32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs

7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs

1/187

Mircea DOBRICEANU

TRADUCTOARE, INTERFEE IACHIZIII DE DATE

MANUAL


2/187

Prof. univ. dr. ing. Mircea DOBRICEANU

TRADUCTOARE, INTERFEE IACHIZIII DE DATE

MANUAL

pentru nvmnt cu frecven redus


3/187

Refereni tiinifici:

Prof. univ. dr. ing. Mihaela POPESCU Universitatea din Craiova

Prof. univ. dr. ing. Dan SELITEANU Universitatea din Craiova

Copyright 2012 Universitaria

Toate drepturile sunt rezervate Editurii Universitaria Craiova

Descrierea CIP a Bibliotecii Naionale a Romniei

DOBRICEANU, Mircea

TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE/Mircea DOBRICEANU Craiova: Universitaria, 2012

ISBN 978-

Aprut: 2012TIPOGRAFIA UNIVERSITII DIN CRAIOVAStr. Brestei, nr. 156A, Craiova, Dolj, Romnia

Tel.: +40 251 598054

Tiprit n Romnia


4/187

Cuprins

TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE

5

TRADUCTOARE, INTERFEE I

ACHIZIII DE DATE

CUPRINS

Unitatea

de

nvare

Titlu Pagina

INTRODUCERE 9

1 TRADUCTOARE ELECTRICE 13 Obiectivele unitii de nvare nr. 1 14

1.1. Caracterizarea i clasificarea traductoarelor 14

1.2. Variante principale de traductoare electrice; principii 18

1.2.1. Traductoare analogice parametrice 18

1.2.2. Traductoare analogice generatoare 26

1.2.3. Traductoare numerice 28

1.3. Variante speciale de traductoare electrice; principii 29

1.3.1. Traductoare cu efect Hall 29

1.3.2. Traductorul Rogowski 32

1.4. Lucrare de laborator:Introducere n LabVIEW

24

1.4.1. Instrumentaie virtuali LabVIEW 33

1.4.2. Lansarea n execuie a mediului LabVIEW 35

1.4.3. Structura unui instrument virtual (VI) 36

1.4.4. Rularea unui VI 38

Test de autoevaluare 39

Lucrare de verificare unitatea de nvare nr. 1 39

Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testul de autoevaluare 39

Concluzii 40

Bibliografie unitatea de nvare nr. 1 40

2 INTERFEE DE COMUNICAIE 41Obiectivele unitii de nvare nr. 2 42

2.1. Introducere 42

2.2. Interfee standard de comunicaie 44

2.2.1. Aspecte generale 44

2.2.2. Interfaa RS-232 45

2.2.3. Interfaa USB 47


5/187

Cuprins


6

2.2.4. Interfaa I2C 49

2.2.5. Interfaa IEEE-488 50

2.3. Interfee de proces 52

2.4. Lucrare de laborator

Elementele panoului frontal al unui instrument virtual.

Fereastra de controale (Controls)

54

2.4.1. Panoul frontal al VI-ului 54

2.4.2. Fereastra de controale 58 Test de autoevaluare 59



Concluzii 60


3 INTRODUCERE N SISTEME DE ACHIZIII DE DATE 61

Obiectivele unitii de nvare nr. 3 62

3.1. Prezentarea generala unui sistem de achiziie i prelucrarea datelor 62

3.2. Funciile sistemelor de achiziie i prelucrarea datelor 65

3.3. Eantionarea semnalelor 693.4. Reconstituirea semnalelor 71

3.5. Sisteme de codare binar 74


Elementele diagramei bloc al unui instrument virtual.

Fereastra de funcii (Functions)

77

3.6.1. Diagrama bloc a VI-ului 77

3.6.2. Fereastra de funcii 81




Concluzii 84 Bibliografie unitatea de nvare nr. 3 84

4 CIRCUITE DE CONDIIONARE A SEMNALELOR 85 Obiectivele unitii de nvare nr. 4 86

4.1. Rolul i locul circuitelor de condiionare a semnalelor 86

4.2. Funciile circuitelor de condiionare a semnalelor 88

4.2.1. Conversia semnalului de ieire al traductorului n tensiune

electric88

4.2.2. Adaptarea n nivel (amplificare sau atenuare) a semnalelor 89

4.2.3. Separarea galvanica sistemului de achiziie de date fade sursa

de semnal

91

4.2.4. Filtrarea analogica semnalului 93

4.2.5. Filtrarea numerica semnalului 95

4.2.6. Multiplexarea 97

4.3. Module NIde condiionare a semnalelor 99 4.4. Lucrare de laborator

Comutatoare analogice Aplicaii:

Divizor de tensiune programat numeric

103


6/187

Cuprins


7

Comutarea automata factorului de amplificare




Concluzii 104


5 CIRCUITE DE EANTIONARE I MEMORARE.CONVERTOARE NUMERIC ANALOGICE

105


5.1. Circuite de eantionare i memorare (CEM) 106

5.1.1. Caracteristici ale CEM 106

5.1.2. Principii de realizare a CEM 109

5.2. Convertoare numeric analogice (CNA) 112

5.2.1. Caracteristici ale CNA 112

5.2.2. CNA cu reea de rezistene ponderate binar 116

5.2.3. CNA cu reea R-2R 118


Circuite de conversie numeric analogica datelor: DAC 08

119




Concluzii 121


6 CONVERTOARE ANALOG NUMERICE 123Obiectivele unitii de nvare nr. 6 124

6.1. Caracteristici ale convertoarelor analog numerice (CAN) 124

6.2. CAN de tip paralel 1286.3. CAN cu aproximaii succesive 130

6.4. CAN de tip serie paralel 132

6.5. CAN cu integrare n doupante 133

6.6. CAN de tip sigma-delta 135

6.7. CAN de tip pipeline 139


Circuite de conversie analog-numerica datelor:

CAN cu aproximaii succesive

142




Concluzii 144


7 MODULE PENTRU ACHIZIII DE DATE 145 Obiectivele unitii de nvare nr. 7 146

7.1. Module de achiziie asincrone cu multiplexarea semnalelor analogice

de intrare

146


7/187

Cuprins


8

7.2. Module de achiziie sincrone 150

7.2.1. Module de achiziie sincrone cu multiplexarea ieirilor

circuitelor de eantionare memorare150

7.2.2. Module de achiziie sincrone cu multiplexarea ieirilor

convertoarelor analog numerice152

7.3. Module multifuncionale de achiziie de date 155

7.4. Cartele NI de achiziii de date 158

7.5. Structuri de achiziii de date cu microcalculator 1607.6. Lucrare de laborator

Testarea unei plci de achizii de date164




Concluzii 166


8 ACHIZIII DE DATE CU LabVIEW 167


8.1. Hardware-ul de achiziii de date 1688.2. Software-ul de achiziii de date 170

8.3. Aspecte generale privind achiziii de date cu LabVIEW 171

8.4. Realizarea unei achiziii de date n LabVIEW 175

8.4.1. Configurarea hardware-ului cDAQ-9172 175

8.4.2. Configurare software 177


Aplicaii LabVIEW pentru achiziia i generarea datelor

186




Concluzii 187



8/187

Introducere

TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE9

TRADUCTOARE, IMTERFEE I

ACHIZIII DE DATE

INTRODUCERE

Traductoare, interfee i achiziii de date este una din disciplinele domeniu(DD10),

din planul de nvmnt (semestrul 5).

Structuraacestei discipline este indicatn urmtorul tabel.

Numrul orelor pe semestru/activitiTotal SI S L P

56 28 - 28 -

Obiectivele acestei discipline vizeaz acumularea unor cunotine care s ofere

studenilor o serie de competene generale i specifice, n concordan cu planul de

nvmnt:

a) competene generale:

- cunoaterea construciei i principiilor de funcionare ale principalelor categorii de

traductoare electrice pentru mediul industrial;

- cunoaterea i diferenierea interfeelor de comunicaie;

- cunoaterea noiunilor fundamentale referitoare la sisteme de achiziii de date i rolul

acestora n prelucrarea numerica informaiei.

b) competene specifice:

- utilizarea traductoarelor n sistemele de msuri control pentru mediul industrial;

- realizarea unor interfee cu mediul exterior astfel nct sse poattrimite date i sse

vizualizeze rezultatele utilizand diverse implementari;

- alegerea cartelei de achiziie corespunztoare scopului urmrit pe baza funciilor i

performanelor acesteia.

Disciplina conine 8 uniti de nvare, enumerate n tabelul urmtor.


9/187

Introducere


Nr.crt.

Denumirea unitii de nvare

1. Traductoare electrice2. Interfee de comunicaie3. Introducere n sisteme de achiziii de date4. Circuite de condiionare a semnalelor5. Circuite de eantionare i memorare. Convertoare numeric analogice6. Convertoare analog numerice7. Module pentru achiziii de date8. Achiziii de date cu LabVIEW

Laboratorul se efectueaz pe parcursul a 14 sptmni (2 ore n fiecare sptmn

distribuite conform calendarului disciplinei).

edinele de laborator sunt n concordancu unitile de nvare. Denumirile lor sunt

detaliate n urmtorul tabel.

Nr.crt.

Denumirea edintei de laborator

1. Instructajul de protecia muncii; Prezentarea lucrarilor de laborator;2. Introducere n LabVIEW;3. Elementele panoului frontal al unui instrument virtual. Fereastra de controale

(Controls);4. Elementele diagramei bloc al unui instrument virtual. Fereastra de funcii (Functions);5. Crearea, editarea i corectarea unui Instrument Virtual;6. Crearea i utilizarea SubVI-urilor;7. Comutatoare analogice : Divizor de tensiune programat numeric, Comutarea automat

a factorului de amplificare;8. Circuite de conversie analog-numerica datelor CAN cu aproximaii succesive;9. Circuite pentru conversia analog-numerica datelor: voltmetru integrat de trei digii;10. Circuite de conversie numeri- analogica datelor DAC08;11. Configurarea canalelor de achizitie - NI-DAQ;12. Testarea unei plci de achizii de date13. Aplicaii LabVIEW pentru achiziia i generarea datelor;14. Evaluare final

Disciplina este prevzutcu examen care se va susine n sesiunea de examene.

Modalitatea de evaluare i notare la aceastdisciplinse face conform celor indicate

n continuare (la forma de nvmnt zi aceast disciplin este prevzut cu 2 ore de

laborator/sptmn).

Stabilirea notei finale(procentaje)

rspunsurile la examen 60%activiti aplicate atestate la laborator 30%


10/187

Introducere


teste pe parcursul semestrului 10%teme de control -

Pentru aprofundarea noiunilor cuprinse n unitile de nvare studenii pot consulta o

serie de poziii bibliografice (indicate la fiecare unitate de nvare n parte), dintre care cele

mai reprezentative sunt urmtoarele:

1. Dobriceanu Mircea; Traductoare, interfee i achiii de date; Manual universitarpentru nvmntul cu frecvenredus, Editura Universitaria Craiova, 2012

2. Dobriceanu Mircea,Prjan D.; Senzori i instrumentaie; Ed. Sitech, Craiova, 2001, p.176, ISBN 973-657-108-4

3. Dobriceanu Mircea; Sisteme de achiziie i microprocesoare, Editura UniversitariaCraiova, 2003. p. 304, ISBN 973-8043-289-8

4. Dobriceanu Mircea; Introducere n instrumentaie virtual i LabVIEW; Ed.Universitaria Craiova, 2005, p.218, ISBN 973-742-078-0

Dupcum se observ, disciplina este prevzutcu un curs multiplicat, curs n format

electronic postat pe sit-ul facultii i platforme de laborator corespunztoare edinelor

enumerate anterior.

Instruciuni pentru parcurgerea materialului de studiu

Pentru a putea parcurge n mod corespunztor materialul ce va fi prezentat n

continuare, studenii trebuie sa posede cunotine temeinice acumulate n anii anteriori destudiu ntruct Echipamente electrice i electronice pentru autovehicule este n corelaie cu

alte discipline din planul de nvmnt, studiate anterior: Electronicanalogic, Msurri

electrice i electronice, etc.

Studenii vor primi gratuit, la nceputul anului de studiu, cursul n format tiprit.

n plus, ei vor primi i parola care le va oferi acces la baza de date cu informa ii

arhivate pe sit-ul facultii, corespunztoare acestei discipline.

Pentru a putea descrca i utiliza materialul electronic, studenii trebuie sdispunde

un calculator compatibil IBM PC cu conexiune la INTERNET. Facultatea le ofer aceste

faciliti prin intermediul reelelor de calculatoare din cadrul laboratoaelor de informatic.

Materialul corespunztor disciplinei Traductoare, interfee i achiziii de date este

structurat n 8 uniti de nvare ( 4 uniti de nvare de cte 3 ore fiecare i 4 uniti de


11/187

Introducere


nvare de cte 4 ore fiecare), corespunztoare celor 14 cursuri de cte 2 ore de la

specializarea Electromecaniczi. Ca urmare, se recomandcate 2 ore de studiu individual pe

sptmn.

Eventuale neclariti vor fi lmurite n cadrul edinelor de laborator, care sunt corelate

cu unitile de nvare.

n plus sunt prevzute consultaii periodice, al cror program se va afia la avizierul

laboratorului.


12/187

1. Traductoare electrice


Unitatea de nvare nr. 1

TRADUCTOARE ELECTRICE

Cuprins Pagina


1.1. Caracterizarea i clasificarea traductoarelor 14

1.2. Variante principale de traductoare electrice; principii 18

1.2.1. Traductoare analogice parametrice 18

1.2.2. Traductoare analogice generatoare 26

1.2.3. Traductoare numerice 28

1.3. Variante speciale de traductoare electrice; principii 29

1.3.1. Traductoare cu efect Hall 29

1.3.2. Traductorul Rogowski 32


Introducere n LabVIEW

33

1.4.1. Instrumentaie virtuali LabVIEW 33

1.4.2. Lansarea n execuie a mediului LabVIEW 35

1.4.3. Structura unui instrument virtual (VI) 36

1.4.4. Rularea unui VI 38




Concluzii 40



13/187



OBIECTIVELE unitii de nvare nr. 1

Principalele obiective ale Unitii de nvare nr. 1 sunt:

1.1. Caracterizarea i clasificarea traductoarelorTraductorul reprezint un mijloc de msurare care asigur conversia de suport

informaionaln urmtoarele scopuri:creterea preciziei i a comoditii msurrii;obinerea unor faciliti de prelucrare complexa informaiei precummemorare; transmisie la distan;cuplarea cu un element de calcul.

uniformizarea suportului informaional la nivelul unui sistem de msurare sau comand(cum este cazul unor sisteme de msurare sau comandcnd traductorul este nglobat n

calea de reacie).n general un traductor (Fig.1.1) este compus dintr-un senzorn care are loc conversia

de suport informaional, i un adaptor ce ndeplinete anumite condiii impuse mrimii de

ieire a traductorului precum:

domeniul de variaie al valorilor;nivelul puterii disponibile; impedana de ieire;corecia dependenei intrare - ieire (liniarizare, compresie, etc.).

nsuirea cunotinelor de baz privind funcionarea

senzorilor i traductoarelor

nsuirea cunotinelor despre categoriile de traductoare

pentru diverse mrimi electrice i neelectrice.

Senzor AdaptorMrime deintrare

Mrime deieire

Fig. 1.1. Traductorul


14/187



Dac traductorul are un singur senzor se numete traductor direct; dacare

mai muli senzori se numete traductor complex.

Dacmrimea de ieire a traductorului este o mrime electricactiv(curent,

tensiune, sarcinelectric) sau parametric(rezisten, inductivitate proprie

sau mutual, capacitate) traductorul se numete traductor electric, indiferent

de natura mrimii de intrare.

Deci traductorul electrictransformmrimea fizicde msurat ntr-o mrime

electric.

Clasificarea traductoarelor electrice:

Dupnatura mrimii de intrare: traductoare de temperatur; traductoare de deplasare; traductoare de vitez, etc.

Dupforma caracteristicii statice de transfer: traductoareanalogice(la care dependena intrare ieire este o funcie continu). Dup

natura mrimii de ieire traductoarele analogice se subclasificn:

traductoare analogice parametricela care mrimea de ieire util(corelatcu mrimeautilde intrare a traductorului) este de tip rezisten, inductivitate (proprie, mutual),

capacitate;

traductoare analogice generatoare la care mrimea de ieire utileste de tip tensiuneelectromotoare, energia disponibilla ieire fiind rezultatul unui proces de conversie

la nivelul senzorului traductorului.

traductoare numerice (la care dependena intrare-ieire este o funcie tip scar). Duptipul informaiei coninutn mrimea de ieire, traductoarele numerice se grupeazn:

traductoare numerice incrementale (relative), ce ofer informaii privind modificareamrimii de intrare;

traductoare numericeabsolute, ce descriu printr-un cod prestabilit valoarea mrimii deintrare.

Observaie

Traductoarele parametrice sunt mai precise i mai sensibile dect cele generatoare,

consummai puinenergie din fenomenul supus msurrii, influennd-ul ntr-o mai

micmsur. Traductoarele generatoare prezintnsavantajul coferla ieire direct o


15/187



tensiune care poate fi msurat.

n clasa traductoarelor numerice pot fi incluse i traductoarele cu modulaie, obinute

din traductoare parametrice la care mrimea de ieire este modulat (codificat) n

frecven, fazsau factor de umplere i apoi este msuratfolosind tehnici numerice.

Caracteristicile traductoarelor:

Caracteristicile statice se refer la situaia n care mrimile de intrare i de ieire din

traductor nu variaz, adicparametrii purttori de informaie specifici celor doumrimi sunt

invariani.

Domeniul de msurare se exprimprin intervalul n cadrul cruia traductorul permiteefectuarea corect a msurrii, se situeaz pe caracteristica static n zona n care

aceasta este liniar. Valorile limitminime att pentru intrarea, ct i pentru ieirea pot

fi zero sau diferite de zero , de aceeai polaritate sau de polaritate opuslimitei maxime.

Sensibilitatea traductorului se definete n raport cu mrimea de intrare, neglijndsensibilitile parazite introduse de mrimile perturbatoare. Pentru variaii mici

sensibilitatea se definete prin raportul dintre variaia ieirii i variaia intrrii.

Rezoluia reprezintintervalul maxim de variaie al mrimii de intrare necesar pentru adetermina apariia unui salt la semnalul de ieire.Rezoluia este utilizat, mai ales, la

traductoare cu semnale de ieire numerice, a cror caracteristicstaticeste datprintr-o

succesiune de trepte. n acest caz rezoluia este dat de intervalul de cuantificare al

mrimii de intrare, iar pentru un domeniu de msurare fixat prin intervalul de

cuantificare se stabilete numrul de nivele analogice ce pot fi reprezentate de ctre

semnalul de ieire.

Pragul de sensibilitate reprezintcea mai micvariaie a mrimii de intrare care poatedetermina o variaie sesizabil(msurabil) a semnalului de ieire.

Precizia (eroarea de msurare) - Eroarea de msurare reprezint diferena dintrerezultatul msurrii i valoarea real. Din punct de vedere calitativ msurrile sunt cu


16/187



att mai bune cu ct erorile respective sunt mai mici.Erorile de msurare sunt multiple

i se pot evidenia astfel:

eroare de liniaritate;eroarea fade zero;histerezisul;sensibilitatea la mrimile perturbatorii (zgomot);coeficient de sensibilitate cu temperatura.

Caracteristici dinamice se refer la funcionarea traductorului n situaia n care mrimeade msurat i implicit semnalul de ieire variaz n timp. Variaiile mrimii de intrare nu

pot fi urmrite instantaneu la ieire, datorit ineriilor care pot fi de natur: mecanic,

electromagnetic, termicetc.

viteza de rspuns;timpul de cretere;banda de trecere.

De reinut !

Elementele ce caracterizeaza un traductor i pe baza cruia se pot

compara ntre ele diferitele traductoare sunt urmatoarele :

a) natura fizica mrimii de intrare i de iesire;

b) puterea consumatla intrare i cea transmissarcinii;

c) caracteristica static;

d) caracteristica dinamic;

e) pragul de sensibilitate;

f) gradul (clasa) de precizie;

g) nivelul de zgomot.


17/187



1.2. Variante principale de traductoare electrice; principii

1.2.1. Traductoare analogice parametrice

Se includ n categoria traductoarelor electrice parametrice urmtoarele tipuri de

traductoare: rezistive, inductive, capacitive.

A) Traductoare rezistiveTraductoarele rezistive se bazeazpe faptul cmrimea de msurat produce o variaie a

rezistenei conform cu relaia:

S

lR (1.1)

n care este rezistivitatea materialului m , l este lungimea [m] i S este ariaseciunii transversale [m2].

Traductoarele rezistive sunt utilizate pentru msurarea mrimilor neelectrice care

produc variaia unuia din cei trei parametrii i anume:

traductoare la care variaia rezistenei se produce prin variaia lungimii conductorului(traductoare poteniometrie, traductoare rezistive cu contacte, traductoare tensometrie etc.).

traductoare rezistive la care variaia rezistenei se produce prin variaia rezistivitii(traductoare termorezistente, traductoare fotorezistive, traductoare rezistive de umiditate,

de precizie etc.).

traductoare la care variaia rezistivitii se produce prin variaia seciunii unui conductorsau semiconductor.

A1) Traductoarele poteniometrice

Traductoarele poteniometrice (Fig.1.2) sunt construite dintr-un poteniometru al crui

cursor se deplaseazsub aciunea mrimii neelectrice de msurat.

Fig. 1.2. Traductoare poteniometrice:a traductor poteniometric liniar; b traductor poteniometric circular;

c schema electric.


18/187



Deplasarea cursorului poate fi liniarsau circularconform relaiei:

)x(fR (1.2)

n care R este rezistena traductorului, iar x mrimea neelectric care producedeplasarea.

Caracteristica de conversie a traductorului poteniometric liniar este:

tt

t aRllRR

(1.3)

unde: a deplasare relativ; Rt rezistena totala traductorului; R rezistena ntrecursor i un capt.

Pentru traductorul poteniometric circular se poate scrie relaia:

t'

tt RaRR

(1.4)

unde: a rotire relativ;

Deoarece traductorul poteniometric se execut prin bobinarea unui fir

rezistiv pe un suport izolat, rezult cvariaia rezistenei nu se produce n

mod continuu, ci n trepte care corespund trecerii cursorului de pe o spirpe

alta. Rezult c valoarea rezistenei R este afectat de o eroare de

discontinuitate conform relaiei:

nt

t2

RaRR (1.5)

unde:n2

1 este factor de treapt, n numrul total de spire.

Erorile sunt mai mici, cu ct n este mai mare, fapt pentru care se construiesc traductoare

elicoidale cu pas multiplu.

A2) Traductoarele tensometrice rezistive

Traductoarele tensometrice sunt traductoare la care variaia rezistenei electrice se

produce prin variaia lungimii conductoarelor, ca efect al alungirii sau contraciei. Dac

traductorul tesiometric este fixat pe o poriune dintr-o piescare se deformeazdin cauza unei

solicitri, el se va deplasa la fel ca piesa.

Existurmtoarele tipuri:

traductoare tensiometrice simple; traductoare tensometrice cu supot de hrtie; traductoare tensiometrice rezistive cu folie; traductoare tensiometrice rezistive cu semiconductor. Au aprut datorit dezvoltrii

fizicii semiconductoare, elementul sensibil fiind n acest caz siliciul sau germaniul.


19/187



Avantajul principal este sensibilitatea mare la deformaii (de 50-60 ori mai mare), dar

au dezavantajul cdatoritprocesului de fabricaie sunt mai scumpe.

Lungimile traductoarelor tensometrice sunt cuprinse ntre 3 i 150mm, fiind utilizate n

funcie de tipul materialului. Pentru msurarea deformaiilor este necesar un singur traductor

(dacse msoardeformaiile n lungul unei direcii cunoscute), sau sunt necesare mai multe

traductoare (dacdirecia efortului nu este cunoscut).

A3) Traductoarele termorezistive

Traductoarele termorezistive i bazeaz funcionarea pe proprietile materialelor

conductoare i semiconductoare de a-i modifica rezistivitatea la variaia temperaturii. n

general rezistivitatea unui metal crete cu creterea temperaturii (coeficientul de temperatur

este pozitiv), iar rezistivitatea electroliilor semiconductori i materialelor izolante scade cu

creterea temperaturii.

Traductoarele termorezistive sunt:

termorezistene sunt executate din metale pure care prezint mari variaii alerezistivitii cu temperatura rezultnd o caracteristicde conversie liniarpe intervale

mari de temperatur. Se utilizeazla msurarea temperaturii i n construcii speciale la

msurarea vitezelor gazelor, a debitului volumetric, a concentraiei gazelor i a presiunii

sczute.

termistoare sunt rezistene realizate din materiale semiconductoare care prezintvariaii ale rezistivitii cu temperatura. Au dimensiuni foarte mici, sensibilitate mare i

necesitscheme de liniarizare a caracteristicii de conversie. Termistoarele sunt utilizate

pentru msurri statice dar mai ales pentru msurri dinamice de temperaturi.

A4) Traductoare piezorezistive.

Realizarea traductoarelor piezorezistive se bazeazpe efectul piezorezistiv ce constn

modificarea rezistivitii unui material dac este supus unei presiuni exterioare cresctoare.

Variaia rezistivitii cu presiunea se datoreaz deformrii reelei cristaline produs de

presiunea exterioar.

Aceste traductoare sunt simple, robuste, au timp de rspuns mic, histerezis neglijabil,

dar prezint unele dificulti la realizarea legturilor electrice. Se utilizeaz la msurarea

presiunilor mari i foarte mari (103atm. 105atm).

A5) Traductoare fotorezistive.

Traductoare fotorezistive i bazeazfuncionarea pe efectul fotoelectric intern. Acesta

const n faptul c la cderea unui fascicol luminos pe stratul semiconductor, datorit


20/187



absorbiei fotoionilor incideni, se transmite energie electronilor din banda de valen astfel

nct unii trec n banda de conducie, micorndu-se rezistena electrica semiconductorului.

Traductorul se realizeazprin depunerea pe un suport izolant a unui strat subire P(1m)

de material semiconductor (PbS, CdS, CdSe). Pe stratul semiconductor la extremiti se aplic

electrozii i se fixeaz conexiunile, respectiv se realizeaz o acoperire cu lac sau o

ncapsulare. La cei doi electrozi se aplic o surs de tensiune continu i un instrument

magnetoelectric. n stare neluminatprin traductor trece un curent numit curent de ntuneric,

iar cnd suprafaa este iluminatrezistena scade aproximativ liniar cu iluminarea.

Traductoarele fotorezistive prezintsensibilitate maximla anumite lungimi de und, o

sensibilitate spectralfavorabilaplicaiilor la un prede cost redus ns prezintdependen

mare cu temperatura.

B)Traductoare inductive

Traductoarele inductive se bazeaz pe proprietatea c mrimea de msurat produce o

variaie a inductanei traductorului. Inductana proprie sau mutual a traductorului este

modificat de acele mrimi care influeneaz geometria sau permeabilitatea circuitului

magnetic al traductorului.

B1) Traductorul inductiv cu armturmobil.

Traductorul inductiv cu armturmobil(Fig.1.3) este format dintr-un circuit magnetic

n formde U i o armturmobilsituatla distana . Pe circuitul magnetic fix este dispus

o bobincu N spire i a crei inductaneste L.

Fig. 1.3. Traductor inductiv cu armturmobil:a structura principial; b caracteristica de conversie;


21/187



Inductana bobinei L este:

m

2

R

NL

(1.6)

unde reluctana circuitului magnetic se poate calcula cu relaia:

3020Fe

2

10Fe

1

m A

2

A

l

A

l

R

(1.7)

n care l1 i l2 sunt lungimile medii ale liniilor de cmp prin circuitul magnetic,

respectiv prin armtur, iar A1, respectiv A2ariile seciunii transversale a circuitului magnetic,

respectiv a armturii, n timp ce A3este aria ntrefierului.

Se observ c dac ntrefierul crete, crete reluctana Rm, iar inductana bobinei L

scade.

Dac bobina este alimentat cu tensiune alternativ de frecven f, rezult un curent

alternativ:

222 LR

UI

(1.8)

ce conine informaia privind mrimea neelectriccare modificntrefierul .

Acest tip de traductor este robust i simplu de conectat, bobinele putnd fi

alimentate la 50Hz. Este recomandat pentru msurri n cazul unor deplasri

mici (0-5 mm).

B2) Traductorul inductiv cu miez mobil.

Traductorul inductiv cu miez mobil (Fig.1.4) este format dintr-o bobin cilindric n

interiorul creia se poate deplasa axial un miez mobil din material feromagnetic, de aceeai

lungime cu bobina.

Fig. 1.4. Traductor inductiv cu miez mobil:

a structura principial; b caracteristica de conversie;


22/187



Inductana bobinei variaz n funcie de poziia miezului. Valoarea Lo corespunde

miezului complet scos din bobin, n timp ce valoarea Lmax corespunde poziiei miezului

complet introdus n interiorul bobinei. Dependena dintre deplasarea miezului x i inductana

L a bobinei este datde relaia:

0l

xk

0max LeLLL

(1.9)Din relaie se observcse obine o caracteristicde conversie neliniar(reprezentarea

este datin fig.1.3.b), putndu-se realiza liniarizarea acesteia printr-o distribuie neuniforma

spirelor pe lungimea bobinei. n urma alimentrii bobinei cu tensiune alternativse obine un

curent I care oferinformaii asupra deplasrii miezului.

Traductorul se utilizeaz pentru msurarea deplasrilor medii de la

0100mm i mari de la 02000mm.

B3) Traductorul inductiv cu bobine difereniale

Traductorul inductiv cu bobine difereniale (Fig.1.5) este format din dou bobine de

lungime l, n interiorul crora se poate deplasa axial un miez feromagnetic de aceeai

lungime. n urma deplasrii miezului se modific inductanele proprii ale bobinelor i

inductana mutual.

Cele dou bobine, mpreun cu dou rezistene, sunt conectate ntr-o punte de c.a.

alimentat la o tensiune alternativ U. Relaia care ofer informaii despre mrimea de

msurat este

M2L1L

LL

2

UU

2

21

(1.10)

Fig. 1.5. Traductor inductiv cu bobine difereniale:

a structura principial; b caracteristica de conversie;


23/187



unde s-au neglijat rezistenele celor dou bobine n comparaie cu reactanele

inductive.

Caracteristica de conversie (reprezentat n fig.1.5.b), este liniar pe

intervalul (-l/2, l/2). Acest tip de traductoar se utilizeazpentru msurri de

deplasri ntre 50100mm.

C) Traductoare capacitiveTraductoarele capacitive prezintca principiu de funcionare convertirea unei mrimea

neelectrice ntr-o variaie de capacitate. Se realizeazdin cele doutipuri de condensatoare:

plan i cilindric.

Traductoarele capacitive se clasificastfel:

traductoare capacitive cu modificarea distanei dintre armturi; traductoare capacitive cu modificarea suprafeei de suprapunere a armturilor; traductoare capacitive cu modificarea dielectricului.

Relaiile care ne indicmodul de variaie a capacitii unui condensator cu distana

dintre armturi, cu suprafaa de suprapunere i permitivitatea dielectricului sunt:

pentru condensatorul plan

d

AC r0

(1.11)

pentru condensatorul cilindric

dDln

h2

Cr0

(1.12)

C1) Traductorul capacitiv cu modificarea distanei dintre armturi

Traductorul capacitiv cu modificarea distanei dintre armturi (Fig.1.6) i bazeaz

funcionarea pe relaia capacitii, din care se remarc o dependen invers proporional a

acesteia cu variaia distanei dintre armturi.

Fig. 1.6. Traductor capacitive cu armturmobil:a schema electric; b caracteristica de conversie;


24/187



C2) Traductorul capacitiv cu modificarea suprafeei de suprapunere a armturilor

Traductorul capacitiv cu modificarea suprafeei de suprapunere a armturilor,

exemplificate prin traductorul capacitiv de deplasare unghiular (Fig.1.7), se bazeaz pe

dependena direct proporionalntre suprafai capacitate.

C3) Traductorul capacitiv cu modificarea dielectricului

Traductorul capacitiv cu modificarea dielectricului permit modificarea permitivitii

relative a dielectricului, fie prin introducerea unui material izolant ntre armturi, fie prin

modificarea strii fizice a dielectricului cu diferii factori externi. Din acest motiv aceste

traductoare se utilizeazla msurarea grosimilor, a nivelelor, a umiditii, etc.

Traductoarele capacitive prezint o mare sensibilitate, au n general

caracteristica de conversie liniar, au capaciti mici i de aceea schemele

electrice sunt alimentate cu tensiuni de frecvene ridicate (400

Hz100kHz), amplitudinea tensiunii de alimentare fiind limitat de

tensiunea de strpungere.

Fig. 1.7. Traductorul capacitiv de deplasare unghiular:a schema electric; b caracteristica de conversie;

De reinut !

Traductoarele analogice parametrice sunt acele traductoare n care sub

influena mrimii de intrare se modific dupa o lege bine determinata,

unul din parametrii electrici (rezisten, inductan sau capacitate) ai

circuitelor electrice a traductorului. Pentru detectarea acestei modificari

traductorul trebuie sa aiba o sursa de energie auxiliar i o schem de

masura a parametrului care se modific.


25/187



1.2.2 Traductoare analogice generatoare

Sunt traductoare electrice la care mrimea neelectriceste convertitdirect n tensiune

electric. n funcie de fenomenele fizice ce permit aceast conversie se disting:

termoelectrice, piezoelectrice, fotoelectrice, de inducie, electrochimice.

A) Traductoare termoelectriceFuncionarea traductoarelor termoelectrice se bazeazpe fenomenul termoelectric. Dac

se realizeazun circuit din douconductoare de naturdiferit, unite ntre ele prin sudursau

lipire, a cror capete sunt nclzite la temperaturi diferite, apare o tensiune electromotoare

care va da natere unui curent (Efectul Seebeck). Tensiunea se numete termoelectric i

depinde de natura metalelor din care sunt executate conductoarele.

Tensiunea termoelectric poate fi folosit pentru a msura diferena de temperatur

dintre punctele de contact. Aceasta se msoar prin desfacerea unuia dintre puncte i

conectarea unui aparat de msurare (Fig.1.8).

Suma tensiunilor termoelectrice este zero ct timp punctele P1, P2, P3 sunt la aceeai

temperatur1. Dacpunctul P2 este adus la o alt temperatur, atunci va apare o tensiune

termoelectricproporionalcu variaia temperaturii . Valoarea tensiunii este independent

de existena firului de legtur, att timp ct punctele P1 i P2 au aceeai temperatur. Dac

temperatura lor este diferit, tensiunea termoelectric este suma algebric a tensiunilor

termoelectrice dezvoltate de fiecare pereche de conductoare.

Traductorul realizat dupprincipiul prezentat se numete termocuplui este format de

ansamblul de conductoare a i b i are doucapete, captul cald i captul rece.

Fig. 1.8. Traductorul termoelectric:

a explicaia fenomenului termoelectric; b schema de msurare


26/187



B) Traductoare piezoelectriceFuncionarea traductoarelor piezoelectrice se bazeaz pe proprietatea de polarizare

electricsuperficiala unor cristale din anumite materiale (de exemplu cuarul) atunci cnd

sunt comprimate dupo anumitdirecie.

Traductorul se preteaz la msurri dinamice, cum ar fi: msurarea forelor, a

presiunilor,vitezelor de propagare a undelor mecanice i a unor constante de material.

C) Traductoare fotoelectriceFuncionarea traductoarelor fotoelectrice se bazeaz pe proprietatea unor jonciuni

semiconductoarep-nde ase polariza electric atunci cnd jonciunea este iluminat

D) Traductoare de inducieTraductoarele de inducie funcioneazpe baza fenomenului de inducere a unei tensiuni

electromotoare ntr-un conductor n deplasare relativ fa de un cmp magnetic.

Traductoarele de inducie cele mai utilizate sunt: tahogeneratoarele i traductoarele de

inducie pentru debit.

Tahogeneratoarele sunt traductoare de turaie, funcionnd ca microgeneratoare de

curent continuu sau alternativ, genernd tensiuni proporionale cu viteza de rotaie a arborelui

la care sunt conectate. Au o precizie buni sensibilitate mare la sensul de rotaie, fiind din

acest motiv larg rspndite.

Traductoarele de inducie pentru debit sunt folosite la msurarea debitelor lichidelor

bune conductoare de electricitate.

E) Traductoare electrochimiceFuncionarea traductoarelor electrochimice se bazeaz pe legea lui Nerst care descrie

dependena tensiuni electromotoare de tip electrochimic de concentraia de purttori (ioni)

dintr-o soluie. Se msoarastfel concentraia ionicsau potenialul de hidrogen (pH-ul)

De reinut !

Traductoarele generatoare sunt dispozitive n care mrimea de intrareeste transformatntr-o tensiune electromotoare ce poate fi utilizat

nemijlocit de sistemul de conducere. Aceste traductoare nu necesita

surse exterioare de alimentare.


27/187



1.2.3 Traductoare numerice

Traductoarele numerice sunt cele care ofer la ieire unul sau mai multe trenuri de impulsuri

dreptunghiulare de tensiune. Precizia de msurare este satisfctoare pentru aplicaiile curente, iar

interfaarea cu un sistem numeric de conducere este foarte simpl, n multe cazuri impunndu-se

numai condiionarea semnalelor numerice de la ieirea traductorului. Acestea sunt principalele motive

pentru care traductoarele numerice sunt preferate celor analogice.

Traductoarele numerice sunt incrementale sau absolute, fiecare existnd n dou variante

constructive: liniar, respectiv rotativ.

A) Traductoare numerice incrementalen principiu, un traductor numeric incremental (TNI) ofer la ieire un numr de

impulsuri dreptunghiulare pentru fiecare unitate de deplasare parcurs de elementul mobil.

Mrimea msuratnu poate fi determinatla un moment dat (nu este o poziie). Contoriznd

ns impulsurile de ieire ale traductorului, ntr-un anumit interval de timp, se obine unnumr pe baza cruia se calculeazdeplasarea efectuatde elementul mobil n intervalul de

timp respectiv. n concluzie, traductoarele numerice incrementale permit msurarea unor

deplasri.

Componentele principale ale unui traductor numeric incremental sunt:

elementul incremental de tip rigl sau disc, ataat obiectului n micare (de translaierespectiv de rotaie). El permite cuantificarea primar a mrimii msurate de tip

deplasare liniarsau unghiular;

capul de citire aparinnd sistemului fade care se definete deplasarea (numit sistemde referini care, de obicei, este fix). Capul de citire este folosit pentru identificarea

poziie elementului incremental, genernd mrimea de ieire a traductorului.

Rigla incrementali discul incremental conin fiecare o reea de zone active intercalate

cu interstiii, toate de aceeai lime (L, respectiv ). Pentru citirea lor se folosete

procedeul optic (spre piste se trimit semnale luminoase), caz n care zonele active sunt

transparente. Rezoluia unui traductor incremental este dictatde limea unei zone active sau

interstiiu.

B) Traductoare numerice absoluteUn traductor numeric absolut, ofer la ieire mai multe semnale numerice la care

nivelele logice ale acestora sunt citite la un moment dat i codificpoziia elementului mobil

al traductorului, fatde cel fix, la momentul respectiv.


28/187



Elementul esenial al traductorului numeric absolut l reprezint dup tipul deplasrii

analizate (liniar respectiv unghiular) rigla respectiv discul codificator care este cuplat

mecanic cu obiectul a crui poziie sau deplasare se msoar.

Rigla i discul sunt realizate din sticl transparent, folosindu-se procedeul optic

diascopic pentru citire (zonele active se deosebesc de interstiii prin transparen). Codificarea

n cod binar (natural sau zecimal) sau n cod Gray se obine prin trasarea a mpiste paralele (pe

rigl) sau concentrice (pe disc). Pistele conin zone opace i transparente, cu lrgimile i

modul de dispunere dependente de codul utilizat, iar numrul pistelor dicteaz rezoluia

msurrii.

Determinarea poziiei elementului mobil fade cel fix se realizeazutiliznd diferite

metode de citire a pistelor:

metodacitirii n linie(citirea simpl) ce presupune folosirea unei singure axe de citire,perpendicular pe rigl. Aceast metod conduce la citiri eronate, datorate erorilor

inerente de fabricaie a riglei (pasul de divizare al unei piste nu este constant pe toat

lungimea ei) sau capului de citire (senzorii optici nu sunt aliniai perfect pe axa de

citire).

metoda dublei testri i metoda citirii n Vpresupune folosirea mai multor senzori optici(cte doi pentru fiecare pist, cu excepia celei notate cu 20), dispui dupdouaxe de

citire. n funcie de dispunerea axelor de citire, se face distincie ntre cele doumetode

care sunt cele mai utilizate, dei au i ele dezavantaje: capul de citire este mai lat i

neeconomic.

1.3. Variante speciale de traductoare electrice; principii

1.3.1. Traductoare cu efect Hall

Dintre traductoarele de mrimi electrice merit o atenie deosebit traductoarele de

curent i de tensiune cu efect Hall produse de firma LEM (Elveia).

A) Traductoare de curent cu efect Hall n circuit deschisFuncionarea traductorului de curent cu efect Hall n circuit deschis (Fig. 1.9) se

De reinut !

Traductoarele numerice sunt dispozitive la care semnalul de ieire

variazdiscontinuu, dupun anumit cod (operaie de codificare).


29/187



bazeazpe faptul ca inducia magneticB, care genereaztensiunea Hall UH, este realizatde

curentul care se dorete msurat i1(t).

Curentul de comandICeste cauzat de o sursde curent constant. n interiorul poriunii

liniare a ciclului histerezis, inducia B este proporional cu curentul i1(t) prin intermediul

unei constante de proporionalitate

)t(icB 11 (1.13)

iar tensiunea Hall este proporionalcu produsul dintre curentul de comandi inducie:

BId

Ku CH (1.14)

unde K este constantHall pentru materialul utilizat, iar d este grosimea plcuei de

material.

nlocuind expresia induciei (1.13) n relaia (1.14), se obine:

)t(icId

Ku 11CH (1.15)

sau innd seama de mrimile constante

)t(icu 12H (1.16)

Tensiunea Hall este aplicat unui amplificator obinndu-se la ieire semnalul n

tensiune

)t(ic)t(u 12 (1.17)

Traductoarele de curent n circuit deschis sunt capabile s msoare cureni continui,cureni alternativi sau cu forme de und complex asigurnd izolarea galvanic, cu valori

pentru curentul nominal I1N de la ordinul amperilor pn la ordinul zecilor de kA cu o

acuratee foarte mare. Domeniu msurabil de curent este definit de regiunea liniara curbei de

magnetizare a circuitului magnetic i variaz funcie de tipul traductorului, de la 1 la 3 ori

curentul nominal. Tensiunea de ieire este direct proporionalcu valoarea curentului msurat

Fig.1.9. Principiul constructiv al traductorului de curent cu efect Hall n

circuit deschis

i1 t

B

ICu2 t

A


30/187



i nivelul de tensiune disponibil la ieire depinde de tensiunea de alimentare, iar n funcie de

aplicaie se pot folosi i versiuni de traductoare cu ieire n curent.

Aceste traductoare prezint avantajul unui gabarit redus, a unei greuti mici pentru

domenii largi de msurare, rezolvnd problema pierderilor din circuitul n care se face

msurarea i sunt rezistente la suprasarcini accidentale i au un prede cost relativ redus i

sunt n general recomandabile pentru o gamlargde aplicaii industriale.

B) Traductoare de curent cu efect Hall n circuit nchisAceste traductoare (Fig. 1.10), numite i traductoare compensate sau cu flux nul conin

un circuit de compensare prin inter-mediul cruia performanele traductoarelor sunt mbun-

tite. n timp ce traductoa-rele n circuit deschis gene-reazo tensiune u2(t) propor-ionalcu

valoarea amplifi-cata tensiunii Hall UH, traductoarele n circuit nchis genereazun curent

i2(t) proporional cu tensiunea UHcare acioneazca un semnal de reacie negativn sensul

compensrii induciei primare.

Curentul i2(t) este imaginea curentului de msurat i1(t):

)t(ic)t(i 1I2 (1.18)

Acest curent poate fi transformat n tensiune de ieire prin introducerea unei rezistene R.

Aceste traductoare sunt caracterizate prin: acuratee i liniaritate foarte bun, variaia

semnalului cu ieirea foarte bun, timp de rspuns foarte mic, band larg de trecere, nu

produc pierderi n circuitul de msur, ieirea n curent este folosit n mod frecvent pentru

aplicaii n mediu zgomotos, suport suprasarcini mari fr a se deteriora. Limitrile

principale n utilizarea traductoarelor sunt generate de consumul din sursa de alimentare care

trebuie s acopere curentul de compensare, iar pentru cureni de intrare mari, acest tip de

traductor este mult mai scump i mai voluminos dect echivalentul lui n tehnologia circuit

deschis.

RI

u2(t) 0V

Fig.1.10. Principiul constructiv al traductorului de curent cu efect Hall n circuit nchis


31/187



C) Traductorde tensiune cu efect Hall n circuit nchisTraductoarele de tensiune cu efect Hall n circuit nchis se bazeazpe aceleai principii

de funcionare ca i traductoarele de curent. Se compune din ansamblul traductor de curent i

o rezisten care se conecteaz n serie cu nfurarea primar, i care poate fi extern sau

integrat n construcia traductorului. Acest lucru permite obinerea induciei primare cuajutorul unui curent primar mic, ceea ce duce la consum redus n circuitul n care se face

msurtoarea.

D) Traductoarele n circuit nchis tip C i tip IT.Pe baza traductoarelor n circuit nchis produse de firma LEM s-au construit

traductoare de tip C (utiliznd un oscilator intern controlat electronic) i traductoare de tip IT

(utiliznd un cap magnetic controlat electronic), care prezentnd liniaritate i stabilitate foarte

bun, fac posibilmsurarea curenilor, a curenilor difereniali i a tensiunilor cu acuratee

ridicat.

1.3.2. Traductorul Rogowski

Traductorul Rogowski (Fig.1.11). traductor se compune dintr-o bobintoroidaln aer

(frmiez magnetic) numitbobina Rogowski care este plasatn jurul conductorului parcurs

de curentul ce se dorete msurat.

Un circuit integrator montat la ieirea bobinei completeaz traduc-torul, astfel nct

tensiune la ieirea bobinei este integratpentru a obine un semnal de ieire care reproduce

forma de unda curentului msurat. Caracteristicile integratorului sunt descrise de constanta

de timp de integrare, i constanta de timp de descretere. Bobina este un inductor mutual

cuplat cu conductorul parcurs de curentul care se dorete msurat iar tensiunea la bornele

bobinei este proporionalcu rata cu care se schimbcurentul care circulprin conductor.

Fig.1.11.Principiul constructiv al traductorului Rogowski

i t

R1

R


32/187



n domeniul transformatei Laplace dependena ntre tensiunea de ieire i tensiunea

aplicatamplificatorului este exprimatde relaia:

)s(ECsR1

1

R

R)s(U 1

21

22

(1.19)


Introducere n LabVIEW

1.4.1. Instrumentaie virtuali LabVIEW

Prin instrumentaie virtual se nelege facilitatea/modalitatea oferit de un calculator

dotat cu echipamente periferice de intrare/ieire specializate, pentru a modela i simula

caracteristicile i funcionarea unui instrument/sistem de msurare, de testare sau de

nregistrarea datelor.

FirmaNational Instrumentsa revoluionat modul n care inginerii i oamenii de tiin

din mediile industriale, guvernamentale i academice abordeazdomeniile achiziiilor de date

i automatizrii. Profitnd de calculatoarele personale i tehnologiile comerciale,

instrumentaia virtual sporete productivitatea i reduce costurile cu aplicaiile de testare,

control i proiectare prin utilizarea aplicaiilor software uor de integrat, precum NI LabVIEW

i echipamente hardware modulare de achiziie i control pentru platformele PXI, PCI, PCI

Express, USB i Ethernet.

Cu ajutorul instrumentelor virtuale, inginerii utilizeaz mediul de programare grafic

pentru a crea soluii definite de utilizatori, care corespund cerinelor specifice ale acestora

abordare mult diferit fa de cea a instrumentelor tradiionale, cu funcionalitatea fix i

limitat. n plus, instrumentaia virtual fructific performanele n permanent evoluie ale

calculatoarelor personale. De exemplu, n cadrul proceselor de testare, msurare i control

inginerii au utilizat instrumentaia virtual pentru a reduce dimensiunile echipamentelor de

testare automat(ATE) obinnd, n acelai timp, o cretere de pnla 10 ori a productivitii,

De reinut !Traductoarele cu efect Hall prezintavantajul unui gabarit redus, a unei

greuti mici pentru domenii largi de msurare, rezolv problema

pierderilor din circuitul n care se face msurarea i sunt rezistente la

suprasarcini accidentale, au un pre de cost relativ redus i sunt n

general recomandabile pentru o gamlargde aplicaii industriale.


33/187



la costuri substanial reduse fade instrumentele tradiionale.

Indiferent de experien, inginerii i oamenii de tiinpot interfaa rapid i eficient cu

componentele hardware pentru achiziie i control, pot analiza date i proiecta sisteme

distribuite.

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) este un mediu de

programare grafic, destinat n special construirii de aplicaii pentru controlul i achiziia de

date, analiza acestora i prezentarea rezultatelor.

Cteva dintre caracteristicile importante ale acestui mediu:

limbajul grafic este compact, diagrama situat ntr-o fereastr conine mai multinformaie dect un text i este mai uor de citit i de neles, iar desenarea unei

diagrame este mai rapiddect scrierea unui text echivalent;

n limbajul grafic paralelismul este natural, astfel nct scrierea de programe careefectueaz procesarea paralela a datelor este la fel de simpl ca i pentru procesarea

secvenial;

permite lucrul n reea, pe mai multe calculatoare, prin intermediul TCP/IP i UDP,dispunnd de numeroase funcii pentru lucrul n reele locale (de arie mare) sau prin

Internet;

conine multe aplicaii prefabricate, din diverse domenii, mpreun cu codul graficcorespunztor, care pot fi folosite direct, pot fi luate ca exemple didactice de

programare sau pot fi modificate de utilizator pentru a satisface ct mai bine necesitile

concrete de lucru.

Folosind programarea grafic, de mare productivitate, din LabVIEW, se pot genera

ntr-un timp scurt soluii eficiente de instrumentaie sau de achiziie de date, utiliznd Solution

Wizard. De asemenea, se pot adapta solutiile la cerintele concrete cu functii puternice de

procesare a semnalelor, nregistrare a datelor, conectivitate cu ActiveX, .NET, DLL etc.

Toate soluiile LabVIEW lucreaz implicit n regim multithreading, fr a necesita

vreo programare suplimentar. n acest fel, se poate reduce semnificativ timpul necesar

punerii la punct a aplicaiilor.

LabVIEW este disponibil pentru o gama larg de sisteme de operare: WindowsVista/XP/2003/2000/NT/XP/Me/9x, Mac OS, Sun Solaris, Linux.

Mediul de dezvoltare grafic LabVIEW este disponibil n trei variante, cu diferite

grade de complexitate, respectiv pachetul de baza (BP), sistemul de dezvoltare complet (FDS)

i sistemul de dezvoltare profesional (PDS).


34/187



1.4.2. Lansarea n execuie a mediului LabVIEW

Se lanseaz mediul LabVIEW urmnd calea: StartAll ProgramsNational

Instruments LabVIEW 2011sau se executclick pe pictograma LabVIEW de pe bara de

instrumente, lansare rapid(Fig.1.12). Astfel va apare fereastra de dialog iniial(Fig.1.13).

Semnificaiile celor mai frecvente opiuni utilizate, din aceastfereastrde dialog, sunt:

New/Blank VI - permite crearea unui nou VI. VI este prescurtarea de la Virtualinstrument, care reprezintun program dezvoltat n LabVIEW.

New/Empty Project- deschide un nou proiect, care este o colecie de diverse imagini ifiiere LabVIEW. (Un proiect reprezinto construcie noun LabVIEW 8.).

New/VI from Template- deschide o fereastrce pune n evideno serie de abloaneVI-uri existente (pe partea stng a ferestrei), care trebuie analizate pentru a observa

care corespunde cu tipurile de sarcini ale VI-ul ce trebuie construit.

Open prezinto listde VI-uri recent deschise (lististoric).Help/Getting Started with LabVIEW - link-uri ctre noiuni de baz privind

LabVIEW (document PDF de aproximativ 97 de pagini).

Fig.1.13. Fereastra de dialog iniialLabVIEW 2011

Fig.1.12. Lansarea mediului LabVIEW


35/187



Help/List of All New Feateurs - link-uri ctre LabVIEW Help, unde se pot gsiinformaii folosind Cuprins, Cuvinte cheie, Opiuni de cutare.

Help/Find Examples- link-uri la biblioteca de exemple incluse n LabVIEW. Pentru arezolva o anume problem, se poate gsi soluia folosind un exemplu din aceast

bibliotec.

1.4.3. Structura unui instrument virtual (VI)

Un instrument virtual (VI) se compune din:

panoul frontal(Front Panel - FP) reprezintinterfaa graficcu utilizatorul sau ceeace va vedea utilizatorul pe ecranul monitorului. Comparnd instrumentul virtual cu un

instrument fizic, panoul frontal ar corespunde prii frontale a instrumentului fizic pe

care existbutoane, chei de comand, afiaj, display etc. (Fig.1.14)

Fig.1.14. Panoul frontal

Cluster cudoucontroalenumerice

Text pentruindicatorBoolean

Run(rularea

programului)

Run

Continuously(rulare pentrutestare)

Abort

Execution(oprirearulrii)

Pause

(oprireatemporala rulrii)

Title bar(bara detitlu)

Toolbar (barade instrumente)

Etichetaindicatornumeric

Meniu bar(bara demeniuri)

Icon of the VI

(pictograma VI)

Activate/

Deactivate

context help

Tank(indicator

numeric)

Plot legend

Afiajnumeric

pentrugrafic

Grafic

ButoncontrolBoolean

LEDindicatorBoolean

Titlulindicator

Controlnumeric

Sgeatsenscresctor saudescresctor

Control numericcu trei opiuni

pentru ajustarea

valorii

Control numericde tip slide

Titlulcontrol


36/187



diagrama bloc(Blok Diagram - BD) reprezintcodul sursal VI-ului, scris n limbajgrafic i definete funcionalitatea VI - lui pe baza operatorilor clasici, funciilor etc.

(Fig.1.15)

Componentele diagramei bloc se leagntre ele prin fire = conductoare definind

fluxul datelor din diagram. Daccomparm diagrama bloc cu instrumentul fizic, atunci,

coninutul su coincide cu componentele fizice (rezistoare, fire de legtur, circuite logice

etc.) din carcasa instrumentului.

Terminal controlCluster_param

corespunztor de pepanoul frontal

Funcia Unbundle ByNamesepargrupele

de elemente K i u0

Execuieprogramncetinit

Reine valorilepe firul selectat

Execuie pascu pas3butoane

Funcia Bundle colecteazmai multe semnale (aici 3)

pentru a fi vizualizate ntr-un grafic

Meniuri pentrualinierea,selectarea iordonareaobiectelor

Terminalindicator

High Alarm

Property Nodepentru terminalul

High Alarm

TerminalindicatorGraficy_chart

ConstantBoolean devaloare Fals

TunelulcicluluiWhile

Variabillocalderulare?

Terminal control Stopde pe panoul frontal

Constant. Culoareaalbastru indicdataeste de tip ntreg

Funcia Wait, producentrzierea ciclului cunumrul de milisecundeaplicate la intrarea sa

Constant. Culoareaportocaliu indicdataeste de tip virgulmobil

ConstantBoolean devaloare Adevrat.Culoarea verde indicdata este de tip boolean

Terminalindicator

pentrunumrul deiteraii

FunciaElapsed aratct timp atrecut de lanceperea

rulriiprogramului

CiclulWhile

StructuraFlatSequencecu doucadre

Property Node

pentru terminaluly_chart

Cluster avndn componenArrays.Indexul arrayeste la stnga,elementelearray sunt ladreapta

Fig.1.15. Diagrama bloc


37/187



1.4.4.Rularea unui VIFerestrelePanoului frontal i aleDiagramei bloc din VI posedfiecare:

Title Bar(Barde titlu) La captul din stnga al barei de titlu se afltitlul InstrumentuluiVirtual. Se va afia titlul acordat implicit de ctre LabVIEW Untitled 1 deoarece la

nceput Instrumentului Virtual nu afost salvat. La captul din dreapta a barei se gsesc treibutoane, familiare utilizatorilor sistemului de operare Windows: butonul de minimizare,

maximizare, respectiv de nchidere a aplicaiei;

Meniu Bar (Barde meniuri) Sub bara de titlu se aflbara de meniuri ce conine opiunipentru realizarea unor aciuni obinuite (gestiune fiiere, editare), implementate n

majoritatea aplicaiilor Windows, existnd de asemenea i o serie de opiuni noi, specifice

mediu de programare graficLabVIEW.

Tool Bar (Barde unelte) Sub bara meniu se aflbara cu unelte care este implementatprin intermediul unor butoane, liste derulante sau indicatoare de stare, utilizate pentru

editarea, trasarea i execuia unui Instrument Virtual.

Odatce programarea instrumentului virtual a fost ncheiat, acesta poate fi rulat, att

pentru depistarea eventualelor erori, ct, mai ales, pentru a-l utiliza n conformitate cu scopul

pentru care a fost realizat.

Pe barele de butoane ale panoului i diagramei se aflo serie de elemente ce stabilesc

modul de rulare al unui program.

Un VI devine operabil prin utilizarea urmtoarelor butoane din bara de unelte (toolbar):

Runeste utilizat pentru a lansa n execuie VI-ul. Acest buton devine alb, atunci cnd aVI-ul nu este n execuie, i negru, atunci cnd se ruleazVI-ul. n cazul n care VI-ul

conine erori, butonul Run este de culoare gri i ntrerupt.

Run Continuously este utilizat pentru execuia continuu a VI-ului, numai n scop detestare.

Abort Execution este utilizat pentru a opri funcionarea VI-ului. n mod obinuit,programatorul va insera un buton sau comutator pe panoul frontal pentru va oferi un

control privind oprirea execuiei VI-ului. n exemplul prezentat existun buton rou destop n partea stngjos a panoului frontal.

Pauseeste utilizat pentru oprirea temporara rulrii VI-ului.Butoanele suplimentare care apar n bara de unelte n cadrul Diagramei Bloc:

Highlight Executioneste utilizat n orice mod de rulare prin care utilizatorul va urmrio animaie ce sugereazdeplasarea valorilor prin fluxul de date.


38/187



Retain Wire Values este utilizat pentru reinerea valorii pe firul de legtur dintrecomponentele din diagrama bloc.

Start Single Stepping este utilizat pentru a se ncepe execuia pasului urmtor.Step Out este utilizat pentru terminarea execuiei unui pas.

Lucrare de verificare la Unitatea de nvare 1

Aceast unitate de nvare se va regsi n lista de subiecte pentruexamen prin urmtoarele subiecte:

1. Traductorul: definiie, clasificare, caracteristici.2. Traductoare analogice parametrice: clasificare, principii de

fucionare.

3. Traductoare analogice generatoare: clasificare, principii defucionare.

4. Traductoare cu efect Hall: clasificare, principii de fucionare.

Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testul deautoevaluare

Rspunsurile la ntrebrile din testul de evaluare se gsesc n textul

unitii de nvare.

Test de autoevaluare

1. Precizai criteriile de clasificare ale traductoarelor electrice?2. Precizai principalele caracteristici ale traductoarelor electrice?3. Care sunt traductoarele analogice parametrice i principiile de

funcionare ale acestora?

4. Care sunt traductoarele analogice generatoare i principiile defuncionare ale acestora?

5. Care sunt traductoarele numerice i principiile de funcionare aleacestora?

6. Care sunt traductoarele cu efect Hall i principiile de funcionare aleacestora?


39/187



ConcluziiTraductorul este dispozitivul folosit pentru:

1. monitorizarea (supravegherea) unui proces, de exemplusupravegherea ambientului termic, sau mediului electromagnetic;

2. controlul unui proces, de exemplu controlul temperaturii ntr-unsistem de termostatare;

3. verificarea unor modele sau experimente, de exemplu n cazulsimulrilor pe calculator sau completarea cu informaii care nu pot

fi obinute prin proiectare asistat.

Bibliografie

1. Dobriceanu Mircea; Traductoare, interfee i achiii de date; Notiede curs, Tipografia Universitii din Craiova, 2011 i format

electronic postat pe http://www.em.ucv.ro

2. Dobriceanu Mircea,Prjan D.; Senzori i instrumentaie; Ed. Sitech,Craiova, 2001, p. 176, ISBN 973-657-108-4

3. Dobriceanu Mircea; Introducere n instrumentaie virtual iLabVIEW; Ed. Universitaria Craiova, 2005, p.218, ISBN 973-742-

078-0


40/187

2. Interfee de comunicaie

TRADUCTARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE41

Unitatea de nvare nr. 2

INTERFEE DE COMUNICAIE

Cuprins Pagina


2.1. Introducere 42

2.2. Interfee standard de comunicaie 44

2.2.1. Aspecte generale 44

2.2.2. Interfaa RS-232 45

2.2.3. Interfaa USB 47

2.2.4. Interfaa I2C 49

2.2.5. Interfaa IEEE-488 50

2.3. Interfee de proces 52


Elementele panoului frontal al unui instrument virtual.Fereastra de controale (Controls)

54

2.4.1. Panoul frontal al VI-ului 54

2.4.2. Fereastra de controale 58




Concluzii 60



41/187


TRADUCTARE, INTERFEEE I ACHIZIII DE DATE42

OBIECTIVELE unitii de nvare nr. 2

Principalele obiective ale Unitii de nvare nr. 2 sunt:

2.1. Introducere

Tehnicile de msurare pot fi implementate la nivel fizic prin blocuri funcionale cu

destinaie precis (aparatele de msurare) sau prin module care pot realiza funcii multiple

(eantionare, conversie, memorare) i a cror selecie este fcut de o unitate central

(eventual PC).

n cazul aparatelor de msurare numerice, dotarea acestora cu interfee de comunicaie

permite interconectarea lor cu uniti de calcul puternice i, deci, lrgirea considerabila ariei

funciilor ce pot fi efectuate de sistemul astfel realizat.

n sens larg, o interfa asigur comunicarea aparatelor electronice cu un

calculator central, n scopul setrii modului lor de funcionare precum i

transferul propriu-zis de date. Fiecare echipament din sistem trebuie s fie

prevzut cu un bloc de interfa pentru interconectarea cu restul

echipamentelor. Transferul de date se realizeazprin aa-numita magistral,

al crei suport fizic poate fi unul cu fir (conductori convenionali) sau fr

fir (canal radio sau transmisie n infrarou). Realizarea unui sistem complex

este mult uuratdacechipamentele ce urmeaza fi conectate ntre ele sunt

dotate cu interfee standardizate.

Se va observa cdin punct de vedere funcional magistrala i interfaa aferentnu potexista ca entiti diferite; utilizarea unei magistrale presupune implicit utilizarea interfeei

specifice acesteia. De aceea, n limbajul curent, cei doi termeni au sensuri echivalente i orice

referire la una dintre aceste noiuni o vizeazi pe cealalt.

n cadrul unui standard de interfa sunt definite mrimile mecanice (tipul

conectoarelor), mrimile electrice (valori limit de tensiune i de curent ale semnalelor

Cunoaterea principiului de funcionare i a construcieidiferitelor tipuri de interfee;

Cunoaterea i diferenierea interfeelor standard decomunicaie din punct de vedere al raportul

complexitate/vitez.


42/187



logice), dar i magistralele i protocoalele de comunicaie corespunztoare standardului

(Fig.2.1).

n general, prin protocol de comunicaie se nelege ansamblul de bii, caractere i

coduri de comand utilizate pentru transferul datelor ntre echipamentele cuplate printr-o

interfa standard. Un protocolul de comunicaie trebuie s exclud orice posibilitate de

confuzie, pierderi de date i blocuri de informaie, i s permit, n acelai timp, ca

echipamentele mai lente spoatcomunica cu echipamentele mai rapide. Totodat, protocolul

trebuie s fie independent de structura hard a echipamentelor (tipul de circuite integrate

folosite, etc.), pentru caltfel modificrile sau mbuntirile tehnologice ar fi greu de aplicat.

Un sistem de achiziie de datedotat cu o interfa standard, poate fi conectat la orice

calculator de uz general, prevzut cu interfaa standard corespunztoare. Comunicaia cu

calculatorul prin magistrale standard necesit utilizarea n sistemul de achiziie a unui

procesor local care, n afara funciilor referitoare la procesul de comunicaie, realizeaz

comanda procesului de achiziie dar i funcii de prelucrare, reducndu-se astfel sarcinile

calculatorului central.

Fig. 2.1. Componentele unei interfae standard

De reinut !

Aparatele de msurare numerice prin dotarea cu interfee de comunicaie

permit interconectarea lor cu uniti de calcul puternice i, deci, lrgirea

considerabil a ariei funciilor ce pot fi efectuate de sistemul astfel

realizat.Realizarea unui sistem complex este mult uuratdacechipamentele ce

urmeaza fi conectate ntre ele sunt dotate cu interfee standardizate.

n cadrul unui standard de interfa sunt definite mrimile mecanice

(tipul conectoarelor), mrimile electrice (valori limitde tensiune i de

curent ale semnalelor logice), dar i magistralele i protocoalele de

comunicaie cores unztoare standardului


43/187



2.2. Interfee standard de comunicaie

2.2.1. Aspecte generale

n prezent, exist un mare numr de interfee standard, care pot fi grupate n dou

categorii: interfee de tip serie i interfee de tip paralel. interfea serietransmite biii codului numeric succesiv, astfel nct indiferent de lungimea

codului numeric este necesar o singur linie de date. n acest caz pe lng biii de

informaie, corespunztori unui octet, se transmit i alte informaii (biii de start i de stop,

pentru a delimita un octet,etc.).

interfea paralel transmite biii codului numeric simultan, astfel nct sunt necesare unnumr de linii de date egal cu numrul de bii ai codului numeric. n afara liniilor de date

propriu-zise, magistrala standard de tip paralel mai include i linii pentru semnalele de

comand, necesare pentru buna desfurare a comunicaiei.Din punct de vedere al raportului complexitate/vitez, cele dou categorii de interfee

prezintcaracteristici opuse:

interfeele seriale necesit un numr minim de conexiuni, n detrimentul vitezei detransmitere;

n timp ce interfeele paralele asigurvitezmaximcu preul unui numr mai mare deconexiuni, dependent direct de lungimea codului numeric.

Ca exemple reprezentative pentru fiecare din aceste categorii de interfee de

comunicaie, avnd n vedere i domeniul de aplicaie, pot fi amintite urmtoarele: interfee analogice:bucla de curent 4-20 mA utilizatca interfa(de tip serial) la intrarea unui sistem de

achiziie i prelucrare datepentru achiziia de date, ct i la ieire pentru transmiterea de

comenzi;

interfee numerice seriale:RS-232 (RS=Recommended Standard) utilizat pentru conectarea la calculator sau

interconectarea perifericelor, modem-urilor, plcilor de achiziie, aparatelor de msurat

etc.;

USB (Universal Serial Bus) utilizat n acelai scop ca i RS-232, fiind nsde datmai recent, mai performanti cu tendinmai mare de generalizare;

I2C (Interface Integrated Circuits) destinat cu precdere interconectrii circuitelorintegrate numerice (convertoare analog-numerice i numeric-analogice, memorii etc.);


44/187



IrDA (Infrared Development Association) ofer un standard pentru un nou mediu decomunicaii. Comunicaiile n infrarou presupun comunicaii fr cablu, commode,

utile i avantajoase n unele situaii.

Access. Bus este o interfa serial ieftin i lent. Avantajul su fade RS-232 estesimplitatea i versatilitatea. Poate conecta mai multe dispoyitive dect RS-232.

P1394 este un standard care reglementeaz o interfa de mare vitez, de 100Mbps.Interfaa este mai scumpdect USB deoarece necesitcircuite de control i de interfa

complexe. P1394 oferun suport de ncredere pentru transferul datelor cu hard disk+ul

i n sistemele video n timp real.

Se prezintcomparativ cteva caracteristici ale interfeelor seriale (Tab.2.1)

Tabelul 2.1. Interfee seriale; comparativ

interfee numerice paralele:GPIB (General Purpose Interface Bus) - cu denumiri anterioare de HPIB (Hewlett

Packard Purpose Interface Bus), i IEEE-488 - dedicat conectrii la calculator sau

interconectrii aparatelor i subsistemelor de msurare;

VXI/VME destinat interconectrii n cadrul instrumentaiei de msurare i controlrealizate modular (plci sau sertare cu dimensiuni i funcii standard).

2.2.2. Interfaa RS-232

Interfaa RS-232 i magistrala aferents-au dezvoltat i rspndit odatcu proliferarea

calculatoarelor personale, porturile seriale ale unui calculator (COM1COM4) funcionnd

n conformitate cu acest standard. Dei puternic concurat n momentul de fa de o alt

magistral serial USB, care prezint numeroase avantaje comparativ cu prima, interfaa

RS-232 este nc de actualitate datorit numeroaselor echipamente electronice care o

utilizeaz.

Conceputpentru transmisii seriale de tipul port la port, cu rata de transfer

redus i la distane mici, interfaa RS-232 a cunoscut perfecionri

succesive, ultima variant, EIA/TIA-232-E (EIA=Electronic Industries

Alliance, TIA=Telecommunications Industry Association) din 1991, fiind


45/187



caracterizatde urmtorii parametri electrici mai importani:

viteza maxim: 20 Kbps (actualmente se utilizeazcurent pnla 116 Kbps); lungimea maxima cablului: 15m (sau o sarcincapacitivde 2000 pF);niveluri logice pentru liniile de date i comand(logicnegativ):

+5+25 V pentru 0 logic;

-5 -25 V pentru 1 logic;

rate de transmisie: 300, 1200, 2400, 4800, 9600 i19200 bps; transmisie asincron(bit de start, bii de date, bit de paritate i bit/bii de stop).

Numeroase aparate utilizeazconectarea la calculator prin intermediul interfeei seriale

RS-232. Norma clasificaparatele n doucategorii:

DTE (Data Terminal Equipments) categorie din care fac parte PC-ul, tastatura etc.DCE (Data Communication Equipments) modem-urile, aparatele de msurare etc.

Interconectarea celor dou echipamente se face prin conectori standardizai de regul

conectori DB9 cu 9 pini (Fig.2.2).

Formatul de transmisie al datelor este descris prin urmtorii parametri:

Baudrate (viteza de transmisie);Startbit (bitul de start);Numrul de bii de date;Paritatea;Numrul de bii de stop.

Prin intermediul biilor de start i stop se determin nceputul, respectiv sfritulsecvenei de date transmis. Numrul de bii de date este, de obicei, 7 sau 8. Prin intermediul

testului de paritate se pot evidenia eventualele erori de transmisie. n acest sens, exist trei

posibiliti de detecie:

No Parity: Nu se face nici un test de paritate;

Fig. 2.2. Conector DB9 pentru interfaserial RS-232


46/187



Even parity (paritate par): Emitorul numrtoi biii de date care au valoarea 1 iseteazbitul de paritate cu 1, dac suma a fost impar, i cu 0, dac suma a fost

par. Receptorul adunbiii de date cu valoarea bitului de paritate. Suma este totdeauna

(n cazul unei transmisii corecte) par; n caz contrar, a survenit o eroare la transmisia

datelor;

Odd Parity (paritate impar): Metoda corespunde testului de paritate par, cu deosebireacsuma biilor de date i a celui de paritate este totdeauna (la emitor) impar.

2.2.3. Interfaa USB

Interfaa USB a fost proiectat cu scopul de a simplifica procedura de conectare a

perifericelor la un PC, crescnd viteza de transmisie prin intermediul unei comunicaii de tip

serial pnla valori de 12 Mbit/s.

USB a fost proiectatn primul rnd pentru utilizatorii care nu doresc sintre n detalii

de instalare hardware, astfel sistemul complicat de cablare a fost nlocuit cu un control

software. Toate problemele presupuse de interconectarea mai multor dispozitive cu

performane i rate de transfer diferite sunt tratate prin software.Magistrala USB definete trei categorii de dispozitive fizice:

gazda USB (USB Host); funcii USB (USB function);distribuitoare USB (USB Hub).

Suportul hardware constdintr-o conexiune pe patru conductoare, dintre care dousunt

De reinut !

RS-232 este cel mai cunoscut i utilizat standard de comunicaie serial

asincron. Initial standardul a fost conceput cu scopul de a permite

conectarea unui terminal inteligent la un calculator central printr-o

legaturtelefonic. Standardul precizeazinterfaa dintre un echipamentde calcul (DTE) i adaptorul su la linia telefonica (DCE), cunoscut i

sub numele de modem (Modulator/Demodulator). Interfaa permite

comunicaia serial bidirecional ntre cele dou echipamente, i este

simetric la cele dou capete ale liniei. Ulterior specificaiile acestei

interfee s-au folosit pentru a realiza legturi seriale ntre diverse

echipamente fra se mai folosi un modem.


47/187



pentru alimentare: VBUS i GND, iar celelalte dou pentru transferul de date: D- , D+ ,

(Fig.2.3).

Prin intermediul USB se pot conecta simultan la un PC pn la 126 de periferice cu

avantajul suplimentar al reducerii costului i al spaiului alocat plcii de baza PC-ului prin

eliminarea necesitii unui port suplimentar tradiional cum sunt cele ale tastaturii i/sau

porturile seriale clasice. Marele avantaj rezid n costul sczut al USB-ului i n viteza (12

Mbit/s n aa-numitul full-speed mode) care permite transferul n timp real al semnalelor de

voce sau video comprimat.

Arhitectura USB distinge patru tipuri de bazde transferuri de date:

transferuri de control (Control Transfers) - sunt folosite pentruconfigurare i comand i obligatoriu trebuie s fie suportate de toate

perifericele;

transferuri cu volum mare de date (Bulk Data Transfers) - permitdispozitivelor sschimbe cantiti mari de informaie cu gazda pe msur

ce magistrala devine disponibil, (ex.:camere digitale, scannere sau

imprimante);

transferuri prin ntreruperi (Interrupt Data Transfers) - a fost proiectat casuport pentru periferice de intrare controlate de om, (tastatur, mouse,

joystick), care au nevoie s comunice rar, cantiti mici de date; datele

transferate n acest mod sunt caractere, coordonate sau semnalizri de

evenimente organizate n unul sau mai muli octei;

transferuri izocrone (Isochronous Transfers) - asigurun acces garantat lamagistral, flux de date constant i tolereazerorile de transmisie; datele

izocrone sunt continue i n timp real la toate nivelele: generare, emisie,

recepie i utilizare la receptor; acest tip de transfer este folosit pentru

fluxuri de transfer n timp real cum ar fi sistemele audio.

Fig. 2.3. Cablul USB


48/187



2.2.4. Interfaa I2C

O necesitate frecvent ntlnit n aplicaii o constituie comunicaia ntre circuitele

integrate. Soluia cea mai simplconstn utilizarea unei magistrale serie, cu folosirea unui

protocol care exclude orice posibilitate de confuzie, pierderi de date ori blocaj de informaie,

i care s permit, n acelai timp, ca circuite integrate mai rapide s poat comunica cu

circuite integrate lente. De asemenea, trebuie stabilit un procedeu clar pentru a se decide care

dintre circuitul integrat va fi n legturcu magistrala i cnd. Totodat, dacla un moment

dat, sunt interconectate circuite integrate cu semnale de tact proprii diferite, trebuie precizat

tactul comun pe magistral. Toate criteriile enumerate mai sus sunt satisfcute de interfaa

standard I2C.

Dintre caracteristicile generale ale magistralei I2C se pot meniona:

magistrala conine doar doulinii: o linie serialde date (SDA) i o liniede ceas serial (SCL);

fiecare dispozitiv conectat la magistral este adresabil prin software,avnd o adresunic; pe magistrala I2C se manifest, la orice moment de

timp, o relaie de tip master-slave;

magistrala I2C este o magistral multi-master, incluznd deteciaconflictelor i arbitrarea acesteia, pentru a preveni alterarea informaiei

dacdousau mai multe dispozitive master iniiaztransferuri simultane;

transferurile bidirecionale de date, cu lungimi de 8 bii, pot fi efectuatecu rate de transfer de 100 kbii pe secund, n modul standard, sau cumaxim 400 kbii pe secund, n modul rapid;

rejectarea impulsurilor scurte, parazite, de pe magistral, este asiguratde circuitele de filtrare implementate n fiecare dispozitiv cuplat la

magistral. Rejecia acestor impulsuri asigur pstrarea integritii

datelor;

De reinut !

USB este soluia calculatoarelor PC pentru comunicaii seriale

performante. Interfaa USB ofer o legtur de tip magistral; poate

conecta pnla 127 i este definitpentru douviteze de lucru 12 Mbps

i 1,5 Mbps. Magistrala a fost proiectatsfie ieftin(pentru a echipa un

calculator PC) i uor de exploatat de ctre utilizatorul obinuit.


49/187



numrul de dispozitive cuplabile pe aceeai magistral I2C este limitatdoar de capacitatea maximsuportatde aceasta i care este de 400 pF.

Se prezint configuraia unui sistem care funcioneaz pe baza acestei magistrale

(fig.2.4). Sistemul necesit existena a cel puin unui controler. Fizic, magistrala const n

doulinii active, SDA (Serial Data) i SCL (Serial Clock) i o legturde mas. Liniile SDA

i SCL sunt bidirecionale i transport informaie de date i sincronizare ntre dispozitive.

Fiecare din componentele legate la magistral este recunoscut printr-o adres unic.

Elementele conectate pot fi MASTER (dispozitiv care iniiazun transfer, genereazsemnalul

de tact pentru transfer i ncheie transferul) sau SLAVE (dispozitiv adresat de master). n

acelai timp pot fi emitor sau receptor.

2.2.5. Interfaa IEEE-488

Una dintre tehnicile cele mai eficiente de transmitere a datelor este interfaa paralel

IEEE 488, proiectatpentru prima dat de ctre specialitii de la Hewlett - Packard. Acest

mod de transmitere a datelor a fost standardizat de ctre Institutul de Inginerie Electric i

Electronic (IEEE) n anii 1975, 1978 i 1987, fiind iniializat sub denumirea de IEEE 488(1975) respectiv IEEE 488.1 (1978), IEEE 488.2 (1987). Avantajul principal al acestui

standard de interconectare a instrumentelor de msur, fade cel serial, este faptul cpermite

conectarea mai multor aparate la un singur calculator. Pe de altparte, are o vitezmult mai

mare de transmitere a datelor, se poate astfel ajunge pnla 1Megabyte/secund.

Principalele caracteristici ale standardului IEEE 488 sunt:

Fig. 2.4. Structura magistralei I2C

De reinut !

I2C este o soluie ieftini eficientpentru transferul datelor pe doufire

ntre blocurile funcionale ale unui echipament. Aceasta nu este specific

PC-urilor, ci a fost lansatpentru echipamente din familia bunurilor de

larg consum fiind preluati n alte aplicaii.


50/187



conectarea la calculator a maximum 15 instrumente de msur; lungimea maxima cablurilor de legtur, ntre aparate i calculator, este

de 20 de metri iar pentru depirea acestei valori este necesarexistena

unor amplificatoare suplimentare;

lungimea maxima legturii dintre douinstrumente de msureste de 2metri;

instrumentele de msurpot fi conectate serial, stea sau mixt.Se prezintun exemplu de structura unui sistem de aparate electronice conectate prin

magistrala standard IEEE-488 (Fig.2.5).

Aparatele incluse n sistem pot fi: calculatoare, sisteme de prelucrare numeric, sisteme

32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs

Documents

Transcript of 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs