SENSORY I SYSTEMY POMIAROWE

SENSORY I SYSTEMY POMIAROWE Wykład WYDZIAŁ MECHANICZNY AUTOMATYKA I ROBOTYKA, rok II, sem. 4 Rok akademicki 2015/2016

Sterowniki komputerowych układów pomiarowych Parametry/cechy jednostki centralnej (komputera/sterownika) mające wpływ na pracę układu pomiarowego: Procesor Pamięć operacyjna Przepustowość szyny / organizacja przepływu danych Układ graficzny Pamięć masowa (HDD, flash,.) Obsługiwane interfejsy komunikacyjne (zewnętrzne i wewnętrzne) Możliwość rozbudowy, konfiguracji System operacyjny Oprogramowanie

Standardowe interfejsy (magistrale) w komputerach klasy PC wykorzystywane do podłączania urządzeń pomiarowych: - do montażu urządzeń wewnątrz komputera: ISA, EISA, PCI, PCI-X, PCI Express, MiniPCI, AGP, SCSI, ATA, SATA do podłączania urządzeń zewnętrznych: PCMCIA, Express Card, USB, FireWire, RS232C, Centronics,

ISA (ang. Industry Standard Architecture bus) standardowa 16-bitowa szyna danych (w starszych urządzeniach 8-bitowa) o częstotliwości 8MHz co daje szybkość transmisji do 8 MB/s (efektywna w granicach od 1,6 MB/s do 1,8 MB/s) - do transmisji wymaga od 2 do 8 cykli zegara. Podstawowa zaleta niewielki koszt obecnie rzadko stosowana. Do magistrali ISA dołącza się karty komputerowe obsługujące urządzenia o dużej szybkości pracy (karty interfejsowe, karty pomiarowe, układy akwizycji danych i in.)

PCI (ang. Peripheral Component Interconnect bus) standardowa 32 i/lub 64 bitowa szyna danych o częstotliwości 33MHz (66MHz w wersji PCI 2.1) co daje maksymalną szybkość transmisji danych 133MB/s i odpowiednio 264 MB/s (możliwe tylko w trybie transmisji seryjnej, w którym po jednorazowym zaadresowaniu odbiorcy transmitowany jest blok danych o dowolnej długości). Wersje PCI Wersja PCI 2.0 PCI 2.1 PCI 2.2 PCI 2.3 Rok wprowadzenia Maksymalna szerokość szyny danych Maksymalna częstotliwość taktowania Maksymalna przepustowoś ć 1993 1994 1999 2002 32 bity 64 bity 32 bity 64 bity 33 MHz 33 MHz 66 MHz 66 MHz 133 MB/s 266 MB/s Napięcie 5 V 5 V 266 MB/s 533 MB/s 5 V / 3,3 V 3,3 V Zastosowanie dołączanie kart komputerowych obsługujących urządzenia o dużej szybkości pracy (karty interfejsowe, karty pomiarowe, układy akwizycji danych i in.

PCI-X (ang. Peripheral Component Interconnect Extended) - szybsza wersja znanego standardu PCI. Szyna ta oferuje transmisję danych rzędu 4,3 GB/s, czyli 32 razy szybciej niż pierwsze PCI. Magistrala ta jest wstecznie zgodna z PCI (zarówno stare karty pasują do nowych gniazd, jak i nowe karty do starych gniazd), istotne jest tylko dopasowanie napięciowe. Wersje PCI-X wersja PCI-X 1.0 PCI-X 2.0 PCI-X 3.0 rok wprowadzenia 1999 2002 2003 maksymalna szerokość szyny danych 64 bity 64 bity 64 bity maksymalna częstotliwość taktowania maksymalna przepustowość 133 MHz 533 MHz 1066 MHz 1066 MB/s 4264 MB/s 7,95 GB/s napięcie 3.3 V 3.3 V/1.5 V 3.3 V/1.5

PCI Express (ang. Peripheral Component Interconnect Express), oficjalny skrót PCIe połączenie Point-to-Point służące do instalacji kart rozszerzeń na płycie głównej. Zastąpiła ona magistrale PCI oraz AGP. Istnieje możliwość wyprowadzenia interfejsu PCIe na zewnątrz. Wariant PCIe x1 v1.0 x2 v1.0 x4 v1.0 x8 v1.0 x16 v1.0 x16 v2.0 x16 v3.0 Przepustowość (w każdym kierunku) 250 MB/s 500 MB/s 1000 MB/s 2000 MB/s 4000 MB/s (4 GB/s) 8000 MB/s (8 GB/s) 16000 MB/s (16 GB/s) Częstotliwość taktowania wynosi 5.0 GHz (v2.0). Protokół transmisji wprowadza dwa dodatkowe bity, do każdych ośmiu bitów danych. Zatem przepustowość jednej linii wynosi 500 MB/s (v2.0). W związku z tym, że urządzenia mogą jednocześnie przekazywać sygnał w obydwu kierunkach (fullduplex), można założyć, że w przypadku takiego wykorzystania złącza transfer może sięgać 1GB/s (v 2.0).

PCMCIA (ang. Personal Computer Memory Card International Association) magistrala stosowana głównie w komputerach przenośnych i pełni podobne funkcje co magistrala PCI. Po wprowadzeniu standardu Card Bus zwiększona została długość słowa z 16 do 32 bitów oraz częstotliwość taktowania do 33 MHz. Rodzaje ze względu na wielkość: Karta typu I - karta o grubości 3,3 mm pełniąca funkcje karty pamięci SRAM lub Flash. Karta typu II - karta o grubości 5,0 mm pełniąca funkcje karty rozszerzeń (modem, karta sieciowa, czytnik kart pamięci, inne). Karta typu III - karta o grubości 10,5 mm pełniąca funkcje karty rozszerzeń (dysk twardy). Rodzaje ze względu na interfejs: PC Card 16 - interfejs magistrali ISA 16bit, zasilanie 5V. Złącze posiada cienki ząb z prawej strony. CardBus - interfejs magistrali PCI 32bit, zasilanie 3-3,3V. Złącze posiada gruby ząb z prawej strony. Złącze Card Bus służy do dołączania urządzeń pomiarowych: kart interfejsów komunikacyjnych, kart pomiarowych DAQ, modemów GSM, itp.

ExpressCard standard złącza stosowanego w komputerach PC, najczęściej w notebookach. Złącza tego typu są następcami standardu PCMCIA (PC Card), zostały one również zaproponowane przez tę samą organizację. Urządzenia korzystające ze standardu ExpressCard mogą komunikować się z komputerem za pomocą standardu PCI Express lub USB. Występują dwa typy kart ExpressCard: ExpressCard 54 - karty o szerokości 54 mm, długości 75 mm i grubości 5 mm ExpressCard 34 - karty o szerokości 34 mm, długości 75 mm i grubości 5 mm Karty ExpressCard 34 można umieścić w gniazdach ExpressCard 54.

USB uniwersalna magistrala szeregowa umożliwia następujące rodzaje transmisji: -transmisja z przerwaniami związana z okresowym odpytywaniem urządzeń powolnych, np.: mysz, klawiatura -transmisja segmentowa, stosowana w przypadku urządzeń o komunikacji nieregularnej, ale szybkiej (np.: drukarka) -transmisja izochroniczna: dotyczy pracy urządzeń w czasie rzeczywistym (np.: napęd CD) Podstawowe cechy magistrali USB: -jeden typ przerwań i jedna przestrzeń adresowa USB -możliwość dołączania do 127 urządzeń -jeden typ kabla i złącza dla urządzeń USB, kabel jest 4 żyłowy: 2 przewody sygnałowe (do transmisji różnicowej jednego sygnału), 2 przewody zasilające -szybkość transmisji: w standardzie 1.1 do 12 Mb/s, w standardzie 2.0 do 480 Mb/s, w standardzie 3.0 do 5Gb/s, w standardzie 3.1 (od 2015r.) do 10Gb/s -możliwa instalacja urządzenia wlocie -możliwość zasilania urządzeń USB z komputera port USB zawiera zasilacz 5V z obciążalnością do 0,5A dla urządzeń zewnętrznych (v. 2.0), 5V i 0.9 A dla v 3.0.

- do podłączania urządzeń zewnętrznych: IEEE-1394 magistrala szeregowa (Fire Wire) przeznaczona do podłączania urządzeń wymagających dużej szybkości transmisji (kamery cyfrowe, czytniki nośników optycznych, urządzenia pomiarowe, aparatura medyczna, nawigacyjna). Umożliwia następujące rodzaje transmisji: izochroniczną i asynchroniczną Podstawowe cechy magistali IEEE-1394 (Fire Wire): -jeden typ przerwań i jedna przestrzeń adresowa -możliwość dołączania do 63 urządzeń -jeden typ kabla i 3 złącza dla urządzeń (4, 6 i 9 stykowe) -duża szybkość transmisji: w standardzie IEEE-1394a do 400 Mb/s, w standardzie IEEE-1394b do 800 Mb/s -możliwa instalacja urządzenia wlocie -możliwość zasilania urządzeń z komputera port może zasilać urządzenia zewnętrzne napięciem do 30V z obciążalnością do 1,5A dla

parametry

Konfiguracje systemów pomiarowych, definicje Rodzaje urządzeń i połączeń między nimi stosowanych w systemach pomiarowych: karty DAQ do systemów komputerowych - magistrala systemu komputerowego, np. PCI, ISA, PCMCIA, PXI, urządzenia pomiarowe autonomiczne - interfejs IEC-625, RS232C, USB, IEEE-1394, urządzenia systemów modułowych - specyficzny interfejs danego systemu, np. VXI, Camac, FieldBus, FieldPoint itd. INTERFEJS - połączenie między elementami systemu lub systemami, przez które przepływa informacja - ogół środków zapewniających dopasowanie mechaniczne, elektryczne i informacyjne wszystkich jednostek funkcjonalnych współpracujących w systemie oraz organizujących wymianę informacji między nimi. Elementy systemu interfejsu - przewody, złącza, nadajniki i odbiorniki linii, funkcje interfejsowe z opisem logicznym, zależności czasowe oraz zasady sterowania. Wymiana danych odbywa się przez kanał transmisyjny, którym może być np. przewód, światłowód, fale radiowe. Funkcje interfejsu - konwersja, synchronizacja (ang. handshake), buforowanie, przerwania, zarządzanie interfejsem, korekcja błędów.

Konfiguracje systemów pomiarowych, definicje STANDARD INTERFEJSU Poszczególne bloki funkcjonalne można połączyć w jeden system pomiarowy, jeżeli spełniają one warunki kompatybilności, tzn. zgodności: konstrukcyjnej gniazd przyłączeniowych oraz rozmieszczenia w nich sygnałów, parametrów elektrycznych sygnałów, kodów i protokołów komunikacyjnych, metod transmisji danych. Klasyfikacja interfejsów szeregowe - transmitują dane kodowane bit po bicie, do sprzęgania urządzeń w systemach rozproszonych; równoległe - transmitują bity słowa równolegle, stosowane w systemach modułowych, gdzie odległości są małe; szeregowo-równoległe - pojedyncze znaki przesyłane są znak po znaku, a bity danego znaku równolegle; małego zasięgu - transmisja równoległa, duża szybkość (dziesiątki MB/s); średniego zasięgu - transmisja szeregowo-równoległa, średnia szybkość (setki kb/s); dużego zasięgu - transmisja szeregowa niewielka szybkość (dziesiątki kb/s);

Definicje Magistrala interfejsu - zespół linii sygnałowych łączących urządzenia systemu pomiarowego - służący do przesyłania informacji między nimi. Szyna magistrali - podzbiór linii magistrali do przesyłania określonego rodzaju informacji. Szyna niemultiplikowana - do informacji tylko jednego rodzaju. Szyna multiplikowana - wielofunkcyjna - do przesyłania informacji różnego rodzaju. Szyny: o równoległa - łączy wszystkie jednostki systemu ze sobą, o gwiazdowa - łączy jedną jednostkę systemu z pozostałymi, o lokalna - łączy dwie sąsiednie jednostki systemu; danych - przesyłanie wyników pomiarów, słów stanu, tekstów programujących, adresowa - wysyłanie adresów jednostek, rozkazów - przesyłanie informacji służących do zarządzania interfejsem, sterowania - koordynacja pracy wszystkich jednostek systemu (np. zerowania, przerwań, synchronizacji, wyzwalania), zasilania - doprowadza napięcia zasilające.

Metody koordynacji transmisji Transmisja synchroniczna Nadawanie i odbieranie poszczególnych znaków słowa odbywa się w określonych przedziałach czasu, np. synchronicznie z taktem zegara Zaletą jej jest prostota, wadami są: konieczność jednakowej i stałej szybkości nadawania i odbioru informacji przez jednostki funkcjonalne systemu, brak pewności, czy nadana informacja została odebrana przez odbiorcę, wrażliwość na zakłócenia impulsowe na linii synchronizacji.

Metody koordynacji transmisji Transmisja asynchroniczna Metody transmisji asynchronicznej 1. metoda START-STOP" (bez potwierdzenia) stosowana w transmisji szeregowej, 2. przesyłanie z potwierdzeniem (handshake) dwuprzewodowym, 3. przesyłanie z potwierdzeniem (handshake) trójprzewodowym. Poszczególne znaki lub słowa wysyłane mogą być w dowolnych odstępach czasowych, ale dzięki sygnalizowaniu początku i końca transmisji każdego słowa następuje synchronizacja nadawania i odbioru w uczestniczących w transmisji jednostkach systemu. Zaletą transmisji asynchronicznej jest dostosowanie szybkości transmisji do możliwości współpracujących bloków funkcjonalnych. W przypadku transmisji bez potwierdzenia odbioru następuje dopasowanie szybkości odbioru do szybkości nadawania. W przypadku transmisji z potwierdzeniem następuje również dopasowanie szybkości nadawania do możliwości odbiorcy. Dzięki sygnalizowaniu przez odbiorcę nadawcy odebrania każdego wysyłanego słowa znacznie zwiększa się poprawność transmisji.

Metody koordynacji transmisji Transmisja asynchroniczna Schemat transmisji asynchronicznej z potwierdzeniem dwuprzewodowym DIO - szyna danych (Data Input Output), DAV - dane ważne (DAta Valid), DAC - dane odebrane (Data ACcepted), TA - czas aktywnej transmisji danych, Tc - czas trwania cyklu przesyłania, TP - czas przetwarzania w odbiorniku Schemat transmisja asynchronicznej z potwierdzeniem trójprzewodowym DIO - szyna danych (Data Input Output), RFD - gotowy do odbioru danych (Ready For Data), DAV - dane ważne (DAta Valid), DAC - dane odebrane (Data ACcepted) Transmisja asynchroniczna z potwierdzeniem dwuprzewodowym umożliwia optymalne pod względem czasowym przesyłanie informacji między nadajnikiem i jednym odbiornikiem. Jeżeli w transmisji uczestniczy więcej odbiorników, mogą wystąpić zakłócenia spowodowane różnicą ich właściwości dynamicznych. W systemach, w których równocześnie może być czynna większa liczba odbiorników stosuje się trójprzewodową odmianę metody z potwierdzeniem Metodę tę stosuje się m.in. w interfejsie GPIB (IEC-625/IEEE-488) będącym ogólnoświatowym standardem interfejsu pomiarowego.

Interfejsy szeregowe Najczęściej stosowane w systemach pomiarowych standardy interfejsów szeregowych: RS-232C, RS-449, RS-422A, RS-423A, RS-530, RS-485, HART, IEC1158-2, PROFIBUS, MicroLAN, CAN. Interfejs szeregowy RS-232C System RS 232C (1969 r.) jest standardem interfejsu szeregowego do wymiany informacji cyfrowych między urządzeniami DTE. Kabel interfejsu RS-232C jest zakończony standardowym gniazdem 25-stykowym typu DB-25P Canon lub gniazdem 9-stykowym typu DB-9. Drugi koniec kabla posiada wtyk 25- lub 9-stykowy. Urządzenia DTE mają na obudowie złącza typu wtyk (z bolcami) a urządzenia DCE złącza typu gniazdo (z otworami). Magistrala interfejsu RS-232C zawiera: 4 linie danych, 11 linii sterujących, 3 linie synchronizacji, 2 linie masy.

Interfejsy szeregowe RS-232C Wszystkie linie (oprócz linii masy) są jednokierunkowe. Na liniach danych obowiązuje logika ujemna, a na sterujących dodatnia. Dopuszczalna długości magistrali RS-232C wynosi 15m. Natomiast dopuszczalne napięcia na liniach to: stan niski (-15V U -3V), stan wysoki (+3V U +15V). W systemie interfejsu RS-232C wyróżnić można następujące rodzaje transmisji ze względu na kierunek przepływu danych między terminalami DTE1 i DTE2: simpleks jednokierunkowa - przekazywanie danych tylko od DTE1 do DTE2 lub tylko odwrotnie, półdupleks dwukierunkowa, ale nie jednoczesna umożliwia naprzemienne przesyłanie danych w obydwóch kierunkach, dupleks dwukierunkowa jednoczesna umożliwia jednoczesne przesyłanie danych w obydwóch kierunkach. Do transmisji danych w sposób dupleksowy lub półdupleksowy wystarcza zwykle jeden kanał transmisyjny i dwie linie danych: TxD oraz RxD. Przebiegi sygnałów między DTE i DCE przy transmisji półdupleksowej

Interfejsy szeregowe Interfejsy szeregowe RS-449, RS-530, RS 423A, RS-422A, RS-485 Systemy interfejsu RS-449 i RS-530 (Tab. 6.1)określają parametry funkcjonalne i mechaniczne interfejsu szeregowego. Parametry obwodów elektrycznych do tych dwóch standardów są zawarte w interfejsach RS 423A, RS-422A i RS-485. Ustaleniom zawartym w jednym standardzie RS-232C odpowiadają ustalenia zawarte w parze nowszych standardów, czyli np. RS-449 i RS 423A lub RS-530 i RS- 485. Podstawowe parametry najważniejszych interfejsów szeregowych RS-232C RS-423A RS-422A RS-485 Maksymalna liczba nadajników 1 1 1 32 Maksymalna liczba odbiorników 1 10 10 32 Maksymalna szybkość 20 kb/s 100 kb/s 10 Mb/s 10 Mb/s Maksymalna zasięg 15 m 1200 m 1200 m 1200 m Inne standardy: HART umożliwia transmisję z szybkością do 1,2kb/s na odległość do 2000 m; IEC 1158-2 (H1) umożliwia transmisję z szybkością do 32 kb/s na odległość do 1900 m oraz IEC 1158-2 (H2) transmisja danych z szybkością 2,5 Mb/s na odległość do 500 m.

Interfejsy szeregowe - PROFIBUS PROFIBUS (ang. Process Field Bus) to rodzina lokalnych sieci przemysłowych, obejmująca trzy wersje: DP, FMS i PA. Sieć PROFIBUS FMS służy do komunikacji pomiędzy sterownikami i urządzeniami inteligentnymi. Kontrolę dostępu do magistrali mają jedynie stacje aktywne. Stacje pasywne nie mają możliwości inicjowania dostępu do magistrali. W standardzie PROFIBUS FMS i DP, jako warstwę fizyczną stosuje się sieć RS-485. Maksymalna długość kabla (od 100 m do 1200 m) zależy od szybkości transmisji (9,6; 19,2; 93,75; 187,5; 500 i 1500 kbit/s, dla PROFIBUS DP dodatkowo 12Mbit/s). Maksymalna liczba stacji wynosi 32. Zasada działania sieci PROFIBUS

Interfejsy szeregowe CAN Interfejs CAN (ang. Controller Area Network) został opracowany przez firmy Bosch i Intel na potrzeby przemysłu samochodowego, gdzie wzrastająca systematycznie liczba czujników, urządzeń sterujących i wykonawczych, wymagała zastąpienia licznych przewodów jedną magistralą do transferu danych i rozkazów. Stosowane są różne wersje standardu: CAN 2.0A, CAN 2.0B, jak również CANopen. Elementy podłączone do magistrali CAN nazywa się modułami CAN lub węzłami. CAN bywa stosowany również poza przemysłem samochodowym: może stanowić podstawowy interfejs systemu pomiarowego, bywa stosowany w niektórych układach automatyki budynkowej (np.: sterowanie pracą wind). Magistrala CAN z modułami CAN

Interfejsy szeregowe CAN Podstawowe cechy interfejsu CAN: duża szybkość transmisji danych, uzależniona od długości magistrali (1Mb/s dla długości magistrali do 40 m, 500 kb/s do 300 m, 100 kb/s do 600 m, 5 kb/s do 10 km); w systemach o długości większej niż 1 km stosowane są nadajniki i odbiorniki linii, duża odporność na zakłócenia uzyskana poprzez nadawanie danych w postaci napięciowego sygnału różnicowego oraz sprzętowej obsłudze protokołu i kontroli błędów, elastyczność systemu co do liczby podłączanych elementów. Standard CAN nie specyfikuje ani nośnika informacji ani rodzaju kabla. Sygnały najczęściej przesyłane są symetryczną linią transmisyjną, złożoną z dwóch skręconych przewodów oznaczanych podłączanych jako CAN-H i CAN-L do modułów magistrali. Symetryczny obwód transmisji zapewnia odporność na zakłócenia pochodzące od urządzeń znajdujących się w pobliżu, na końcach linii instaluje się impedancje w celu unikania odbić sygnału. Wszystkie moduły podłączone do magistrali CAN mogą pełnić funkcję nadajnika i odbiornika. Z uwagi na brak adresów, komunikaty na magistrali odbierają wszystkie moduły. Brak adresu skutkuje możliwością łatwego dodawania i usuwania modułów.

Interfejsy szeregowe CAN Moduły CAN muszą zawierać podzespoły odpowiedzialne za komunikacje i przetwarzanie danych (rys. 6.12): układ nadawczo-odbiorczy (transceiver), mikrosterownik CAN, mikroprocesor, czujnik (grupę czujników) lub element wykonawczy (grupę elementów wykonawczych). Osobnym rodzajem modułów są centrale systemu, która ma takie same prawa odnośnie nadawania, ale może zawierać programy sterujące i/lub gromadzić dane przesyłane przez moduły z czujnikami. Interfejs CAN wymaga użycia czujników wyposażonych w wyjścia cyfrowe, co jest możliwe w przypadku sensorów zintegrowanych i inteligentnych Schemat blokowy modułu CAN zawierającego czujniki

Interfejsy równoległe Transmisja równoległa cyfrowych sygnałów pomiarowych pozwala uzyskać większe szybkości transmisji niż transmisja szeregowa. Wynika to, z jednej strony, ze sposobu transmisji: dane przesyłane są w wielobitowych słowach (od 4-bitowych dla standardu Centronics do 64-bitowych dla standardu PCIExpress), a z drugiej strony można unikać podziału strumienia bitów na słowa z implementacją niezbędnych funkcji kontrolnych i ewentualnie korekcyjnych. Systemy pomiarowe z interfejsami równoległymi nie mogą być zbyt rozległe (rozproszone) z uwagi na niezbędne okablowanie. Wielożyłowy przewód jest zwykle dość kosztowny, ponadto nie można zapomnieć o zakłóceniach trudnych do wyeliminowania w dłuższym wielożyłowym przewodzie: przy szybszych transmisjach pojawiają się zjawiska falowe, nie bez znaczenia są parametry RCL takiego przewodu.

Interfejsy równoległe - Centronics Pod tą nazwą funkcjonują tak naprawdę dwa interfejsy przeznaczone do współpracy komputerów z drukarkami: przesyłania danych z komputera do drukarki i rozkazów pomiędzy komputerem a drukarką w obu kierunkach: Centronics i IEEE 1284. Porty interfejsu Centronics oznaczane są symbolem LPTn, gdzie n oznacza numer portu. Najczęściej wykorzystywane jest złącze szufladowe typu DB 25. Magistrala interfejsu Centronics to 8 linii danych (po 4 dla każdego kierunku), 4 linie sterujące i 5 linii statusu. Sygnały napięciowe odpowiadają standardowi TTL. Dane są wysyłane do drukarki wraz z impulsem strobującym, a szybkość transmisji jest sterowana przez sygnał potwierdzenia, po którym możliwy jest transfer kolejnego bajtu oraz sygnał zajętości, który wstrzymuje transfer danych do drukarki. Interfejs Centronics wykorzystywany do transferu danych w systemach pomiarowych umożliwia transfer danych z szybkością do 100 kb/s (w obu kierunkach). Interfejs IEEE-1284 to rozszerzenie interfejsu Centronics (również głównie przeznaczony do współpracy komputera z drukarką), jest stosowany w niektórych urządzeniach pomiarowych (np.: oscyloskopach, analizatorach widma) i umożliwia wysyłania danych (np.: zrzut ekranu oscyloskopu) do drukarki bez udziału komputera. Interfejs ten umożliwia transmisję danych w obu kierunkach w różnych trybach (kompatybilny, okrojony, bajtowy, rozszerzone: ECP i EPP). Z uwagi na dużą szybkość transmisji trybów rozszerzonych (aż do 2 MB/s) są one predysponowane do budowy prostych, dwuelementowych systemów pomiarowych złożonych z komputera osobistego i urządzenia pomiarowego (np.: multimetru lub oscyloskopu cyfrowego).

Interfejsy równ. IEC-625 (IEEE-488) HPIB - (Hawlett Packard), GPIB - National Instruments i Tektronix. Interfejs był opracowywany z myślą o zastosowaniu w systemach pomiarowych i przeznaczony jest do budowania systemów pomiarowych złożonych z następujących urządzeń: cyfrowych urządzeń pomiarowych, sterowanych cyfrowo urządzeń: generatory, zasilacze, źródła prądu i in., kontrolery, rejestratory cyfrowe, drukarki, plotery. Interfejs IEC-625 ma konfigurację magistralową. Urządzenia pełnią funkcję nadawcy lub odbiorcy (również nadawcy i odbiorcy, ale w odrębnych przedziałach czasu). Wymiana informacji polega na wysyłaniu komunikatów (rozkazów, adresów i danych). Kontrolerem systemu jest najczęściej komputer osobisty wyposażony w kartę interfejsu IEC-625 oraz program sterujący (sterownik). W jednym systemie może być więcej kontrolerów, ale tylko jeden być aktywny i zarządzać systemem. Struktura systemu pomiarowego z interfejsem IEC-625 (IEEE-488)

Interfejsy równ. IEC-625 (IEEE-488) Wymiana informacji zaczyna się od wyboru nadawcy komunikatu (rola kontrolera) i wyznaczenia odbiorcy lub odbiorców. Nadawca przekazuje komunikaty na szynę z wyznaczeni odbiorcy odbierają je potwierdzając odbiór każdego bajtu. W przypadku wielu odbiorców szybkość transferu limituje najwolniejszy z nich. Podstawowe parametry interfejsu równoległego IEC-625: równoległa asynchroniczna transmisja magistralą komunikatów w postaci słów o długości jednego bajtu (8 bitów), sygnały na magistrali w logice ujemnej, szybkość transmisji do 1 MB/s (1,5-8 MB/s przy zastosowaniu protokołu szybkiej transmisji HS488), maksymalna liczba urządzeń w systemie 15 (zwiększanie możliwe przez dodawanie kolejnych kontrolerów lub tzw. ekspanderów), przewód magistrali zawiera 25 linii (24 dla IEEE-488) zalecana odległość między urządzeniami do 2 m, maksymalna całkowita długość magistrali 20 m.

Bezprzewodowe interfejsy pomiarowe Bezprzewodowe systemy pomiarowe wykorzystywane są wszędzie tam, gdzie nie opłaca się, z uwagi na trudne warunki lub duże odległości zestawiać połączeń kablowych, gdy obiekt badany porusza się (pojazd, wał maszyny lub sportowiec podczas treningu) lub znajduje się w trudno dostępnym miejscu (np.: w przestrzeni kosmicznej). Do najbardziej rozpowszechnionych sposobów transmisji danych i sygnałów sterujących należą systemy wykorzystujące: radiowe, niewykorzystywane w telekomunikacji, pasma częstotliwości, sieci transmisyjne telefonii mobilnej, interfejsy komunikacyjne dedykowane do pracy na małe odległości (fale w zakresie podczerwieni lub radiowe wysokiej częstotliwości o małym zasięgu). W skład telemetrycznego systemu pomiarowego, a więc przeznaczonego do realizacji pomiarów na odległość, wchodzą nadajniki, odbiorniki, oraz funkcjonalne bloki pomiarowe (jak w każdym systemie pomiarowym). W systemach bezprzewodowych transmisja danych odbywa się wyłącznie szeregowo, nawet jeśli do przesyłu wykorzystuje się więcej niż jeden kanał transmisyjny.

Bezprzewodowe interfejsy pomiarowe Interfejs IrDA - promieniowanie podczerwone jest z powodzeniem wykorzystywane do sterowania już od wielu lat (zdalne sterowanie odbiornikiem telewizyjnym) lub transmisji danych pomiędzy komputerem a drukarką, telefonem mobilnym a komputerem itd. Łącze wykorzystujące promieniowanie podczerwone (długość fali 850-900 nm) służy do bezprzewodowej transmisji danych na odległość do 1 m (max. 3 m) gdy urządzenia widzą się nawzajem kąt emisji nadajnika 15 (max. 30 ). Ograniczenia te wynikają z potrzeby ograniczania zakłóceń pochodzących od innych urządzeń. Szybkość transmisji w zakresie od 2,4 do 4000 kb/s (w ramach standardu IrDA 1.3) nie jest zbyt duża i bywa istotnym ograniczeniem dla budowy bardziej złożonych układów pomiarowych, kolejna przeszkodą jest komunikacja ze sobą tylko dwóch urządzeń. Wymagane wzajemne widzenie się nadajnika i odbiornika praktycznie wyklucza użycie tego typu interfejsu do transmisji danych z elementów będących w ruchu (np.: wirujący wał, wysięgnik maszyny roboczej). Nadaje się natomiast do zestawiania bezprzewodowych połączeń z pojedynczymi urządzeniami przesyłającymi niewielkie ilości danych.

Bezprzewodowe interfejsy pomiarowe Interfejs radiowy Bluetooth - jest łączem radiowym wysokiej częstotliwości (pasmo 2,45 GHz) umożliwiającym transmisje danych z szybkością do 1 Mb/s. Zasięg w zależności od mocy nadajnika wynosi: 1 m, 10 m lub 100 m. W porównaniu z interfejsem IrDA 1.3 możemy zestawiać transmisje danych pomiędzy urządzeniami lub elementami będącymi w ruchu oraz łączyć więcej niż dwa urządzenia (do 8). W ramach takiej małej sieci (nazywanej również pikosiecią) każde z urządzeń może spełniać funkcje nadajnika i odbiornika. W ramach jednej pikosieci tylko jedno z urządzeń, to które inicjuje powstanie pikosieci, pełni funkcje nadrzędne w stosunku do pozostałych. Ka3de z urządzeń wykorzystujących interfejs Bluetooth może spełniać funkcje zarówno nadrzędna (master) jak i podrzędna (slave). Należy dodać, że jedno urządzenie może należeć jednocześnie do kilku pikosieci, a kilka pikosieci z elementami wspólnymi tworzą bezprzewodowa siec rozproszoną. Transmisja danych w systemie Bluetooth odbywa sie w ramach wymiany informacji pomiędzy tylko dwoma urządzeniami. W określonym przedziale czasu, właściwie szczelinie czasowej, jedno z urządzeń, nadajnik, przesyła informacje tylko do jednego odbiornika, a odbiornik przyjmuje dane tylko od jednego nadajnika. Transmisje danych nadzoruje urządzenie nadrzędne (master), a wymiana informacji następuje tylko w układzie master-slave urządzenia podrzędne (slave) nie mogą komunikować się ze sobą bezpośrednio. Interfejs Bluetooth jest bardzo popularny w urządzeniach mobilnych (komputery przenośne, słuchawki, telefony mobilne).

Bezprzewodowe interfejsy pomiarowe Interfejs radiowy Bluetooth połączone dwie pikosieci scatternet.

Bezprzewodowe interfejsy pomiarowe Interfejs radiowy ZigBee - został opracowany z przeznaczeniem do bezprzewodowej transmisji danych z tak małym zużyciem energii (kosztem szybkości transmisji) aby urządzenie mogło pracować co najmniej rok bez wymiany baterii (lub doładowywania akumulatorów). Interfejs jest przewidziany do nieregularnej i rzadkiej wymiany danych pomiędzy urządzeniami, które przesyłają stosunkowo małe pakiety danych, np.: alarm o przekroczeniu dopuszczalnych wartości mierzonego parametru. Interfejs ten wykorzystuje 3 pasma częstotliwości o różnej prędkości przesyłu danych: 1) 868-870 MHz 20 kb/s, 2) 902-928 MHz 40 kb/s, 3) 2,4-2,4835 GHz do 250 kb/s. Zasięg ok. 100 m, ale w zależności od warunków i otoczenia może zawierać się w granicach 5-500 m. Urządzenia z interfejsem ZigBee mogą pracować w sieciach o różnych topologiach: gwiaździsta, siatkowa lub drzewiasta. Dwie ostatnie, z uwagi na większą liczbę połączeń pomiędzy poszczególnymi urządzeniami są bardziej niezawodne. Topologie sieci z urządzeniami standardu ZigBee: a) gwiaździsta, b) siatkowa, c) drzewiasta; 1 koordynator sieci, 2 urządzenie z wszystkimi funkcjami, 3 urządzenie z ograniczonymi funkcjami

Bezprzewodowe interfejsy pomiarowe Interfejs WLAN (IEEE 802.11, w skrócie nazywany Wi-Fi). Interfejs ten jest stale rozwijany, dzięki czemu znacznie wzrosła szybkość transmisji danych: w wersji systemu IEEE 802.11g wynosi 54 Mb/s. Niedawno przyjęty standard IEEE 802.11n umożliwia transfery z dużo większymi prędkościami przesyłu (100, 250, 540 Mb/s przy paśmie częstotliwości 2,4 lub 5,0 GHz). Dla osiągnięcia tak wysokich wartości konieczne jest korzystanie z technologi MIMO (Multiple Input Multiple Output), która do nadawania i odbierania sygnałów wykorzystuje wiele anten. Dodatkowo, nadajniki i odbiorniki pracujące w tym standardzie wykorzystują dla wzajemnej komunikacji wiele kanałów jednocześnie. W ramach interfejsu Wi-Fi może być zestawiana komunikacja pomiędzy dwoma urządzeniami lub też za pośrednictwem elementów dodatkowych (routery, punkty dostępowe), które umożliwiają często również dostęp do stacjonarnej sieci komputerowej.

Bezprzewodowe interfejsy pomiarowe Transmisja z wykorzystaniem sieci transmisyjnych telefonii mobilnej Transmisja danych wymaga użycia podwójnego kanału transmisyjnego (tryb dupleksowy). Do wymiany danych z analogowymi sieciami telekomunikacyjnymi wykorzystywane są modemy zamieniające cyfrowy sygnał z sieci GSM na analogowy. W ramach systemu GSM dostępne są następujące usługi transmisji danych: 1. SMS przesyłanie krótkich (do 160 znaków) komunikatów, 2. CSD lub też SDT komutowana transmisja danych cyfrowych z prędkością 9,6 kb/s z wykorzystaniem kanału przeznaczonego na transmisję głosu, 3. HSCSD tzw. szybka wersja CSD, wykorzystująca kilka kanałów przeznaczonych na transmisję głosu (14,4 kb/s do 57,6 kb/s), 4. GPRS pakietowa transmisja danych (do 115 kb/s), 5. EDGE ulepszona transmisja danych (do 384 kb/s), 6. HSDPA pobieranie pakietów danych z szybkością 10 Mb/s (max. 21,6 Mb/s).