Выпуск #5/2008
Л.Ермаков, С.Шиляев, Ю.Щербина.
Роль микроконтроллеров в промышленных и медицинских измерениях
Роль микроконтроллеров в промышленных и медицинских измерениях
Просмотры: 3284
Как известно, при разработке большинства измерительных систем возникает задача преобразования аналоговых сигналов от различных датчиков в цифровую форму и их последующей обработки. В некоторых случаях вся обработка данных возлагается на компьютер. Однако, если потребность рынка в измерительной системе велика, то удобнее использовать системы со встроенным микроконтроллером. Контроллер берет на себя многие задачи, связанные как с оцифровкой, так и с последующей обработкой данных. При этом за счет серийного производства стоимость системы значительно снижается. В результате получается законченное устройство, решающее задачу эффективно и с минимальными затратами.
ЗАО "Руднев-Шиляев" предлагает целый спектр устройств, предназначенных для преобразования аналогового сигнала датчиков (тензометрических, вибрационных, температурных, пьезоэлектрических) в цифровой код. В таких устройствах часто необходима высокая скорость реакции на изменение физических величин, а быстродействие компьютера может оказаться недостаточным. Мы предлагаем встраивать алгоритмы управления системой в микропроцессор устройства. Наличие у встраиваемых микроконтроллеров широкого спектра интерфейсов (RS-232, RS485, USB, ETHERNET, PCI, радиомодем) обеспечивает возможность передавать обработанные данные в ПК и принимать от него управляющие команды. Устройства могут быть интегрированы в SCADA-системы, такие как TRACE MODE, по протоколам MODBUS или PROFIBUS.
Измерительные преобразователи температуры РШ2816 (рис.1) предназначены для измерения напряжения термопар, которое пересчитывается в температуру окружающей среды. Основные характеристики устройства: число каналов: 20; Uвх от ±20 мВ до ±2,5 В; частота опроса: 0,1–10 Гц; компенсация холодного спая – программная; подключение термопар типа B, E, J, K, N, T, R, S; подключение к сети – посредством интерфейса RS485. В состав преобразователя РШ2816 входит управляющий контроллер и АЦП (24 разряда, 20 каналов). Контроллер управляет аналоговым каналом и АЦП, задавая параметры сбора и передачи данных через интерфейс RS485. Он также выполняет предварительную обработку: тарирование собранных данных и линеаризацию характеристики преобразования используемых датчиков.
Приборы "Диатест" (рис.2) и "Диатест-4" (рис.3) – это генераторы, формирующие весь набор сигналов в соответствии с методикой Р50.2.009-2001 "Электрокардиографы, электрокардиоскопы и электрокардиоанализаторы. Методика поверки". Они предназначены для первичной и периодической поверки электрокардиографов, электроэнцефалографов, реографов, миографов, каналов ЭКГ мониторов. Приборы занесены в Госреестр средств измерений Российской Федерации: сертификат об утверждении типа средств измерений RU.C.35.010A № 23540.
В этих устройствах микроконтроллер играет основную роль – в нём заложены все команды управления, формирования сигналов и индикации. С этими задачами прекрасно справляется микроконтроллер фирмы TI MSP430F169. В нем присутствует большой объём флэш-памяти 60 Кбайт, ОЗУ 2 Кбайт, таймеры, ПДП, блоки работы с интерфейсами SPI, I2C, UART, два ЦАП 12 бит с хорошей линейностью. Например, коэффициент гармонических искажений формируемого синусоидального сигнала на частоте 75 Гц значительно меньше 1% (типовое значение 0,16%). В микроконтроллере предусмотрена возможность программирования и отладки через JTAG-интерфейс. Благодаря малому энергопотреблению, генераторы "Диатест" имеют автономное питание от двух пальчиковых батарей.
В преобразователе аналоговых сигналов ЛА-50USB (рис.4) используется микроконтроллер фирмы Silicon Labs С8051F320 – улучшенный и модернизированный вариант 51-го семейства микроконтроллеров. Характеристики устройства таковы: 10-разрядный АЦП; 16 однополюсных или 8 дифференциальных каналов; входные диапазоны напряжений: ±5В, ±1В, ±0,5В, ±0,1В; запуск АЦП: программный, внешний. При этом цена устройства – всего 3000 рублей.
Еще одна группа приборов – высокочастотные USB-преобразователи аналоговых сигналов в цифровую форму: ЛА-н1USB (8 разрядов АЦП, частота дискретизации 2 ГГц, 2 канала, Rвх = 1 МОм/ 50 Ом) (рис.5), ЛА-н4USB (8 разрядов, 500 МГц, 2 канала, Rвх = 1 МОм) и ЛА-н2USB-12 (12 разрядов, 2 канала, 500 МГц, Rвх = 50 МОм). Эти платы сбора данных являются универсальными измерительными устройствами. На их основе могут быть построены многоканальные системы регистрации, анализа и мониторинга быстропротекающих процессов. Совместно с компьютером преобразователи ЛА-нxUSB могут использоваться в качестве осциллографа.
В платах приборов серии ЛА-нxUSB используется микроконтроллер CY7C68013. На него возложена функция передачи данных из внутренней памяти устройства в компьютер. Благодаря наличию в контроллере внутреннего 4-Кбайт FIFO-буфера обмен данными происходит на высокой скорости. Кроме того, наличие контроллера в этих устройствах позволило унифицировать программное обеспечение. Хотя конечные исполняемые команды в различных приборах серии ЛА-нxUSB разные, управляющие устройствами пакеты имеют одинаковую структуру. Такой подход значительно сокращает время появления новых разработок. Еще одна функция микроконтроллера CY7C68013 в этих устройствах – это калибровка. В ПЗУ микроконтроллера хранятся индивидуальные для каждого устройства подстроечные коэффициенты. Микроконтроллер использует эти подстроечные коэффициенты для того, чтобы согласовать диапазон входного сигнала с уровнем или амплитудой сигнала синхронизации. Это позволяет повысить точность измерений и автоматизировать процесс калибровки приборов.
Таким образом, применение контроллеров в системах измерений позволяет использовать встроенные в них алгоритмы и команды для управления системой, задавать параметры сбора и обработки информации, а также настраивать и калибровать приборы.
Более подробную информацию о приборах, выпускаемых компанией "Руднев-Шиляев", можно получить на ее сайте www.rudshel.ru, а также по тел.: (495) 787-63-67, 787-63-68 и e-mail: adc@rudshel.ru.
Измерительные преобразователи температуры РШ2816 (рис.1) предназначены для измерения напряжения термопар, которое пересчитывается в температуру окружающей среды. Основные характеристики устройства: число каналов: 20; Uвх от ±20 мВ до ±2,5 В; частота опроса: 0,1–10 Гц; компенсация холодного спая – программная; подключение термопар типа B, E, J, K, N, T, R, S; подключение к сети – посредством интерфейса RS485. В состав преобразователя РШ2816 входит управляющий контроллер и АЦП (24 разряда, 20 каналов). Контроллер управляет аналоговым каналом и АЦП, задавая параметры сбора и передачи данных через интерфейс RS485. Он также выполняет предварительную обработку: тарирование собранных данных и линеаризацию характеристики преобразования используемых датчиков.
Приборы "Диатест" (рис.2) и "Диатест-4" (рис.3) – это генераторы, формирующие весь набор сигналов в соответствии с методикой Р50.2.009-2001 "Электрокардиографы, электрокардиоскопы и электрокардиоанализаторы. Методика поверки". Они предназначены для первичной и периодической поверки электрокардиографов, электроэнцефалографов, реографов, миографов, каналов ЭКГ мониторов. Приборы занесены в Госреестр средств измерений Российской Федерации: сертификат об утверждении типа средств измерений RU.C.35.010A № 23540.
В этих устройствах микроконтроллер играет основную роль – в нём заложены все команды управления, формирования сигналов и индикации. С этими задачами прекрасно справляется микроконтроллер фирмы TI MSP430F169. В нем присутствует большой объём флэш-памяти 60 Кбайт, ОЗУ 2 Кбайт, таймеры, ПДП, блоки работы с интерфейсами SPI, I2C, UART, два ЦАП 12 бит с хорошей линейностью. Например, коэффициент гармонических искажений формируемого синусоидального сигнала на частоте 75 Гц значительно меньше 1% (типовое значение 0,16%). В микроконтроллере предусмотрена возможность программирования и отладки через JTAG-интерфейс. Благодаря малому энергопотреблению, генераторы "Диатест" имеют автономное питание от двух пальчиковых батарей.
В преобразователе аналоговых сигналов ЛА-50USB (рис.4) используется микроконтроллер фирмы Silicon Labs С8051F320 – улучшенный и модернизированный вариант 51-го семейства микроконтроллеров. Характеристики устройства таковы: 10-разрядный АЦП; 16 однополюсных или 8 дифференциальных каналов; входные диапазоны напряжений: ±5В, ±1В, ±0,5В, ±0,1В; запуск АЦП: программный, внешний. При этом цена устройства – всего 3000 рублей.
Еще одна группа приборов – высокочастотные USB-преобразователи аналоговых сигналов в цифровую форму: ЛА-н1USB (8 разрядов АЦП, частота дискретизации 2 ГГц, 2 канала, Rвх = 1 МОм/ 50 Ом) (рис.5), ЛА-н4USB (8 разрядов, 500 МГц, 2 канала, Rвх = 1 МОм) и ЛА-н2USB-12 (12 разрядов, 2 канала, 500 МГц, Rвх = 50 МОм). Эти платы сбора данных являются универсальными измерительными устройствами. На их основе могут быть построены многоканальные системы регистрации, анализа и мониторинга быстропротекающих процессов. Совместно с компьютером преобразователи ЛА-нxUSB могут использоваться в качестве осциллографа.
В платах приборов серии ЛА-нxUSB используется микроконтроллер CY7C68013. На него возложена функция передачи данных из внутренней памяти устройства в компьютер. Благодаря наличию в контроллере внутреннего 4-Кбайт FIFO-буфера обмен данными происходит на высокой скорости. Кроме того, наличие контроллера в этих устройствах позволило унифицировать программное обеспечение. Хотя конечные исполняемые команды в различных приборах серии ЛА-нxUSB разные, управляющие устройствами пакеты имеют одинаковую структуру. Такой подход значительно сокращает время появления новых разработок. Еще одна функция микроконтроллера CY7C68013 в этих устройствах – это калибровка. В ПЗУ микроконтроллера хранятся индивидуальные для каждого устройства подстроечные коэффициенты. Микроконтроллер использует эти подстроечные коэффициенты для того, чтобы согласовать диапазон входного сигнала с уровнем или амплитудой сигнала синхронизации. Это позволяет повысить точность измерений и автоматизировать процесс калибровки приборов.
Таким образом, применение контроллеров в системах измерений позволяет использовать встроенные в них алгоритмы и команды для управления системой, задавать параметры сбора и обработки информации, а также настраивать и калибровать приборы.
Более подробную информацию о приборах, выпускаемых компанией "Руднев-Шиляев", можно получить на ее сайте www.rudshel.ru, а также по тел.: (495) 787-63-67, 787-63-68 и e-mail: adc@rudshel.ru.
Отзывы читателей