CC BY
133
Использование персонального компьютера для проверки параметров радиоизмерительных приборов.
Петрунин В.В., преподаватель Кузнецкого колледжа электронной техники
Разработка, создание автоматизированных систем (АС) является актуальной задачей современного общества. АС позволяют освободить человека от тяжелого, монотонного труда и значительно повысить производительность и качество работы. АС могут использоваться во всех областях - технологические процессы изготовления, поверки, измерения параметров радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), ремонт, диагностика РЭА. Особое значение имеет разработка АС для поверки радиоизмерительной аппаратуры. Поверка радиоизмерительной техники является важным этапом подготовки производства. Периодически поверяются все рабочие и образцовые средства измерения. АС позволяют освободить поверителя от монотонного труда и значительно повысить производительность и качество поверки приборов. Весь процесс поверки автоматизируется и выполняется персональным компьютером (ПК). ПК широко применяются во всех областях науки, разработки, производства РЭТ. Достоинства ПК -малые габариты, масса, большая скорость обработки цифровых потоков, изменяемая программа, которая позволяет выполнять необходимые действия, большой объем памяти, возможность вывода информации на экран монитора. Доработка ПК, введение дополнительного электронного блока для оцифровки измерительных аналоговых сигналов, ввода цифровой информации в ПК, вывода управляющих сигналов из ПК позволяет получить АС любой сложности. Измерительные сигналы преобразуются в цифровой код, вводятся в ПК, обрабатываются по определенному алгоритму, сравниваются с эталонными значениями и ПК делает вывод о годности радиоизмерительного прибора. Результаты измерений, выводы ПК о годности поверяемого прибора можно вывести на монитор, принтер, исполнительное внешнее устройство.
Работа ПК, ввод и вывод информации, ее обработка происходит в соответствии со специальной программой - драйвером, выполненной на любом языке программирования (РаБса1, Бе1рЫ, С+ и др.).
Основными этапами при разработке АС поверки приборов являются:
- информация о поверяемом приборе (выходные сигналы, поверяемые параметры, допустимые погрешности)
- разработка электронной схемы, которая позволит преобразовать измеряемые сигналы, оцифровывать их, вводить в ПК, принимать выходные управляющие сигналы ПК, обрабатывать и управлять поверяемым прибором
- разработка специальной программы - драйвера, которая будет управлять ПК при вводе-выводе, обработке информации.
В Кузнецком колледже электронной техники разработаны АС для поверки блоков питания и генераторов низкой частоты.
Блоки питания поверяются по выходному напряжению, току, нестабильности, пульсации выходного напряжения. Блоки питания типа Б5-47 имеют возможность дистанционного управления выходного напряжения и тока. Это позволяет автоматизировать процесс поверки. Поверитель подключает поверяемый блок питания к ПК, запускает программу поверки, выводит результаты поверки на печать.
Для сопряжения ПК с поверяемым прибором разработан электронный блок, который позволяет компьютеру управлять установкой выходных параметров блока питания, измерять значения выходного напряжения, тока, пульсации и преобразовать их в цифровой код. Измеренная информация вводится в ПК, который анализирует эту информацию, сравнивает с установленным значением, определяет абсолютную погрешность, относительную, сравнивает погрешности с допусковыми значениями и делает вывод о соответствии параметров блока питания техническим характеристикам.
Рисунок 1 Структурная схема АС поверки блоков питания На рисунке 1 приведена структурная схема АС поверки блоков питания. Основным элементом АС является ПК, который производит установку выходного напряжения и тока, управляет запуском аналого-цифрового преобразователя (АЦП), измеряющего
напряжение и ток, производит ввод измеренного значения через ЬРТ-порт, запись в память, обработка этой информации, определение погрешности и вывод результатов поверки на экран монитора и на принтер.
При запуске программы ПК выдает на регистр напряжения (Р «и») и регистр тока (Р «I») начальное значение тока и напряжения в цифровом коде. Регистры устанавливают поверяемый блок питания (БП) в начальное состояние. Выходное напряжение измеряется 12-разрядным АЦП и измеренное значение вводится в ПК, который сравнивает установленное и измеренное значения, определяет погрешность, сравнивает погрешность с допуском и, если погрешность в допуске, устанавливает следующее значение напряжения. После проверки блока питания по напряжению блок нагрузок (БН) переводит БП в режим стабилизации тока. БН подключает опорное сопротивление 1 Ом к выходу блока питания и напряжение на нагрузке численно равно величине тока. После проверки всех значений напряжения и тока ПК выводит информацию на экран монитора и распечатывает результаты поверки.
Автоматизированная система поверки генераторов низкой частоты представляет собой персональный компьютер, электронный блок для преобразования аналогового сигнала в цифровой. Поверяемый сигнал поступает на быстродействующий аналого-цифровой преобразователь, который оцифровывает аналоговый сигнал. После оцифровки каждой точки сигнала информация вводится в компьютер, который обрабатывает информацию, выводит форму сигнала на монитор, определяет действующее напряжение сигнала, определяет период повторения сигнала и рассчитывает частоту, рассчитывает величину высших гармоник и определяет коэффициент нелинейных искажений. На экране монитора появляется осциллограмма входного сигнала, и выводятся измеренные параметры: действующее значение напряжения, частота, коэффициент нелинейных искажений. Основой электронного блока является аналого-цифровой преобразователь, подключаемый к порту принтера (LPT-порт) персонального компьютера. Аналого-цифровой преобразователь позволит оцифровать аналоговый сигнал и с помощью программы-драйвера ввести эту информацию в персональный компьютер. В данной разработке основные функции аналого-цифрового преобразователя выполняет компьютер. При этом значительно упрощается внешняя электронная схема, куда входит только цифроаналоговый преобразователь и компаратор. На выходе компьютера формируются коды, которые поступают на цифро-аналоговый преобразователь и на выходе ЦАП формируется опорное напряжение, которое поступает на вход компаратора и сравнивается с входным напряжением. Компаратор определяет, какое напряжение больше и управляет алгоритмом работы компьютера. Программа устанавливает поразрядное уравновешивание, то есть при
первом такте на выходе компьютера формируется «1» старшего разряда (10000000) и на выходе цифро-аналогового преобразователя формируется опорное напряжение, равное половине напряжения ЦАП - И/2. Опорное напряжение с выхода цифро-аналогового преобразователя подается на один из входов компаратора, где сравнивается с входным напряжением.
Рисунок 2 Структурная схема работы аналого-цифрового преобразователя на основе ПК На выходе компаратора формируется логический уровень «0»или «1», показывающий, какой сигнал больше. Компьютер опрашивает выход компаратора и, если опорное напряжение меньше входного, то увеличивает код на «1» во втором разряде - (11000000). Если опорное напряжение больше входного, то старший разряд устанавливается в «0», а второй разряд устанавливается «1» - (01000000). Таким образом проверяются все восемь разрядов и на выходе компьютера формируется цифровой код, равный величине аналогового сигнала, поступающего на вход компаратора.
На рисунке 2 приведена структурная схема работы аналого-цифрового преобразователя на основе ПК. ПК формирует на выходе комбинации кодов, которые поступают на матрицу R-2R цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и производят уравновешивание входного сигнала. Уравновешивание начинается со старшего разряда и занимает всего восемь тактов. Матрица R-2R формирует опорный сигнал, который сравнивается с помощью компаратора (К) с входным сигналом. К формирует управляющий сигнал (0 или 1), несущий информацию о величине опорного сигнала (больше или меньше входного сигнала). Управляющий сигнал поступает на ПК для управления работой АЦП. Компьютер проверяет соотношение входного сигнала и опорного сигнала и управляет алгоритмом преобразования АЦП. Программа выводит результаты измерений в виде графика сигнала и его данных: действующее напряжение, частоту, величину нелинейных
искажений. Все параметры определяются программным путем. Действующее значение напряжения определяется через амплитудное значение переменной величины, частота определяется через период, коэффициент нелинейных искажений определяется путем расчета гармоник входного сигнала и равен отношению напряжения высших гармоник к величине первой гармоники.
Прибор многофункционален и заменяет собой несколько обычных радиоизмерительных приборов: вольтметр, осциллограф, измеритель нелинейных искажений. Прибор также позволяет определить допуск измеряемых значений и выдать сигнал о соответствии или несоответствии допускам.
1. Литература
Петрунин В.В. «Построение автоматизированных систем на основе персонального компьютера для тестирования, настройки, ремонта радиоэлектронной техники», Международный симпозиум «Надежность и качество» 2004 г.
