Интерфейсы информационно-измерительных систем

Интерфейс – совокупность цепей, объединяющих различные устройства и алгоритмы, определяющая порядок передачи ин- формации между этими устройствами.

Цепи интерфейса делятся на три группы: информационные, адресные и управляющие.

Различаютпрограммные и физические интерфейсы. Инфор- мацияпередается ввиде кодов определенного числа или словами. Для различия байтов данных, команд и адресов используются осведомительные сигналы. Для инициирования передач, синхро- низации работы устройств и завершения передачи служат управ-

ляющие сигналы.

Основной характеристикой интерфейса является скорость пе- редач информации, которая зависит от алгоритма передачи и тех- нических характеристикцепей связи.

С целью модульного принципа построения систем разработа- ны стандартные интерфейсы, обеспечивающие информационную, электрическую и конструктивную совместимость различных устройств. К настоящему времени появились структуры интер- фейсов: одноступенчатые и двухступенчатые с возможными ва- риантами исполнения: цепочная, радиальная, магистральная, ра- диально-магистральная, каждая из которых может быть с центра- лизованным или децентрализованным управлением.

Обмен информацией может быть осуществлен синхронным и асинхронным методами.

Синхронный метод передачи и приема сигналов производится в фиксированные моменты времени. Темп обмена информацией при асинхронном методе определяется сигналом квитирования. Этот метод особенно эффективен при обмене информацией с различным быстродействием функциональных блоков.

Микропроцессора и микроЭВМ в ИИС используют для связи приборов в единый комплекс и выполнения следующих функций: контроллерных, вычислительных, тестовых, сервисных и распре- деленной обработки данных.

Контроллерные функции. Их можно подразделить на ряд подфункций:

управление измерительной цепью, т.е. переключение каналов и диапазонов, подключение образцовых мер;

управление измерительными усилителями.

Обычно они выполняются чисто программными методами, иногда с участием таймера – с помощью микропроцессора и пор- тов ввода-вывода;

управление аналого-цифровым преобразователем;

управление средствами общения с оператором – управление клавиатурой, индикаторами, звуковой сигнализацией и дисплеем; управление печатающими устройствами, самописцами, графо-

построителями, накопителями на магнитных носителях;

управление внешний памятью, т.е. быстродействующие нако- пители на магнитной ленте в режиме двухстороннего обмена на дисках и дополнительные внешние модули памяти.

Вычислительные функции. К ним относятся первичная, вто- ричная и окончательная обработка данных: калибровка, нормали- зация, масштабирование, фильтрация, сжатие данных, распознава- ние, устранение ошибок, статистическая обработка, корреляцион- ный, спектральный, амплитудно-временной анализ и др.;

Тестовые функции. К этим функциям относятся обнаружение и локализация неисправности, в большинстве случаев до типового элемента. Известны три класса тестирования: 1) с применением внешних микропроцессорных средств; 2) полностью автономное тестирование; 3) комбинированное.

Сервисные функции. Они расширяют возможности измери- тельных приборов и систем со встроенными микропроцессорами или микроЭВМ, увеличивающими объем информации, число ре- жимов измерений и обработки, число параметров и их комбина- ций, число дополнительных директив, объем визуальной и звуко- вой информации, число альтернативных вариантов измерений и обработки.

Распределенная обработка данных. Вычислительные функ- ции распределяются между программируемыми контроллерами. Возможность распределения обработки данных обеспечивает вы- сокую надежность управления измерительной информационной системой.

Таким образом, использование микропроцессоров и микро- ЭВМ в ИИС повышает точность, быстродействие, надежность, помехоустойчивость; расширяет динамический диапазон измере- ний; улучшает конструктивные показатели, качество метроло- гического обеспечения; расширяет многофункциональность си- стемы; повышает удобство представления, хранения, регистра- ции, что способствует созданию интеллектуальных приборов и систем и ремонтопригодности аппаратуры за счет повышения степени взаимозаменяемости, самоконтроля, диагностики, авто- подстройки.

Интеллектуальные измерительные системы. Интеллекту- альные измерительные системы способны выполнять все функ- ции измерения и контроля в реальном масштабе времени. Это позволяет системе осуществлять функции измерения и контроля

«высокого уровня» без использования больших и дорогих ЭВМ. При автономном функционировании такая система обеспечивает непрерывные измерения и контроль заданных параметров, сбор данных и обработку сигналов. Модульная конструкция позволяет осуществлять постепенное расширение существующей системы

путем введения дополнительных модулей и, наконец, превраще- ние ее в систему средств супервизорного или цифрового управ- ления измерительным экспериментом путем включения в нее микро-ЭВМ.

Интеллектуальные измерительные системы могут индивиду- ально программироваться на выполнение специфических задач, используя программируемый терминал для ввода параметров конфигурирования. Системы обычно имеют средства представ- ления информации: дисплей для визуализации мнемонических символов команд, цифровые индикаторы, дающие оператору всю необходимую информацию, а также клавиши переключения ви- дов работы.

Интеллектуальные измерительные системы имеют значитель- ные преимущества перед традиционными, описанными выше:

универсальность – стандартные интерфейсы обеспечивают простое подключение к любымсистемам и оборудованию;

высокая надежность на каждом системном уровне, а также применение четко определенных и универсальных методов обес- печивают безотказную работу;

высокое быстродействие контуров управления процессами измерения и контроля любого производства, а также высокая скорость сбора данных;

взаимозаменяемость – важное свойство, поскольку интеллек- туальные системы выпускаются в виде стандартных устройств, индивидуально программируемых в расчете на их специфические функции, каждое из них может быть заменено другим того же функционального назначения. Поэтому каждая система может рассматриваться как резервная для любого типа систем того же класса, что снижает число дополнительных резервных средств измерения, контроля и регулирования и сводит к минимуму ава-

рийный период в маловероятном случае выхода из строя какого- либо элемента.

Структуры и алгоритмы. Структуры интеллектуальных из- мерительных систем интегрируют в себе все лучшие стороны рассмотренных в этом разделе систем, но более насыщены мик- ропроцессорной и вычислительной техникой.

Применение интеллектуальных измерительных систем позво- ляет создать алгоритмы измерений, которые учитывают рабочую, вспомогательную и промежуточную информацию о свойствах объекта измерений, условия измерений, предъявляемые специ- фические требования и накладываемые ограничения. Обладая способностью к перенастройке в соответствии с изменяющимися условиями функционирования, интеллектуальные алгоритмы позволяют повысить метрологический уровень измерений.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение информационной системы. Каковы ее назна- чение и основные функции?

2. Перечислите стадии проектирования информационно- измерительных систем.

3. Виды и структуры информационно-измерительных систем и их классификация.

4. Основные характеристики информационно-измерительных систем.

5. Многоканальные и мультиплицированные ИИС.

6. Многоточечные и сканирующие ИИС.

7. Системы автоматического контроля.

8. Системы технической диагностики.

9. Системы распознавания образов.

10. Что представляют собой телеизмерительные ИИС?

11. Каковы основные функции интерфейсов информационно- измерительных систем?