Автоматизация радиоизмерений

Классификация автоматизированных средств измерений

К автоматизированным средствам измерений относят автономные непрограммируемые приборы и гибкие измерительные системы (ГИС). Автономные приборы работают по жесткой программе и предназначены для измерений определенных параметров сигналов или цепей. Как правило, это цифровые приборы, например вольтметры, в которых часть операций, таких, как определение полярности измеряемого постоянного напряжения или переключение диапазонов, осуществляется автоматически.

Основная особенность ГИС – возможность программным способом перестраивать систему для измерений различных физических величин и менять режим измерений. Никаких изменений в аппаратной части при этом не требуется. Различают ГИС с интерфейсом, микропроцессорные и компьютерно-измерительные.

Основной способ создания мощных многофункциональных ГИС – объединение с помощью специальной многопроводной магистрали в одну систему ЭВМ, измерительных приборов и устройств отображения информации. Такие системы называют измерительно-вычислительными комплексами (ИВК). Устройство сопряжения ЭВМ со средствами измерений называют приборным интерфейсом или просто интерфейсом. Иногда в это понятие вкладывают и программное обеспечение системы.

В микропроцессорных приборах все элементы подключают к магистрали микропроцессора, отдельной магистрали нет. Встроенные микропроцессоры обычно реализуют сервисные операции (выбор диапазона измерений), обеспечивают различные режимы измерений и вычисляют некоторые параметры сигнала.

В приборах рассматриваемого типа не предусматривается программирование микропроцессора в процессе эксплуатации. Необходимые программы обработки хранятся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), по мере надобности их вызывает оператор с помощью клавиатуры.

В наиболее совершенных микропроцессорных средствах измерений наметилась тенденция создания возможности составления оператором программ в дополнение хранящимся в ПЗУ программам. Наиболее ярко эта тенденция проявилась в новом поколении средств измерений – КИС. Эти системы объединяют средства измерений, вычислений и управления на собственной шине микроЭВМ. Все функциональные элементы КИС удается разместить на одной или двух платах, встраиваемых в ЭВМ. С развитием средств вычислительной техники возможности КИС приближаются к возможностям ИВК, но превосходят последние по уровню интеграции и гибкости.

Как правило, ИВК строят по принципу агрегатирования, согласно которому системы создают из стандартных устройств – модулей, конструктивно законченных и выпускаемых серийно. При такой структуре система способна к быстрой перестройке в соответствии с изменившейся задачей. Для этого достаточно заменить часть модулей и изменить программное обеспечение. Такая система легко модернизируется, а ее разработка не требует большого времени.

Объединение устройств в единую систему возможно при выполнении условия их совместимости. Различают информационную, энергетическую и конструктивную совместимости.

Важнейшей является информационная совместимость. Она заключается в согласовании параметров сигнала устройств по видам, информативным параметрам и уровням. Информационная совместимость позволяет отдельным модулям обмениваться информацией в соответствии с заданным алгоритмом, а также различными служебными сигналами, например адресами и командами. Информационная совместимость необходима для реализации любого интерфейса.

Энергетическая совместимость заключается в согласовании напряжений и токов, питающих модули, и линий их передачи. Конструктивная совместимость заключается в конструктивном согласовании модулей, позволяющем использовать их совместно. Требования энергетической и конструктивной совместимости в разных интерфейсах существенно различаются.

В зависимости от задач ИВК, номенклатуры используемых средств измерений и их характеристик можно построить интерфейсы различной сложности с различными структурами. Создание интерфейсов для каждой задачи или групп задач экономически невыгодно, поэтому разработаны стандартные интерфейсы. В нашей стране принято несколько интерфейсов, в качестве примера рассмотрим интерфейс МЭК 625.1.

Эти интерфейсы относятся к числу магистральных, в которых все устройства подключены к общей магистрали. По отношению к магистрали модули могут быть источником информации или ее приемником. Источник предназначен только для передачи информации. В каждый момент в системе может быть только один источник. Приемник служит для приема информации, их может быть несколько.

Каждое устройство (источник или приемник) имеет свой адрес, по которому осуществляется его вызов для обмена информацией. Адресацию устройств и управление их работой выполняет контроллер. Функции контроллера часто выполняет ЭВМ с интерфейсом.

Один и тот же прибор в системе может поочередно выполнять различные функции. Например, вольтметр на котором перед измерениями устанавливают нужный диапазон измерений, в это время является приемником. В ходе передачи результатов измерений вольтметр функционирует как источник информации.

Передача сообщений в интерфейсе может происходить синхронно или асинхронно. При синхронном методе ритм обмена информацией задается синхроимпульсами подобно тому, как это делается в микропроцессорах. Этот способ позволяет получить высокую скорость обмена, если все устройства характеризуются приблизительно равным и достаточно высоким быстродействием. Если же быстродействие устройств сильно различается, то предпочтителен асинхронный метод, при котором обязательным условием обмена является получение каждым из участвующих в обмене устройств подтверждения о готовности других устройств принимать или передавать информацию. Скорость обмена в этом случае определяется наименее быстродействующим устройством.