УДК 621.382(06) Электронные измерительные системы А.В. САМОСАДНЫЙ Московский инженерно-физический институт (государственный университет) СХЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЭВМ PC AT В СИСТЕМАХ СОД В данной работе рассматриваются особенности подхода к рассмотрению схем включения, состава и структуры систем автоматизации на основе и с использованием ПЭВМ PC AT, традиционно используемому в современных условиях. Предлагаются изменения и дополнения к традиционному подходу. Приводятся практические рекомендации и методика проектирования систем СОД. В работе [1], проводится анализ различных схем построения измерительных систем, используемых для этого аппаратных и программных средств, особенностей подключения основных типов датчиков и некоторые методики накопления и обработки результатов. Системы сбора данных структурно подразделяются на источники сигналов, средства съема или получения данных (acquire) и средства хранения данных (data loggers). Применение PC AT в качестве средств накопления и хранения данных позволяет записывать большие массивы данных с высокой пропускной способностью [1]. Основными схемами построения систем сбора данных являются две схемы подключения датчиков к ПЭВМ, исходя из возможностей интерфейсных решений PC AT: системы сбора данных с подключением к внешним шинам (External Bus Data Acquisition) и системы сбора данных с подключением к внутренним шинам (Internal Bus Data Acquisition) [1]. Датчики Схема А/Ц Микропроцес с ор PC AT Рис. 1. Схема сбора данных с подключением к внешним шинам ПЭВМ [1] Достоинства схем сбора данных с подключением к внешним шинам [1]: 1. Из-за того, что для ввода в компьютер используются стандартные интерфейсы, подключение возможно почти к любой ПЭВМ, 2. Устройство сопряжения допускает установку вблизи датчиков в удаленных схемах сбора данных, 3. Устройство сопряжения допускает программирование и реализацию основных задач сбора данных, разгружая ПЭВМ от подобных опера________________________________________________________________________ ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1 254 УДК 621.382(06) Электронные измерительные системы ций и предоставляя HOST-ЭВМ возможность решения других задач. Недостатки схем сбора данных с подключением к внешним шинам [1]: 1. Имеется тенденция к увеличению стоимости систем сбора данных с внешним подключением к ПЭВМ по сравнению со встроенными средствами сопряжения из-за дополнительных затрат на корпуса, блоки питания и др., 2. Более медленный процесс сбора и передачи данных в ПЭВМ по сравнению с внутренним расположением средств сопряжения, значительное время ожидания, затрачиваемое ПЭВМ на прием очередных данных. Системы сбора данных с подключением к внешним шинам реализует связь с ПЭВМ с помощью устройств сопряжения, содержащих АЦП и схемы формирования сигналов, посредством схем поддержки стандартных интерфейсов, таких как RS-232, RS-422 или IEEE-488. В основе схемы сбора данных лежит микро-ЭВМ или микроконтроллер с блоком аналого-цифрового сопряжения. PC AT Датчики Внутренняя система сбора данных Системы сбора данных с подключением к внутренним шинам отличаются наличием платы сопряжения, подключаемой к шине расширения PC AT (имеется в виду шина типа ISA). Такая плата не нуждается в собственном процессоре и разработке микропроцессорного ПО. Рис. 2. Схема сбора данных с подключением к внутренней шине ПЭВМ [1] Достоинства схем сбора данных с подключением к внутренним шинам [1]: 1. Низкая стоимость. Питание, вычислительные возможности и накопление данных реализуется за счет ПЭВМ, 2. Малые размеры, 3. Высокое быстродействие. Представленные схемы, анализ их достоинств и недостатков не учитывают особенности работы современных ПЭВМ, возможности современных электронных устройств и нуждаются в уточнении. В целом, представленные схемы отражают общий подход к проектированию систем автоматизации на основе «шинной идеологии», или проектирования «сверху-вниз», когда в основе построения системы лежат вопросы сопряжения с HOST-устройством, сетевая или шинная структура системы и ________________________________________________________________________ ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1 255 УДК 621.382(06) Электронные измерительные системы программная обработка-накопление результатов в более высоком по иерархии устройстве системы. В отличие от этого подхода в современных условиях необходимо применять комбинированный смешанный подход, когда осуществляется одновременная параллельная разработка: 1) разработки схемы аналогового сопряжения с объектом, как главного звена, определяющего итоговые метрологические характеристики системы, 2) разработки схемы сопряжения, интерфейса и протокола взаимодействия с HOST-устройством, как звена, обеспечивающего обмен данными и управление работой устройства, 3) устройства стыковки схем 1) и 2) для предварительной обработки данных. Чтобы подчеркнуть единство и взаимосвязь этих трех основных звеньев схемы сопряжения используется термин: «Системы сбора-обработки данных (СОД)». Это также означает отказ от отдельного и независимого рассмотрения источников сигналов, средств съема или получения данных (acquire) и средств хранения данных (data loggers). Исходя из общей схемы построения систем СОД и наборов блоковмодулей аппаратных и программных средств, которые могут быть использованы в составе систем СОД или при их проектировании и представленных на рынке, предлагаются следующие основные схемы построения систем СОД для автоматизации [2]: 1. Системы СОД на основе плат сопряжения, встраиваемых в PC AT, 2. Системы СОД на основе контроллеров, подключаемых к ПЭВМ, 3. Системы СОД с использованием отдельных приборов. Отдельной группой предлагается рассматривать универсальные модули, обеспечивающие реализацию вышеперечисленных трех основных схем построения систем автоматизации с использованием ПЭВМ PC AT. К таким модулям можно отнести PC-совместимые одноплатные микроЭВМ и контроллеры со средствами их обеспечения и поддержки, а также универсальные модули нормирования, формирования, приема-передачи сигналов, модули коммутации и подключения сигналов. Список литературы 1. Rigby W.H., Dalby T. Computer Interfacing: A Practical Approach to Data Acquisition and Control. – Prentice Hall Education, Career & Technology Englewood Cliffs, New Jersey 07632, USA,1995 2. Nemchinov V.M., Samossadnyi A.V. Data Acquisition Systems based on PC AT. Interfaces and Interfacing Problems // Data Acquisition Systems for Neutron Experimental Facilities (DANEF-2000): Proc. of the 2nd Intern. Workshop (Dubna, June 5-7, 2000). – Dubna: JINR, 2001.- 341p. ________________________________________________________________________ ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1 256 УДК 621.382(06) Электронные измерительные системы ________________________________________________________________________ ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1 257