Автоматизация измерений характеристик преобразователей с использованием ЭВМ и современных измерительных приборов
Автоматизация измерений направлена на снижения трудоемкости и повышение точности измеряемых электромеханических параметров акустических антенн и систем. Использование современных цифровых приборов и персональных компьютеров позволяет создать компактные измерительные установки, одна из которых приведена в данной работе.
Цифровые измерительные приборы оснащены стандартными интерфейсами, позволяющими осуществить общение приборов между собой и создание автоматизированных измерительных стендов из набора различных измерительных приборов, АЦП и ЭВМ. Ниже рассмотрены наиболее популярные интерфейсы измерительных приборов и стандарт команд программируемого инструмента.
Коммуникационные интерфейсы RS232, RS485 и RS422
Популярность интерфейсов RS232, RS485 и RS422 определяется невысокой стоимостью портов и кабелей, а также стабильностью использования данных стандартов в различных областях техники, в течение длительного времени, разными производителями. Поддерживаются асинхронный и синхронный режимы обмена данными.
RS232 предназначен для подключения аппаратуры, передающей или принимающей данные, к оконченной аппаратуре каналов данных. RS232 является радиальным интерфейсом, соединяющим всего 2 порта, поэтому понятие адреса в нём отсутствует. Интерфейс RS232 построен на униполярных линиях передачи данных. Сигнал передается относительно общего провода. Поэтому его производительность и максимальная длина кабеля невелики.
Логические уровни интерфейсов RS232, RS485 и RS422 указаны в табл. 3.2. Повышенные значения напряжений способствуют улучшению помехозащищённости обмена данными. Этот параметр очень важен в промышленных условиях.
Таблица 1 - Логические уровни интерфейсов RS232, RS485 и RS422
| Уровень логического «0» | Уровень логической «1» | |
| Передатчик | от+5 до+12 В | от-12до-5В |
| Приёмник | от+3 до+12 В | от-12 до-3 В |
Интерфейсы RS485 и RS422 реализованы на дифференциальных линиях связи. Их помехозащищённость очень хорошая. Линии RS485 могут быть длиной до 1 километра. Интерфейсы RS485 и RS422 реализуют магистральный принцип обмена данными. В них может быть адресовано до 63 портов.
Применение интерфейсов RS232, RS485 и RS422 в новых разработках продолжается, несмотря на появление более эффективных стандартов.
Основные причины:
• дешевизна кабельного хозяйства и реализации портов;
• большой парк работающего оборудования, использующего эти стандарты;
• возможность организации гальванической развязки.
Таблица 2 - Сравнительные характеристики RS-протоколов
| RS-232 | RS-422 | RS-485 | |
| Максимальная длина кабеля, м | |||
| Число приемников | |||
| Число передатчиков | |||
| Максимальная скорость передачи | 20 кбит/с | 10 Мбит/с | 10 Мбит/с |
Периферийный интерфейс USB
USB (Universal Serial Bus) — универсальная последовательная шина. Как и многие современные интерфейсы, он разработан для применения в персональных компьютерах. Основной целью разработки была необходимость удовлетворить потребность в оперативном подключении периферийных устройств к переносным и в меньшей мере к настольным компьютерам. В стандарте на интерфейс USB заложено множество удобных для пользователя функций:
· «горячее» подключение и отключение устройств;
· питание периферии от хост-компьютера или разветвителя через интерфейсный кабель;
· малогабаритные надёжные разъёмы;
· возможность реализации гальванической развязки;
· поддержка Plug-and-Play;
· высокая скорость обмена данными, особенно в версии спецификации USB 2.0.
USB шина имеет три режима передачи данных:
· Низкоскоростной (LS, Low-speed) 1,5 Мбит/с;
· Полноскоростной (FS, Full-speed) 12 Мбит/с;
· Высокоскоростной (HS, High-speed) 480 Мбит/с.
Стандарт USB определяет электрические и механические параметры среды передачи данных. Информационные сигналы и питающее напряжение 5 В передаются по четырёхпроводному кабелю. Используется дифференциальный способ передачи сигналов D+ и D— по двум перевитым проводникам. Уровни сигналов передатчиков в статическом режиме должны быть ниже 0,3 В (низкий уровень) или выше 2,8 В (высокий уровень). Приёмники выдерживают входное напряжение в пределах — 0,5...+3,8 В.
Кроме дифференциального приёмника каждое устройство имеет линейные приёмники сигналов D+ и D-, а передатчики этих линий управляются индивидуально. Это позволяет различать более двух состояний линии, используемых для организации аппаратного интерфейса.
Интерфейс GPIB
Шина IEEE-488 или GPIB (General Purpose Interface Bus) и соответствующий протокол широко используются в программно-аппаратных комплексах для соединения персональных компьютеров и рабочих станций с измерительными инструментами (в частности, в системах сбора данных). Шина IEEE-488 хорошо стандартизована и протестирована, большинство производителей автоматизированных измерительных систем и инструментов встраивают в свои изделия интерфейсы GPIB в качестве основного канала передачи данных.
Шина состоит из 24 проводов. Все сигнальные линии используют отрицательную логику: наибольшее положительное напряжение интерпретируется как логический "0", а наибольшее отрицательное - как логическая "1". Конкретные значения напряжения определены стандартом IEEE-488.