Устройства ввода-вывода измерительной информации.

Измерительным каналом называется совокупность технических средств и линии дистанционной передачи между первичным преобразователем, измерительным устройством и устройством отображения информации. В телеизмерениях, кроме того, водится понятие линии связи, число коммутаторов в которой определяется полосой пропускания линии и полосой частот измерительных каналов связи.

Между датчиком и устройством отображения информации обычно в канале связи присутствуют усилители слабых сигналов, аналогоцифровые преобразователи (АЦП), цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), элементы сравнения, меры, нормы, коммутаторы (распределители сигналов, индикаторы и другие технические средства). Однако с появлением персональных компьютеров ряды фирм занялись созданием встраиваемых в компьютер измерительно-управляющих плат, позволяющих создавать измерительные информационные системы для научных исследований и небольших (до 256 каналов) производственных систем.

Это привело к тому, что встраиваемые в компьютер платы (Plugin-card) представлены практически для всех типов компьютеров.

Среди признанных производителей наиболее популярны такие фирмы как «National Instruments», «Computer Boards», «Advantech», «IOtech», «Data Translation», «L-Card». Признанным лидером, выпускающим самую широкую гамму устройств, является американская компания «National Instruments», которая обеспечивает:

- Открытость систем – категория не только техническая, но и экономическая. Открытость стандартов на ИИС означает отсутствие патентов или авторских прав на спецификацию стандарта и его расширение, отсутствие лицензионной платы за использование стандартов, широкую доступность всех специалистов к разработке, производству и использованию продукции в данном стандарте. Открытость ИИС означает использование открытых стандартов, определяет гибкость ее архитектуры, доступ к любому элементу системы, дружественность пользовательского интерфейса, возможность взаимодействия с другими системами за счет использования широкого спектра изделий и программ и совместимости этих продуктов на разных уровнях.

- Магистральность и модульность структуры – построение ИИС с использованием функционально законченных элементов – модулей, соединяемых общими много проводными линиями связи – магистралями, к которым эти модули подключаются. В числе модулей могут быть функциональные модули, выполненные в рамках некоторого стандарта, стандартные приборы, встраиваемые платы и, в некоторых случаях, ЭВМ с периферийным оборудованием. Наличие общих магистралей упрощает подключение новых модулей и дополнительных блоков, обеспечивая системе гибкость и мобильность.

- Программная управляемость модулей или автономных устройств АС означает такую их схемную реализацию, которая дает возможность программным путем с помощью определенного набора команд, подаваемых от специальных управляющих блоков (контроллеров) или ЭВМ, изменять их состояние и алгоритм функционирования. Тем самым программная управляемость элементов ИИС позволяет оперативно менять возможности всей системы в зависимости от конкретных задач, решаемых ИИС.

- Многоуровневость характерна для систем, в которых различные задачи решаются на разных функциональных уровнях.

Остановимся на устройствах ввода-вывода компании «National Instruments»(NI). Модульный принцип построения позволяет измерения физических, электрических, механических и акустических сигналов в пределах одной системы по 256 каналам. Кроме того, наличие АЦП на каждом модуле и индивидуальная изоляция обеспечивают быстрые, точные и безопасные измерения.

Встраиваемые платы ориентированы на использование серийно выпускаемых ПЭВМ настольного и портативного исполнения, имеющих ISA, EISA, PCI, PCMCIA и др. Plugin-card программно доступны для ПЭВМ, так же как и стандартные устройства. Их аппаратно-программное обеспечение позволяет выполнять в программном режиме различные функции измерения и управления, а также накопление информации, ее обработку и отображение как после эксперимента, так и в режиме реального времени. Встраиваемые Plugin-card различаются по своим функциональным возможностям и разделяются на многофункциональные платы ввода-вывода, платы цифрового вода-вывода, платы аналогового ввода-вывода, платы счетчиков-таймеров, платы специального назначения.

Основные технические характеристики некоторых многофункциональных Plugin-card компании «National Instruments» приведены в таблице 4.1. В графе «шины» указаны типы шин компьютера, в котором может использоваться данная плата. ШинаPCMCIA является стандартной шиной для портативных компьютеров типа Notebook.

Таблица 4.1

В табл. 4.2 – 4.4 приведены примеры и основные характеристики той же компании.

Таблица 4.2

Таблица 4.3

Таблица 4.4

Широкая номенклатура плат специального назначения включает в себя такие устройства, как платы динамического анализа сигналов и идентификации объектов, платы управления шаговыми двигателями и робототехническим оборудованием, платы ввода и обработки изображений, платы мультиметров, осциллографов, генераторов и т.п.

Для работы в системах, содержащих несколько Plugin-card, необходимо организовать их синхронизацию. Платы не всех производителей имеют для этого аппаратную и программную поддержку. Наиболее проработанные решения реализованы в платах производства «National Instruments» в виде стандартной шины RTSI Bus, объединяющей специальным кабелем все Plugin-card, входящие в систему.