| следующая статья ==>
В настоящее время сформировалось новое направление в метрологии и измерительной технике КИС и их разновидности, виртуальные измерительные приборы (ВИП). КИС включает в себя компьютер, работающий в режиме реального времени (в режиме on-line).
ПЭВМ используются не только как вычислительные средства, но и как универсальные измерительные приборы. КИС на основе ПЭВМ заменяют стандартные измерительные приборы (вольтметры, осциллографы, анализаторы спектра, генераторы и др.) системой виртуальных приборов. Причем ряд этих приборов может быть активизирован (воспроизведен) на одном ПЭВМ одновременно.
К отличительным особенностям и основным преимуществам КИС по сравнению с МП приборами относятся:
· возможность использования обширного фонда стандартных программ, позволяющих решать широкий круг прикладных задач измерений, исследования и обработки сигналов, сбор данных с датчиков, управление различными промышленными установками;
· возможность оперативной передачи данных исследований и измерений по локальным и глобальным компьютерным сетям (например, по сети Internet);
· высокоразвитый графический интерфейс пользователя, обеспечивающий быстрое освоение взаимодействия с системой;
· возможность использования внутренней и внешней памяти большой емкости;
· возможность составления компьютерных программ для решения конкретных измерительных задач;
· возможность оперативного использования различных устройств, документирования результатов измерений.
В самом общем случае КИС может быть построена двумя способами: с последовательной и параллельной архитектурой.
В КИС с последовательной архитектурой (централизованные системы) части системы, преобразующие анализируемые сигналы, обрабатывают их в последовательном режиме. Поэтому вся соответствующая электроника размещается на слотах компьютера. Достоинства такой архитектуры построения КИС заключаются в том, что благодаря использованию принципа разделения обработки по времени стоимость системы не велика.
В КИС с параллельной архитектурой содержится ряд параллельных каналов измерения, каждый из которых имеет собственные узлы преобразования анализируемых сигналов и только процессор компьютера работает в режиме мультиплексирования. Подобный принцип построения КИС позволяет проводить оптимизацию обработки сигналов в каждом канале независимо. В такой системе преобразование сигналов можно выполнять локально в месте расположения источника исследуемого сигнала, что позволяет передавать сигналы от измеряемого объекта в цифровой форме.
Взаимодействие между отдельными элементами КИС осуществляется с помощью внутренней шины ПЭВМ, к которой подключены как его внешние устройства (дисплей, внешняя память, принтер, плоттер), так и измерительная схема, состоящая из коммутатора и блока образцовых, программно-управляемых мер напряжения и частоты.
С помощью ЦАП вырабатываются управляющие аналоговые сигналы, интерфейсный модуль подключает измерительный прибор к магистрали приборного интерфейса. Контроллер устройства обеспечивает подачу аналоговых сигналов с внешних датчиков на узлы системы.
Достаточно простые узлы КИС могут быть размещены на одной плате ПЭВМ. Существуют и более сложные структуры КИС, в которых в соответствии с решаемой задачей по установленной программе коммутируются необходимые измерительные элементы, т.е. меняется архитектура построения системы.
Одним из элементов КИС является блок образцовых программно-управляемых мер напряжения, частоты и др. В качестве встроенных образцовых мер напряжения в КИС чаще всего применяют стабилитроны с малым показателем температурного дрейфа.
В КИС предусмотрена возможность определения индивидуальных функций влияния температуры на различные параметры виртуального прибора: дрейф нуля, сопротивление переключателей, коэффициенты передачи различных структурных элементов. Непрерывный контроль температуры блоков позволяет автоматически корректировать возникшие погрешности измерений.
Одной из установившихся тенденций в области автоматизации измерений является внедрение в практику измерений виртуальных сред сбора и обработки информации. Это стало возможным благодаря интенсивному развитию современных компьютерных технологий. Виртуальные среды позволяют создавать программные модули обработки данных, т.е. виртуальные приборы, которые могут использоваться в практике измерений наравне с реальными.
Практическим воплощением концепции виртуального инструмента стала среда разработки программ labVIEW. Существенным отличием этой среды программирования от большинства существующих является использование в ней языка графического программирования. Кроме того, в labVIEW имеется большая библиотека процедур и функций, универсальных для большинства прикладных задач управления средствами измерений, сбора и обработки данных. В целом labVIEW вобрал в себя наиболее перспективные подходы и решения современной технологии автоматизации измерений.
Программы, созданные а среде labVIEW, имеют три основные составные части: переднюю панель; блок-диаграмму и пиктограмму.
Передняя (лицевая панель) виртуального инструмента может содержать графическое изображение кнопок, клавиш, регуляторов и других органов управления и индикации. Конструирование лицевой панели сводится к составлению картинки из различных индикаторов и управляющих элементов, находящихся в меню. Управление системой осуществляется путем изменения положений переключателей, поворота ручек управления и введения значений с клавиатуры.
Блок-диаграмма представляет собой графическое решение задачи. Она составляется на графическом языке программирования. Затем встроенный в labVIEW компилятор транслирует программу в машинный код. Функциональными блоками, выбираемыми из меню, могут являться блоки элементарных алгебраических операций, функции сбора и анализа данных, сетевые операции и др.
Пиктограмма является графическим представлением ВИП в блок-диаграмме. Пиктограмма позволяет свернуть ВИП в объект, который можно использовать в блок-диаграммах других ВИП в качестве функций.
Аппаратная составляющая ВИП, обеспечивающая ввод реальных сигналов измерительной информации, может реализоваться в виде встраиваемых в компьютер сменных плат или в виде внешних устройств.
Внешние устройства сбора данных и управления (УСДУ) начали разрабатывать и внедрять с появлением переносных портативных компьютеров. В таких устройствах преобразование сигнала в цифровую форму производится несколькими синхронизированными АЦП, реализованными в виде единой матрицы логических элементов. Такие устройства наиболее удобны для использования в полевых условиях.
Таким образом, набор аппаратных и программных средств, добавленных к обычному компьютеру и образующие ВИ, можно рассматривать как основу компьютерных измерительных технологий (КИС). Взаимодействие между отдельными элементами системы в КИС осуществляется с использованием внутренней шины ПЭВМ, а стандартные измерительные приборы могут заменяться виртуальными.
Характерной особенностью КИС является их открытость. Так, при использовании среды программирования labVIEW имеется возможность создавать ВИ, работающие с реальным сигналом не только через плату сбора данных, но и с функционально-модульным интерфейсом. Для работы с таким интерфейсом используют приборные драйверы, т.е. программы, которые управляют отдельными приборами. labVIEW имеет свою библиотеку приборных драйверов, но это не исключает возможность создания любых других необходимых драйверов.
| следующая статья ==>