AMIGOWE MIARKOWANIE Kontynuujemy serië o praktycznym zastosowaniu Amigi w technikach sterowania i pomiarach. Oto drugi odcinek. Stanisîaw Szczygieî (Stanley) Sterowanie i pomiary... w dziedzinie zwanej technologiâ zajmujâ poczesne miejsce. Wykonywanie urzâdzeï z dokîadnoôciâ do tysiëcznych milimetra, laserowo-optyczne czujniki -- to wszystko siëga daleko poza biologiczne moûliwoôci czîowieka. Ani tego dojrzeê, ani dotknâê. Konieczne jest posîuûenie sië elektronicznâ bâdú mechanicznâ "protezâ" -- automatem. Wykonuje on potrzebne operacje, a my moûemy obserwowaê jego pracë poprzez analizë informacji przez niego dostarczanych. I wîaônie w tym tkwi problem: w informacjach. Trzeba takâ informacjë uzyskaê, przetworzyê na zrozumiaîâ dla nas postaê, przeanalizowaê i podjâê stosowne czynnoôci. Informacje mogâ byê w sposób bezpoôredni bâdú tylko poôredni zwiâzane z interesujâcym nas parametrem. We wnëtrzu komputera -- takûe naszych Amig -- informacjami sâ impulsy elektryczne (bity), grupowane najczëôciej w okreôlone paczki (bajty, sîowa). Tym samym jeôli chcemy cokolwiek na Amidze zmierzyê, musimy jej to podaê w postaci wielkoôci elektrycznej, w postaci odpowiednio przetworzonych impulsów bitowych. Aby to uczyniê, potrzebny jest specjalny konwerter, zwany inaczej interfejsem wejôcia-wyjôcia. Przykîad jednego z najprostszych przedstawiîem w pierwszym odcinku cyklu. Na zakoïczenie tego wstëpu chciaîbym jeszcze dodaê, ûe w tej serii tematycznej bëdë pokazywaî konkretne rozwiâzania elektroniczne, podstawowe sposoby pomiaru, ale choê w peîni dziaîajâce, powinny one byê dla Czytelników podstawâ do dalszych wîasnych rozwiâzaï. Magazyn AMIGA to w koïcu nie "Radioelektronik" -- tutaj bëdziemy sië zajmowaê komputerami i ich moûliwoôciami, a nie prowadzeniem kursu praktycznego lutowania. Mierzenie wielkoôci Aby móc cokolwiek zmierzyê, musimy sië najpierw zastanowiê nad istotâ i sensem pomiaru: co i jak moûemy zmierzyê? Elektryczny sygnaî wejôciowy moûe mieê jednâ z trzech postaci: -- analogowâ: wówczas przebieg sygnaîu (zwykle jego napiëcia) w peîni oddaje zmiany mierzonego parametru; -- binarnâ: sygnaî moûe mieê tylko dwa stany -- albo jest, albo go nie ma; -- dyskretnâ: sygnaî moûe przybieraê odpowiednio skwantowane wartoôci; im wiëcej ich bëdzie przybieraî, tym dokîadniej bëdzie mógî oddaê przebieg mierzonej wielkoôci. Gdy liczba stanów roônie do nieskoïczonoôci, otrzymujemy przebieg analogowy, gdy maleje do jednego -- sygnaî binarny. Mierzenie komputerem polega na wczytywaniu kolejnych wartoôci i analizowaniu ich. Niestety, czas pomiëdzy poszczególnymi pomiarami, choê krótki, wciâû jest bardzo wymierny... Tym samym moûliwoôci komputera koïczâ sië na pomiarach o charakterystyce dyskretnej. Nie potrafimy zawsze okreôliê, jaki jest stan parametru, moûemy to zrobiê jedynie w wybranej konkretnej chwili. Gdy mamy pewnoôê, ûe czëstoôê pomiarów jest wielokrotnie wiëksza od moûliwoôci zmian mierzonego parametru, wszystko jest w porzâdku, ale jeôli nie, to nasze pomiary mogâ byê obarczone duûym bîëdem. Pokazuje to dokîadnie rysunek. Tak czy inaczej, aby cokolwiek komputerem zmierzyê, musimy najpierw mierzonâ wielkoôê przetworzyê na zrozumiaîâ dla komputera. Niewâtpliwie najprostsza postaê to sygnaî binarny. Jest sygnaî -- jedna wartoôê, nie ma sygnaîu -- druga... Ale w ten sposób duûo sië nie dowiemy. Jeôli jednak poruszymy gîowâ, moûemy wymyôliê, jak sygnaî binarny moûe przenieôê TRZY!!!, a nie dwie, informacje! Trzy wartoôci sygaîu binarnego Tak, to wcale nie pomyîka. O dwu pierwszych juû wiemy, tâ trzeciâ zaô jest CZAS... Nie jest niczym trudnym zmierzyê czas trwania sygnaîu. Jeôli zaô ten czas jest bezpoôrednio zaleûny od mierzonej wielkoôci..., bingo! Wystarczy przeliczyê stosownym wzorem parametr w funkcji czasu impulsu i okaûe sië, ûe jednym bitem moûemy przenosiê naprawdë duûo informacji. Oczywiôcie pomiar bëdzie zaleûny od precyzji zmierzenia czasu, ale to nasza Amiga potrafi bardzo dobrze, a poza tym kaûdy pomiar obarczony jest pewnym bîëdem (pozwolë sobie jednak nie przytaczaê teorii pomiarów zawartej w metrologii, uwierzcie mi na sîowo). Wbudowany w Amigi ukîad elektronicznego zegara pozwala, jak widaê, nie tylko na wypisywanie daty na ekranie... Choê nie zawsze trzeba aû z niego korzystaê. O tym jednak w nastëpnym odcinku. Najwaûniejsze jest to, ûe wspominany, opisany wczeôniej, interfejs wystarczy nam do dokonywania pomiarów! Niestety, jest on tylko poîowâ drogi. Za jego pomocâ moûemy sygnaî binarny wczytaê, ale potrzebne jest nam urzâdzenie, pozwalajâce zamieniê wybranâ wielkoôê na odpowiednio dîugi-krótki impuls, zrozumiaîy dla interfejsu. Czëôê të dla lepszego uchwycenia idei nazwijmy ukîadem czujnika, tak jak ukîad przekazywania wychodzâcych z niego sygnaîów interfejsem wejôcia-wyjscia (w skrócie I/O). Zamieniamy Amigë w omomierz Czas przejôê do konkretów: do interfejsu opracujemy czujnik pomiarowy wielkoôci fizycznej, okreôlonej mianem REZYSTANCJI (dawniej oporu). Czujnik oparty jest o typowy, îatwo dostëpny w handlu, ukîad czasowy NE-555 (polski odpowiednik: ULY 7855). Ukîad ten doskonale sîuûy do tworzenia wszelkiego rodzaju generatorów sygnaîu. Przedstawione rozwiâzanie jest klasycznym przykîadem jego wykorzystania. Schemat pokazany jest na rysunku. A oto opis dziaîania czujnika. Kondensator C (1.5uF) jest îadowany przez rezystory Rx (badany rezystor) i R1, R2 (po 10k). Czas îadowania kondensatora (wynikajâcy z budowy ukîadu -- odsyîam do katalogów) dla zastosowanych elementów moûna okreôliê wzorem: t îad = 0.69 * C * (Rx+20k) => t îad = f(Rx) ----- ----- indeks dolny! indeks dolny Czas îadowania jest wiëc w peîni (wîaôciwie wprost proporcjonalnie) zaleûny od wartoôci oporu mierzonego rezystora! Dodam, ûe czas rozîadowania teû. Wystarczy wiëc w otrzymanym na wyjôciu generatora sygnale zmierzyê czas trwania dowolnego stanu (niskiego bâdú wysokiego) i poprzez dobranie odpowiedniego parametru K do wzoru Rx = T / K (gdzie T jest zmierzonym w dowolny sposób czasem impulsu) wyliczyê sobie wartoôê rezystancji. Proste? Oczywiôcie trzeba w tym celu nieco przeksztaîciê program, wydrukowany przy interfejsie I/O. Pozostawiam to jednak Czytelnikom. Maîa uwaga: ukîad jest prosty, ale jeôli na elektronice sië nie znasz, nawet nie próbuj braê lutownicy do rëki. Ani ja, ani redakcja nie bierzemy odpowiedzialnoôci za samodzielne wyczyny Czytelników! W nastëpnym odcinku zamienimy omomierz w miernik pojemnoôci i zastanowimy sië nad bîëdami tak uzyskiwanego pomiaru oraz nad tym, co zrobiê, aby tym bîëdom zapobiegaê!