Sistem de achiziție de date care achiziționează două semnale analogice cu izolare galvanică

1.Temă de proiectare:

Să se proiecteze un sistem de achiziţie de date care să achiziţioneze două semnale analogice cu izolare galvanică în domeniile 0 ÷ 5V şi -5 ÷ 5V. Interfaţarea cu PC-ul pe portul paralel, iar rezoluţia conversiei analog-digitală de 12 biţi

2.Generalităţi şi clasificări ale sistemelor de achiziţii de date (SAD)

Sistemele de achiziţie de date sunt sisteme complexe de supraveghere a unor procese in care intervin, de regula, mai multe mărimi fizice. Ele realizează prelevarea, prin intermediul unor traductoare adecvate, de semnale analogice sau numerice ( în funcţie de natura traductorului), în scopul memorării, transmiterii sau prelucrării informaţiei achiziţionate.

Memorarea poate fi făcută direct sau după prelucrarea datelor, pe intervale de timp mai lungi, medii sau scurte.

Transmiterea datelor e necesar a fi făcută pe distanţe mai lungi sau mai scurte.

Prelucrarea informaţiei poate consta în operaţii simple (comparări), până la prelucrări matematice complicate (integrări, diferenţieri, medieri, calcul de transformate Fourier, etc.). Scopul prelucrării diferă de la caz la caz: comanda unui proces (industrial, militar, de cercetare), sau numai informare asupra evoluţiei procesului prin vizualizarea datelor.

Operaţia cea mai importantă este conversia analog – numerică, realizată cu unul sau mai multe circuite. În funcţie de tipul aplicaţiei mai pot fi necesare şi alte circuite analogice de prelucrare.

Configuraţia şi tipurile de circuite utilizate într-un sistem de achiziţie de date – SAD – depind de o serie de factori:

- rezoluţia şi precizia cu care se cere realizarea conversiei A/N;

- numărul de canale analogice investigate;

- frecvenţa de eşantionare pe fiecare canal;

- capacitatea sistemului de prelucrare în timp real a datelor;

- necesitatea condiţionării (adaptării) semnalului analogic de intrare.

Datele achiziţionate pot fi:

- analogice (tensiuni, curenţi – continue sau alternative) şi reprezintă, de regula, ieşirile unor traductoare ce supraveghează mărimile care intervin în procesul condus;

- numerice, provenind de la traductoare cu ieşire numerică sau de la alte echipamente implicate în desfăşurarea procesului.

SAD va fi prevăzut deci cu un număr corespunzător de intrări adecvate acestor date:

- intrări analogice;

- intrări numerice.

Alta operaţie frecvent întâlnita în SAD este eşantionarea şi memorarea temporară a eşantioanelor prelevate. Frecvenţa de eşantionare se stabileşte în funcţie de:

- spectrul de frecvenţă al semnalelor de intrare;

- viteza de lucru a convertorului A/N;

- precizia impusă procesului de prelucrare.

O frecvenţă minimă şi care permite determinarea parametrilor statistici ai semnalului este dublul frecvenţei maxime din spectrul acestui semnal. Dacă se cere ca eşantioanele prelevate să reprezinte cu suficientă precizie un semnal continuu de la intrare, fără a mai calcula valori intermediare eşantioanelor prelevate, frecvenţa de eşantionare trebuie să fie de cel puţin 8÷10 ori mai mare decât frecvenţa celei mai înalte armonici. Perioada de eşantionare nu poate fi mai mică decât timpul de conversie.

Înaintea eşantionării, semnalele analogice sunt supuse unor operaţii de adaptare cu sistemul de prelucrare, numite generic condiţionare. Acestea pot fi:

- amplificare/atenuare cu câştig programabil;

- amplificare cu izolare galvanică;

- comutare automată a intervalelor de măsurare;

- compresie logaritmică;

- filtrare;

- conversie tensiune - frecvenţă;

- conversie curent – tensiune.

Clasificări ale sistemelor de achiziţie de date:

1. După condiţiile de mediu în care lucrează:

- sisteme destinate unor medii favorabile (laborator),

- SAD destinate utilizării în condiţii grele de lucru (echipamente militare, instalaţii telecomandate, anumite procese industriale, etc.).

2. După numărul de canale supravegheate:

- monocanal, cu una din variantele:

- numai circuite pentru conversia directă a semnalului;

- preamplificator urmat de circuitele de conversie;

- preamplificator, circuite de eşantionare-memorare, urmate de circuite de conversie;

- preamplificator, circuite de condiţionare a semnalului si una din variantele anterioare;

- SAD multicanal in una din variantele:

- cu multiplexarea ieşirilor unor convertoare analog-numerice, fiecare convertor corespunzând unui canal;

- cu multiplexarea intrărilor circuitelor de eşantionare-memorare (S/H – sample and hold –engl.);

- sisteme de achiziţie destinate multiplexării semnalelor de nivel scăzut.

Circuitele de eşantionare şi memorare reprezintă mijlocul prin care se poate realiza primul pas în conversia datelor - discretizarea.

Multiplexor analogic

Multiplexorul (MUX) analogic este ansamblu de comutatoare analogice cu n intrări (între 4 si 16) şi o ieşire, comandat de un sistem logic care permite cuplarea uneia din intrări la ieşire.

Multiplexorul analogic permite utilizarea unui singur convertor A/D pentru mai multe canale analogice. Utilizarea multiplexoarelor este o soluţie economic viabilă şi în cazul semnalelor de intrare de nivel redus, pentru care multiplexarea se realizează cu costuri ridicate.

Elementul principal al MUX îl constituie divizorul de comutare, care poate fi realizat în mai multe variante constructive:

1. cu relee obişnuite;

2. cu relee cu mercur;

3. cu relee reed;