微機(jī)在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用

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1、第十二章微機(jī)在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用12.1計算機(jī)測控系統(tǒng)概述12.2實現(xiàn)計算機(jī)測控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)12.3計算機(jī)測控系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)12.4實際測控系統(tǒng)舉例12.1計算機(jī)測控系統(tǒng)概述計算機(jī)測控系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)測控系統(tǒng)的實時性概念測控系統(tǒng)對計算機(jī)的要求構(gòu)成測控系統(tǒng)計算機(jī)系統(tǒng)的方案選擇12.1.1計算機(jī)測控系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)I/O通道測控對象傳感器執(zhí)行機(jī)構(gòu)......信號調(diào)理信號變換DIA/DDOD/A............總線計算機(jī)12.1.1計算機(jī)測控系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)計算機(jī)測控系統(tǒng)一般由三大部分組成：1)計算機(jī)--測控系統(tǒng)的核心2)I/O通道--計算機(jī)與測控對象的接口3)測控對象--反映設(shè)

2、備或過程的工況的參數(shù)和狀態(tài),它包括：①傳感器：將參數(shù)和狀態(tài)敏感、變換為電信號②執(zhí)行機(jī)構(gòu)：對參數(shù)、狀態(tài)實施控制統(tǒng)稱測控計算機(jī)系統(tǒng)12.1.1計算機(jī)測控系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)隨著測控規(guī)模和功能的不同,測控計算機(jī)系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上可有所不同。常見體系結(jié)構(gòu)：●單處理機(jī)結(jié)構(gòu)●多處理機(jī)并行處理結(jié)構(gòu)●分布或集散式處理結(jié)構(gòu)●分層遞階控制結(jié)構(gòu)●網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無論哪種結(jié)構(gòu),作為與測控對象直接聯(lián)系的底層,都是由一個或多個裝置級直接數(shù)字控制計算機(jī)組成。所以本章針對的只是這種裝置級直接控制的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。12.1.1計算機(jī)測控系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)計算機(jī)測控系統(tǒng)三大功能：采集(檢測)、處理和控制⑴先在計算機(jī)控制下對測控對象中

3、有關(guān)參數(shù)、狀態(tài)信號進(jìn)行檢測對于模擬信號,先通過傳感器變成電信號,再經(jīng)信號調(diào)理電路進(jìn)行預(yù)處理,變成統(tǒng)一量程的電壓或電流信號,然后由A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量,采入計算機(jī)。對于數(shù)字信號，則通過傳感器、信號調(diào)理電路和數(shù)字輸入通道,變換成幅值和格式與計算機(jī)匹配兼容的信號,采入計算機(jī)。。⑵信號采入計算機(jī)后，在計算機(jī)中進(jìn)行加工、分析、處理，根據(jù)分析處理的結(jié)果和選用的控制模型、算法作出判斷和決策,發(fā)出數(shù)字量控制信號,通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)去達(dá)到控制目的。對模擬式受控變量,需經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換再輸出。對開關(guān)/脈沖式受控變量，只需經(jīng)電平、時序、功率變換。測控工作原理12.1.2測控系統(tǒng)的實時性概念實時性：測控系統(tǒng)對

4、輸入信號即時作出響應(yīng)的能力。可用"響應(yīng)時間"對實時性作定量描述。其含義是指一個系統(tǒng)響應(yīng)輸入數(shù)據(jù)所需的時間，它是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和決策控制三步操作的總時間，亦稱控制周期。為了增強(qiáng)系統(tǒng)實時性，必須做到實時采集、實時處理、實時決策控制，合稱實時控制。實時性是相對的：在不同系統(tǒng)中有不同要求。所謂實時控制，應(yīng)理解成系統(tǒng)具有滿足某一特定生產(chǎn)工藝所需的數(shù)據(jù)測量、處理和決策控制的速度。12.1.3測控系統(tǒng)對計算機(jī)的要求測控系統(tǒng)一般應(yīng)從下列幾方面對測控計算機(jī)提出要求：平均無故障工作時間MTBF抗干擾性能和抗惡劣環(huán)境能力I/O總線驅(qū)動能力定時重新自啟動能力掉電自動檢測和復(fù)電后從斷點(diǎn)再入的能力實時

5、性為應(yīng)用軟件提供的二次開發(fā)能力系統(tǒng)自檢測、自診斷能力12.1.4構(gòu)成測控計算機(jī)系統(tǒng)的方案選擇通常有三種構(gòu)建測控計算機(jī)系統(tǒng)的可選方案：1.采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通用微機(jī)--工控機(jī)2.采用可編程序控制器3.采用單片機(jī)/單板機(jī)擴(kuò)展I/O接口，構(gòu)成非結(jié)構(gòu)化設(shè)計方案。---適于小型測控系統(tǒng)，特別是智能化儀器儀表。12.2實現(xiàn)計算機(jī)測控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)傳感器及測量模擬I/O通道建立數(shù)據(jù)處理執(zhí)行機(jī)構(gòu)及驅(qū)動可靠性與抗干擾技術(shù)12.2.1傳感器及測量實現(xiàn)計算機(jī)測控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一是信息感知與測量。傳感器是實現(xiàn)信息感知與測量的基本器件，它為系統(tǒng)提供賴以進(jìn)行處理和決策控制所必須的原始信息。傳感器是決定能否實

6、現(xiàn)自動化的關(guān)鍵。其性能好壞，是影響測控性能好壞的第一要素。傳感器主耍應(yīng)具有三方面能力：(1)能感知被測量(多為非電量)(2)能將被測量轉(zhuǎn)換為電氣參量(如電壓、電流、電阻等)(3)要形成便于后級接收和傳輸?shù)碾娦盘栃问?2.2.1傳感器及測量一個完整的傳感器,一般由以下三部分構(gòu)成：1)敏感元件2)變換元件3)檢測電路對于有源傳感器，還需加上電源。敏感元件變換元件檢測電路電信號電源傳感器的一般結(jié)構(gòu)圖中結(jié)構(gòu)是對于間接測量式傳感器而言的。對于直接變換式傳感器，敏感元件和變換元件是統(tǒng)一的，合二而一的(如熱敏電阻等)。12.2.1傳感器及測量間接測量式傳感器的傳感過程是：先感知再變換，即先作

7、一次變換，再作二次變換(如某些加速度傳感器)。這種間接測量的方法可以擴(kuò)大檢測范圍，使有些看來似乎不能檢測的量得以檢測。間接測量的實現(xiàn),可用硬件方法,也可用軟件方法。傳感器中是否需要檢測電路，要視各類傳感器的工作原理及性能指標(biāo)來定。12.2.1傳感器及測量根據(jù)輸出電信號形式的不同，傳感器可分為以下三類：(1)開關(guān)式傳感器---輸出以高、低電平形式出現(xiàn)(2)數(shù)字式傳感器，又分為：直接數(shù)字傳感器頻率式傳感器脈沖傳感器共同特點(diǎn)：精度較高，便于和微機(jī)接口連接(3)模擬傳感器---輸出以連續(xù)變化電量形式