CATENA DI ACQUISIZIONE
DEFINIZIONE
Il sistema di acquisizione e distribuzione dati è costituito da un insieme di dispositivi elettronici, ed è utilizzato per l’acquisizione di segnali analogici e digitali dipendenti da grandezze fisiche di varia natura (temperatura, velocità, umidità, ecc.) al fine di effettuare il controllo della grandezza in esame o anche semplicemente la visualizzazione, la memorizzazione o la trasmissione dei valori che essa assume.
STADI
Architettura generale
Un sistema di misura (trasduttore) a contatto con il mondo fisico, in grado di rilevare
grandezze fisiche come temperatura, pressione, velocità, umidità, ecc
Un sistema con un’unità centrale che fornisce i segnali di controllo e temporizzazione per i sottosistemi di acquisizione e di distribuzione. L’unità centrale esegue operazioni di elaborazione e memorizzazione.
Un sistema di distribuzione che provvede a generare segnali di uscita che devono comandare motori, relé, ecc..
Sistema di distribuzione dati
Sistema di acquisizione dati
si intende qualsiasi sistema in grado di rilevare e memorizzare grandezze analogiche e/o digitali.
consiste nell’inviare segnali analogici o digitali ad attuatori come motori, relé, teleruttori, ecc.
DISTRIBUZIONE
ACQUISIZIONE
Circuito di condizionamento
Blocco S/H
Trasduttori
Convertitore A/D
Filtro
Preamplificatore e amplificatore di potenza (INTERFACCIA DI POTENZA)
Convertitore D/A
Il primo elemento da considerare è il trasduttore, la cui funzione tipica è quella di fornire in uscita una grandezza elettrica di valore proporzionale alla variazione della grandezza fisica in esame.
I segnali forniti dai trasduttori sono in genere di ampiezza modesta mentre i convertitori sono in grado di convertire tensioni dell’ordine dei volt (con valori di fondo scala VFSR = 10V).
Conviene pertanto provvedere un’adeguata amplificazione del segnale in modo che la sua escursione sia compatibile con i valori di tensione ammessi dal convertitore.
In particolare, i circuiti di condizionamento svolgono le seguenti funzioni:
Amplificazione e traslazione di livello
Filtraggio (elimina i disturbi e limitano la banda del segnale)
Conversione corrente-tensione,
Il circuito di Sample and hold campiona il segnale analogico da convertire, in un tempo relativamente breve, e lo mantiene stabile per tutta la durata della conversione.
Per comprendere se serva un circuito di Sample/Hold, dobbiamo verificare se nell’intervallo di tempo in cui l’ADC effettua la conversione, la massima variazione del segnale sia minore o uguale all’errore di quantizzazione (Q⁄2).
Un ADC è un circuito elettronico che permette di convertire un segnale analogico continuo in un segnale digitale discreto
ESEMPIO:
Il trasduttore di temperatura AD590 che produce all’uscita una corrente proporzionale alla temperatura (espressa in Kelvin).
Nelle applicazioni pratiche si pone il problema di convertire il segnale d’uscita dell’AD590 in tensione.
ELABORAZIONE
Possiamo affermare, che il microprocessore è l’anello che congiunge la catena di acquisizione con la catena di distribuzione dati. Il suo compito è quello di acquisire il dato convertito e adattarlo alla trasmissione.
Tenendo presente che il DAC fornisce in uscita un segnale a gradini, pertanto è necessario utilizzare un filtro passa-basso per ricostruire la grandezza analogica in modo appropriato, eliminando le componenti di alta frequenza dovute alle discontinuità presenti nel segnale.
Il filtro deve possedere una frequenza di taglio tale da lasciare transitare tutte le frequenze necessarie per una buona ricostruzione del segnale.
Il segnale in uscita dal convertitore DAC o dal filtro non è in grado di controllare direttamente l’attuatore che in genere è un dispositivo che richiede per il funzionamento correnti e tensioni elevate. Occorre eseguire su di esso un processo di amplificazione.
La gamma di dispositivi di amplificazione utilizzati è molto varia e dipende in particolare dal tipo di attuatore da controllare.
L’operazione inversa a quella del ADC consiste nella trasformazione del segnale digitale in segnale analogico al fine di restituire un processo a tempo continuo. Il componente elettronico che permette di effettuare questa operazione è il convertitore digitale-analogico (DAC).
Il microprocessore tramite una logica di controllo, abilita il pin SOC (start of conversion) permettendo all' ADC la conversione digitale del segnale analogico in ingresso.
Eseguita questa operazione, il convertitore tramite l'uscita EOC (end of conversion) comunica al µP di abilitare il bus dati per il trasferimento del codice binario. Dopo averlo fatto, manda il segnale all'ADC sul pin OE (Output Enable) richiedendo l'abilitazione dell'uscita del bus dati per il trasferimento dei bit.