МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ С ДАТЧИКАМИ

Датчиком (sensor) называется устройство, вырабатывающее выходной сигнал в ответ на входной электрический сигнал или механическое действие. Иначе датчиками называют преобразователи (transducer) одного типа сигнала в другой.

Датчики применяются для измерения различных физических свойств материалов и сред (температуры, силы, давления, позиции, интенсивности света и др). Эти входные воздействия задают возбуждение датчика, который входит в систему измерения данного параметра. Такой системой является совокупность аналоговых и (или) цифровых модулей управления/анализа какимлибо процессом.

Различают активные и пассивные датчики. Активный датчик использует внешние цепи возбуждения, например датчики на резисторах. Такие датчики изменяют свое сопротивление в зависимости от состояния окружающей среды датчика, но для его функционирования необходим источник тока, к которому он подключен.

Пассивные датчики могут сами формировать выходной сигнал без использования внешнего источника тока или напряжения, например фотодиоды. Фотодиод генерирует фотодиодный ток в зависимости от уровня освещенности, который не зависит от внешних цепей.

В табл. 2.1 приведены виды типичных датчиков.

Выходной сигнал датчиков, как правило, достаточно мал (миллиамперы, милливольты, пикофарады и т. п.), в связи с этим сигнал должен быть усилен для приема, оцифровки и дальнейшей обработки цифровой системой.

Цепи усиления, фильтрации, трансформации и преобразования называются цепями формирования сигнала.

Помимо низкого выходного сигнала выход датчика, как правило, достаточно не линеен. Другими словами, датчики далеко не всегда выдают прямо пропорциональную зависимость выходного сигнала от входного возбуждения. Таким образом, цепи формирования сигнала должны содержать модули линеаризации датчика.

Таблица 2.1

Типичные датчики

Рис. 2.1. Схема управления термопроцессом

Рассмотрим типичную схему микропроцессорной системы для анализа и контроля температуры среды некоторого процесса (рис. 2.1).

Температурный датчик помещен в исследуемую среду (процесс). Выходной сигнал датчика согласовывается (нормируется) и поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Микропроцессор (микроконтроллер) управляет работой АЦП и воспринимает преобразованный в соот-

ветствующую цифровую величину сигнал, получаемый с датчика. Исполнительным устройством системы контроля температуры является нагреватель, управляемый микропроцессором при помощи цифроаналогового преобразователя и схем согласования. Основываясь на данных о температуре, микропроцессорная система поддерживает уровень приложенного напряжения (протекающего тока) через нагреватель для поддержания заданного значения температуры процесса.

Если эту или аналогичную систему объединить в один конструктив, мы получим интеллектуальный датчик(smartsensor), который имеет функции самонастройки, автолиниеризации и пр. Если расширить интеллектуальный датчик возможностями передачи данных по стандартизированной локальной сети, то мы получим интегрированную систему сбора и обработки информации. Такие системы выпускаются ведущими мировыми производителями (AnalogDevices, TexasInstruments, Philips и др.) Они интегрируют на одном конструктиве (или даже кристалле) высокопроизводительные АЦП, ЦАП, микроконтроллеры, flash-память, различные стандартные контроллеры последовательной передачи данных и др.