Патрик Гьол: Как да превърнем персонален компютър в измервателна система. Гьол П

Съвременният компютър е най-сложен електронно устройство. Комбинирайки техническата сложност на отделните компоненти и простотата на дизайна на тяхното комбиниране и разширяване, потребителят, повече от всякога, има свободата да свързва различни периферни устройства към него, разширявайки безкрайно неговите възможности. Една от тези възможности е използването на компютър като измервателна система. Наистина, достатъчно е да прехвърлите някакъв сигнал или измерена стойност в него и възможностите за тях цифрова обработка, както и показване в произволна, удобна за потребителя форма. Книгата на Патрик Гьол „Как да се обърна Персонален компютър» в измервателния комплекс.

Книгата започва с кратко въведение, което запознава читателя с основите на проектирането на измервателни системи. Авторът обръща внимание на основните етапи на измерванията и споделя основите на аналогово-цифровата обработка на сигнала. Темата за ADC е разгледана подробно в съответната глава. Какво е ADC, как работи ADC, на какво се основава принципът на преобразуване на аналогова стойност в цифрова форма и как може да се направи това е описано в тази книга.

Задачата за измерване на различни количества е много често срещана в производството. Какви стандарти и стандартни решения съществуват за решаване на този проблем в професионалното производство са описани в трета глава на книгата. Авторът се спира на индустриални разработки, посветени на тази тема. Разкрива типичните характеристики на такива устройства.

В четвърта глава на кн ние говорим заО домашни устройстваза дигитализиране на аналогови величини. Схеми и печатни платкиподобни устройства. Принципите на работа са описани, така че в бъдеще читателят да може да създаде подобно устройство по свой собствен дизайн.

Естествено компютърният измервателен комплекс не може да работи без специален софтуер. Последният трябва да може да чете сигнала, да оценява неговата абсолютна стойност и да представя получената стойност на екрана на компютъра в удобна форма. Как се разработват такива приложения е описано в пета глава на книгата.

Основна роля за надеждността на измерванията играят сензорите или първичните преобразуватели, които са свързани към компютър. Общ преглед на такива сензори е даден в шеста глава.

Въведение
1. Концепция за изграждане на виртуален измервателен комплекс
2. Преобразуване на аналогово-цифров сигнал
3. Промишлени продукти
4. Сглобяване на интерфейса за измерване
5. Софтуер на виртуалния измервателен комплекс
6. Сензори и аксесоари
7. Приложения

Гьол Патрик

„Как да превърнем персонален компютър в измервателен комплекс“

Вашият компютър: тестер, осцилоскоп, регистратор на данни...

Въведение

Всеки IBM-съвместим персонален компютър (PC), дори ако е лежал в задната част на килера в продължение на няколко години като ненужен, може да се превърне в мощна измервателна система, ако е оборудван с един или повече аналогови входове. Клавиатурата и екранът му предоставят значително по-големи възможности, отколкото мултицет или осцилоскоп, а дисковото устройство и принтерът са чудесни за запис на всякакви продължителни процеси. В допълнение, изчислителната мощност на компютъра позволява събраните с него информационни данни да бъдат подложени на всякаква, дори много сложна обработка. Само преди няколко години превръщането на компютъра във виртуален измервателен уред изискваше инсталирането на една или повече сложни и скъпи платки в компютъра.

Този подход все още се използва в индустрията и научните лаборатории, но днес също е възможно да се постигнат прилични резултати просто чрез свързване на малки аналогово-цифрови преобразуватели към стандартни серийни или паралелни портове. На пазара има готови продукти, предлагани на достъпна цена, но такива устройства могат да бъдат сглобени самостоятелно, ръководени от диаграмите и препоръките, дадени в тази книга.

Благодарение на библиотеката с драйвери, предназначени за описаните устройства, тази книга и файловете, разположени на сървъра www.dmk.ru, ще позволят на читателя бързо да премине към практическа работа, каквото и да е нивото му на познания в областта на електрониката.

Всички проблеми, обхванати тук, се предоставят с готови за използване програми и могат да бъдат адаптирани, за да отговарят на други нужди само с няколко промени в BASIC. Така, което е много важно, виртуалният измервателен комплекс е препрограмируем.

Днес е обичайно да наричаме всички поне донякъде нестандартни приложения за персонални компютри „виртуални“. Много полезни неща могат просто да бъдат симулирани на добър цветен екран с висока резолюцияи резултатът често ще изглежда „по-добър, отколкото е в действителност“.

И така, на виртуалния екран измерващ инструментвероятно ще бъде представена сложна, богата картина, на която има бутони и различни индикатори и скали и дори осцилоскопски екрани. Възможности за графичен интерфейс Тип Windowsосигуряват много по-широка гама от приложения, отколкото може да има конвенционален измервателен уред - да не говорим за потенциалното използване на принтери, дискови устройства и модем, свързан с интернет.

Самото виртуално устройство е повече или по-малко сложен софтуер, инсталиран на персонален компютър, и определено интерфейсно устройство, което позволява на компютъра да получи достъп до физическите количества и процеси, които ще трябва да обработва. По правило такъв интерфейс е аналогово-цифров преобразувател с един или повече входове, евентуално оборудван с устройство за обработка на входния сигнал.

По принцип можете да разчитате, че виртуалното устройство ще предостави на собственика си много повече широки възможности, а цената ще бъде сравнима с класически измервателен уред със същото ниво на технически характеристики.

Този подход ни позволява да се ограничим до минимални разходи, ако изискванията към измервателния комплекс не са много строги. Такова решение е идеално подходящо за нуждите на радиолюбители, учители и дори някои изследователски лаборатории, които се занимават с относително бавни физически процеси. В допълнение, това прави възможно връщането към активна и полезна работа на най-старите от IBM-съвместимите персонални компютри, които биха изглеждали обречени тихо да събират прах в дълбините на шкафове и килери благодарение на умопомрачителната еволюция на компютърните технологии (и политиките на компаниите за производство на компютри и софтуер).

Гьол Патрик

„Как да превърнем персонален компютър в измервателен комплекс“

Вашият компютър: тестер, осцилоскоп, регистратор на данни...

Въведение

Всеки IBM-съвместим персонален компютър (PC), дори ако е лежал в задната част на килера в продължение на няколко години като ненужен, може да се превърне в мощна измервателна система, ако е оборудван с един или повече аналогови входове. Клавиатурата и екранът му предоставят значително по-големи възможности, отколкото мултицет или осцилоскоп, а дисковото устройство и принтерът са чудесни за запис на всякакви продължителни процеси. В допълнение, изчислителната мощност на компютъра позволява събраните с него информационни данни да бъдат подложени на всякаква, дори много сложна обработка. Само преди няколко години превръщането на компютъра във виртуален измервателен уред изискваше инсталирането на една или повече сложни и скъпи платки в компютъра.

Този подход все още се използва в индустрията и научните лаборатории, но днес също е възможно да се постигнат прилични резултати просто чрез свързване на малки аналогово-цифрови преобразуватели към стандартни серийни или паралелни портове. На пазара има готови продукти, предлагани на достъпна цена, но такива устройства могат да бъдат сглобени самостоятелно, ръководени от диаграмите и препоръките, дадени в тази книга.

Благодарение на библиотеката с драйвери, които са предназначени за описаните устройства, тази книга и файловете, разположени на сървъра www.dmk.ru, ще позволят на читателя бързо да премине към практическа работа, независимо от нивото му на познания в областта на електрониката .

Всички проблеми, обхванати тук, се предоставят с готови за използване програми и могат да бъдат адаптирани, за да отговарят на други нужди само с няколко промени в BASIC. Така, което е много важно, виртуалният измервателен комплекс е препрограмируем.

Днес е обичайно да наричаме всички поне донякъде нестандартни приложения за персонални компютри „виртуални“. Много полезни неща могат просто да бъдат симулирани на добър цветен екран с висока разделителна способност и резултатът често ще изглежда „по-добър, отколкото е в действителност“.

Така че екранът на виртуалния измервателен уред най-вероятно ще представи сложна, богата картина, на която има бутони, различни индикатори, скали и дори екрани на осцилоскопи. Възможностите на графичните интерфейси като Windows осигуряват много по-широка гама от приложения, отколкото може да има конвенционален измервателен уред - да не говорим за потенциалното използване на принтери, дискови устройства и модем, свързан с интернет.

Самото виртуално устройство е повече или по-малко сложен софтуер, инсталиран на персонален компютър, и определено интерфейсно устройство, което позволява на компютъра да получи достъп до физическите количества и процеси, които ще трябва да обработва. По правило такъв интерфейс е аналогово-цифров преобразувател с един или повече входове, евентуално оборудван с устройство за обработка на входния сигнал.

По принцип можете да разчитате на факта, че виртуалният уред ще предостави на собственика си много по-големи възможности, а цената ще бъде сравнима с класически измервателен уред със същото ниво на технически характеристики.

Този подход ни позволява да се ограничим до минимални разходи, ако изискванията към измервателния комплекс не са много строги. Такова решение е идеално подходящо за нуждите на радиолюбители, учители и дори някои изследователски лаборатории, които се занимават с относително бавни физически процеси. В допълнение, това прави възможно връщането към активна и полезна работа на най-старите от IBM-съвместимите персонални компютри, които биха изглеждали обречени тихо да събират прах в дълбините на шкафове и килери благодарение на умопомрачителната еволюция на компютърните технологии (и политиките на компаниите за производство на компютри и софтуер).

1. КОНЦЕПЦИЯ ЗА ИЗГРАЖДАНЕ НА ВИРТУАЛЕН ИЗМЕРВАТЕЛЕН КОМПЛЕКС

По-долу е концепцията за изграждане на виртуален измервателен комплекс на базата на персонален компютър и разглежда задачите, които могат да бъдат решени с помощта на компонентите на този комплекс.

РОЛЯ НА КОМПЮТЪРА

Компютърът (най-често IBM-съвместим, настолен или преносим) като централен орган на всяка виртуална измервателна система изпълнява предимно функциите на интерфейса „човек-измервателен обект“. Екранът на всеки монитор предоставя много повече възможности за индикация от екрана на осцилоскоп (дори и да е запаметяващ) и, разбира се, екранът на монитора е много по-голям от дисплея на мултицет. Клавиатурата и особено мишката са много по-удобни за използване от бутоните, а принтерът - дори и най-простият - предоставя безценни възможности за отпечатване на резултатите на хартия. В допълнение, всеки компютър, дори много „древен“, има много изчислителна мощност, която може да се използва за прилагане на различни видове обработка на резултатите от измерванията: нормализиране (намаляване на мащаба), линеаризация, синхронизация, изчисляване на средната стойност, статистика , и т.н. г. И накрая, дисковото устройство ще бъде много удобно за натрупване на големи количества данни с цел последваща обработка, архивиране или предаване по комуникационни линии с помощта на модем.

РОЛЯ НА ИНТЕРФЕЙСНИТЕ УСТРОЙСТВА

Измерването на физически параметри като напрежение, ток, температура или налягане включва точно оценяване на аналогови величини. Компютърът работи изключително с дискретни величини. От това става ясно, че процесът на превръщане на компютър във виртуален измервателен уред включва свързване на аналогово-цифров преобразувател (ADC). ADC може да комуникира с компютъра чрез серийни или паралелни портове, или директно чрез шини, ако аналогово-цифровият преобразувател е под формата на разширителна карта или PCMCIA карта.

Първият вариант гарантира максимална простота и ниска цена, а когато използвате втория, можете да получите отлична производителност, но само за сметка на сложността и високата цена. Интерфейсното устройство може да изпълнява и други необходими функции, например галванична изолация на източници на сигнали от PC вериги, съгласуване на сигнали, генерирани от определени видове сензори по импеданс, напрежение, полярност и т.н., както и превключване на няколко входни канала.

РОЛЯТА НА СОФТУЕРА

Обхватът на приложение на виртуален инструмент се определя почти изцяло от характеристиките на софтуера, докато характеристиките на интерфейсните устройства в повечето случаи са съвсем ясни за потребителя.

Индустриалните продукти от този вид почти винаги се използват при работа с повече или по-малко развит графичен интерфейс (между другото, не винаги под Windows), който ви позволява да избирате един или друг режим с помощта на клавиатурата или мишката чрез различни менюта (фиг. 1.1).

Фигура 1.1. Пример за екранни менюта на виртуален измервателен уред

Както ще бъде показано по-късно, много е удобно да се създават малки програми, специално предназначени за изпълнение на определена практическа задача. Те често са написани на такъв популярен и на прост език, като BASIC. Лекото структуриране на тези програми ще направи възможно използването както на индустриални интерфейсни устройства, така и на устройства, сглобени независимо от отделни елементи чрез просто преинсталиране на подходящия драйвер. По-долу ще сравним двата варианта, така че читателите да могат да изберат решението, което най-добре отговаря на техните лични нужди, технически и финансови възможности и, накрая, програмни таланти.

В допълнение към стартирането на програми за събиране на данни, потребителят на виртуален инструмент ще може често да експортира резултатите от измерванията към по-усъвършенствани приложения като електронни таблици или програми за диаграми. Тези офис приложения правят разбираеми най-абстрактните записи или набори от данни, подчертавайки тенденции или връзки, които са невидими на пръв поглед. И, разбира се, файлове с цифрови данни, получени чрез записване на измерени физически параметри, могат да се предават по комуникационни линии с помощта на модем, по-специално чрез електронна пощаи чрез интернет.

ТОЧНОСТ И БЪРЗИНА

При съпоставка между реални и виртуални устройства, освен предоставените възможности и режими на работа, трябва да се имат предвид и техните основни характеристики, а именно точност и бързина.