Функции микропроцессоров в измерительных устройствах

Микропроцессоры в измерительных устройствах.

Микропроцессорная техника получает все большее при­менение в приборостроении. Применение микропроцессоров преобразует измерительные приборы в «интеллектуальные» устройства, способные производить необходимую математическую обработку измерительной информации и представлять ее в наиболее удобном для восприятия виде.

В случаях, когда измерительные приборы выполняются в виде отдельных устройств, не связанных с информацион­но-измерительной системой, микропроцессоры обеспечива­ют весь необходимый комплекс обработки информации. В случаях, когда прибор входит в качестве звена в инфор­мационно-измерительную систему, микропроцессор произ­водит либо полную обработку информации, либо предвари­тельную обработку данных, оставляя задачи полной обра­ботки информации за вычислительной частью информаци­онно-измерительной системы.

Кроме задач математической обработки измерительных параметров микропроцессор выполняет функции управля­ющего устройства, обеспечивающего подключение необхо­димых элементов приборов, прием командных сигналов, передачу выходных данных и др.

В зависимости от типов измерительного прибора и примененного микропроцессора возможна различная структура «интеллектуального» прибора. Возможно при­менение в приборе нескольких микропроцессоров, один из которых выполняет функции управления, в то время как другие выполняют задачи обработки информации.

Микропроцессоры получают значительное применение во всех основных направлениях развития информационно-измерительной техники.

В приборах для измерения электрических и неэлектрических величин микропроцессоры выполняют следующие основные функции:

1) автоматическую установку пределов измерения, кор­ректировку аддитивных и мультипликативных погрешнос­тей;

2) автоматическое управление процессом уравновешевания в приборах сравнения постоянного и переменного токов;

3) первичную обработку данных - определение отклонений от номинальных значений, определение моментов приближения к граничным условиям, вычисление отноше­ний максимума-минимума, именованных значений отсчетов, умножение и деление на константы;

4) статистическую обработку данных: определение средних значений контролируемых величин за определен­ные интервалы времени, вычисление вариаций, дисперсий, средних квадратических значений и др.;

5) обработку данных по упрощенным алгоритмам: определение контролируемых параметров по измеренным значениям и известным зависимостям—определение рас­хода с вычислением по формулам, определение температур с учетом нелинейности характеристик термоэлементов и температуры окружающей среды, сглаживание полученных значений и др.;

6) обработку данных по алгоритмам, реализующим метод измерения: определение скоростей движения и зна­чений расхода на основе корреляционных методов, опреде­ление параметров объекта на основе спектрального анали­за сигналов и др.;

7) регистрацию данных в буферных (транзитных) ре­гистраторах: управление частотой отсчетов, рациональное использование буферной памяти, подготовку данных к пе­редаче в блоки основной регистрации;

8) визуализацию и регистрацию данных на осциллогра­фах и дисплеях: управление процессом визуализации, организацию памяти, формирование знаков, управление цветом, формирование маркерных меток и др.;

9) диагностику функциональных узлов приборов: опре­деление перед началом измерения исправности основных узлов сложных приборов, организацию тестов контроля и индикацию неисправностей;

10) управление работой узлов, выполняющих отдель­ные функции измерительного преобразования, в частности работой аналого-цифрового преобразователя и др.;

11) полное управление процессом измерения по задан­ной программе, включая управление внешними блоками, дополнительными устройствами (в том числе переклю­чателями, вентилями, микродвигателями), для приборов, из­меряющих неэлектрические величины.

Указанные выше области применения микропроцессоров в измерительных приборах относятся, как указыва­лось ранее, к отдельным приборам, не входящим в систему. В приборах, входящих в измерительную систему, микропроцессоры используются также для связи приборов в единый комплекс, кодирования и декодирования данных, передаваемых по каналам связи, повышения надежности системы путем защиты данных от искажений, сжатия данных и других задач, характерных для информационно-измерительных систем.

Приведенный выше перечень функций микропроцессо­ров в измерительных приборах определяет и основные ти­пы приборов со встроенными микропроцессорами. Наибо­лее широко используются следующие типы средств изме­рений:

1) многопредельные вольтамперомметры, вольтметры с микропроцессорным управлением процессом измерения, автоматической коррекцией погрешностей и программной обработкой результатов измерений;

2) мосты и компенсаторы переменного тока с автомати­зацией процесса уравновешивания, автоматическим выбо­ром пределов измерения комплексных величин, вычислени­ем выходных данных по различным схемам замещения;

3) регистрирующие приборы с аналого-цифровым пре­образованием и хранением данных в буферной памяти, с управлением процессом визуализации данных;

4) преобразователи (датчики) неэлектрических величин с устройствами коррекции погрешностей, преобразованием вида сигналов и др.;

5) приборы для измерений неэлектрических величин с обработкой данных по определенным алгоритмам (корре­ляционные расходомеры и др.);

6) приборы для измерения неэлектрических величин, включающие в себя комплекс вспомогательных элементов и устройств (хроматографы, весоизмерительные приборы и др.).

Внедрение микропроцессорной техники в измерительные приборы приводит к унификации их структур, точнее, той части функциональных узлов, которая обеспечивает управление процессом измерения и обработку информации. Электроизмерительная схема или схема преобразованиям неэлектрической величины в электрическую является специфичной для конкретного типа прибора; остальные узлы и связи между ними зависят от требуемых функциональных и характеристик прибора и архитектуры применяемого микропроцессора или микроЭВМ.

От структуры функциональных узлов измерительного прибора можно перейти к структуре аппаратных и про­граммных модулей, которые выполняют соответствующие функции. Оптимальное проектирование измерительного — прибора состоит в слабо формализованной процедуре син­теза этой аппаратно-программной структуры. Критериями оптимальности могут при этом быть стоимость, надежность и др.; ограничениями — погрешность, быстродействие и другие функциональные характеристики.

Дуализм аппаратного и программного обеспечения дает возможность в каждом конкретном случае определить оптимальные наборы модулей, обеспечивающих заданный набор функций. Реализация аппаратных и программных модулей в микропроцессорных системах существенно зависит от архитектуры применяемого микропроцессора. Понятие архитектуры микропроцессора включает в себя его внутреннюю структуру; способы обмена информацией с внешними модулями; форматы информации, циркулирующей в системе; набор команд микропроцессора.

Применение микропроцессоров и микроЭВМ позволяет решать следующие задачи:

1. Расширение функциональных возможностей измерительных приборов и систем;

2. Сокращение времени на настройку и калибровку приборов;

3. Повышение достоверности измерений;

4. Повышение точности измерений;

5. Повышение производительности измерений;

6. Возможность работы персонала с низкой увалификацией;

7. Сокращение затрат на разработку новых приборов.

Дата добавления: 2014-01-13