32 traductoare interfete si achizitii de date curs
DESCRIPTION
Curs Facultatea Inginerie ElectricaTRANSCRIPT
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
1/187
Mircea DOBRICEANU
TRADUCTOARE, INTERFEE IACHIZIII DE DATE
MANUAL
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
2/187
Prof. univ. dr. ing. Mircea DOBRICEANU
TRADUCTOARE, INTERFEE IACHIZIII DE DATE
MANUAL
pentru nvmnt cu frecven redus
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
5/187
Cuprins
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE
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
Lucrare de verificare unitatea de nvare nr. 2 60
Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testul de autoevaluare 60
Concluzii 60
Bibliografie unitatea de nvare nr. 2 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
3.6. Lucrare de laborator
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
Test de autoevaluare 83
Lucrare de verificare unitatea de nvare nr. 3 84
Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testul de autoevaluare 84
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
6/187
Cuprins
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE
7
Comutarea automata factorului de amplificare
Test de autoevaluare 103
Lucrare de verificare unitatea de nvare nr. 4 104
Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testul de autoevaluare 104
Concluzii 104
Bibliografie unitatea de nvare nr. 4 104
5 CIRCUITE DE EANTIONARE I MEMORARE.CONVERTOARE NUMERIC ANALOGICE
105
Obiectivele unitii de nvare nr. 5 106
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
5.3. Lucrare de laborator
Circuite de conversie numeric analogica datelor: DAC 08
119
Test de autoevaluare 120
Lucrare de verificare unitatea de nvare nr. 5 121
Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testul de autoevaluare 121
Concluzii 121
Bibliografie unitatea de nvare nr. 5 122
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
6.8. Lucrare de laborator
Circuite de conversie analog-numerica datelor:
CAN cu aproximaii succesive
142
Test de autoevaluare 143
Lucrare de verificare unitatea de nvare nr. 6 144
Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testul de autoevaluare 144
Concluzii 144
Bibliografie unitatea de nvare nr. 6 144
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
7/187
Cuprins
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE
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
Test de autoevaluare 165
Lucrare de verificare unitatea de nvare nr. 7 166
Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testul de autoevaluare 166
Concluzii 166
Bibliografie unitatea de nvare nr. 7 166
8 ACHIZIII DE DATE CU LabVIEW 167
Obiectivele unitii de nvare nr. 8 168
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
8.5. Lucrare de laborator
Aplicaii LabVIEW pentru achiziia i generarea datelor
186
Test de autoevaluare 187
Lucrare de verificare unitatea de nvare nr. 8 187
Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testul de autoevaluare 187
Concluzii 187
Bibliografie unitatea de nvare nr. 8 188
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
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.
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
9/187
Introducere
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE10
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%
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
10/187
Introducere
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE11
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
11/187
Introducere
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE12
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.
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
12/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE13
Unitatea de nvare nr. 1
TRADUCTOARE ELECTRICE
Cuprins Pagina
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
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
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
13/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE14
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
14/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE15
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
15/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE16
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
16/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE17
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.
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
17/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE18
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.
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
18/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE19
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.
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
19/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE20
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
20/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE21
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;
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
21/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE22
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;
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
22/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE23
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;
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
23/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE24
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;
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
24/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE25
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.
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
25/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE26
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
26/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE27
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.
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
27/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE28
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.
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
28/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE29
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).
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
29/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE30
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
30/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE31
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
31/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE32
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
32/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE33
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)
1.4. Lucrare de laborator
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.
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
33/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE34
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).
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
34/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE35
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
35/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE36
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
36/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE37
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
37/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE38
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.
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
38/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE39
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?
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
39/187
1. Traductoare electrice
TRADUCTOARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE40
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
40/187
2. Interfee de comunicaie
TRADUCTARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE41
Unitatea de nvare nr. 2
INTERFEE DE COMUNICAIE
Cuprins Pagina
Obiectivele 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
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
Lucrare de verificare unitatea de nvare nr. 2 60
Rspunsuri i comentarii la ntrebrile din testul de autoevaluare 60
Concluzii 60
Bibliografie unitatea de nvare nr. 2 60
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
41/187
2. Interfee de comunicaie
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.
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
42/187
2. Interfee de comunicaie
TRADUCTARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE43
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
43/187
2. Interfee de comunicaie
TRADUCTARE, INTERFEEE I ACHIZIII DE DATE44
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.);
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
44/187
2. Interfee de comunicaie
TRADUCTARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE45
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
45/187
2. Interfee de comunicaie
TRADUCTARE, INTERFEEE I ACHIZIII DE DATE46
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
46/187
2. Interfee de comunicaie
TRADUCTARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE47
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.
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
47/187
2. Interfee de comunicaie
TRADUCTARE, INTERFEEE I ACHIZIII DE DATE48
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
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
48/187
2. Interfee de comunicaie
TRADUCTARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE49
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.
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
49/187
2. Interfee de comunicaie
TRADUCTARE, INTERFEEE I ACHIZIII DE DATE50
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.
-
7/14/2019 32 Traductoare Interfete Si Achizitii de Date Curs
50/187
2. Interfee de comunicaie
TRADUCTARE, INTERFEE I ACHIZIII DE DATE51
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