Другие статьи

Цель нашей работы - изучение аминокислотного и минерального состава травы чертополоха поникшего
2010

Слово «этика» произошло от греческого «ethos», что в переводе означает обычай, нрав. Нравы и обычаи наших предков и составляли их нравственность, общепринятые нормы поведения.
2010

Артериальная гипертензия (АГ) является важнейшей медико-социальной проблемой. У 30% взрослого населения развитых стран мира определяется повышенный уровень артериального давления (АД) и у 12-15 % - наблюдается стойкая артериальная гипертензия
2010

Целью нашего исследования явилось определение эффективности применения препарата «Гинолакт» для лечения ВД у беременных.
2010

Целью нашего исследования явилось изучение эффективности и безопасности препарата лазолван 30мг у амбулаторных больных с ХОБЛ.
2010

Деформирующий остеоартроз (ДОА) в настоящее время является наиболее распространенным дегенеративно-дистрофическим заболеванием суставов, которым страдают не менее 20% населения земного шара.
2010

Целью работы явилась оценка анальгетической эффективности препарата Кетанов (кеторолак трометамин), у хирургических больных в послеоперационном периоде и возможности уменьшения использования наркотических анальгетиков.
2010

Для более объективного подтверждения мембранно-стабилизирующего влияния карбамезапина и ламиктала нами оценивались перекисная и механическая стойкости эритроцитов у больных эпилепсией
2010

Нами было проведено клинико-нейропсихологическое обследование 250 больных с ХИСФ (работающих в фосфорном производстве Каратау-Жамбылской биогеохимической провинции)
2010


C использованием разработанных алгоритмов и моделей был произведен анализ ситуации в системе здравоохранения биогеохимической провинции. Рассчитаны интегрированные показатели здоровья
2010

Специфические особенности Каратау-Жамбылской биогеохимической провинции связаны с производством фосфорных минеральных удобрений.
2010

Проектирование студенческого измерительного комплекса на базе ПК

В данной статье рассмотрена возможность разработки измерительного прибора на базе персонального компьютера для применения его в учебном процессе, что позволит  использовать современные методы исследования и сочетать теоретическое изучение явлений с вычислительным экспериментом.

Современные технологии производства предполагают использование всевозможного электронного оборудования, что обуславливает наличие различных контрольно-измерительных приборов. Роль измерительных приборов в технологической цепочке любого производства трудно переоценить, одной из основных функций которых является подача сигнала о параметрах происходящих технологических процессов.

Современный этап развития измерительных приборов характеризуется унификацией любых видов измерений. Изготовители датчиков конструируют их таким образом, чтобы любая измеряемая величина, например температура или давление, на его выходе преобразовывалось в электрический сигнал. В итоге любое измерение может сводиться к измерению параметров этого сигнала, преобразованию его в цифровой вид, который можно хранить бесконечно долго, накапливать его, производить над ним цифровую обработку, анализировать, производить косвенные измерения и визуализировать.

Намечается тенденция создания комплексных измерительных приборов. Располагаясь на одном печатном плато, такие приборы могут выполнять различные функции: от измерения до генерации тестового сигнала. Наиболее распространенным измерительным прибором такого типа является осциллограф. Такой осциллограф не только отображает исследуемый сигнал, но и способен производить его анализ, рассчитывать спектр, сохранять результат измерения в удобной для дальнейшей обработки форме [1].

При комплектации лабораторий по электротехническим дисциплинам необходимо приобретение измерительного оборудования. Выпускаемые промышленностью приборы, как правило, обладают избыточной функциональностью, что неизбежно влияет на их стоимость. Поэтому широкое распространение получают такие приборы, как цифровые вольтметры и осциллографы, построенные на базе персонального компьютера.

Применение информационных технологий на занятиях существенно расширяет возможности преподавателя, позволяя ему использовать современные методы исследования и сочетать теоретическое изучение явлений с натурным и вычислительным экспериментом.

Использование персонального компьютера в учебном процессе в качестве осциллографа имеет ряд преимуществ:

  • ПК многофункциональны, распространены и доступны, в то время как современный средний осциллограф имеет высокую стоимость и решает сравнительно узкий класс задач;
  • ПК имеет большой экран, что позволяет демонстрировать осциллограммы аудитории;
  • оцифрованный сигнал можно записать в графический файл и затем его обработать;
  • учащиеся учатся программировать, понимают сущность оцифровки аналогового сигнала.

Любой IBM-совместимый персональный компьютер (ПК), даже несколько лет провалявшийся в глубине шкафа за ненадобностью, может превратиться в измерительный комплекс, если его снабдить одним или несколькими аналоговыми входами. Его клавиатура и экран предоставляют существенно большие возможности, по сравнению с теми, которые могут дать мультиметр или  осциллограф, а дисковод и принтер прекрасно подходят для регистрации любых длительных процессов. Кроме того, вычислительная мощность ПК позволяет подвергать собранные с его помощью информационные данные любой сложной обработке.

Предлагаемые промышленностью специализированные платы расширения к персональным компьютерам, позволяющие преобразовать его в измерительный электронный прибор и производить спектральный анализ, к сожалению, имеют высокую стоимость. Поэтому актуальным является разработка цифрового осциллографа-приставки, способного взаимодействовать с персональным компьютером (ПК). Разрабатываемый осциллограф-приставка будет представлять собой законченный измерительный программно-аппаратный комплекс, предназначенный для измерения и визуализации электрического сигнала, а также расчета и отображения спектра измеряемого сигнала [2].

Примерная структурная схема измерительного устройства на основе микроконтроллера и ЭВМ показана на рисунке 1.

Структурная схема измерительного устройства   

Рисунок 1 – Структурная схема измерительного устройства 

Основным элементом, определяющим прецизионность всего измерительного устройства, является аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Но если входная цепь (ВЦ) и фильтр низких частот (ФНЧ) не будут ослаблять шумы вне полосы пропускания сигнала, то эффекта от высокой точности АЦП не будет.

Входная цепь является развязывающим устройством источника сигнала и АЦП. Она должна иметь большое входное сопротивление, обеспечивать подавление синфазного сигнала шума (сигнала общей помехи).

ФНЧ устраняет эффект наложения спектров и нежелательные сигналы вне полосы пропускания фильтра. Этот фильтр работает еще с аналоговым сигналом, сам фильтр будет является аналоговым.

АЦП в этой системе будет входить в состав микроконтроллера, частота дискретизации и режим работы будут устанавливаться программой, загруженной в микроконтроллер. Программное обеспечение микропроцессора обеспечивает работу протокола обмена данными с ЭВМ, протокол отвечает за отправку полученных отсчетов в ЭВМ и получение команд от пользовательской программы, установленной на компьютер. ЭВМ может быть как персональным компьютером (ПК), так и портативным компьютером ноутбуком. На ЭВМ будет установлена программа, которая будет работать с полученными отсчетами от АЦП, обрабатывать их и представлять пользователя в удобном для восприятия виде. Таким образом, ЭВМ также играет роль визуального индикатора.

Говоря о дискретизации низкочастотного сигнала, подразумевают, что подлежащий дискретизации сигнал лежит в первой зоне Найквиста (см. рисунок 2). Важно обратить внимание на то, что без фильтрации на входе идеального дискретизатора любой частотный компонент (сигнал или шум), который находится за пределами «полосы Найквиста», в любой зоне Найквиста будет создавать НЧ-составляющую в первой зоне Найквиста. По этой причине ФНЧ используется почти со всеми АЦП для подавления нежелательных сигналов.

По теореме Котельникова, частота дискретизации (fД) сигнала должна быть равна или быть больше частоты в 2 раза большей верхней частоты сигнала (fВ). Любой сигнал имеет бесконечный спектр. Поэтому фильтрация сигнала необходима.

Очень важно правильно предъявлять требования к характеристикам аналогового фильтра, ограничивающего спектр сигнала на входе АЦП. У фильтра есть полоса пропускания и непропускания. Реализовать фильтр следует таким образом, чтобы амплитудные и фазовые искажения в полосе пропускания были минимальны, и на частоте (fД - fВ ) обеспечивалось ослабление таким образом, чтобы сигнал помех имел значение менее шума квантования АЦП.

При разработке ФНЧ отталкиваются от того, какое ослабление требуется на частоте fД - fВ и какие параметры фазового и амплитудного искажения будут допустимыми. Спектр дискретизированного сигнала без ФНЧ представлен на рисунке 2.

Спектр дискретизированного сигнала без ФНЧ

Рисунок 2 – Спектр дискретизированного сигнала без ФНЧ 

Требуемое затухание аналогового фильтра в полосе задерживания определяется динамическим диапазоном полезного сигнала ДД. Динамический диапазон цифрового устройства выбирается исходя из заданной точности представления сигнала. При этом нижняя граница динамического диапазона ДД будет определяться уровнем всех помех, попадающих в полосу частот полезного сигнала.

Разные типы фильтров дают разную крутизну спада и частотные характеристики. Например, фильтр Баттерворта дает ослабление 6 дБ на октаву для каждого порядка. Для достижения ослабления 60 дБ в диапазоне от 1 МГц до 2 МГц (1 октава) требуется как минимум фильтр 10-го порядка – это нетривиальный фильтр, весьма трудный в разработке. Поэтому для высокоскоростных приложений, требующих более высокой крутизны спада и меньшей неравномерности в рабочей полосе при линейной фазовой характеристике, больше подходят фильтры других типов.

Шум квантования SNR (в дБ) в N-разрядном АЦП находится по следующей формуле:

Еще одно важное требование к ФНЧ – линейность фазочастотной характеристики (ФЧХ) в полосе пропускания или постоянное время групповой задержки сигнала. Неравномерность амплитудной характеристики может быть в дальнейшем скомпенсирована цифровой фильтрацией.

Таким образом, проанализирована возможность создания измерительного прибора на базе персонального компьютера.

 

Литература

  1. Бударин А. Концепция построения виртуальной измерительной лаборатории // Мир компьютерной автоматизации, 2000. - №
  2. Гѐлль П. Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс / Пер. с фр. - М.: ДМК Пресс, 2005. - 144 с.
  3. Самохин С. Компьютер превращается… в осциллограф // КомпьютерПресс, 2002. - №
  4. http://www.iabfor.ru

Разделы знаний

Архитектура

Научные статьи по Архитектуре

Биология

Научные статьи по биологии 

Военное дело

Научные статьи по военному делу

Востоковедение

Научные статьи по востоковедению

География

Научные статьи по географии

Журналистика

Научные статьи по журналистике

Инженерное дело

Научные статьи по инженерному делу

Информатика

Научные статьи по информатике

История

Научные статьи по истории, историографии, источниковедению, международным отношениям и пр.

Культурология

Научные статьи по культурологии

Литература

Литература. Литературоведение. Анализ произведений русской, казахской и зарубежной литературы. В данном разделе вы можете найти анализ рассказов Мухтара Ауэзова, описание творческой деятельности Уильяма Шекспира, анализ взглядов исследователей детского фольклора.  

Математика

Научные статьи о математике

Медицина

Научные статьи о медицине Казахстана

Международные отношения

Научные статьи посвященные международным отношениям

Педагогика

Научные статьи по педагогике, воспитанию, образованию

Политика

Научные статьи посвященные политике

Политология

Научные статьи по дисциплине Политология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Психология

В разделе "Психология" вы найдете публикации, статьи и доклады по научной и практической психологии, опубликованные в научных журналах и сборниках статей Казахстана. В своих работах авторы делают обзоры теорий различных психологических направлений и школ, описывают результаты исследований, приводят примеры методик и техник диагностики, а также дают свои рекомендации в различных вопросах психологии человека. Этот раздел подойдет для тех, кто интересуется последними исследованиями в области научной психологии. Здесь вы найдете материалы по психологии личности, психологии разивития, социальной и возрастной психологии и другим отраслям психологии.  

Религиоведение

Научные статьи по дисциплине Религиоведение опубликованные в Казахстанских научных журналах

Сельское хозяйство

Научные статьи по дисциплине Сельское хозяйство опубликованные в Казахстанских научных журналах

Социология

Научные статьи по дисциплине Социология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Технические науки

Научные статьи по техническим наукам опубликованные в Казахстанских научных журналах

Физика

Научные статьи по дисциплине Физика опубликованные в Казахстанских научных журналах

Физическая культура

Научные статьи по дисциплине Физическая культура опубликованные в Казахстанских научных журналах

Филология

Научные статьи по дисциплине Филология опубликованные в Казахстанских научных журналах

Философия

Научные статьи по дисциплине Философия опубликованные в Казахстанских научных журналах

Химия

Научные статьи по дисциплине Химия опубликованные в Казахстанских научных журналах

Экология

Данный раздел посвящен экологии человека. Здесь вы найдете статьи и доклады об экологических проблемах в Казахстане, охране природы и защите окружающей среды, опубликованные в научных журналах и сборниках статей Казахстана. Авторы рассматривают такие вопросы экологии, как последствия испытаний на Чернобыльском и Семипалатинском полигонах, "зеленая экономика", экологическая безопасность продуктов питания, питьевая вода и природные ресурсы Казахстана. Раздел будет полезен тем, кто интересуется современным состоянием экологии Казахстана, а также последними разработками ученых в данном направлении науки.  

Экономика

Научные статьи по экономике, менеджменту, маркетингу, бухгалтерскому учету, аудиту, оценке недвижимости и пр.

Этнология

Научные статьи по Этнологии опубликованные в Казахстане

Юриспруденция

Раздел посвящен государству и праву, юридической науке, современным проблемам международного права, обзору действующих законов Республики Казахстан Здесь опубликованы статьи из научных журналов и сборников по следующим темам: международное право, государственное право, уголовное право, гражданское право, а также основные тенденции развития национальной правовой системы.