 |
|||
      |
Описание модуля сбора данных экспериментальной установки, разработанной для проведения термического анализа Борисенков А.Д. В связи с интенсивным развитием компьютерной техники, любой персональный компьютер может превратиться в мощный измерительный комплекс, если его снабдить несколькими аналоговыми входами и установить на нем соответствующее программное обеспечение. Преимущество такого способа обработки информации очевидно – восприятие данных с монитора гораздо удобнее, чем с любого из «обычных» измерительных приборов, вычислительная мощность ПК позволяет совершать огромное количество операций над полученными данными, а также существует возможность накопления их и создания большой базы для дальнейшего анализа. Для того чтобы обработать информацию при помощи ПК, ее необходимо ввести туда. Но как быть, если измеряемая величина – сопротивление (а, следовательно, и температура) имеет аналоговую (т.е. непрерывную) природу, а ПК работает с т.н. цифровыми (т.е. дискретными или прерывными) сигналами? Для этой цели применяется специальное устройство, называемое аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Он преобразует исходные данные от одного или нескольких датчиков в выходной сигнал, пригодный для цифровой обработки. Система аналогово-цифрового преобразования выходного напряжения с делителя напряжения (см. рис.) встроена в микроконтроллер семейства Mega фирмы AVR. В данном случае используется микроконтроллер типа ATMega163 со встроенным 10-ти разрядным АЦП. Разрядность АЦП характеризует степень квантования (дискретизации) входной аналоговой величины относительно т.н. опорного напряжения, в данном случае оно составляет 5В. Т.о., чувствительность данного АЦП составляет 5/1024 ≈ 0,005В. Микроконтроллер (МК) представляет собой универсальную систему, сочетающую в себе большое множество различных портов ввода/вывода, позволяющую управлять ими. По своей сущности МК является микро-ЭВМ, которая имеет энергонезависимую память, в которой хранится программа, «зашитая» в него. Программа в МК позволяет управлять различными его портами, считывать и передавать информацию. В МК входят следующие типичные схемы: 1. Центральное процессорное устройство (ЦПУ) — сердце микроконтроллера. Оно принимает из памяти программ коды команд, декодирует их и выполняет. ЦПУ состоит из регистров, арифметико-логического устройства (АЛУ) и цепей управлений. 2. Память программ. Здесь хранятся коды команд, последовательность которых формирует программу для микроконтроллера. 3. Оперативная память данных. Здесь хранятся переменные программ. У большинства микроконтроллеров здесь расположен также стек. 4. Тактовый генератор. Этот генератор определяет скорость работы микроконтроллера. 5. Цепь сброса. Эта цепь служит для правильного запуска микроконтроллера. 6. Последовательный порт — очень полезный элемент микроконтроллера. Он позволяет обмениваться данными с внешними устройствами при малом количестве проводов. 7. Цифровые линии ввода/вывода. По сравнению с последовательным портом с помощью этих линий возможно управлять одновременно несколькими линиями (или проверять несколько линий). 8. Таймер. Используется для отсчета временных интервалов. 9. Сторожевой таймер. Это специальный таймер, предназначенный для предотвращения сбоев программы. Он работает следующим образом: после запуска он начинает отсчет заданного временного интервала. Если программа не перезапустит его до истечения этого интервала времени, сторожевой таймер перезапустит микроконтроллер. Т.о., программа должна давать сторожевому таймеру сигнал – все в порядке. Если она этого не произошло, то значит произошел сбой. В данном случае, одной из цифровых линий ввода является АЦП. На вход подается напряжение с усилителя напряжения термопары. Затем оно обрабатывается и преобразуется в квантованую величину. В зависимости от температуры, изменяется напряжение на концах термопары и, как следствие, изменяется величина напряжения на выходе с уилителя. Величина этого напряжения сравнивается в АЦП с опорным напряжением, которое подается на вход, т.е. таким образом происходит квантование. Программа в МК считывает величину входного напряжения, и в обработанном виде передает через порт ввода/вывода микроконтроллера с интерфейсом RS-232. По каналу связи эти данные поступают в ПК через последовательный COM-порт, имеющий тот же интерфейс. Программирование МК производится при помощи специального устройства – программатор и программы компилятора, которая переводит программы с языков высокого уровня на машинный язык, понятный для контроллера. Ниже приведена программа на языке Basic, зашитая в микроконтроллер, которая считывает данные с АЦП и передает их в COM-порт: '-------------------------------------------------------------------- ' ADC.BAS '-------------------------------------------------------------------- $regfile = "m163def.dat" Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Avcc '– конфигурация АЦП Start Adc' – старт АЦП Dim W1 As Word Do W1 = Getadc(0) '– считывание данных с 0-го канала АЦП Print W1 '– передача их в СОМ-порт Waitms 250 '- задержка Loop '– бесконечный цикл End |
||
 |
||
