Système d'acquisition et de traitement de données basé sur PC à deux canaux. Schéma, description

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Système d'acquisition et de traitement de données basé sur PC à deux canaux. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Une fois que l'auteur de l'article avait besoin de prendre les caractéristiques de la combustion de la flamme (intensité du rayonnement dans deux bandes étroites du spectre, rapport entre les intensités et leur évolution dans le temps en fonction de la vitesse de circulation de l'air, du volume de substance combustible, etc.). Un oscilloscope numérique pouvait gérer cette tâche, mais il n'était pas disponible. J'ai dû développer en urgence un système d'acquisition et de traitement de données capable d'effectuer au moins 100 mesures par seconde dans chaque voie avec un délai entre les mêmes échantillons ne dépassant pas 0,5 ms. Les informations de sortie sont la tension du signal dans chaque canal, le rapport de leurs niveaux et la différence entre les échantillons de signal précédents et suivants dans chaque canal.

Bien sûr, il est peu probable que de nombreux lecteurs aient besoin de résoudre le même problème, cependant, le système matériel et logiciel proposé peut être considéré comme un exemple de construction d'un système de collecte de données viable, et il peut servir d'impulsion initiale pour développer votre propre.

Le système décrit se compose d'un dispositif de collecte et de transmission de données (appelons-le DDD) et d'un logiciel pour PC. 1 (un photoconvertisseur n'y est classiquement pas représenté). Il est basé sur le microcontrôleur flash ATMEL AT90S4433-8PI (DDI), qui comprend un ADC 10 bits avec un multiplexeur analogique. Dans ce cas, cependant, un commutateur de canal externe sur les touches intégrées DA1 est utilisé. Cela semblait plus pratique, car cela permettait l'utilisation d'un amplificateur tampon sur l'ampli-op DA3 avec un gain variable Ku. Ce dernier dépend de l'état de la clé DA4.1 : si elle est ouverte, Ku = (R8/R6)+1, et si elle est fermée, Ku = [R8/(R6||R7)]+1 (ici R6||R7 est la résistance des résistances connectées en parallèle R6 et R7).

(cliquez pour agrandir)

L'étage d'entrée de l'ampli-op DA3 est construit sur des transistors MOS. Cela a permis d'utiliser des résistances de protection (R1 et R2) à l'entrée de chaque voie sans réduire la précision de mesure induite par le courant d'entrée (le courant de fuite des touches du microcircuit DA1 est également négligeable). Des résistances sont nécessaires pour que les diodes de protection d'entrée intégrées à la puce DA1 ne tombent pas en panne lorsque le signal mesuré dépasse la tension d'alimentation DA1 (le courant maximal autorisé à travers ces diodes est de 10 mA).

Une autre caractéristique importante de l'amplificateur opérationnel appliqué est que ses tensions d'entrée et de sortie peuvent atteindre les valeurs de tension d'alimentation (ce que l'on appelle l'amplificateur opérationnel rail à rail). Grâce à cela, il est possible d'utiliser une alimentation pour l'amplificateur opérationnel et le microcontrôleur sans réduire la plage dynamique du signal mesuré.

Sur la puce DA2, un régulateur de tension pour l'appareil est assemblé, sur DA5 - une source de tension exemplaire pour l'ADC du microcontrôleur. La puce DA6 est utilisée pour communiquer l'émetteur-récepteur série asynchrone universel (UART) du microcontrôleur avec un PC via l'interface série RS232. LED HL1 et HL2 - indicateurs des modes de fonctionnement de l'USD.

Le connecteur XP1 est nécessaire pour la programmation séquentielle du microcontrôleur dans l'appareil, par exemple avec le programmateur en circuit AS1. Via le connecteur XS1, le JCD est connecté au port série du PC.

Système d'acquisition et de traitement de données basé sur PC à deux canaux

Le programme du microcontrôleur est écrit en assembleur AVR dans l'environnement AVR-Studio, distribué gratuitement par ATMEL. L'application Windows chargée de communiquer avec le DDD et de traiter les informations reçues a été créée dans l'environnement Delphi 5. Lors de l'écriture du programme, l'article de R. Kusyapkulov "Travailler avec les ports série dans Windows 95" m'a beaucoup aidé (Radio, 2000, No 1, p. 23). Dans la fenêtre de l'environnement Delphi, l'application ressemble à celle illustrée à la Fig. 2.

Considérons le fonctionnement du logiciel et du matériel du DRM dans un complexe. Une fois l'ensemble du système assemblé et toutes les connexions nécessaires effectuées, vous pouvez exécuter l'application. Une fenêtre apparaîtra sur l'écran de l'ordinateur. À ce moment, le microcontrôleur USD est en mode d'interrogation constante du récepteur UART. Le voyant HL1 ("Prêt à recevoir") s'allume. Le programme du microcontrôleur vérifie constamment l'état du bit RXC dans le registre UCSRA, attendant qu'il passe à un état. Le système attend une action de l'utilisateur. Il est possible soit de modifier le gain de la voie de mesure DRD, soit de démarrer un cycle de mesure. Dans le premier cas, vous devez "cliquer" sur le bouton "Ku=0,5" ou "Ku=1". Les composants RadioButton 1 et Radiobutton 2 sont responsables de la commutation du gain dans le programme applicatif. Par exemple, si vous "cliquez" sur le bouton "Ku=0,5", le gestionnaire d'événement RadioButton2Click sera lancé et la variable Kamp prendra la valeur 110. Ce code correspond au gain réduit (conditionnellement Ku=0,5). Vous pouvez maintenant appuyer sur le bouton "Démarrer" (il n'est pas visible sur la Fig. 2, car le bouton "Terminer" est situé au-dessus), démarrant ainsi le cycle de mesure.

Ici, il convient de considérer l'idéologie générale de l'échange de données entre DDD et PC. Une fois démarré, le cycle de mesure doit être arrêté à un moment donné. Dans le système décrit, la tactique suivante est adoptée. La mesure n'est pas effectuée en continu, mais à des intervalles d'un peu plus de 2 s (définis par la propriété Interval du composant Timerl dans le programme d'application). Trois cents mesures dans chacune des voies prennent un peu moins de 2 s. Ainsi, si un cycle de mesure est démarré par l'événement Timer1Timer (300 mesures dans chaque voie), puis après qu'il se termine, il restera un peu de temps jusqu'à ce que le prochain événement Timer1Timer se produise, suffisant pour que l'application réagisse à l'événement bbCompleteKeyPress ( si le bouton « Terminer » a été enfoncé). Notez que dans un cycle de mesure, le DDD enverra 1200 octets d'informations au PC, puisque le résultat de chaque mesure se compose de deux octets.

Ainsi, après avoir cliqué sur le bouton "Démarrer", un temporisateur d'une période de 110 ms est lancé (voir le programme d'application, procédure TForml bbStartClick). Passé ce délai, le contrôle passe au gestionnaire d'événements Timer1Timer. Le code 110 ou 130 (gain réduit ou normal, respectivement) est transmis au DDD via le port série - la variable Kamr. Le microcontrôleur reçoit ces données, règle le gain requis en fermant ou en ouvrant la clé DA4.1 et attend la réception de nouvelles informations. A ce moment, le PC transmet le code 100 (variable ActionKey dans le programme applicatif) au DRC. Le microcontrôleur, ayant reçu cette information, éteint le voyant HL1, allume le voyant HL2 ("Transmission en cours") et lance le cycle de mesure (étiquette d'action dans le programme du microcontrôleur) Après avoir effectué une mesure dans chaque voie, le microcontrôleur transmet données au PC et fait une courte pause pour assurer le taux d'échantillonnage du signal requis. Ensuite, les mesures, le transfert de données et la pause sont répétés 299 fois de plus, après quoi le microcontrôleur passe en mode d'attente d'informations du PC (le voyant HL2 s'éteint et HL1 s'allume). Si pendant le cycle (≈2,1 s) le bouton "Complete" a été enfoncé, alors immédiatement après la fin de la réception du dernier des 1200 octets, le contrôle est transféré au gestionnaire bbCompleteKeyPress. L'ordinateur transmet le code 120 au DDD, qui n'est pas reconnu par le microcontrôleur comme un code connu, de sorte que le DRD reste en mode d'attente d'une commande du PC.

Si le bouton "Complete" n'a pas été enfoncé, un nouveau cycle de mesure démarrera lors de l'apparition de l'événement Timer1Timer. Et ainsi de suite jusqu'à ce que le bouton "Terminer" soit enfoncé.

Le gestionnaire bbCompleteKeyPress traite également les informations reçues et génère un fichier texte dans lequel les résultats de mesure sont présentés sous une forme pratique. Chaque cycle de mesure est nommé ici sous la forme d'un bloc avec un numéro correspondant. Un fragment du fichier texte data_temp.txt est illustré à la fig. 3. Le texte contient un semblant d'"en-tête" de tableau, où "No. meas" est le numéro de mesure (de 1 à 300 dans le premier bloc) ; IR - tension du signal du canal 1 ; dif IR - la différence entre les mesures précédentes et suivantes du canal 1 ; cr - tension du signal du canal 2 ; dif cr - la différence entre les mesures précédentes et suivantes du canal 2 ; dif - le rapport du niveau du signal du premier canal au niveau du second.

Système d'acquisition et de traitement de données basé sur PC à deux canaux

Etablir le DCD revient à régler la tension à +5 V en sélectionnant la résistance R5 (elle doit être au moins celle exemplaire à l'entrée AREF DD1, mais pas plus de 6 V)

Le microcircuit KR1157EN1 (DA2) peut être remplacé par un LM317L analogique importé, ainsi que par tout régulateur de tension réglable de polarité positive avec un courant de sortie d'au moins 30 mA. Au lieu de OU KR1446UD1A (DA3), vous pouvez utiliser KR1446UD4A; l'utilisation de modifications avec d'autres indices de lettres n'est pas souhaitable en raison de la tension de polarisation nulle plus élevée.

Résistances - métal-diélectrique C2-23, C2-33 ; condensateurs C1-C3 - tantale oxyde-semi-conducteur K53-1, K53-4; le reste est en céramique KM, K10-17. Accélérateur L1 - DM unifié, DPM. Connecteurs XP1 - PLD10, XS1 - DRB-9FB. Résonateur à quartz ZQ1-RK169MA-6AP-6000K.

Programmes pour le microcontrôleur (programme 1) et le PC (programme 2)

Auteur : M. Bogdanov, Sarov, région de Nizhny Novgorod.

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