذه المشكلة في الإنتاج الاحترافي موصوفة في الفصل الثالث من الكتاب. يسهب المؤلف في الحديث عن التطورات الصناعية المخصصة لهذا الموضوع. يكشف عن الخصائص النموذجية لهذه الأجهزة.
وفي الفصل الرابع من الكتاب نحن نتحدث عنيا أجهزة محلية الصنعلرقمنة الكميات التناظرية. مخططات و لوحات الدوائر المطبوعةأجهزة مماثلة. تم وصف مبادئ التشغيل بحيث يتمكن القارئ في المستقبل من إنشاء جهاز مماثل من تصميمه الخاص.
وبطبيعة الحال، لا يمكن لمجمع قياس الكمبيوتر أن يعمل بدون خاص برمجة. ويجب أن يكون الأخير قادرًا على قراءة الإشارة وتقييم قيمتها المطلقة وعرض القيمة الناتجة على شاشة الكمبيوتر بشكل مناسب. تم وصف كيفية تطوير هذه التطبيقات في الفصل الخامس من الكتاب.
تلعب أجهزة الاستشعار، أو محولات الطاقة الأولية، دورًا رئيسيًا في موثوقية القياسات، والتي يتم توصيلها بجهاز الكمبيوتر. وترد نظرة عامة على هذه المستشعرات في الفصل السادس.
مقدمة
1. مفهوم بناء مجمع القياس الافتراضي
2. تحويل الإشارات التناظرية إلى الرقمية
3. المنتجات الصناعية
4. تجميع واجهة القياس
5. برنامج مجمع القياس الافتراضي
6. أجهزة الاستشعار وملحقاتها
7. التطبيقات
جول باتريك
"كيفية تحويل الكمبيوتر الشخصي إلى مجمع قياس"
جهاز الكمبيوتر الخاص بك: جهاز اختبار، راسم الذبذبات، مسجل بيانات...
مقدمة
يمكن لأي كمبيوتر شخصي (PC) متوافق مع IBM، حتى لو كان ملقى في الجزء الخلفي من الخزانة لعدة سنوات باعتباره غير ضروري، أن يتحول إلى نظام قياس قوي إذا كان مزودًا بمدخل تناظري واحد أو أكثر. توفر لوحة المفاتيح والشاشة الخاصة به إمكانات أكبر بكثير مما يمكن أن يوفره جهاز القياس المتعدد أو راسم الذبذبات، كما يعد محرك الأقراص والطابعة رائعين لتسجيل أي عمليات طويلة. بالإضافة إلى ذلك، تتيح قوة الحوسبة لجهاز الكمبيوتر إمكانية إخضاع بيانات المعلومات التي تم جمعها بمساعدتها لأي معالجة، حتى معقدة للغاية. قبل بضع سنوات فقط، كان تحويل جهاز الكمبيوتر إلى أداة قياس افتراضية يتطلب تركيب واحدة أو أكثر من اللوحات المعقدة والمكلفة في الكمبيوتر.
لا يزال هذا النهج مستخدمًا في المختبرات الصناعية والعلمية، ولكن من الممكن اليوم أيضًا تحقيق نتائج جيدة ببساطة عن طريق توصيل المحولات التناظرية إلى الرقمية الصغيرة بمنافذ تسلسلية أو متوازية قياسية. هناك منتجات جاهزة في السوق معروضة بأسعار معقولة، ولكن يمكن تجميع هذه الأجهزة بشكل مستقل، مسترشدة بالرسوم البيانية والتوصيات الواردة في هذا الكتاب.
بفضل مكتبة برامج التشغيل المخصصة للأجهزة الموصوفة، سيسمح هذا الكتاب والملفات الموجودة على خادم www.dmk.ru للقارئ بالانتقال بسرعة إلى العمل التطبيقيمهما كان مستوى معرفته في مجال الإلكترونيات.
يتم توفير كافة المشكلات التي يتم تناولها هنا من خلال برامج جاهزة للاستخدام، ويمكن تكييفها لتناسب الاحتياجات الأخرى مع بعض التغييرات البسيطة في BASIC. وبالتالي، وهو أمر مهم للغاية، فإن مجمع القياس الافتراضي قابل لإعادة البرمجة.
من المعتاد اليوم تسمية جميع التطبيقات غير القياسية إلى حد ما على الأقل لأجهزة الكمبيوتر الشخصية بأنها "افتراضية". يمكن محاكاة العديد من الأشياء المفيدة ببساطة على شاشة ملونة جيدة دقة عالية، وستبدو النتيجة غالبًا "أفضل مما هي عليه بالفعل".
لذلك، على الشاشة الافتراضية أداة قياسمن المحتمل أن يتم تقديم صورة معقدة وغنية، حيث توجد أزرار ومؤشرات ومقاييس مختلفة وحتى شاشات الذبذبات. قدرات الواجهة الرسومية نوع ويندوزتوفر نطاقًا أوسع بكثير من التطبيقات مما يمكن أن توفره أدوات القياس التقليدية - ناهيك عن الاستخدام المحتمل للطابعات ومحركات الأقراص والمودم المتصل بالإنترنت.
الجهاز الظاهري نفسه عبارة عن برنامج معقد إلى حد ما يتم تثبيته على جهاز كمبيوتر شخصي، وجهاز واجهة معين يسمح للكمبيوتر الشخصي بالوصول إلى الكميات والعمليات المادية التي سيتعين عليه معالجتها. كقاعدة عامة، مثل هذه الواجهة عبارة عن محول تناظري إلى رقمي بمدخل واحد أو أكثر، وربما يكون مجهزًا بجهاز تكييف إشارة الإدخال.
من حيث المبدأ، يمكنك الاعتماد على حقيقة أن الجهاز الظاهري سيوفر لمالكه أكثر من ذلك بكثير فرص وافرةوسيكون السعر مشابهًا لجهاز قياس كلاسيكي بنفس المستوى من الخصائص التقنية.
يسمح لنا هذا النهج بقصر أنفسنا على الحد الأدنى من التكاليف إذا لم تكن متطلبات مجمع القياس صارمة للغاية. يعتبر هذا الحل مناسبًا بشكل مثالي لاحتياجات هواة الراديو والمدرسين وحتى بعض مختبرات الأبحاث التي تتعامل مع العمليات الفيزيائية البطيئة نسبيًا. بالإضافة إلى ذلك، فإن هذا يجعل من الممكن العودة إلى العمل النشط والمفيد لأقدم أجهزة الكمبيوتر المتوافقة مع IBM، والتي يبدو أنها محكوم عليها بجمع الغبار بهدوء في أعماق الخزانات والخزائن بفضل التطور المذهل تكنولوجيا الكمبيوتر(وسياسات شركات الكمبيوتر والبرمجيات).
جول باتريك
"كيفية تحويل الكمبيوتر الشخصي إلى مجمع قياس"
جهاز الكمبيوتر الخاص بك: جهاز اختبار، راسم الذبذبات، مسجل بيانات...
مقدمة
يمكن لأي كمبيوتر شخصي (PC) متوافق مع IBM، حتى لو كان ملقى في الجزء الخلفي من الخزانة لعدة سنوات باعتباره غير ضروري، أن يتحول إلى نظام قياس قوي إذا كان مزودًا بمدخل تناظري واحد أو أكثر. توفر لوحة المفاتيح والشاشة الخاصة به إمكانات أكبر بكثير مما يمكن أن يوفره جهاز القياس المتعدد أو راسم الذبذبات، كما يعد محرك الأقراص والطابعة رائعين لتسجيل أي عمليات طويلة. بالإضافة إلى ذلك، تتيح قوة الحوسبة لجهاز الكمبيوتر إمكانية إخضاع بيانات المعلومات التي تم جمعها بمساعدتها لأي معالجة، حتى معقدة للغاية. قبل بضع سنوات فقط، كان تحويل جهاز الكمبيوتر إلى أداة قياس افتراضية يتطلب تركيب واحدة أو أكثر من اللوحات المعقدة والمكلفة في الكمبيوتر.
لا يزال هذا النهج مستخدمًا في المختبرات الصناعية والعلمية، ولكن من الممكن اليوم أيضًا تحقيق نتائج جيدة ببساطة عن طريق توصيل المحولات التناظرية إلى الرقمية الصغيرة بمنافذ تسلسلية أو متوازية قياسية. هناك منتجات جاهزة في السوق معروضة بأسعار معقولة، ولكن يمكن تجميع هذه الأجهزة بشكل مستقل، مسترشدة بالرسوم البيانية والتوصيات الواردة في هذا الكتاب.
بفضل مكتبة برامج التشغيل المخصصة للأجهزة الموصوفة، سيسمح هذا الكتاب والملفات الموجودة على خادم www.dmk.ru للقارئ بالانتقال بسرعة إلى العمل العملي، مهما كان مستوى معرفته في مجال الإلكترونيات .
يتم توفير كافة المشكلات التي يتم تناولها هنا من خلال برامج جاهزة للاستخدام، ويمكن تكييفها لتناسب الاحتياجات الأخرى مع بعض التغييرات البسيطة في BASIC. وبالتالي، وهو أمر مهم للغاية، فإن مجمع القياس الافتراضي قابل لإعادة البرمجة.
من المعتاد اليوم تسمية جميع التطبيقات غير القياسية إلى حد ما على الأقل لأجهزة الكمبيوتر الشخصية بأنها "افتراضية". يمكن ببساطة محاكاة العديد من الأشياء المفيدة على شاشة ملونة جيدة وعالية الدقة، وستبدو النتيجة غالبًا "أفضل مما هي عليه بالفعل".
لذلك، من المرجح أن تقدم شاشة أداة القياس الافتراضية صورة معقدة وغنية، حيث توجد أزرار ومؤشرات مختلفة ومقاييس وحتى شاشات راسم الذبذبات. توفر إمكانيات الواجهات الرسومية مثل Windows نطاقًا أوسع بكثير من التطبيقات مما يمكن أن توفره أدوات القياس التقليدية - ناهيك عن الاستخدام المحتمل للطابعات ومحركات الأقراص والمودم المتصل بالإنترنت.
الجهاز الظاهري نفسه عبارة عن برنامج معقد إلى حد ما يتم تثبيته على جهاز كمبيوتر شخصي، وجهاز واجهة معين يسمح للكمبيوتر الشخصي بالوصول إلى الكميات والعمليات المادية التي سيتعين عليه معالجتها. كقاعدة عامة، مثل هذه الواجهة عبارة عن محول تناظري إلى رقمي بمدخل واحد أو أكثر، وربما يكون مجهزًا بجهاز تكييف إشارة الإدخال.
من حيث المبدأ، يمكنك الاعتماد على حقيقة أن الأداة الافتراضية ستوفر لمالكها إمكانيات أكبر بكثير، وسيكون السعر مشابهًا لأداة القياس الكلاسيكية بنفس المستوى من الخصائص التقنية.
يسمح لنا هذا النهج بقصر أنفسنا على الحد الأدنى من التكاليف إذا لم تكن متطلبات مجمع القياس صارمة للغاية. يعتبر هذا الحل مناسبًا بشكل مثالي لاحتياجات هواة الراديو والمدرسين وحتى بعض مختبرات الأبحاث التي تتعامل مع العمليات الفيزيائية البطيئة نسبيًا. بالإضافة إلى ذلك، فإن هذا يجعل من الممكن العودة إلى العمل النشط والمفيد لأقدم أجهزة الكمبيوتر المتوافقة مع IBM، والتي يبدو أنها محكوم عليها بجمع الغبار بهدوء في أعماق الخزانات والخزائن بفضل التطور المذهل لتكنولوجيا الحوسبة (و سياسات شركات تصنيع أجهزة الكمبيوتر والبرمجيات).
1. مفهوم بناء مجمع القياس الافتراضي
فيما يلي مفهوم إنشاء مجمع قياس افتراضي يعتمد على الكمبيوتر الشخصي ويأخذ في الاعتبار المهام التي يمكن حلها باستخدام مكونات هذا المجمع.
دور الكمبيوتر
الكمبيوتر (غالبًا ما يكون متوافقًا مع IBM أو سطح المكتب أو المحمول) باعتباره الجهاز المركزي لأي نظام قياس افتراضي يؤدي في المقام الأول وظائف واجهة "كائن قياس الشخص". توفر شاشة أي شاشة إمكانيات للإشارة أكثر بكثير من شاشة راسم الذبذبات (حتى لو كانت شاشة تخزين)، وبالطبع، شاشة الشاشة أكبر بكثير من شاشة المقياس المتعدد. تعد لوحة المفاتيح، وخاصة الماوس، أكثر ملاءمة للاستخدام من الأزرار، وتوفر الطابعة - حتى أبسطها - فرصًا لا تقدر بثمن لطباعة النتائج على الورق. بالإضافة إلى ذلك، فإن أي جهاز كمبيوتر، حتى "قديم" للغاية، لديه الكثير من القوة الحاسوبية، والتي يمكن استخدامها لتطبيق أنواع مختلفة من معالجة نتائج القياس: التطبيع (تقليل الحجم)، الخطية، التوقيت، حساب المتوسط، الإحصائيات إلخ. د. أخيرًا، سيكون محرك الأقراص مناسبًا جدًا لتجميع كميات كبيرة من البيانات بغرض المعالجة اللاحقة أو الأرشفة أو النقل عبر خطوط الاتصال باستخدام المودم.
دور أجهزة الواجهة
يتضمن قياس المعلمات الفيزيائية مثل الجهد أو التيار أو درجة الحرارة أو الضغط تقديرًا دقيقًا للكميات التناظرية. يعمل الكمبيوتر حصريًا بكميات منفصلة. يتضح من هذا أن عملية تحويل جهاز الكمبيوتر إلى أداة قياس افتراضية تتضمن توصيل محول تمثيلي إلى رقمي (ADC). يمكن لـ ADC الاتصال بالكمبيوتر إما من خلال المنافذ التسلسلية أو المتوازية، أو مباشرة من خلال الناقلات إذا كان المحول التناظري إلى الرقمي على شكل بطاقة توسيع أو بطاقة PCMCIA.
يضمن الخيار الأول أقصى قدر من البساطة والتكلفة المنخفضة، وعند استخدام الثاني، يمكنك الحصول على أداء ممتاز، ولكن فقط على حساب التعقيد والسعر المرتفع. يمكن لجهاز الواجهة أيضًا أداء وظائف ضرورية أخرى، على سبيل المثال. العزلة كلفانيمصادر الإشارات من دوائر الكمبيوتر، ومطابقة الإشارات التي تولدها أنواع معينة من أجهزة الاستشعار عن طريق المعاوقة، والجهد، والقطبية، وما إلى ذلك، وكذلك تبديل قنوات الإدخال المتعددة.
دور البرمجيات
يتم تحديد نطاق تطبيق الأداة الافتراضية بالكامل تقريبًا من خلال خصائص البرنامج، في حين أن خصائص أجهزة الواجهة تكون في معظم الحالات واضحة تمامًا للمستخدم.
يتم استخدام المنتجات الصناعية من هذا النوع دائمًا تقريبًا عند العمل باستخدام واجهة رسومية أكثر أو أقل تطوراً (بالمناسبة، ليس دائمًا في نظام Windows)، مما يسمح لك بتحديد وضع أو آخر باستخدام لوحة المفاتيح أو الماوس من خلال قوائم متنوعة (الشكل 1). 1.1).
الشكل 1.1. مثال لقوائم OSD للمقياس الظاهري
وكما سنبين لاحقًا، من الملائم جدًا إنشاء برامج صغيرة مصممة خصيصًا لأداء مهمة عملية معينة. غالبًا ما يتم كتابتها بلغة شعبية و بلغة بسيطة، مثل الأساسية. إن الهيكلة البسيطة لهذه البرامج ستجعل من الممكن استخدام كل من أجهزة الواجهة الصناعية والأجهزة المجمعة بشكل مستقل من العناصر الفردية عن طريق إعادة تثبيت برنامج التشغيل المناسب. أدناه سنقوم بمقارنة كلا الخيارين، حتى يتمكن القراء من اختيار الحل الذي يناسب احتياجاتهم الشخصية، وقدراتهم الفنية والمالية، وأخيرا مواهبهم البرمجية.
بالإضافة إلى تشغيل برامج الحصول على البيانات، سيتمكن مستخدم الأداة الافتراضية من تصدير نتائج القياس بشكل متكرر إلى تطبيقات أكثر تقدمًا مثل جداول البيانات أو برامج الرسوم البيانية. تجعل هذه التطبيقات المكتبية السجلات أو مجموعات البيانات الأكثر تجريدية مفهومة، وتسلط الضوء على الاتجاهات أو العلاقات التي تكون غير مرئية للوهلة الأولى. وبطبيعة الحال، يمكن نقل ملفات البيانات الرقمية التي تم الحصول عليها عن طريق تسجيل المعلمات المادية المقاسة عبر خطوط الاتصال باستخدام مودم، ولا سيما عبر بريد إلكترونيوعبر الإنترنت.
الدقة والسرعة
عند المقارنة بين الأجهزة الحقيقية والافتراضية، بالإضافة إلى الإمكانيات المتوفرة وأوضاع التشغيل، يجب أيضًا مراعاة خصائصها الرئيسية، وهي الدقة والسرعة.