【正文】 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(shí)時性 ?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 構(gòu)成測控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的方案選擇 通常有三種構(gòu)建測控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可選方案： 工控機(jī) /單板機(jī)擴(kuò)展 I/O接口，構(gòu)成非結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方案。 ?傳感器是決定能否實(shí)現(xiàn)自動化的關(guān)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(biāo)來定。 ?動態(tài)特性參數(shù)主要有：動態(tài)響應(yīng)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(guān) (AMUX) 具體取決于 通道結(jié)構(gòu) 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(dú)立轉(zhuǎn)換的多路模入通道 同時采樣、分時轉(zhuǎn)換型多路模入通道 分時采樣、分時轉(zhuǎn)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(shí)際上就是 ADC及其 與 MPU的接口。 ?優(yōu)點(diǎn)：采樣頻率可達(dá)到幾乎與單路一樣高。 ?適用范圍：在多點(diǎn)參數(shù)巡回檢測系統(tǒng)中，應(yīng)用非常廣泛。 ?適用范圍：在實(shí)際測控系統(tǒng)特別是多點(diǎn)參數(shù)巡回檢測系統(tǒng)中應(yīng)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(jié)構(gòu)之一： 保持器 保持器 MPU I/O DAC 模擬多路開關(guān) VO1 VOn ? ? ? ? ? ? ? ? ? ★特點(diǎn)：各路共用一個 DAC， 各用一個保持器。 ?兩種模擬分配型結(jié)構(gòu)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(guān) 的原理： 通道譯碼 ~ ~ ~ 地址 EN AMUX V0 VI1 VI2 VIn 1 2 … n ★模擬多路開關(guān)的分類： ★ 模擬多路開關(guān)的通道數(shù) n一般取 2 值 ， 實(shí)際中以 n=4,8,16居多 模擬 I/O通道建立 單向開關(guān)： 用于多到一分時切換 雙向開關(guān)： 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(guān) 雙端輸入開關(guān)： 特別適合于轉(zhuǎn)換 、 切換差動輸入的模 擬信號 ★常見多通道模擬開關(guān)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(guān) 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(guān)，后者是雙輸入、 雙輸出 8路多 /1模擬開關(guān)。 ▲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(dāng)前輸入信號所需的時間。 LF398的功能框圖和典型接線 偏置調(diào)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(shè)計(jì)和建立 主要任務(wù)： ⑴合理選擇通道結(jié)構(gòu) ⑵正確設(shè)計(jì)或選用功能部件 (ADC、 DAC、 AMUX、 S/H、 測量放大器等 ) ⑶正確設(shè)計(jì)通道中各功能部件與 MPU的接口 (包括硬件 和軟件 ) 設(shè)計(jì)原則 (指導(dǎo)思想 )： ⑴就低不就高 以能滿足要求、達(dá)到預(yù)期指標(biāo)為先決條件。 信號調(diào)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(jī)誤差 主要指外部干擾信號和內(nèi)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(diǎn)帶來的啟示 (隨機(jī)誤差處理的基本思想和理 論基礎(chǔ) ): 為了提高信噪比，可在每個采樣周期中進(jìn)行多次重復(fù) 采樣，以其平均值作為該周期的采樣 ▲當(dāng)然，在檢測過程中有時可能會偶爾出現(xiàn)強(qiáng)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(diǎn) 用預(yù)測值 Xt^取代實(shí)測值 Xt。 數(shù)據(jù)處理 E=E1(采樣點(diǎn)數(shù)減 1） 設(shè)定誤差窗口 W和采樣點(diǎn)數(shù) N設(shè)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(diǎn)權(quán)重不同，平 滑處理中心點(diǎn)附近的數(shù)據(jù)權(quán)值大，越偏離中心權(quán)值越小。在實(shí)時性要術(shù)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(shí)質(zhì)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(shí)際函數(shù)曲線，然后在采 集、測量過程中，每采集一點(diǎn)就代入這條擬合曲線的方程中去 解得對應(yīng)的輸出函數(shù)值。=F39。 修正補(bǔ)償 的方法： 傳統(tǒng)：置于恒溫槽中（增加了體積； 需要預(yù)熱時間）。 在連續(xù)系統(tǒng)中用硬件校正。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)及驅(qū)動 執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(jī)、閥門、繼電器等。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)及驅(qū)動 幾種常見負(fù)載情況下的驅(qū)動器舉例： ●一般電阻負(fù)載驅(qū)動器 ●大電流電阻負(fù)載驅(qū)動器 ●一般感性負(fù)載驅(qū)動器 ●大電流感性負(fù)載驅(qū)動器 ●交流負(fù)載驅(qū)動器 ●伺服電機(jī)負(fù)載驅(qū)動器 執(zhí)行機(jī)構(gòu)及驅(qū)動 其他 負(fù)載 的驅(qū) 動器 輸 出 口 7 6 5 4 3 2 1 0 驅(qū)動器（ OC門） 標(biāo)準(zhǔn) TTL輸出 7406 IL≤40mA VL≤30V 電阻 負(fù)載 一般電阻負(fù)載驅(qū)動器 執(zhí)行機(jī)構(gòu)及驅(qū)動 大電流電阻負(fù)載驅(qū)動器 輸 出 口 驅(qū)動器 (OC門 ) +5V VL≤30V 電阻負(fù)載 IL≤300mA 75462 標(biāo)準(zhǔn) TTL輸出 amp。在各類開關(guān)量控制系統(tǒng)中用得很廣。 伺服電機(jī)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(jī)構(gòu)及驅(qū)動 ② PWM式功放驅(qū)動 ●功耗低、效率高，利于克服伺服電機(jī)的靜摩擦，且體積小、價格低、工作可靠，所以應(yīng)用很廣。 ●輸出功率大、效率高、廣泛應(yīng)用于大中型直流電機(jī)拖動中。 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的方法通常又有多種，如： ●以測速電機(jī)作轉(zhuǎn)速反饋裝置 ●以光電碼盤作轉(zhuǎn)速反饋裝置 執(zhí)行機(jī)構(gòu)及驅(qū)動 ①以測速電機(jī)作轉(zhuǎn)速反饋裝置 S321 工作電機(jī) M VD 功放 前放 DAC ADC VB M S321 測速電機(jī) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)及驅(qū)動 ②以光電碼盤作轉(zhuǎn)速反饋裝置 執(zhí)行機(jī)構(gòu)及驅(qū)動 步進(jìn)電機(jī)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(jī)構(gòu)及驅(qū)動 ★步進(jìn)電機(jī)的工作方式 指各相定子依次勵磁的順序方法。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)及驅(qū)動 計(jì)算機(jī)通過軟件進(jìn)行脈沖分配時，關(guān)鍵是根 據(jù)控制所需的步進(jìn)脈沖頻率，計(jì)算出每拍的時間 (即步進(jìn)周期 )，然后用軟件或硬件延時來向 PIO 接口對應(yīng)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(qiáng)系統(tǒng)可靠性的措施： (1)針對內(nèi)部不可靠因素，采取避錯、容錯設(shè)計(jì)技術(shù)。 ★設(shè)計(jì)任務(wù)書的主要內(nèi)容 ▲主題任務(wù) (目標(biāo) ) ▲項(xiàng)目意義 ▲項(xiàng)目意義 ▲功能要求 ▲功能要求 ★在形成設(shè)計(jì)任務(wù)書的過程中，設(shè)計(jì)者除了要充分考 慮用戶對任務(wù)的特定要求外，還必須遵循目前測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一些共同的準(zhǔn)則： (1)要正確處理先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系，取得 盡可能高的性能價格比。 設(shè)計(jì)開發(fā)的最關(guān)鍵一步 ★一般要提出幾種方案，進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，擇優(yōu)選用。 包括四個方面： ●實(shí)驗(yàn)室 硬件 調(diào)試 ●實(shí)驗(yàn)室軟件調(diào)試 ●實(shí)驗(yàn)室仿真聯(lián)調(diào) ●現(xiàn)場安裝聯(lián)調(diào) (1)實(shí)驗(yàn)室硬件調(diào)試 原則： 從局部到全局，先功能模塊單調(diào)， 再聯(lián)調(diào)，逐步擴(kuò)展調(diào)試范圍。 實(shí)際測控系統(tǒng)舉例 [例 1]一個配料過程的計(jì)算機(jī)控制與管理系統(tǒng) (單處理機(jī)控制系統(tǒng) ) [例 2]一個通用實(shí)時機(jī)器人控制器 GKD1 RRC (多微機(jī)并行處理結(jié)構(gòu)的實(shí)時控制系統(tǒng) ) [例 3]一個架式制曲微機(jī)控制與管理一體化系統(tǒng) (集散式控制系統(tǒng) ) 各例詳細(xì) 說明 從略