ВІСНИК ІНЖЕНЕРНОЇ АКАДЕМІЇ УКРАЇНИ
№ 3-4, 2013
BULLETIN OF ENGINEERING ACADEMY OF UKRAINE
ІНФОРМАЦІЙНІ СИСТЕМИ, ОБЧИСЛЮВАЛЬНА Й ЕЛЕКТРОННА ТЕХНІКА, СИСТЕМИ ЗВ'ЯЗКУ ТА ПРИЛАДОБУДУВАННЯ
37 цифрових процесорів обробки сигналів.
Всі модулі аналогового введення-виведення підтримуються програмними засобами у середовищах DOS, WINDOWS 98/02, LAB VIEW, MATLAB.
Перетворення аналогового сигналу у цифрову форму полягає у вимірюванні миттєвих значень його амплітуди через рівні проміжки часу і представленні отриманих значень, званих відліками, у вигляді послідовності чисел. Ця процедура називається аналого-цифровим перетворенням, а пристрій для її реалізації - аналого-цифровим перетворювачем (АЦП. Числа, отримані в результаті аналого-цифрового перетворення, виражаються в двійковій системі числення, тобто у вигляді комбінації лише двох цифр - нулів і одиниць.
Процес перетворення безперервного аналогового сигналу в послідовність його миттєвих значень називається дискретизацією. Для обрання необхідного АЦП необхідно враховувати його головні параметри – частоту дискретизації та розрядність.
Розрядність АЦП характеризує кількість дискретних значень, які перетворювач може видати на виході. Вимірюється в бітах. Наприклад, АЦП, здатний видати 256 дискретних значень (0..255), має розрядність 8 бітів.
Розрядність може бути також визначена в величинах вхідного сигналу і виражена, наприклад, в вольтах. Розрядність за напругою дорівнює напрузі, що відповідає максимальному вихідному коду, який ділиться на кількість вихідних дискретних значень.
Розрахуємо розрядність за напругою для досліджуваного нами акселерометра FAO-100. Діапазон вихідних значень: від 0 до 6 В, тому
1. Розрядність АЦП 8 бітів: 2 8
= 256 рівнів квантування;
Розрядність за напругою: (6-0)/256 = 0.0234 Вольт = 23.4 мВ.
2. Розрядність АЦП 12 бітів: 2 12
= 4096 рівнів квантування;
Розрядність за напругою: (6-0)/4096 = 0.00146 Вольт = 1.46 мВ.
3. Розрядність АЦП 14 бітів: 2 14
= 16384 рівнів квантування;
Розрядність за напругою: (6-0)/16384 = 0.00037 Вольт = 0.37 мВ.
Аналоговий сигнал є безперервною функцією часу, в АЦП він перетвориться в послідовність цифрових значень. Отже, необхідно визначити частоту вибірки цифрових значень з аналогового сигналу. Частота, з якою проводяться цифрові значення, отримала назву частота дискретизації АЦП. Частота дискретизації — визначає кількість сигналів за секунду (або за іншу одиницю) при перетворенні безперервного сигналу в дискретний сигнал (тобто його дискретизації). Як правило, частота дискретизації вимірюється в герцах (Гц. Вибір частоти дискретизації в загальному випадку визначається відомою теоремою Котельникова (теоремою відліків, згідно якої якщо безперервний сигнал x(t) має спектр, обмежений частотою F
max
, то він може бути однозначно і без втрат відновлений по своїх дискретних відліках, узятих з частотою f дискр.
=2F
max
, або, по-іншому, по відліках, узятих з періодом Т
дискр.
=1/2 F
max
Отже, оскільки максимальна частота ОА складає 950 Гц, то частота дискретизації буде рівною кГц. За розрахованими параметрами підберемо модулі вводу – виводу для поєднання ОА з ЕОМ. Великий асортимент модулів даного типу пропонує компанія VibroSystM, заснована в 1986 рта має головний офіс в Канаді. VibroSystM є єдиним у своєму роді постачальником вимірювальних систем для гідроелектростанцій, шахт і великих двигунів турбоагрегатів. Жоден інший виробник приладів не пропонує такого широкого спектру рішень, розроблених спеціально для гідравлічних, турбо або автомобільної техніки. Серед запропонованих компанією модулів вводу звертається увага на один продукт як найбільш підходящий - PCU-100 .
PCU-100 (рис) – це багатоканальний цифровий блок обробки даних. Інноваційна блочна конструкція дає можливість варіювати комбінації вхідних, вихідних модулів і релейних блоків до максимальної кількості (8 входів). PCU-100 повністю сумісний з акселерометрами. Рис. 1. Багатоканальний цифровий блок PCU-100

№ 3-4, 2013
ВІСНИК ІНЖЕНЕРНОЇ АКАДЕМІЇ УКРАЇНИ
BULLETIN OF ENGINEERING ACADEMY OF UKRAINE
ІНФОРМАЦІЙНІ СИСТЕМИ, ОБЧИСЛЮВАЛЬНА Й ЕЛЕКТРОННА ТЕХНІКА, СИСТЕМИ ЗВ'ЯЗКУ ТА ПРИЛАДОБУДУВАННЯ
38 Табл
AI ch. – кількість каналів аналогового вводу
AI sample rate, S/s – частота роботи АЦП в режимі оцифровування одного каналу в Гц
AO ch. – кількість каналів аналогового виводу;
AO sample rate, S/s – частота роботи ЦАП в Гц
AO range, V – діапазони напруг вихідних сигналів, В
AI res. bit – дозвіл при аналоговому введенні, в бітах;
AO res. bit – дозвіл при аналоговому виведенні, в бітах;
DIO ch.
– кількість каналів цифрового введення/виведення.
Оскільки у додаток до пристрою додається програмне забезпечення, тов експлуатації це надзвичайно зручно (рис. Також додаються драйвери для операційних систем Windows, Linux.
Виготовленням модулів введення-виведення займається також департамент "Техніка автоматизації та приводи (А" німецького концерну Siemens. Він пропонує пристрої, які славляться своєю надійністю та довговічністю, однак є доволі дорогими.
Модулі введення-виведення LOGO (рис) мають 8-16 каналів вводу-виводу, тобто по 4 або по 8 на кожен тип сигналів.
Розрядність АЦП за напругою від 5 до 12 В, а частота дискретизації від 30 кГц. Показник робочих температур від -50 С до
400 С.
Отже, при виборі одного із запропонованих пристроїв перетворення аналогових сигналів необхідно чітко визначитись, по- перше, із необхідними характеристиками приладу, і, подруге, із умовами його експлуатації. Для дослідницьких цілей – це недорогий модуль із готовим програмним забезпеченням PCU-100, для промислових – це, звичайно, модулі LOGO, які хоч і дорогі, але надійні.
Висновки Проведено аналіз та надано відповідні рекомендації щодо використання тих чи інших перетворювачів аналогових вихідних сигналів навігаційних приладів у цифрову форму.
Література:
8. Безвесільна ОМ. Наукові дослідження в галузі вимірювання механічних величин /
Безвесільна ОМ, Подчашинський Ю.О, Тимчик ГС підручник – Житомир : ЖДТУ, 2011. – 876 с.
9. Безвесільна ОМ. Авіаційні гравіметричні системи та гравіметри: монографія / Безвесільна ОМ Житомир : ЖДТУ, 2007. – 604 с.
10. Безвесільна ОМ. Технологічні вимірювання та прилади. Перетворюючіі пристрої приладів / ОМ. Безвесільна, ГС. Тимчик: підручник – Житомир : ЖДТУ, 2012. – 812 с.
11. Безвесільна ОМ. Засоби вимірювання екологічних параметрів / ОМ. Безвесільна, А.П.
Войцицький, ТО. Єльнікова, Ю.В. Киричук: підручник – Житомир : ЖДТУ, 2009. – 508 с. Рис. 2. Програма для PCU-100,Zoom Look Рис. 3. Модуль введення-виведення LOGO