Компьютерные измерительные системы (КИС)

В текущее время сформировалось новое направление в метрологии и измерительной технике КИС и их разновидности, виртуальные измерительные приборы (ВИП). КИС содержит в себе компьютер, работающий в режиме реального времени (в режиме on-line).

ПЭВМ употребляются не только лишь как вычислительные средства, да и как универсальные измерительные приборы. КИС на базе ПЭВМ подменяют стандартные измерительные приборы (вольтметры, осциллографы, анализаторы диапазона, генераторы и др.) системой виртуальных устройств. При этом ряд этих устройств может быть активизирован (воспроизведен) на одном ПЭВМ сразу.

К отличительным особенностям и главным преимуществам КИС по сопоставлению с МП устройствами относятся:

· возможность использования широкого фонда стандартных программ, позволяющих решать широкий круг прикладных задач измерений, исследования и обработки сигналов, сбор данных с датчиков, управление разными промышленными установками;

· возможность оперативной передачи данных исследовательских работ и измерений по локальным и глобальным компьютерным сетям (к примеру, по сети Internet);

· высокоразвитый графический интерфейс юзера, обеспечивающий резвое освоение взаимодействия с системой;

· возможность использования внутренней и наружной памяти большой емкости;

· возможность составления компьютерных программ для решения определенных измерительных задач;

· возможность оперативного использования разных устройств, документирования результатов измерений.

В самом общем случае КИС может быть построена 2-мя методами: с поочередной и параллельной архитектурой.

В КИС с поочередной архитектурой (централизованные системы) части системы, модифицирующие анализируемые сигналы, обрабатывают их в поочередном режиме. Потому вся соответственная электроника располагается на слотах компьютера. Плюсы таковой архитектуры построения КИС состоят в том, что благодаря использованию принципа разделения обработки по времени цена системы не велика.

В КИС с параллельной архитектурой содержится ряд параллельных каналов измерения, любой из которых имеет собственные узлы преобразования анализируемых сигналов и только микропроцессор компьютера работает в режиме мультиплексирования. Схожий принцип построения КИС позволяет проводить оптимизацию обработки сигналов в каждом канале независимо. В таковой системе преобразование сигналов можно делать локально в месте расположения источника исследуемого сигнала, что позволяет передавать сигналы от измеряемого объекта в цифровой форме.

Взаимодействие меж отдельными элементами КИС осуществляется при помощи внутренней шины ПЭВМ, к которой подключены как его наружные устройства (экран, наружняя память, принтер, плоттер), так и измерительная схема, состоящая из коммутатора и блока примерных, программно-управляемых мер напряжения и частоты.

При помощи ЦАП вырабатываются управляющие аналоговые сигналы, интерфейсный модуль подключает измерительный прибор к магистрали приборного интерфейса. Контроллер устройства обеспечивает подачу аналоговых сигналов с наружных датчиков на узлы системы.

Довольно обыкновенные узлы КИС могут быть расположены на одной плате ПЭВМ. Есть и поболее сложные структуры КИС, в каких в согласовании с решаемой задачей по установленной программке коммутируются нужные измерительные элементы, т.е. изменяется архитектура построения системы.

Одним из частей КИС является блок примерных программно-управляемых мер напряжения, частоты и др. В качестве интегрированных примерных мер напряжения в КИС в большинстве случаев используют стабилитроны с малым показателем температурного дрейфа.

В КИС предусмотрена возможность определения личных функций воздействия температуры на разные характеристики виртуального прибора: дрейф нуля, сопротивление тумблеров, коэффициенты передачи разных структурных частей. Непрерывный контроль температуры блоков позволяет автоматом корректировать возникшие погрешности измерений.

Одной из установившихся тенденций в области автоматизации измерений является внедрение в практику измерений виртуальных сред сбора и обработки инфы. Это стало вероятным благодаря насыщенному развитию современных компьютерных технологий. Виртуальные среды позволяют создавать программные модули обработки данных, т.е. виртуальные приборы, которые могут употребляться в практике измерений вровень с реальными.

Практическим воплощением концепции виртуального инструмента стала среда разработки программ labVIEW. Значимым различием этой среды программирования от большинства имеющихся является внедрение в ней языка графического программирования. Не считая 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 более многообещающие подходы и решения современной технологии автоматизации измерений.

Программки, сделанные а среде labVIEW, имеют три главные составные части: переднюю панель; блок-диаграмму и пиктограмму.

Передняя (лицевая панель) виртуального инструмента может содержать графическое изображение кнопок, кнопок, регуляторов и других органов управления и индикации. Конструирование лицевой панели сводится к составлению рисунки из разных индикаторов и управляющих частей, находящихся в меню. Управление системой осуществляется методом конфигурации положений тумблеров, поворота ручек управления и введения значений с клавиатуры.

Блок-диаграмма представляет собой графическое решение задачки. Она составляется на графическом языке программирования. Потом интегрированный в labVIEW компилятор передает программку в машинный код. Многофункциональными блоками, избираемыми из меню, могут являться блоки простых 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 инфы, может реализоваться в виде встраиваемых в компьютер сменных плат либо в виде наружных устройств.

Наружные устройства сбора данных и управления (УСДУ) начали разрабатывать и внедрять с возникновением переносных портативных компов. В таких устройствах преобразование сигнала в цифровую форму делается несколькими синхронизированными АЦП, реализованными в виде единой матрицы логических частей. Такие устройства более комфортны для использования в полевых критериях.

Таким макаром, набор аппаратных и программных средств, добавленных к обыкновенному компу и образующие ВИ, можно рассматривать как базу компьютерных измерительных технологий (КИС). Взаимодействие меж отдельными элементами системы в КИС осуществляется с внедрением внутренней шины ПЭВМ, а стандартные измерительные приборы могут заменяться виртуальными.

Соответствующей особенностью КИС является их открытость. Так, при использовании среды программирования labVIEW имеется возможность создавать ВИ, работающие с реальным сигналом не только лишь через плату сбора данных, да и с функционально-модульным интерфейсом. Для работы с таким интерфейсом употребляют приборные драйверы, т.е. программки, которые управляют отдельными устройствами. labVIEW имеет свою библиотеку приборных драйверов, но это не исключает возможность сотворения всех других нужных драйверов.