Аналоговые входы

Аналоговые входы предназначены для подключения потенциометрических датчиков с питанием +5В от встроенного источника Платы комбинированных входов.

На плате имеется схема самодиагностики, позволяющая провести тестирование работоспособности аналоговых каналов.

Подключение датчиков и внутреннее устройство каналов AI

Входной каскад на ОУ с единичным коэффициентом усиления обеспечивает большое входное сопротивление измерительного канала. Далее сигнал подается на резистивный делитель для масштабирования сигнала под рабочий диапазон АЦП.

Помимо 6 аналоговых каналов на вход АЦП аналогичным образом поступает напряжение питания потенциометрических датчиков +5В.

Результатом измерения является не абсолютное, а относительное значение напряжения, вычисленное относительно напряжения питания аналоговых датчиков. Таким образом исключается влияние возможной нестабильности напряжения питания аналоговых датчиков +5В.

Схема аналогового канала:

Настройка и работа с каналами AI

Параметр	Значение по умолчанию	Диапазон	Описание
ai_unit	-	0 – 4095	Значение АЦП аналоговых входов пересчитанное относительно напряжения питания аналоговых датчиков
ai_state	-	0 – 63	Состояние аналогового входа. Лог. 1 - в пределах между ai_physical_high и ai_physical_low
ai_calib_a	720.0	-	Калибровочный коэффициент A
ai_calib_b	0.0	-	Калибровочный коэффициент В
ai_physical	-	0.0 - 5.0	Значение в физ. единицах
ai_physical_high	5.0	-	Верхний предел в физ. единицах
ai_physical_low	0.0	-	Нижний предел в физ. единицах
ai_buf_len	100	1 - 100	Количество тзмерений для усреднения
ai_sample_rate	-	0.0 - 500.0	Частота дискретизации

Описание алгоритма работы AI

Напряжения с потенциометрических датчиков поочередно измеряются встроенным АЦП микроконтроллера и записываются в буферы каналов, размер которых определяется параметром ai_buf_len. С каждым новым измерением самое старое значение буфера исключается и рассчитывается среднее арифметическое всех элементов буфера. Таким образом реализуется алгортим усреднения по методу скользящего среднего, размерность которого задается параметром ai_buf_len.

Помимо измерения напряжения аналоговых каналов, аналогичным образом измеряется напряжение питания аналоговых датчиков.

Далее по каждому из каналов рассчитывается относительное значение АЦП по формуле:

\[AI_{UNIT} = \frac{ADC_{5V}}{ADC_{AI}}*4096\]

Для каждого канала применяются калибровочные коэффициенты по формуле:

\[AI_{PHYSICAL} = \frac{AI_{UNIT}}{AI_{CALIB_A}} + AI_{CALIB_B}\]

Далее сравниваются полученные значения с верхними и нижними пределами ai_physical_high, ai_physical_low и устанавливаются или обнуляются соответствующие биты в ai_state.

Так же в регистры ai_sample_rate записываются актуальные значения частоты дискретизации.

Примечание

При увеличении размера буфера ai_buf_len длительность обработки аналогового канала увеличивается, из-за чего скорость обработки (частота дискретизации) снижается.

Калибровка и поверка каналов AI

Аналоговые каналы имеют индивидуальные калибровочные коэффициенты, использование которых позволяет получить заявленную точность.

Первичная калибровка каналов произвоится предприятием-изготовителем при выпуске платы с оформлением протокола калибровки.

Повторная калибровка (определение калибровочных коэффициентов) производится метрологической службой предприятия и выполняется следующим образом:

1). На аналоговый вход подаются образцовые значения напряжения. Рекомендуемая величина приращения образцового сигнала 0,5 В.

2). Из регистров AI_unit_x считываются показания в единицах АЦП для каждого входного образцового значения по каждому каналу.

3). Для каждого канала по методу наименьших квадратов рассчитываются коэффициенты A и B

4). Далее необходимо записать новые калибровочные коэффициенты в ПО: AI_calib_a_x = 1 / A, AI_calib_b_x = B.

Примечание

Для перезаписи регистров AI_calib_a_x и AI_calib_b_x необходимо установить ключ-перемычку «Boot_key» (подробнее смотри в разделе Обновление ПО)

Поверка производится метрологической службой предприятия и выполняется следующим образом:

1). На аналоговый вход подаются образцовые значения напряжения. Рекомендуемая величина приращения образцового сигнала 0,5 В.

2). Из регистров AI_physical_x считываются результаты измерения в физических величинах для каждого входного образцового значения по каждому каналу.

3). В каждой точке рассчитывается приведеная погрешность по формуле: γ = (AI_physical_x - AI_обр.) / AI_max * 100 , где AI_обр. - образцовое значение входного сигнала, AI_max - диапазон измерений канала.

4). Поверка считается успешной, если в каждой точке приведеная погрешность измерения не превысила допустимого значения.

Самодиагностика аналоговых входов

На плате реализована схема проверки работоспособности каналов аналоговых входов, которая позволяет проверить и выявить нерабочие каналы без применения специального оборудования.

При проведении самодиагностики входные цепи платы должны быть отключены от датчиков и кнопок для корректной работы.

Варианты проведения самодиагностики:

Запуск самодиагностики с кнопки TEST_START - последовательно выполняется самодиагностика сначала дискретных, а затем аналоговых каналов.
Через WEB-интерфейс во вкладке «Диагностика»

Алгоритм проведения самодиагностики:

Проверка светодиодных индикаторов. Первые 6 светодиодных индикаторов последовательно загораются сначала зеленым, а потом красным цветом.
Проверка аналоговых каналов. На входы каналов подается тестовое напряжение и сравниваются результаты измерений с тестовыми значениями.
Отображение результатов проверки. Светодиодные индикаторы каналов, прошедших самодиагностику загораются зеленым цветом, не прошедших - красным. Через 2 секунды индикация выключается.