【正文】 動能力 ?定時重新自啟動能力 ?掉電自動檢測和復電后從斷點再入的能力 ?實時性 ?為應用軟件提供的二次開發(fā)能力 ?系統(tǒng)自檢測、自診斷能力 構成測控計算機系統(tǒng)的方案選擇 通常有三種構建測控計算機系統(tǒng)的可選方案： 工控機 /單板機擴展 I/O接口，構成非結構化設計方案。 ?傳感器是決定能否實現(xiàn)自動化的關鍵 。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 )。 ?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來定。 ?動態(tài)特性參數(shù)主要有：動態(tài)響應時間、工作頻率范圍和穩(wěn)定度等。 (4)具有較小或者適宜的幾何尺寸，以方便使用。 ?建立目的：參數(shù)控制、記錄顯示 ?基本組成： DAC及其與 MPU的接口 核心部件 數(shù)字或模擬寄存器 模擬多路開關 (AMUX) 具體取決于 通道結構 模擬 I/O通道建立 單路通道 不帶采樣保持器的單路模入通道 帶采樣保持器的單路模入通道 多路通道 各路獨立轉換的多路模入通道 同時采樣、分時轉換型多路模入通道 分時采樣、分時轉換型多路模入通道 模擬 I/O通道建立 (1)不帶采樣保持器的單路模入通道 VI ADC I/O 接口 MPU 這是最簡單的模入通道，實際上就是 ADC及其 與 MPU的接口。 ?優(yōu)點：采樣頻率可達到幾乎與單路一樣高。 ?適用范圍：在多點參數(shù)巡回檢測系統(tǒng)中，應用非常廣泛。 ?適用范圍：在實際測控系統(tǒng)特別是多點參數(shù)巡回檢測系統(tǒng)中應用特別廣泛。 ?說明：如果 DAC芯片上含有輸入緩存器 (大多數(shù) DAC芯片 都是如此 )，則圖中各個數(shù)據(jù)寄存器不必另加。 模擬 I/O通道建立 (3)模擬分配型多路模出通道 ①結構之一： 保持器 保持器 MPU I/O DAC 模擬多路開關 VO1 VOn ? ? ? ? ? ? ? ? ? ★特點：各路共用一個 DAC， 各用一個保持器。 ?兩種模擬分配型結構均必須通過軟件來定時刷新數(shù)據(jù)。 模擬 I/O通道建立 ★ 模擬多路開關 的原理： 通道譯碼 ~ ~ ~ 地址 EN AMUX V0 VI1 VI2 VIn 1 2 … n ★模擬多路開關的分類： ★ 模擬多路開關的通道數(shù) n一般取 2 值 ， 實際中以 n=4,8,16居多 模擬 I/O通道建立 單向開關： 用于多到一分時切換 雙向開關： 既可用于多到一切換 (選擇 )， 又可用于一 到多切換 (分配 ) 按被接通模擬信號 的傳輸方向分 按一次能接通的模擬信號端數(shù)分 單端輸入開關 雙端輸入開關： 特別適合于轉換 、 切換差動輸入的模 擬信號 ★常見多通道模擬開關器件： 模擬 I/O通道建立 ▲ AD7501/AD7503 ▲ AD7502 ▲ AD7506/AD7507 由美國 AD公司生產(chǎn) ▲ CD4051A/CD4052A ▲ CD4067B/CD4097B 由美國 RCA公司生產(chǎn) ▲ AD7501/AD75038通道單端輸入模擬開關 方框圖 兩者的不同之處是 EN控制邏輯相反， AD7501是高電平有效，AD7503是低電平有效。 。 A3 NC 地 S8 OUT VSS S7 。 前者是 16通道雙向多 /1模擬開關，后者是雙輸入、 雙輸出 8路多 /1模擬開關。 ▲捕捉時間 TAC： 指該電路處于保持模式時，從接到采樣命令到采樣保持器輸出跟蹤上當前輸入信號所需的時間。 LF398的功能框圖和典型接線 偏置調節(jié) 模擬 輸入 控制 輸入 3 7 6 2 30kΩ D1 D2 S 300Ω A1 + + ∞ ∞ A2 Ch 5 輸出 24kΩ 1kΩ 采樣 保持 保持 LF398 5 VO Ch VI V+ V I/O通道的設計和建立 主要任務： ⑴合理選擇通道結構 ⑵正確設計或選用功能部件 (ADC、 DAC、 AMUX、 S/H、 測量放大器等 ) ⑶正確設計通道中各功能部件與 MPU的接口 (包括硬件 和軟件 ) 設計原則 (指導思想 )： ⑴就低不就高 以能滿足要求、達到預期指標為先決條件。 信號調理都是由硬件完成的，而一次 /二次處理一 般由軟件完成。 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理 ▲隨機誤差 主要指外部干擾信號和內部噪聲源或 某些意外情況出現(xiàn)所造成的檢測誤差。 數(shù)據(jù)處理 ▲特點帶來的啟示 (隨機誤差處理的基本思想和理 論基礎 ): 為了提高信噪比，可在每個采樣周期中進行多次重復 采樣，以其平均值作為該周期的采樣 ▲當然，在檢測過程中有時可能會偶爾出現(xiàn)強干擾 和意外情況，產(chǎn)生粗大誤差或個別數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理 ②取代奇異點 用預測值 Xt^取代實測值 Xt。 數(shù)據(jù)處理 E=E1(采樣點數(shù)減 1） 設定誤差窗口 W和采樣點數(shù) N設置工作單元 A,B,C,D,E。 中值濾波對去掉脈動干擾較為有效，但對快速變 化的參數(shù)則不宜使用。各點權重不同，平 滑處理中心點附近的數(shù)據(jù)權值大，越偏離中心權值越小。在實時性要術很高的測控系統(tǒng)中不太適用。其公式為： Yn=αXn+(1 α)Yn 1 Xn為第 n次采樣值 這種方法的實質是一種利用軟件代替硬件 RC低通濾波器的 算法。 用它來表示實際函數(shù)曲線，然后在采 集、測量過程中，每采集一點就代入這條擬合曲線的方程中去 解得對應的輸出函數(shù)值。=F39。 修正補償 的方法： 傳統(tǒng)：置于恒溫槽中（增加了體積； 需要預熱時間）。 在連續(xù)系統(tǒng)中用硬件校正。 執(zhí)行機構及驅動 執(zhí)行機構指控制各種參數(shù)按輸出指令變化的控制部件或裝置，如伺服電機、閥門、繼電器等。 執(zhí)行機構及驅動 幾種常見負載情況下的驅動器舉例： ●一般電阻負載驅動器 ●大電流電阻負載驅動器 ●一般感性負載驅動器 ●大電流感性負載驅動器 ●交流負載驅動器 ●伺服電機負載驅動器 執(zhí)行機構及驅動 其他 負載 的驅 動器 輸 出 口 7 6 5 4 3 2 1 0 驅動器（ OC門） 標準 TTL輸出 7406 IL≤40mA VL≤30V 電阻 負載 一般電阻負載驅動器 執(zhí)行機構及驅動 大電流電阻負載驅動器 輸 出 口 驅動器 (OC門 ) +5V VL≤30V 電阻負載 IL≤300mA 75462 標準 TTL輸出 amp。在各類開關量控制系統(tǒng)中用得很廣。 伺服電機有直流和交流兩大類。 C P U 輸出口 DAC 晶體管 功率放大 M L 執(zhí)行機構及驅動 ② PWM式功放驅動 ●功耗低、效率高，利于克服伺服電機的靜摩擦，且體積小、價格低、工作可靠，所以應用很廣。 ●輸出功率大、效率高、廣泛應用于大中型直流電機拖動中。 實現(xiàn)轉速負反饋的方法通常又有多種，如： ●以測速電機作轉速反饋裝置 ●以光電碼盤作轉速反饋裝置 執(zhí)行機構及驅動 ①以測速電機作轉速反饋裝置 S321 工作電機 M VD 功放 前放 DAC ADC VB M S321 測速電機 執(zhí)行機構及驅動 ②以光電碼盤作轉速反饋裝置 執(zhí)行機構及驅動 步進電機是工業(yè)過程控制和儀器儀表中重要的控制元件之一，主要用于精確定位、定速。 執(zhí)行機構及驅動 ★步進電機的工作方式 指各相定子依次勵磁的順序方法。 執(zhí)行機構及驅動 計算機通過軟件進行脈沖分配時，關鍵是根 據(jù)控制所需的步進脈沖頻率，計算出每拍的時間 (即步進周期 )，然后用軟件或硬件延時來向 PIO 接口對應各相的數(shù)位中按相切換的順序規(guī)律，依 次輸出 1或 0。 增強系統(tǒng)可靠性的措施： (1)針對內部不可靠因素，采取避錯、容錯設計技術。 ★設計任務書的主要內容 ▲主題任務 (目標 ) ▲項目意義 ▲項目意義 ▲功能要求 ▲功能要求 ★在形成設計任務書的過程中，設計者除了要充分考 慮用戶對任務的特定要求外，還必須遵循目前測控系統(tǒng)設計中一些共同的準則： (1)要正確處理先進性與經(jīng)濟性的關系，取得 盡可能高的性能價格比。 設計開發(fā)的最關鍵一步 ★一般要提出幾種方案，進行技術、經(jīng)濟比較，擇優(yōu)選用。 包括四個方面： ●實驗室 硬件 調試 ●實驗室軟件調試 ●實驗室仿真聯(lián)調 ●現(xiàn)場安裝聯(lián)調 (1)實驗室硬件調試 原則： 從局部到全局，先功能模塊單調， 再聯(lián)調，逐步擴展調試范圍。 實際測控系統(tǒng)舉例 [例 1]一個配料過程的計算機控制與管理系統(tǒng) (單處理機控制系統(tǒng) ) [例 2]一個通用實時機器人控制器 GKD1 RRC (多微機并行處理結構的實時控制系統(tǒng) ) [例 3]一個架式制曲微機控制與管理一體化系統(tǒng) (集散式控制系統(tǒng) ) 各例詳細 說明 從略