Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс

Малогабаритные последовательные АЦП способны обеспечить достаточно большие выходные токи, что позволяет подключать светодиод оптрона непосредственно к их выходам через резистор сопротивлением всею 2,7 кОм. Этого достаточно, чтобы фототранзистор оптрона нормально работал с входными линиями порта RS 232 компьютера, получая напряжение питания от линии RXD того же порта через такой же резистор. Следует учитывать, что напряжение на этой линии более высокое — иногда выше 12 В.

Для защиты от отрицательного напряжения, появляющегося на выводах порта RS 232 и также воздействующего на светодиоды через резистор сопротивлением 2,7 кОм, в схему добавлены диоды D1 и D2 1N4148.

Фототранзисторы оптронов ОР1 и ОР2 формируют управляющие сигналы, которые воздействуют на входы АЦП, соединенные с общим проводом резисторами сопротивлением 82 Ом. Такой номинал, необычно малый и вызывающий потребление большой мощности, необходим для повышения крутизны фронтов управляющих сигналов.

Таким образом, гальваническая развязка целиком обеспечена со стороны цифровой части, а схема аналогового входа осталась абсолютно идентичной схеме, показанной на рис. 4.1.

В остальной части устройства тоже есть несколько особенностей.

Так, для подачи напряжения питания ни в коем случае нельзя использовать порт RS 232, иначе будет нарушена созданная гальваническая изоляция. Поэтому необходим внешний источник питания (например, гальваническая 9-вольтовая батарея). В качестве стабилизатора выбран компонент LM 2931, имеющий очень малое падение напряжения на регулирующем элементе, что позволяет при необходимости обойтись источником питания 5 В. Если же есть уверенность, что внешнее напряжение питания будет всегда больше 5 В, то можно применить обычный стабилизатор 78L05, при условии уменьшения емкости конденсатора на выходе стабилизатора до 10 мкФ. При использовании внешнего источника питания требования к энергопотреблению становятся менее жесткими, поэтому источник опорного напряжения REF 25 Z может быть заменен на менее экономичный, но более дешевый и при этом имеющий точность 0,2 %, а не 1 % (например, LT 1009 CZ производства компании Linear Technology).

При изготовлении этого модуля использована односторонняя печатная плата, чуть более длинная, чем предыдущие, но имеющая ту же ширину. Ее топологическая схема показана на рис. 4.14.

Рис. 4.14. Топологическая схема платы последовательного АЦП с оптронной развязкой

Можно заметить, что одна контактная площадка ИОН LT1009 CZ, предназначенная для включения схемы точной подстройки, никуда не подключена. Вероятно, такое же изменение понадобится внести в рисунок печатной платы, приведенный на рис. 4.3, если возникнет необходимость применить этот компонент вместо REF 25 Z. Это представляет определенный интерес для 10- и 12-разрядных версий АЦП.

Расположение элементов схемы на печатной плате показано на рис. 4.15 и 4.16.

Рис. 4.15. Монтажная схема последовательного АЦП с оптронной развязкой

Рис. 4.16. Внешний вид платы последовательного АЦП с оптронной развязкой

Подключение устройства к ПК производится таким же кабелем с разъемами DB9, какой использовался в предыдущих случаях.

5. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

Выбор того или иного коммерческого программного обеспечения (ПО) для виртуального измерительного комплекса определяется как конкретным типом аналогового интерфейса, имеющегося в наличии, так и особенностями измерений, которые необходимо проводить.

В целом программы, поставляемые с промышленными интерфейсами, являются лучшими, если говорить о возможной частоте дискретизации, и часто могут работать в таких сложных режимах как спектральный анализ сигналов. Их адаптация для некоторых задач иногда требует значительных усилий, так что в подобных случаях предпочтительнее написать несколько строк программы на языке ВАSIС, чтобы достичь желаемой цели.

В этой главе будут последовательно рассмотрены эти два разных, но взаимодополняющих способа практического воплощения концепции построения виртуального измерительного комплекса.

КОММЕРЧЕСКОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Рассмотрим вначале программное обеспечение, поставляемое в комплекте с АЦП ADC 10 и ADC 12.

Пакет PICOSCOPE

PICOSCOPE — это универсальное приложение, в котором при помощи меню можно в любой момент выбрать тип прибора, нужного пользователю:

• цифровой вольтметр постоянного или переменного тока (среднеквадратичный);

• цифровой частотомер;

• запоминающий осциллограф (от 1 мсек/дел до 5 сек/дел);

• низкочастотный анализатор спектра.

Версия пакета для DOS позволяет использовать одновременно только один виртуальный прибор или несколько мультиметров, тогда как версия для Windows допускает многооконность (рис. 5.1), хотя этот режим заметно замедляет работу всей системы.

Рис 5.1. Иллюстрация многооконного режима программы PICOSCOPE

Очень важно отметить, что при работе с сигналами переменного тока необходимо обеспечивать достаточную величину постоянного смешения входного сигнала. Без этого всякая отрицательная составляющая будет просто-напросто проигнорирована (диапазон измерений составляет от 0 до 5 В, и только новые модели ADC 40 и ADC 45 имеют входной диапазон ±5 В).

Подача переменного напряжения прямо на вход ADC 10 или ADC 12 не приводит к их выходу из строя (по крайней мере, до 30 В пикового значения или до 20 В эффективного). Но при этом показания среднеквадратичного вольтметра будут абсолютно неверными, осциллограмма окажется урезанной (однополупериодное выпрямление), а спектр будет искажен паразитными спектральными линиями (появятся четные гармоники).

Есть много вспомогательных способов (например, использование гальванической батарейки, включенной последовательно с входом), которые позволяют обрабатывать сигналы переменного тока с нулевой или малой постоянной составляющей, но более предпочтительно использовать хотя бы простое устройство нормирования сигналов (см. главу 6).

Хотя АЦП ADC 10 и ADC 12 можно подключить к любому IBM-совместимому ПК (желателен экран VGA, но достаточно и CGA), не рекомендуется использовать программу PICOSCOPE с процессорами ниже 386, в крайнем случае, 286. Вполне пригодны модели ПК типа 386SX25, но, естественно, более современные подойдут лучше.

В случае сбора данных о параметрах медленных процессов (снятие кривых заряда или разряда аккумуляторов, измерение температур и т. п.) можно быть уверенным, что даже старого процессора 8088 с тактовой частотой 4,77 МГц будет достаточно. Но для работы с ним надо использовать другую программу, например, PICOLOG или те программы, которые приводятся на сайте www.dmk.ru.

В целом желательно начать работу в режиме осциллографа, с выводом графики (рис. 5.2 и 5.3). Таким способом можно выявить все возможные ограничения сигнала или другие явления, способные повредить точности измерений каких-либо специфических величин.