Структурная схема системы сбора данных

Электрокардиографы: - малогабаритный (АЦП), его преимущества: точность и дешевизна

- кардиограф с современным дизайном, ЖКИ, но менее точный

Предназначение данной системы состоит в исследовании физических явлений.

Рис.1.

Для каждого сигнала каждого датчика необходим АЦП, который преобразует аналоговую величину в соответствующий ей двоичный цифровой код. Если АЦП один, то лучше мультиплексировать сигнал. На входе АЦП один канал.

На рис.1 введены следующие обозначения:

D1,D2 – датчики,

1- мультиплексор (устройство в системе передачи данных, обеспечивающее независимый обмен информацией одновременно по нескольким каналам связи между ЭВМ и различными абонентскими пунктами),

2- кондиционирование сигнала (операция, необходимая для того, чтобы сделать его «удобным» для цифровой части. Она позволяет установить соответствие цифровой и действительной (Ф.я.) формы),

3- плата (см далее),

4- датчики,

5- контроллер (микропроцессор), (микропроцессор- самостоятельное или входящее в состав компьютера устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших интегральных схем),

ОУ- отсчетное устройство,

6- анализ данных

Плата

Плата обычно содержит в себе 4 элемента (см рис.2): АЦП, ЦАП, счетчик, осуществляющий операцию сброса, порты.

0-8 выводов

Рис. 2.

Датчики

Виды датчиков:

1. Цифровые (уровни 0 и 1)

2. Аналоговые (на выходе постоянный сигнал во времени, но переменный по амплитуде)

Основные характеристики датчиков:

1. Выходной сигнал

2. Частота (т.к. чтобы оцифровать сигнал необходимо знать какие частоты входят в состав сигнала, какие частоты на выходе)

К характеристикам также можно отнести: погрешность измерения, напряжение питания, выходной токовый сигнал аналоговый (1 уровень: 0-20 мА; 2 уровень 4мА и 20мА), массу и габариты.

Минимальная частота дискретизации сигнала равна 40 Гц.

При использовании датчиков возникает вопрос: как передается информация от датчика: в виде значения тока или значения напряжения?

Чтобы определить в каком виде будет представлен сигнал на выходе надо знать в какой среде будет работать датчик. Шумная среда не подходит для передачи сигнала напряжением, следовательно в данном случае выбираем ток.

При использовании датчиков необходимо знать порог чувствительности, т.к. на слабый сигнал АЦП не среагирует. Слабый сигнал требует усиления, поэтому необходим корректный выбор усилителя. Сегодня получили широкое распространение программируемые усилители, в них коэффициент усиления задается.

Самый младший разряд определяет разрешение.

Имеет значение входной диапазон АЦП, (PDFфайл (документация)), линейная характеристика датчика (зависимость выхода от входа (рис.3), градуировочная характеристика. На практике необходимо линеризовать зависимость выхода от входа.

Выход

Вход

Рис.3

29.09.07 Задача

Задача: построить прибор, решающий поставленные задачи с наилучшими характеристиками (Рис.4).

Рис.4

Главные параметры датчиков: полоса пропускания и амплитуда выходного сигнала.

Функции БСС (блок согласования сигналов):

1. найти формат взаимодействия;

2. согласование формата данных;

3. обеспечение необходимого вида и формы сигнала;

4. обеспечение стабильного источника питания;

Виды согласования сигналов:

1) по амплитуде (если сигнал имеет очень малую амплитуду необходимо его усилить, сигналы с большой амплитудой- делить), см рис.5.

Рис.5

2) по частоте (обеспечивается с помощью фильтров):

а) фильтр нижних частот (ФНЧ) или LPF(рис.6)

Сопротивление конденсатора: Zc=1/jwc

R

Рис.6

Частотная характеристика ФНЧ представлена на рис.7, где 1- характеристика идеального ФНЧ, 2- реального ФНЧ. Частоты от 0 Гц до fmобразуют полосу пропускания фильтра.

Рис.7

Полоса пропускания обычно определяется первым лепестком амплитудно- частотной характеристики, относящимся к интервалу частот от 0 до fm(см рис 8)

Рис.8

б) фильтр верхних частот (ФВЧ) или HPF(рис.9 а) схема, б) частотная характеристика)

а)б)

Рис.9

3) по импедансу (см рис.10)

Rвх ={L} или {H} (низкое или высокое входное сопротивление)

Рис.10

Благодаря высокому входному сопротивлению операционных усилителей и наличию обратной связи сигнал от блока 1 к блоку 2 передается без искажений (рис.11)

Рис.11

Также для оптимальной работы устройств необходимо стабильное питание (см функции БСС).

Для датчиков целесообразно обеспечить наличие отдельного источника питания.