Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2006 №11

Современные программные средства связи микроконтроллера с компьютером по интерфейсу RS-232. Часть 6

Кузьминов Алексей


Все статьи цикла:

5. Компьютерные системы сбора и обработки информации, поступающей с датчиков аналоговых, частотных и дискретных сигналов на базе 51-совместимых однокристальных микроконтроллеров

5.1. Краткое описание

Система (рис. 15) предназначена для предварительной обработки и ввода в компьютер сигналов с датчиков аналоговых (ток или напряжение), частотных (частота, количество импульсов) и дискретных (включено или выключено) сигналов.

Рис. 15. Блок-схема системы сбора

Система состоит из компьютера, устройства сбора, предварительной обработки и ввода в компьютер показаний датчиков — устройства сопряжения с объектом (УСО), а также программного обеспечения.

УСО— прибор в корпусе, который подключается к компьютеру через стандартный интерфейс RS232 (последовательный порт COM1 или COM2). Это устройство гальванически развязано от компьютера с помощью оптронных развязок на пробивное напряжение до 1500 В.

Удаление прибора от компьютера может достигать нескольких десятков метров и более в зависимости от скорости обмена информацией.

Прибор оснащен 16 разъемами, к которым подключаются кабели от 8 аналоговых и от 8 частотных датчиков, а также разъемом, к которому подключаются дискретные сигналы.

УСО является специализированным микрокомпьютером на базе микроконтроллера АТ89S8252 (компании Atmel) с сопряженными с ним 8-канальным коммутатором каналов от Analog Devices и одноканальным 24-разрядным (используется 16 разрядов) сигма-дельта AЦП ADS1210 от Burr-Brown (TI).

Микроконтроллер позволяет предварительно обрабатывать входную информацию и передавать ее в компьютер, где производится окончательная обработка и распечатка измеренных данных на экране или принтере.

Программы работают в оконном режиме (меню), поддерживается «мышь». Операционные системы, в которых работает устройство, — MS-DOS или Windows'98/XP.

5.2. Назначение и область использования

Система сбора и обработки может найти применение в самых разнообразных отраслях науки, техники и производства:

  1. Автоматизированная градуировка, калибровка и поверка расходомеров и счетчиков объема жидкостей и газов, а также теплосчетчиков.
  2. Автоматизированный ввод в компьютер показаний датчиков температуры и давления.
  3. Автоматизированный ввод в компьютер показаний датчиков, измеряющих гидродинамические параметры турбулентных потоков: скорости, давления, сил и т. п. (микровертушки, тензо- и термодатчики и т. д.), которые используются в научных исследованиях.
  4. Вибродиагностика.
  5. Медицина (автоматизированный ввод в компьютер показаний с датчиков, измеряющих медико-биологические параметры человека: частоту дыхания и сердечных сокращений, кровяное давление, биотоки мозга и т. п.).

5.3. Технические характеристики

5.4. Технико-экономическая эффективность

Данная система на несколько порядков увеличивает точность измерений и сокращает время обработки информации (если сравнивать с ручной обработкой или с ручным вводом в компьютер и компьютерной обработкой), так как в ее состав входит микроконтроллер, производящий предварительную обработку. В ряде случаев система сбора является единственно возможным средством измерений и обработки их результатов и не имеет альтернативы.

5.5. Сведения об использовании систем в организациях

Системы сбора и обработки (в различных модификациях) работают на московских предприятиях — заводе «Водоприбор» (водяная система), в АО «Моспромгаз» (газовая система), ООО «НПФ КИП-контроль», (газовая система), а также на Белгородском заводе расходомеров (две газовых системы), в городах Салават, Уфа, Рязань (водяные системы), Тула и Брянск (газовые системы) и др.

5.6. Внешний вид окон, открывающихся в процессе работы программы поверки счетчиков объема газа (DOS)

На рис. 16 показан общий вид окон при использовании программы поверки счетчиков объема газа. Эта программа написана на Clarion v.3.101 с использованием графического интерфейса пользователя (Graphic User Interface — GUI3) и работает в ОС DOS. На рис. 16 также можно увидеть окно, где выводится информация при работе тестовой программы, применяемой для поверки самой системы РосТестом (см. окно с подписью «Тест системы сбора»). Аналогичное окно выводится на экран при поставке базового варианта программного обеспечения системы сбора.

5.7. Примеры работы комплекта программ систем сбора на базе микроконтроллера АТ89C51 и АЦП ADS1210 в ОС Windows’98/XP

На рис. 17 показан общий вид окон при работе базового комплекта программ (тестовый режим), работающих в ОС Windows’98, а на рис. 18 — при работе в ОС Windows’XP.

5.8. Фотографии систем сбора

На рис. 19 показана система сбора для поверки газовых счетчиков в ООО «НПФ КИП-контроль» (Москва). Стрелками показано УСО в компьютерном корпусе типа Slim. Система эксплуатируется с 2000 года по настоящее время и до сих пор показывает отличную и надежную работу в составе установки по поверке и градуировке счетчиков объема газа.

Рис. 19. Система сбора для поверки газовых счетчиков в ООО «НПФ КИП)контроль» (Москва). Стрелками показано УСО в компьютерном корпусе типа Slim. Эксплуатируется с 2000 г.

На рис. 20 показана система сбора для поверки газовых счетчиков в организации «Моспромгаз». Стрелками показано УСО в корпусе от выносного привода CD. Эксплуатируется с 1995 года и до сих пор идеально работает.

Рис. 20. Система сбора для поверки газовых счетчиков в организации «Моспромгаз». Стрелками показано УСО в корпусе от выносного привода CD. Эксплуатируется с 1995 г.

5.9. Новая система сбора

В настоящее время заканчивается разработка новой системы сбора на базе скоростного микроконтроллера AT89C51AC3/AT89C51CC03.

Особенности новой системы сбора:

  • Аппаратные средства касаются модернизации УСО. Новое УСО отличается от стандартного тем, что в нем применены микросхемы современной элементной базы, среди которых:
  • – новый высокоскоростной (скорость работы повышена в 2 раза по сравнению со стандартным) 51-совместимый микроконтроллер AT89C51AC3/AT89C51CC03U производства фирмы ATMEL;

    – 24-разрядный Δ–Σ АЦП ADS1210 от Burr Brown (TI). Благодаря применению такого АЦП удалось достичь разрешения аналого-цифрового преобразования системы сбора лучше ±0,001 В (реальное разрешение — не более ±0,0003 В);

    – новая микросхема источника опорного напряжения ADR293 производства фирмы Analog Devices Inc., обладающая пониженным уровнем шума, повышенной точностью и значительно меньшей зависимостью опорного напряжения от температуры;

    – новая микросхема защиты входов АЦП от перенапряжений MAX4507 производства фирмы Maxim, защищающая входы от перенапряжений до ±36 В при включенной системе и до ±40 В — при выключенной; применение MAX4507 защищает тракт АЦП от неправильного подключения датчиков (напряжение питания которых достигает ±24 В), то есть не дает АЦП выйти из строя;

    – новая микросхема высокоскоростной, высоковольтной (скорость передачи — несколько Мбод, пробивное напряжениедо 2,5 кВ) гальванической развязки нового типа (без использования оптронов) iCoupler — ADuM1201/ADUM5241/2 производства фирмы Analog Devices Inc., сочетающей в одном корпусе сразу два преобразователя — на прием и на передачу; применение таких гальванических развязок позволило резко увеличить надежность работы интерфейса связи системы сбора с компьютером (RS232), особенно на высокой скорости 115 200 бод, значительно снизить электромагнитный шум компьютера, проникающий в тракт АЦП и влияющий на его точность (практически полностью его исключить).

  • Программное обеспечение новой системы сбора состоит из двух частей: программа для микроконтроллера и программа для компьютера:
  • – Программа для микроконтроллера написана на современном языке Cи, обладающем высокими оптимизирующими свойствами по памяти и быстродействию (используется компилятор C51 v.6.14 производства фирмы Keil Software).

    – Программа для компьютера. Поставляется как базовое программное обеспечение для новой системы, работает в операционных системах Windows’98 SE2 и Windows’XP SP2, язык программирования Clarion v.6.0.

    – Обе программы отличают высокая скорость и надежность работы — благодаря использованию в них нового алгоритма обмена по интерфейсу RS232, а также применению прямых процессорных команд ввода/вывода в порт RS232 (in и out).

Литература

  1. Баррингтон Брюс Б. Как создавался Кларион // Мир ПК. 1993. № 2.
  2. Кузьминов А. Ю. Интерфейс RS232. Связь между компьютером и микроконтроллером. От DOS к Windows98/XP. М.: ДМК-ПРЕСС, 2006.
  3. Кузьминов А. Ю. Интерфейс RS232. Связь между компьютером и микроконтроллером. М.: Радио и связь, 2004.
  4. Кузьминов А. Ю. Однокристальные микроЭВМ — основа удаленных систем сбора и обработки сигналов, поступающих с датчиков. // Электроника и компоненты. 1998. № 2.
  5. Кузьминов А. Ю. Новые MCS51 — совместимые микроконтроллеры и их применение в системах сбора информации с датчиков // Контрольноизмерительные приборы и системы. 1997. № 6. 1998. № 7.
  6. Кузьминов А. Ю. Удаленные системы сбора информации с датчиков на базе однокристальных микроЭВМ // Автоматизация и производство. 1996. № 3.
  7. Кузьминов А. Ю. Универсальная система сбора и обработки данных АСИР-3 // Мир ПК. 1996. № 6.
  8. Орлов А. Два звучных слова — Clarion и Delphi // Мир ПК. 1996. № 6.
  9. Фролов А. В., Фролов Г. В. Программирование модемов. М.: Диалог-МИФИ, 1993.
  10. www.analog.com
  11. www.atmel.com
  12. www.maxim-ic.com
  13. www.semiconductor-philips.com
  14. www.silabs.com
  15. www.ti.com
  16. www.msdn.microsoft.com/library
  17. www.gapdev.com
  18. www.sysinternal.com

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке