25. Микропроцессорные специализированные системы (мпс) сбора и первичной обработки информации. Сигналы, параметры сигналов, основные характеристики.
Структура взаимодействия МПС с объектом управления
Современные информационно-измерительные, управляющие и радиоэлектронные системы отличаются высокой степенью автоматизации процессов вычисления параметров управления, проведения процедур измерения, контроля и управления технологическими процессами и объектами. На нижнем уровне управления все эти задачи эффективно решаются на основе использования МПС сбора и обработки данных, максимально приближенных к объекту.
Объект управления содержит датчики (Д), формирующие множество параметров Si, образующих первичную информацию об объекте. Сбор этой информации, ее преобразование и ввод в операционный блок МПС или персонального компьютера (ПК) осуществляются посредством подсистемы преобразования, которая взаимодействует с МПС или ПК через системный интерфейс.
После выполнения необходимых вычислительных операций над Si, S2, ... ,,Sm операционный блок МПС или ПК
Основные задачи микропроцессорной системы сбора и первичной обработки импульсно-аналоговой информации
1) сбор информации, включающий:
опрос источников первичной информации (датчиков), производимый обычно путем коммутации или импульсно-аналоговых сигналов датчиков к устройству преобразования «аналог - код», или полученных с него цифровых данных - к процессорному блоку МПС;
преобразование аналоговой формы представления первичной информации о процессе в цифровую форму представления данных.
согласование (нормирование) сигналов датчика с входными цепями системы преобразования, выявление и устранение отклонения сигналов от заданных уровней;
сбор (регистрация или хранение) первичных данных и, при необходимости, их отображение;
2) первичная обработка импульсно-аналоговой информации, содержащая:
линеаризацию, осуществляемую путем вычисления нелинейных (функциональных) зависимостей;
масштабирование и внесение поправок;
вычисление корректирующих зависимостей;
фильтрацию, усреднение, экстраполяцию, сравнение текущих значения данных с предельно допустимыми;
слежение за скоростью изменения параметров с индикацией предельных значений;
вычисление текущих значений параметров, не подлежащих непосредственному измерению, например вычисление объема по известным параметрам резервуара и текущему уровню среды и др.;
генерирование при необходимости качественно новой информации путем ее сжатия и др.;
3) передача информации по каналам связи, включающая:
преобразование данных, полученных после первичной обработки, в формат, необходимый для передачи в информационно-вычислительную систему более высоко уровня или для связи с объектом;
согласование интерфейса и протокола связи при передаче данных по каналу связи и др.
Варианты структур подсистем преобразования и ввода импульсно-аналоговых сигналов в МПСОИ
Сопряжение датчиков первичной импульсно-аналоговой информации с процессорным блоком МПСОИ производится через линейные или вычислительные преобразователи.
Линейный преобразователь (ЛП) осуществляет линейное преобразование частоты или временного интервала в позиционный код N.
Вычислительный преобразователь (ВП) наряду с преобразованием формы представления информации (ф.п.и.) выполняет несложные логические и математические операции по предварительной обработке первичной информации, а также может выдавать некоторые управляющие воздействия на объект управления или контроля. Выполнение этих операций дает возможность разгрузить операционный блок МПС и передать ему выполнение других функций по переработке данных.
Вариант «а» представляет собой набор одноканальных подсистем преобразования, осуществляющих параллельное преобразование сигналов, поступающих от датчиков, с помощью отдельных линейных (ЛП) или вычислительных (ВП) преобразователей. Каждый из преобразователей взаимодействует с процессорным модулем МПС в режиме разделения времени, при котором обмен данными производится через системную шину СШ только с одним преобразователем, так как остальные устройства в это время отключаются от шины.
Вариант «б» использует принцип последовательной обработки сигналов датчиков, подключаемых через коммутатор (К) к линейному или вычислительному преобразователю. Это дает возможность применять только один преобразователь независимо от числа подключаемых к нему сигналов.
Рассмотренные варианты а и б подсистемы преобразования технически реализованы в виде отдельных адаптеров ISA, максимально приближенных к МП, что позволяет через системную шину управлять работой преобразователей, используя ресурсы процессора и памяти МПС. Это существенно упрощает структуру проектируемых адаптеров-преобразователей информации.
Вариант «в» подсистемы преобразования строится на базе отдельного модуля вычислительного преобразователя, формирующего результат в цифровой форме с выполнением операций управления коммутацией, коррекции и линеаризации над входными переменными, представленными в виде нескольких импульсно-аналоговых сигналов. Модуль ВП может иметь отдельный пульт управления и устройство индикации. Данный вариант характерен для систем измерения уровня на базе многосекционных частотных резонансных датчиков [3, 4].
Вариант «г» выполнен в виде отдельного удаленного модуля УСО, как автономного вычислительного преобразователя на базе специализированной МПС или одноплатного микроконтроллера. Результаты первичной обработки сигналов с опрашиваемых датчиков передаются модулем УСО в МПСОИ через последовательный интерфейс. При большом удалении МПС от объекта для передачи данных могут применяться радиомодемы.
Таким образом, анализ вариантов структур подсистем сбора и преобразования импульсно-аналоговых сигналов позволяет выявить два основных способа их построения.
Первый базируется на построении пассивных подсистем в виде адаптеров-преобразователей ф.п.и., в которых организация процесса преобразования ф.п.и. тесно связана с операционными средствами ядра МПСОИ, например, персонального компьютера. При этом адаптер содержит элементарные преобразователи (Пр) частотно- и время-импульсной информации в код на базе стандартных операционных элементов и узлов цифровой техники.
Второй способ основан на создании интеллектуальных адаптеров или удаленных модулей УСО как специализированных МПС или микроконтроллеров, реализующих сбор, преобразование и несложную первичную обработку сигналов для небольшой части унифицированных датчиков, естественно, с использованием элементарных преобразователей формы информации. По сути это - усеченный вариант структуры МПС сбора и первичной обработки импульсно-аналоговых сигналов