Kulcsfogalmak. Hardver. CPU RAM ROM I/O egységek. Szoftver. operációs rendszer felhasználói szoftverek

Átírás

1 Autók mechatronikája - informatika, elektronika, villamosság 1. modul: A jármű főegységek villamos, elektronikai és informatikai egységei 1. lecke. Kiegészítő tananyag: Számítógépek általános jellemzői A lecke célja Egy általános számítógép felépítésének és működésének megismerése abból a célból, hogy a Hallgató megértse a számítógépes irányítási rendszert, ugyanakkor egy komplex rálátást biztosítson az ipari folyamatok számítógépes irányítására és ezt a későbbiekben adaptálni tudja a gépjárművek irányítástechnikájára. Kulcsfogalmak Hardver Szoftver CPU RAM ROM I/O egységek operációs rendszer felhasználói szoftverek

2 Időszükséglet A tananyag elsajátításához körülbelül 40 percre lesz szüksége. 1.1 Bevezetés Az információtechnológia magába foglalja az információ előállítását, feldolgozását és továbbítását szolgáló eszközöket és módszereket. Tehát, ebben az értelemben információtechnológiai eszköznek minősülnek: a számítástechnikai, és a kommunikációs eszközök. Manapság már az irodatechnikai eszközöket és a médiaeszközöket is információtechnológiai eszközök közé sorolják. A korszerű gépjárművek részrendszereinek a rendszeren belüli és a külvilág felé megnyilvánuló kapcsolatát a vezérlő és szabályozórendszerek irányítják számítógép közbeiktatásával. Mielőtt rátérnénk a gépjárművek vezérlésének és szabályozásának részletesebb ismertetésébe, néhány gondolatot érdemes megemlíteni a számítógépek általános működéséről. A számítógépek fejlődése során, néhány műszaki megfontolás a kettes (bináris) számrendszer alkalmazását helyezte előtérbe. A jelenlegi rendszereink ezért a bináris logikát alkalmazzák. A kétértékű logika matematikai törvényszerűségeit George Boole ( ) angol matematikus fogalmazta meg a matematika nyelvén. Ezt a logikai algebrát nevezzük Boole-algebrának. A Boole-algebra természetesen csak egy része a többértékű logikát leíró matematikai logikának. Kétféle állandót ismer: a 0-t és az 1-et. Ezek logikai szintet jelölnek. Gyakorlati alkalmazásuknál ezekhez egyértelműen és könnyű műszaki megvalósítással hozzárendelhetünk egy jól mérhető és feldolgozható fizikai mennyiséget. Ez a mennyiség lehet például a villamos feszültség is. Tehát, a számítógépes feldolgozás során a matematikai logikai 0-át és 1-et egy-egy villamos feszültségszint realizálja, melyet a hardvernek kell feldolgozni. felépítése a) Hardver 1.2 A számítógépek rendszertechnikai

3 Mi is a hardver? A hardver a számítógépet alkotó műszaki dolgok összessége, idetartoznak az elektronikus áramkörök, kábelek, csatlakozások, mechanikus elemek és perifériák. Az első számítógépek a Neumann-elvek alapján működtek. Neumann János ( ) magyar származású amerikai matematikus volt. Melyek a Neumann-elvek? Az elvégzendő műveletek bevihetők legyenek a számítógép tárába, majd ezek a műveletsorok végrehajthatók legyenek. A műveletsorok összességét nevezzük programnak. Az utasítások és adatok sorszámmal (címmel) ellátva helyezkedjenek el a memóriarekeszekben. Rendelkezzenek önálló adat be/kiviteli egységgel, vezérlő- és műveletvégrehajtó egységgel. A számítógép teljesen elektronikus legyen, és a bináris (kettes) számrendszer alkalmazásával működjék. Az utasításokat sorban hajtsa végre. Megjegyezzük, hogy a többprocesszoros rendszerekben nem érvényes a Neumann-elvek együttese. Az 1. ábra a számítógép elvi vázlatát mutatja, melyen jól láthatók a főbb szerkezeti egységek kapcsolódásai. Meghatározások: 1.ábra. A számítógép elvi vázlata (A kép nagyobb változatát itt találja!) FDD Floppy Disk Drive: hajlékony- vagy mágneslemezes meghajtók,

4 népszerűbb nevükön floppyk. Az első PC-kategóriába tartozó gépek ezt a típust használták az operációs rendszer, illetve a különböző programok, adatok tárolására, betöltésére. Napjainkban a floppymeghajtó eredeti feladatait kedvezőbb paraméterei miatt átvette a pendrive. Ahhoz, hogy a floppyn lévő mágneses réteg alkalmas legyen az adatok fogadására, létre kell hozni rajta a tároláshoz szükséges struktúrát. Ezt a folyamatot formázásnak (formattálásnak) nevezzük. A floppy jelenleg már nem használatos. HDD Hard Disk Drive: más néven winchester. A merevlemezes meghajtók megnevezése. A név az IBM által a hetvenes évek elején kidolgozott első ilyen jellegű háttértárolóktól származik. A merevlemez egy olyan elektromechanikus eszköz, amely az adatokat mágnesezhető réteggel bevont lemezeken tárolja. A merevlemez korábban, fixen beépített alkatrész volt, melyet már hordozható kivitelben is gyártanak. A merevlemezek, amelyek kapacitása egyre nagyobb lesz, a számítógépek belső háttértárlóiként szolgálnak. Pendrive. Nevét méretéről, és alakjáról kapta. Belsejében egy statikus memóriachip található, mely megőrzi a benne lévő adatokat a lecsatlakoztatás után is, áram nélkül is, körülbelül tíz évig. Csatlakozása a számítógéphez USB-porton keresztül történik. A szó az Universal Serial Bus rövidítése. Fontos még, hogy a készülék melyik USB szabványnak felel meg. Az eleinte használt USB 1.1-et felváltotta az USB 2.0 szabvány. Erről még a későbbiekben részletesebben is szó lesz. Hamarosan megjelenik az USB 3.0 szabvány is. CPU (Central Processing Unit központi feldolgozó egység). Ez a processzor. Részei: CU: irányítja és ütemezi a számítógép működését. Végrehajtja a műveleteket. ALU: az aritmetikai és logikai műveleteket végzi. Regiszterek: processzoron belüli gyors működésű írható és olvasható tárolóegységek. Típusaik: Általános regiszterek (A műveleteket a CPU az általános regiszterekben tárolt adatokon végzi.) Utasításregiszter (Instruction Register) IR (Az aktuális utasítást átmenetileg tárolja.) Utasításszámláló (Program Counter) PC (A soron következő utasítás címét tárolja.) Memória címregiszter (Memory Address Register) MAR (Az adatok ki- és beolvasásakor az azonosított memóriarekesz címét tárolja.) Memória adatregiszter (Memory Data Register) MDR vagy MBR (Buffer register) (A memóriából kiolvasott vagy beírni kívánt adatokat átmenetileg tárolja.)

5 Dinamikus RAM, DRAM (Dynamic Random Access Memory). Egy memóriacellát egy kondenzátor és egy tranzisztor épít fel. Az információt addig tárolja, amíg a kondenzátor ki nem sül. Az információ elvesztését kiküszöböli a memória frissítése, melyet frissítő áramkörök végeznek. Előnye az olcsósága, kis mérete, hátránya a frissítés szükségessége, valamint kisebb sebessége. Statikus RAM, SRAM (Static Random Access Memory). Minden memóriacella egy kétállapotú tároló, több tranzisztorból áll, ezért bonyolultabb és drágább kivitelű. Előnye viszont, hogy nagyobb a sebessége, ezért főleg gyorsítótárakban (cache) alkalmazzák. Az első számítógépek Kbájt (=1024 bájt) nagyságrendű operatív memóriát tartalmaztak, míg ez a mai (2011) átlagos számítógépben 10 Gbájt nagyságrendjébe esik. Buszrendszer: a vezérlő-, adat- és címkódokat közvetítő vezetékek összessége. Amennyiben a számítógépnek információt akarunk továbbítani, akkor azt a gép csak akkor tudja fogadni, ha ezek az információk binárisan állnak rendelkezésre. Természetesen, ha a számítógéptől kapunk információt, akkor azok szintén binárisan jelennek meg. Ezért mindig szükségünk van egy olyan átalakítóra, amely ezt a szükséges átalakítást elvégzi. Tehát az üzenetforrás és a számítógép, valamint a számítógép és az üzenetnyelő között egy illesztőt kell elhelyezni. Például, ha időben változó feszültségjelet szándékozunk a számítógépünkkel feldolgozni, akkor szükséges egy A/D átalakító a villamos műszer és a számítógép közé. Az A/D átalakítókról a későbbiekben lesz szó. Látható, hogy az információs rendszer módszerek, eljárások, eszközök együttese. Ez az együttes információt állít elő, befogad, tárol, feldolgoz és továbbít. Az adatok feldolgozásához, megjelenítéséhez, alkalmazásához természetesen szoftverek is szükségesek. A következőkben néhány gondolatot ejtünk a szoftverekről. I/O (bemeneti /kimeneti) egységek feladata, hogy fogadja a számítógépbe a külvilágból érkező jeleket (például jelátalakítók jelét). Feldolgozás után a válaszjelek megjelennek a számítógép kimenetén. A számítógép és a hozzá csatlakoztatott tetszőleges egységek között az információáramlás a portokon keresztül valósul meg. b) Szoftver Mi is a szoftver? Mivel a hardver önmagában működésképtelen, ezért a végrehajtandó feladatot általa értelmezhető utasítások formájában kell vele közölni. Azon programok összességét, amelyek a számítógép működését biztosítják, szoftvernek nevezzük. Milyen szoftverek léteznek? Léteznek rendszerszoftverek (operációs rendszerek) és rajtuk futó felhasználói szoftverek. Operációs rendszerek

6 Az operációs rendszer a számítógép hardverje és a felhasználói alkalmazások közé ékelődő program. Feladata az, hogy kommunikációs lehetőséget biztosítson az ember és számítógép hardvere között, kezelje a számítógép erőforrásait és perifériáit, vezérelje és ellenőrizze a számítógép működését. Az operációs rendszereket több szempont szerint csoportosíthatjuk: Kezelői felület szerint: karakteres (szöveges), pl. MS-DOS, grafikus, pl. Windows, Mac OS X, karakteres és grafikus, pl. Linux, UNIX. A felhasználók száma szerint: egyfelhasználós, pl. MS-DOS, többfelhasználós, pl. UNIX. Az egy időben futtatható programok száma szerint: monoprogramozott, pl. MS-DOS, multiprogramozott, pl. UNIX, Windows. A korszerű operációs rendszerek több fájlrendszert támogatnak. Mit is nevezünk fájlrendszernek? Mivel az adatokat a számítógépben tárolni kell, ezt csak az információtartalom alapegységéből felépítve tehetjük meg. Először nézzük meg, mi is az információtartalom alapegysége. Az információtartalom alapegysége az 1 bit. A számítógép az adatok és utasítások bitjeit úgynevezett rekeszekben tárolja, ami a hardverfelépítés szempontjából azt jelenti a kettes számrendszer alkalmazása esetén, hogy a logikai 0 -át vagy logikai 1 -et kell egy fizikai mennyiséggel realizálni. Tehát kétállapotú jeleket kell ezekben a rekeszekben (tárolókban) tárolni. A tárolók esetében 8 bit alkot 1 bájtot. A bájt az információfeldolgozás alapegysége. A mértékegységek váltószámai 2 hatványai bájt = 1024 bájt = 1KB (kilobájt) 2 10 KB = 1024 KB = 1 MB (megabájt) 2 10 MB = 1024 MB = 1 GB (gigabájt) 2 10 GB = 1024 GB = 1 TB (terabájt) A fájlok méretét bájtban adják meg. A fájlrendszer egy olyan megadott hardveres és logikai struktúra, amely az operációs rendszerhez illeszkedő módon tárolja és nevezi el az összetartozó adatállományokat. Ezeknek az összetartozó adatállományoknak (fájloknak) van méretük, nevük és kiterjesztésük. Ezek egy meghatározott módon helyezkednek el a merevlemezes tárolón. Ennek a változataitól függően több fájlrendszer alakult ki. A fájl típusát a kiterjesztése jelöli, amely a fájlnév után egy ponttal elválasztva található, általában 3 karakter és a jelentésnek

7 megfelelő angol szó rövidítése. Nézzünk néhány fájltípust: videoállományok.avi,.mov,.mpg kiterjesztéssel, tömörített állományok.arj,.zip,.ace,.rar kiterjesztéssel, szövegfájlok TXT,.BAT kiterjesztéssel, adatfájlok.dat,.xls kiterjesztéssel, képfájlok.jpg,.bmp,.gif,.png, WMF kiterjesztéssel stb. A Linux többféle fizikai és logikai fájlrendszert támogat (ext2, ext3, reiserfs, XFS, JFS), amiből az alkalmazástól függően választhatjuk ki a legmegfelelőbbet. Például sok kis fájl kezelésénél a reiserfs vagy nagyméretű fájlok esetén az XFS. Merevlemezek esetében lehetőségünk van a lemezterület részekre bontására, más szóval particionálására. Az egyes partíciókra más és más operációs rendszert helyezhetünk el más és más fájlrendszerrel. A számítógép bekapcsolásakor az ún. Master Boot Record (MBR) indul el a merevlemezen. Itt egy rövid gépi kódú program található, amely megállapítja, hogy a partíciók közül melyikre kell átadni a vezérlést. Egy számítógépre több operációs rendszert is telepíthetünk, melyek különböző partíciókról futtathatók. Létrehozhatunk a számítógépen külön partíciókat, ha erre a telepítéskor gondoltunk, és hagytunk rá szabad helyet, vagy lehetséges szoftverek alkalmazásával utólagosan is, ha már a merevlemez teljes egészében particionálva van. Az ilyen jellegű programokkal hatékonyan tudunk létrehozni újabb partíciókat. Ezekkel a programokkal megoldható egyik fájlrendszerből a másikba a konvertálás is, illetve a formázás. Több partíció létrehozása akkor is előnyös, ha csak egy operációs rendszer van a számítógépünkre telepítve, mert az adatainkat az operációs rendszer esetleges újratelepítése esetén is meg tudjuk tartani. Felhasználói szoftverek: A felhasználói szoftverek fejlesztői szoftverekre és célfeladatok elvégzésére készült programokra csoportosíthatók. Fejlesztői szoftverek például: Visual Studio.Net, Visual C++, Borland C++ Builder, Anjuta, KDevelop, Delphi. Célszoftverek: például irodai szoftverek, adatbázis-kezelő szoftverek, mérési eredményeket feldolgozó szoftverek, tervezőszoftverek (CAD-alkalmazások), játékok stb. A fejlesztői szoftverkörnyezetek egy vagy több programozási nyelv használatát teszik lehetővé. Programozási nyelv: Olyan leíró logikai összesség, melyet ha a megfelelő fejlesztői szoftverrel lefordítunk, akkor az operációs rendszer értelmezi és képes végrehajtani. Ilyen programozási nyelvek például a következők: C#, C, C++, Pascal, Assembly, Java. Néhány gondolat a fejlesztői programnyelvekről, fejlesztői környezetekről Gépi nyelv (gépi kód) A processzor utasításainak olyan együttese, amely lehetővé teszi az ember és a számítógép kommunikációját. A gépi kódú programozás esetén egy fájlba számsorozatot írunk, majd elindítjuk, azaz lefuttatjuk. Ekkor valamilyen feladat végrehajtódik: például a képernyőre kiír egy betűt. Tehát a gépi kód érthető a CPU számára. Ez a programozás viszont az ember számára elég nehézkes.

8 Példa: Írjuk ki az Y betűt a képernyőre gépi kóddal! A következő számokat hexadecimális számrendszerben adtuk meg 8 bájton (.com fájlba kell írni). B4 H 02 H B2 H 59 H CD H 21 H CD H 20 H Assembly Az assembly olyan programozási nyelv, amelyben az utasításokhoz egy-egy gépi kód tartozik. Az assembly nyelvet a CPU már nem tudja megérteni, ezért az így megírt programot egy fordítóprogram, az ún. compiler alakítja át gépi kódra, és így már végrehajtható. Vagyis az assembly nyelvű programból előállíthatjuk az utasítások gépi kódját, és ezt az Assembler nevű fordítóprogram végzi. Az assemblyt alacsony szintű programozási nyelvnek is szokták nevezni, mivel közel áll a gépi kódhoz, tehát a mikroprocesszor típusától függő. Közvetlenül a gépi utasításkészletre épül, az adott hardver és csak az adott hardver lehetőségeit a lehető legjobban használja ki. A program megírása assembly nyelven időigényes. Helytakarékossága és nagyfokú hardvertámogatása miatt előszeretettel használják driver (adott hardvert működtető, közvetlenül az operációs rendszer alá tartozó szoftver) és firmware (hardverbe égetett program) írására. Létjogosultsága azért van, mert gyors és hatékony programokat készíthetünk. A hardver elérhetőségének nincs akadálya. Az MS-DOS-t és az első UNIX operációs rendszert assemblyben írták. Az assembly nyelv rövid utasításokra épül. Ezek a mnemonikok (rövid utasítások, melyek emlékeztetnek a szóra; szótöredékek) néhány legtöbbször egy gépi kódú műveletnek felelnek meg, és utalnak a végrehajtott műveletre. Például a MOV utasítás a move (mozgatás) rövidítése, az adatok mozgatására szolgál a memória és regiszterek (a processzor tárolóegységei) között, vagy például az XCHG az exchange (csere) rövidítése, amely az adatok kicserélését jelenti ugyanezek között. Ezek az utasítások mikroprocesszoronként különbözőek. Tehát, nincs egységes assembly nyelv, minden processzorcsalád saját nyelvvel rendelkezik. Azonban létezik egy általános kategóriahalmaz, amely minden assembly nyelvcsaládra értelmezhető. Ilyen kategóriák például: aritmetikai utasítások, logikai utasítások, bitforgató- és léptetőutasítások, vezérlésátadó utasítások és processzorvezérlő utasítások. Végezetül lássunk egy egyszerű példát assembly programra (Intel 80x86 processzor alkalmazásánál): MOV AX,15B3 feltölti az AX regisztert az 15B3H értékkel, MOV BX,[SI+64] ADD AX,BX MOV [BX+DI+32],AX beolvas 2 bájtot az SI regiszter 64H-val megnövelt értékétől, mint memóriacímről a BX regiszterbe, hozzáadja az AX regiszterhez a BX értékét, az eredmény AX-be kerül, az AX-ben keletkezett 2 bájtos eredményt a BX,DI és 32H összegzésével előállított memóriacímtől kezdve elhelyezi. C nyelv

9 A C programozási nyelvet a 70-es években fejlesztették. Célja az volt, hogy az addig assembly nyelven íródott UNIX operációs rendszert olyan nyelven írják meg, amely kellően magas szintű, nem függ a mikroprocesszor típusától. Ez lehetővé tette a C programnyelv hordozhatóságát. A C nyelv magas szintű programozási nyelv, de ebben a kategóriában viszont a legalacsonyabb. A legalacsonyabb jelző arra utal, hogy lehetett olyan operációs rendszert és alkalmazásokat fejleszteni vele, amelyek a hardvererőforrások adta lehetőségeket a legteljesebb mértékig kihasználták. A C nyelvhez is tartozik egy compiler. Ez fordítja a forrásprogramot gépi kódra, de ez a gépi kód már hosszabb, mint egy assemblyből fordított. Forrásprogramjában már felismerhetők az angol szavak. Belőle származik a C++ és a Java. A C programozási nyelvet platformfüggetlennek is nevezik. A legelterjedtebb nagy szoftverek döntő többségét C és assembly vegyes nyelven írták még a kilencvenes években is. Az ingyenes Linux operációs rendszer elemei C forráskódban is elérhetők. C++ nyelv A C++ programozási nyelvet a 80-as évek elején fejlesztették ki a C nyelv továbbfejlesztéseképpen. A nyelv létrehozásának célja az egyre inkább terjedő objektumorientált gondolkodásmód volt. Az objektumorientált gondolkodásmód rendkívül felgyorsította a szoftverfejlesztést. Az objektumorientált programozás előnyéhez tartozik, hogy lehetővé teszi az egyszer már megírt programkódok újrahasznosítását. Java A Java objektumorientált programozási nyelvet a 90-es években fejlesztették, melyet digitális tv-hálózatokat vezérlő berendezések programozására használtak szintaktikája hasonlít a C++-hoz. Ez az alkalmazás a későbbiekben megszűnt, de magát a nyelvet viszont felkarolta a Netscape. Később a Java-támogatást a Microsoft is beépítette a böngészőjébe, ezzel hozzá is járult az elterjedéséhez. A Java nyelv nem fordítható közvetlenül gépi kódra, amit a mikroprocesszor értelmezni tudna, hanem csak egy köztes kódra, úgynevezett bájtkódra (javac.exe windows-os környezetben). Ezt hajtja végre egy értelmező (interpreter). Ennek neve Java Virtuális Motor (JVM) (java.exe windows-os környezetben). Azon a gépen, amelyiken Java programokat szeretnénk fejleszteni és futtatni, fel kell telepíteni a Java fejlesztői és futtatói környezetet. Ezt a helyről ingyen le lehet tölteni több különböző hardverre és operációs rendszerre vonatkozóan. Ez csak az alaprendszer. A kényelmes szoftverfejlesztéshez számos vizuális fejlesztőeszköz áll rendelkezésre, például: JBuilder, JCreator stb. A JVM-megoldásnak nagy előnye, hogy egy adott programot csak egyszer kell megírni és lefordítani. A lefordított program hordozható a különböző hardver és szoftver platformok között, ami azt jelenti, hogy nem kell újra írni vagy fordítani. A JVM-t a SUN Microsystems fejlesztette ki. C# nyelv A C# programnyelvet a Microsoft fejlesztett ki általános célú programozási nyelvként. A nyelv a C++ előnyeit ötvözi a Visual Basic egyszerű használatával. A szintaktikát a C++-tól kölcsönzi, hasonlítható a Javához is. A fordításhoz és futtatáshoz a Java motorjához hasonló keretrendszer szükséges, ez a.net keretrendszer. A Microsoft ennek megalkotásával korszerű futtatókörnyezetet hozott létre, ugyanis több nyelven lehet programozni felette. A programfejlesztők több programnyelv közül is válogathatnak ugyanazon szoftver

10 fejlesztésénél, és a végeredmény sem kinézetre, sem működésre nem tér el egymástól. A.NET keretrendszer szabad szoftveres változata, a Mono elérhető Linux rendszerekből is. Jelenleg a fejlődés tendenciája azt mutatja, hogy a Java-rendszer és a.net-re épülő C# programozási nyelvek előtérbe kerülhetnek. Ehhez szükség van a hardvererőforrások jelentős fejlődésére, hogy ne legyenek sebesség- és memóriaproblémák. Természetesen az egyes szoftverek hosszabb távon történő fennmaradásához kellő mértékű gazdasági potenciál és marketing is hozzátartozik. Pascal nyelv A magas szintű nyelvek közé tartozik. Az 1990-es években nagyon népszerű volt. Önmagában már nem sok jelentősége van. Belőle származik az Object Pascal, majd a későbbiekben erre épült a Delphi (fejlesztői környezet). Negyedik generációs nyelvek (fejlesztői környezet programnyelvvel) A Delphi, amely már 4. generációs programozási nyelvnek tekinthető, az Object Pascalból fejlődött ki. A negyedik generációs nyelvek a programozó válláról sok munkaigényes feladatot levesznek. Ilyenre lehet példa egy könnyen megoldható képernyőtervezés. Utasításai segítségével már összetett műveletsorozatot lehet egy lépésben végrehajtani. A Delphi alkalmazásakor a Pascal forráskódot automatikusan generálhatjuk, amelyben változtatásokat eszközölhetünk. Tehát ilyen szempontból rugalmasnak tekinthető. A Microsoft által fejlesztett Visual Basic a népszerűségének köszönheti, hogy fennmaradt. Olyan embereknek szánták eredetileg, akik nem programozó matematikusok, de rákényszerülnek egyedi szoftverek gyors fejlesztésére. Forráskódjának vázát legenerálja, és a konkrét feladat megoldását kézzel kell begépelni. A Magic egy tiszta negyedik generációs rendszer, melynek legfontosabb tulajdonsága, hogy különösebb programozás nélkül is komoly adatbázis-kezelő rendszereket lehet benne fejleszteni teljesen vizuális módon. Forráskódját nem érhetjük el. Néha 5 GL nyelvnek is nevezik, ugyanis nincs definiálva pontosan az, hogy mit is tekintünk 4 GL-nek. Ezt a jövő fogja egyértelműen majd eldönteni. Gyors fejlesztést tesz lehetővé. Ha adatbázis-kezelésről van szó, mindenképpen meg kell említenünk a világviszonylatban is nagymértékben elterjedt Oracle-termékeket. Amennyiben adatbázis-kezeléssel szándékozunk foglalkozni, akkor el kell sajátítani az SQL szabványos, strukturált lekérdező nyelvet. SQL = Structured Query Language. Szigorúan kötött szerkezet jellemzi, a mai napig többszöri fejlesztésen ment keresztül. Az SQL az adatbázis-kezelők elengedhetetlen lekérdező nyelve több operációs rendszeri környezetben. A Microsoft Access (amely egy alkalmazás) is tartalmaz SQL felületet, mellyel komolyabb feladatokat is megoldhatunk.

11 Ellenőrző kérdések Mi a hardver? Mik a számítógép hardveres főbb egységei? Mi a szoftver? Hogyan csoportosítaná a szoftvereket? Melyik hardveren keresztül csatlakozik a számítógéphez egy tetszőleges külső egység? (Az 1. fejezet áttanulmányozása után tudni kell rá válaszolni, ugyanakkor ez egy előre mutató kérdés, mert a 2. leckében van részletesen kitárgyalva.) 2. lecke. Kiegészítő tananyag: A számítógép és a külvilág kapcsolata, portok A lecke célja Bevezetni a Hallgatót egy általános számítógépes folyamatirányításba. A Hallgatók rendszerben látva gondolkodjanak a későbbiekben a gépjárművek számítógépes irányításának elsajátításánál. Kulcsfogalmak Üzenetforrás A/D átalakítás Számítógépes folyamatirányítás Portok Időszükséglet A tananyag elsajátításához körülbelül 40 percre lesz szüksége.

12 2.1 Üzenetforrások Felmerül a kérdés, hogy milyen jellegű üzenetforrások lehetnek? Milyen jeleket illeszthetünk a számítógéphez? Jellegüket tekintve: diszkrét vagy analóg. Diszkrét üzenetforrás például egy szimbólumsorozat (A, B, M, X). Ebben az esetben az egyes szimbólumokhoz egy bináris adatfolyamot rendelünk, és ezt továbbítjuk a számítógéphez feldolgozás céljából. A diszkrét üzenetforrást egy úgynevezett forráskódoló alakítja át a számítógép számára olvasható jellé. A folyamat megfordítottját forrásdekódoló végzi. A forráskódolásra számos lehetőség kínálkozik. Lehet állandó szóhosszúságú kódolás, illetve változó szóhosszúságú kódolás. Állandó szóhosszúságú kód például ASCII-kód, EBCDIC-kód. Változó szóhosszúságú például a Huffman-kódolás, Shannon Fano-kódolás. Azt a forráskódolást alkalmazzuk, amelyiknél nagyobb a kódolás hatásfoka. Lényegük az, hogy alkalmazásukkor a gyakran előforduló szimbólumokhoz rövidebb, míg a ritkábban előfordulókhoz hosszabb bináris adatfolyamot rendelünk. Ezzel a megoldással az információ feldolgozását, valamint továbbítását gyorsíthatjuk. Mindkét kódolásnál meghatározó adat az egyes szimbólumok előfordulási valószínűsége. Analóg üzenetforrás például egy emberi hang vagy egy folyamatosan változó villamos feszültség az idő függvényében. A jeladók (mérőátalakítók) nem villamos mennyiségek mérési eredményét számos esetben analóg villamos jelekké alakítják. Ilyen átalakító lehet például hőmérséklet, nyomás, sebesség, fordulatszám jelátalakító. Blokkvázlata a ábrán látható. 1. ábra. Mérőátalakító Az analóg jelek számítógéphez történő illesztését A/D (analóg/digitális) átalakítók, míg a számítógép kimenetén megjelenő jeleket D/A (digitális/analóg) konverterek végzik. Ezek az átalakítások nélkülözhetetlenek például az ipari folyamatok vezérlési, illetve szabályozási folyamatainál.

13 2.2 A/D átalakítás Az A/D átalakítás egy olyan eljárás, amely az analóg jelből előállítja annak digitális megfelelőjét. A folyamat elvégzéséhez először mintát kell venni az analóg jel valamely jellemzőjéből. Ezt a mért értéket nevezzük mintának, tehát egy folytonosan változó fizikai mennyiséget kell a mintavételi időpontokban megmérni, és ezekkel a mért értékekkel jellemezzük a számítógéppel feldolgozandó analóg jelet. Ezt a lépést úgy is fogalmazhatjuk, hogy mintavételezés. Tehát a mintavételezés időben történő diszkretizálás. Viszont a feldolgozáshoz ez kevés, mert a mért értékeket hozzá kell rendelni digitális számokhoz. Ezt úgy is értelmezhetjük, hogy a változó értéktartományt véges sok intervallumra osztjuk, és az intervallumokat egy kijelölt elemével reprezentáljuk. Láthatjuk, hogy ez amplitúdóban történő diszkretizálást jelent, azaz a mért mintákhoz hozzárendelünk egy digitális számot, melyet fizikailag már tudunk illeszteni a számítógéphez. Ezt a folyamatot nevezzük kvantálásnak. A kvantálás pontosságát az határozza meg, hogy hány biten kvantálunk. Ez azért fontos, mert kvantálás után a jelet már nem tudjuk eredeti állapotába visszaállítani (információvesztés történik), tehát a pontos feldolgozás nagyobb bitszámon történő kvantálási folyamatot igényel. Nézzünk erre egy példát grafikonos ábrázolással (7.2.2 ábra), majd az értékeket adjuk meg táblázatban (7.2.1 táblázat) is. A táblázatban az idő függvényében mért feszültségértékeket és az ezekhez rendelt digitális számokat láthatjuk. A ábrán 32 mv feszültségsávot 2 4 -en, azaz 16 részre bontottuk, és ezekhez a sávokhoz rendeltük a digitális számot. Az ábrán ennek csak egy részletét láthatjuk. Megfigyelhetjük, hogy így 20 mv nagyságra 10 sáv adódik. A mért értékek mintavételezett adatok, melyekhez kvantálással bináris számokat rendeltünk. A mért értékeket az intervallum alsó határához igazítottuk. Ha ez megtörtént, akkor a jel már nem állítható vissza eredeti állapotába. 4 bites kvantálásnál 2 4 -en, azaz 16 részre oszthatjuk fel a mért érték intervallumát. A kvantálást 16 biten végezve ugyanezt az intervallumot 2 16, azaz részre oszthatjuk és ezzel az analóg jel pontosabb ábrázolását tesszük lehetővé.

14 2. ábra. Mintavételezés és kvantálás 1. táblázat A mintavételezés sebessége is mérvadó, mert nem midegy a mintavételezés gyakorisága. Nagyobb mintavételezési sebesség mellett adott idő alatt több mérési értéket gyűjthetünk össze, és így pontosabb ábrázolást valósíthatunk meg. Minden bemeneti jelből a lehető legnagyobb mintavételi sebességgel kell mintát vennünk, hogy a lehető legpontosabban jeleníthessük meg az analóg jelet a számítógépben. Ezt matematikailag a Shannon-tétel fejezi ki, mely szerint, ha egy idővel változó jelből állandó frekvenciával mintát veszünk, és ha a mintavételezés frekvenciája legalább kétszerese a mintavételezett jel legnagyobb frekvenciájának, akkor az így kapott mintavételezett (diszkrét) jelből az eredeti jelalak visszaállítható. A D/A átalakítás az A/D konvertálás fordított művelete. Olyan eljárás, amely a digitális jelből állítja elő az analóg jelet. Ezzel tudunk illeszteni például számítógépről vezérlő- vagy szabályozási jeleket ipari folyamatokhoz. A gépjármű elektronikus irányításakor az első lépés a mérésadatgyűjtés, melyet a mért fizikai mennyiségek villamos jellé történő átalakítása követ. Ez a folyamatot egy érzékelő és egy mérőátalakító végzi. A mérőátalakító a nem villamos fizikai mennyiséget villamos jellé alakítja. A kimenőjel lehet áram vagy feszültség az idő függvényében. Ezt kell digitális információvá átalakítani a számítógépes feldolgozás számára. Ehhez szükséges az A/D átalakító. A mérőátalakító kimenete az A/D átalakító bemenetére kapcsolódik.

15 A mérőátalakító kimenetén egy minimális és maximális feszültségszint között lehet az a feszültség, amelyet digitalizálni kell. A mérőátalakítók maximális kimeneti feszültségszintjére vonatkozóan több tipikus érték használatos, de ezek értékei általában a 10 V-tól +10 V-ig terjedő intervallumba esnek. Ezek után a kérdés már csak az, hogy hol csatlakoztassuk a mérési eredményeket reprezentáló digitális adatunkat a számítógéphez. A soros portot információ továbbítására gyakran alkalmazzuk a számítógép valamint a műszer között, és több változata létezik. Egy számítógépen több is található. A soros adatátvitel egy olyan egyvezetékes adatátviteli vonal, amely egyszerre 1 bit információt képes eljuttatni a fogadó állomáshoz. Ezt az adatátviteli módot akkor célszerű használni, ha az adatok átviteli sebességigénye relatívan kicsi, vagy nagy távolságra kell az adatokat eljuttatni. 2.3 Bevezetés a számítógépes folyamatirányításba Számítógépes folyamatirányításkor (7.2.3, és ábra) bizonyos folyamatok jellemzőit mérjük és ezek ismeretében a számítógép vezérlőjeleket, illetve szabályozójeleket ad vissza a folyamat számára. Természetesen a mért jellemzők analóg formában állnak rendelkezésre bármilyen fizikai jellemzőről is legyen szó. Digitális számítógépeink viszont számadatokon tudnak műveleteket végezni. A korábbiakban láthattuk, hogy az analóg mennyiségek értékeit előbb digitális adatokká alakítjuk, majd ezen adatokat visszük a számítógép memóriájába. Ezt úgynevezett interfész-áramkörök (illesztőáramkörök) segítségével tehetjük meg, melyek tartalmazzák a már megismert A/D átalakítót. Visszahatni a folyamatra szintén szükség van egy kimeneti interfészáramkörre. A kimeneti interfész-áramkör D/A átalakítót tartalmaz. Egy illesztőkártyára egyre több funkciót integrálnak. Éles határt húzni a konkrét áramkörök közé nem érdemes. Tehát, egy analóg kimenőjelet szolgáltató D/A átalakító és perifériavezérlő egy egységet is alkothat. A következő ábra a számítógép és a folyamatperiféria kapcsolatát ábrázolja. A mérni kívánt fol yamatnál több bemeneti jelet kell feldolgozni, és a kimeneten több kimenőjelet kell a folyamat részére visszaadni.

16 3. ábra. A számítógépes folyamatirányítás blokkvázlata A szabályozandó folyamatok jellemzőinél a mintavételi idő általában 0,1 s és 20 s tartományba esik (de természetesen ezen az intervallumon kívüli érték is lehet). Mivel az A/D átalakítás ideje ennél jóval kisebb, kb. 1-2 ms, ezért lehetőség kínálkozik arra, hogy több bemenőjel esetén is csak 1 db A/D átalakítót alkalmazzunk egy analóg multiplexer közbeiktatásával. A multiplexer egy olyan áramkör, amely több bemenőjel közül kiválasztja, hogy melyik bemenő adat kerüljön a kimenetére. Ez az érték kerül az A/D átalakító bemenetére. A multiplexert vezérelve folyamatosan változtatjuk az A/D átalakító bemenetére kerülő jelet a feldolgozás számára.

17 4. ábra. A számítógépes folyamatirányítás blokkvázlata Az interfész szabványos kell, hogy legyen. Jellegét tekintve ez lehet soros vagy párhuzamos szervezésű. A soros alatt azt értjük, hogy a bitek időben egymás után érkeznek egyesével a számítógép bemenetére. A párhuzamos pedig azt jelenti, hogy több bitet egy időben juttatunk szintén a számítógép bemenetére. Mind a két eljárásnak vannak előnyei és hátrányai. Gondoljunk a két alkalmazás alkatrész igényére, illetve gyorsaságára. 2.4 Kapcsolat a külvilággal: portok a) Átvitel párhuzamos porton keresztül Ez bájtsoros és egyúttal bitpárhuzamos adatátvitelt jelent Az információt bitcsoportban továbbítják, így az információ átviteli sebessége nagyobb lesz. Ehhez azonban a csoporton belüli bitek mindegyikére adatutat kell kiépíteni, ami meggyorsítja az átvitelt, de meg is drágítja a kivitelezést. Természetesen külön vezetékek is szükségesek az adó-vevő szinkronizmus megvalósítására. Ezt az ún. párhuzamos átvitelt, csak kis távolságokra alkalmazzák. Számítógépen belül a részegységek összeköttetését ily módon oldják meg. Ezzel a megoldással működnek a számítógépek adat-, vezérlő- és címbuszai. A perifériák közül a szkenner és a nyomtató párhuzamos portra is kapcsolódhat, de manapság egyre inkább áttértek az USB-port alkalmazására.

18 b) Átvitel soros porton keresztül (RS 232 C interfész) Manapság jelentősége csökken, de a meglévő műszerek csatlakoztatásához még egy ideig szükség lesz rá. A port alkalmazásakor bájtsoros és a bájtokon belül bitsoros adatátvitel történik. Kevesebb darabszámú vezetékkel realizálható, mint a párhuzamos megoldás. Alkalmazásával az átviteli távolság legfeljebb 15 m lehet. Hátránya a lassabb adatátvitel, de ezt a korszerű hardverelemek kompenzálhatják. A soros adatforgalom egy vezetékpáron folyik. Az egyik vezetéken történik az adás, a másik vezetéken pedig a vétel. Így szimplex, illetve duplex (egyidejűleg van adás és vétel is) rendszer egyaránt kialakítható. Csatlakozója lehet 25 vagy 9 pólusú. A szabvány megalkotásánál úgy gondolták, hogy a 25 pólusú csatlakozó valamennyi vezetékére szükség lesz, de a technika fejlődésével a szükséges vezetékek száma csökkent, ezért használunk manapság 9 pólusú csatlakozót. Általában a leggyakrabban használt IBM PC gépek a COM1-gyel és a COM2- vel jelölt soros portja az RS 232 C szabvány szerinti. Az adatátvitel során a bitfolyamot kis egységekre bontják. Általában a 7 és 8 bites átvitel terjedt el az ASCII-, illetve a bővített ASCII-karaktertáblának megfelelően. Az így adódó biteket kiegészítik még START és STOP bitekkel, valamint hibadetektálási lehetőséget nyújtó paritás bittel. A START és a STOP biteket keretező (framing) biteknek is nevezik, mert a tényleges információ elejét a START bit, míg a végét a STOP bit jelzi. Az adatok továbbítása mindig a legkisebb helyi értékű bittel kezdődik. A ábrán látható TTL jelszint 0 és 5 V. (A TTL tranzisztor tranzisztor logikát jelent.) Az ábrán az RS 232 meghajtóval jelölt blokk elvégzi a beérkező párhuzamos bitcsoport sorossá alakítását, hozzáadja a szükséges kiegészítéseket, melyek a START, STOP, valamint a paritásbit. Ezen felül a TTL jelszinteket szabványos RS 232 jelszintekké alakítja. Ezek: 0 V +12 V, 5 V -12 V. A vevő oldalon a fogadó berendezéssel jelölt blokk a soros adatokból képezi a bitcsoportot további felhasználás számára. A jelek mérése egy közös földvezetékhez viszonyítva történik, ezért a rendszer villamos zavarérzékenysége viszonylag nagy, ez indokolja a 15 m-es hossz korlátot. Ezért születtek később ipari körülményekhez igazodó más szabványok. Ezek az új szabványok lehetővé tették a nagyobb távolságok áthidalását, több készülék összeköttetését a pont pont összeköttetést megvalósító RS 232 C helyett, és növekedett az átviteli sebesség.

19 5. ábra. RS 232 kapcsolati rendszere Érdemes megemlíteni, hogy két számítógépet hálózati kártya nélkül is összeköthetünk a soros kábel segítségével. A beállítást elvégezhetjük a Total Commander Hálózat menüjének Közvetlen kábelkapcsolat két PC között elnevezésű almenüpontjában. c) RS 449 interfész (ipari célú felhasználás esetén) Bináris soros adatok átvitelére hozták létre. Alapja két villamos szabvány volt, ezek az RS 423 és RS 422, melyeket kiegészítettek mechanikai, funkcionális és eljárás interfésszel. Ezeknél a szabványoknál a jeleket vezetékpár közötti feszültségkülönbség hordozza. Mivel a külső villamos zavarójel mindkét vezetéken érezteti hatását, a különbségképzés miatt a villamos zajok kölcsönösen kioltják egymást, ezért zavarvédettebb. Ezért alkalmazhatók hosszabb távolságra. Az RS 423-as összeköttetése koaxiális kábellel történik, míg az RS 422-es megvalósítása sodrott érpár. Mindkét esetben differenciálerősítő fogadja a jeleket. Alkalmazásakor egy adó mellett több vevő is lehet a vonalon. Az összeköttetés jellege üzenetszórásos, melyet multidrop kialakításnak nevezünk. Az átvitel csak egyirányú. Amennyiben duplex megoldást akarunk megvalósítani, akkor négyvezetékes átvitelt kell alkalmazni ellentétes vevő-adó áramkörökkel. Az RS 422-es esetében az átviteli távolság 1200 m is lehet. 60 m-es távolságnál az adatátviteli sebesség 2 Mbit/s. d) RS 485 interfész (ipari célú felhasználás esetén) A folyamatirányítás alkalmazásakor természetes igény a kétirányú kommunikáció, valamint komplex rendszerek felügyelete ban hozták létre az RS 485-ös szabványt. Az információáramlás szintén vezetékpáron történik,

20 de a vonalpáron már több adó és több vevő is lehet. Egy vonalpáron a kommunikáció csak szimplex, de megoldható a négyvezetékes rendszerrel a teljes duplex összeköttetés is. Az interfészkábel 2 erű csavart érpárárnyékolással van ellátva. Félduplex üzemben 32 db adó/vevőt képes együttműködtetni multidrop hálózaton (sok üzenetszórásos hálózat). Annak érdekében, hogy csak egy adó kezdjen adni a vonalon, az adási jogot irányítania kell egy kitüntetett eszköznek, melyet masternek nevezünk. Ez címzéssel ad engedélyt az egyes adóknak az adásra. Tehát ez a folyamat egy hozzáférési elvet valósít meg lekérdezés formájában, melyet pollingolásnak nevezünk. Tehát, ez az interfész pollingolt, master/slave protokollal működik. Összefoglalva: az RS 485 interfészkábelen csak az az adó küldhet közleményt, amelyet a MASTER a Controll jelű ponton programmal megjelölt. Blokkvázlatát a ábra mutatja. 6. ábra. Az RS 485 interfész kapcsolati rendszere TXD-vezeték adóvezeték, RXD-vezeték vételvezeték, Controll vezeték kiválasztja, hogy melyik interfész szolgáltathat adást. A ábrán a folyamatirányító rendszer folyamatperifériáinak rendszerbe történő kapcsolását láthatjuk:

21 7. ábra. A folyamatirányító rendszer folyamatperifériáinak rendszere Ha számítógépünk kiépítése csak RS 232 csatlakozási felületet biztosít, akkor egy RS 485/RS 232 C átalakító segítségével az RS 485-ös kábel jelét PC-gépünkhöz csatlakoztathatjuk. Láthatjuk, hogy a mérés automatizálása során a mérés valamilyen meghatározott program szerint zajlik. Az adatok több forrásból származhatnak, különböző távolságokról érkezhetnek, de az adatok feldolgozása egy központi helyen történik. Az adatok továbbítása pedig egy megadott protokoll szerint kell, hogy történjen. Az RS 485 esetén az adatsebesség elérheti a 10 Mbit/s-ot. Az áthidalható távolság 1200 m. A buszra köthető készülékek száma 32. Persze ezek az adatok csak akkor igazak, ha a vezeték megfelelő keresztmetszetű, az adott érpár csillapítása nem nagyobb egy határértéknél stb. Természetesen a rendszer működőképes kisebb keresztmetszetű érpárnál is, csak kisebb lesz az áthidalható távolság, vagy az összeköthető készülékek száma lesz kisebb. e) PS/2 A számítógép egér vagy billentyűzet használata nélkül elképzelhetetlen. Jelenleg, egy mai egér átlagosan 3 gombbal rendelkezik. A PS/2 interfészt az IBM személyi számítógépeihez dolgozták ki. f) USB (Universal Serial Bus) Az USB, az Universal Serial Bus univerzális soros busz kezdetben a közepes sebességű perifériák csatlakoztatására szolgált, 12 Mbit/s adatátviteli sebességre volt képes. A legújabb szabvány szerint, melyet a Compaq, a HP, az Intel, a Microsoft, a Lucent, az NEC és a Philips Semiconductors fejlesztett

22 ki, már 480 Mbit/s-os adatátviteli sebességre is képes. Alkalmazásával a számítógéphez egyszerre és legfeljebb 127 különböző eszköz csatlakoztatható. Mivel az USB-kábel az adatokon kívül áramot is szállít a készülékhez, így sok esetben fölöslegessé válik a tápkábel. Az USB 1 bites bitsoros átvitelt tesz lehetővé multiplexereken keresztül. Korábban létezett az 1.1-es szabvány, jelenleg a 2.0-ás szabványra készített USB-portokat és csatlakozókat lehet kapni. Amennyiben minden eszköz USB-csatlakozóval rendelkezik, akkor a PC-ből csak egy kábel indul ki, mivel az USB-eszközök láncba fűzhetők. A szabvány létrehozásának célja az volt, hogy csökkentsék mind a hardvergyártók, mind a felhasználók költségeit. Meg kell jegyezni, hogy a biztonságos működés érdekében 5 m-nél hosszabb USB-kábeleket nem érdemes használni. A korszerűbb számítógépekben négy darab USB-port is lehet. Amennyiben több készüléket szándékozunk gépünkhöz csatolni, akkor az úgynevezett USB-hubok segítségével több eszközt is ráfűzhetünk. Az USB-hubok két fajtája létezik, az egyikhez tápegység szükséges, a másikhoz nem. A tápegység nélkülinél kevesebb készüléket fűzhetünk fel, mivel csak 0,5 A-es árammal működik. Csillag topológiájú hálózatokban a hubok végzik a jelek regenerálását, tehát újra erősítik a jeleket. Segítségükkel maximum 127 darab USB-eszköz csatlakoztatható. Gyakorlatilag azt mondhatjuk, hogy a jelenleg gyártott felhasználói eszközök USB-csatlakozóval készülnek, például kamerák, digitális fényképezőgépek stb. A tendencia azt mutatja, hogy a soros, illetve a párhuzamos port kezd háttérbe szorulni, hiszen a szkennerek és nyomtatók többségét a gyorsabb elérhetőség miatt USB-porttal látják el. Jelenleg még szükséges a portok közötti átalakítást biztosító konverterek használata, mivel a villamos mérőműszerek RS 232 porttal rendelkeznek, de az új számítógépeket általában csak USB-porttal látják el. Ellenőrző kérdések Milyen üzenetforrásokat ismer? Mi a mérőátalakító (jeladó)? Ismertesse az A/D átalakítás folyamatát! Rajzolja fel a számítógépes folyamatirányítás blokkvázlatát! Milyen portokat ismer?

23 3. lecke. Vezérlés, szabályozás, jeladók A lecke célja A jármű főegységek vezérlő és szabályozó elemeinek, jeladóinak megismerése. Követelmények A Hallgató legyen képes felsorolásból kiválasztani a vezérlés és a szabályozás jellemzőit, ábra alapján megnevezni a vezérlés és a szabályozás elemeit, felsorolásból kiválasztani a végrehajtó szerv bemeneti jeleit, felsorolásból kiválasztani a jeladók feladatát, felsorolásból kiválasztani, milyen célokból történik a jeladók jeleinek feldolgozása a járműben. Kulcsfogalmak vezérlés szabályozás szabályozó szerv jeladók Időszükséglet A tananyag elsajátításához körülbelül 40 percre lesz szüksége. Javaslat

24 Ismételje át korábbi tanulmányaiból a következőket: félvezető elemek jellemzői és gyártása, feszültségosztás fogalma, indukció jelensége. 3.1 Irányítás fogalma A vezérlést és a szabályozást együttesen irányításnak nevezzük. A két irányítási mód különböző (1. ábra). 1.ábra. Irányítás felosztása Tevékenység: fogalmazza meg, mit értünk vezérlésen és szabályozáson, jegyezze meg ezek jellemzőit! Tanulja meg lerajzolni a vezérlés és szabályozás blokkdiagramját! Vezérlés: Jellemzője, hogy nyílt hatásláncú folyamat (2. ábra). A vezérelt szakasz kimenetéről nincs visszacsatolás a bemenetre. Tehát a mért értékek alapján a vezérlő elvégez egy beavatkozást. A vezérelt szakaszba bemenő jel a beavatkozó jel, míg a vezérelt szakasz kimenő jele az úgynevezett feladatjel. Tehát a vezérlés ezt befolyásolja. A beavatkozó jelet számítógépes adatfeldolgozással határozzák meg.

25 2.ábra. Vezérlés blokkvázlata gépjárműben A vezérlés előnye a szabályozással szemben, hogy mindig stabil folyamat. Hátránya, hogy csak azon zavarójelek hatását küszöböli ki, melyek előre ismertek. Ha például elektronikusan vezéreljük a benzinbefecskendezést, akkor a beavatkozó szerv megváltoztatja a tüzelőanyag áramot. Így a beavatkozó jel a befecskendezett tüzelőanyag mennyisége, feladatjelnek pedig a levegő tüzelőanyag arány tekinthető. Mit tekinthetünk ebben az esetben itt zavarójelnek? Zavarójelek lehetnek például: motor fordulatszáma, levegő nyomása, levegő hőmérséklet, stb. Ha ezeket nem ismerjük, akkor a számítógépes információ értékelése nem az optimális megoldást adja. A folyamat blokkvázlatát a.3. ábra mutatja. Szabályozás: 3. ábra. Benzinbefecskendezés vezérlése. Jellemzője, hogy zárt hatásláncú folyamat, tehát egy visszacsatolás található benne. A szabályozott jelet mérik, és a vezetőjellel összehasonlítva annak megfelelően módosítják. Ezzel elérhető, hogy a zavaró jeleket ellentétben a vezérléssel, nem kell előre ismerni. Tehát a szabályozás minden zavaró jel hatását korrigálja. Blokkvázlata a 4. ábrán látható.

26 4. ábra. A szabályozás blokkvázlata Tevékenység: Jegyezze meg, mi a végrehajtó szerv feladata, és általában mi a bemeneti jele! A végrehajtó szerv bemeneti jele általában villamos feszültség vagy áram. A végrehajtó szerv illesztést valósít meg, azaz a végrehajtó jelet olyan jelhordozóra ülteti, amely alkalmas a beavatkozó szerv működtetéséhez. Például ha a végrehajtó jel villamos feszültség és a beavatkozó jel elmozdulás, akkor a végrehajtó szerv lehet egy húzó erőt kifejtő elektromágnes, vagy villamos motor. A beavatkozó szerv a folyamathoz illesztett olyan szerkezet, amely alkalmas a szabályozandó berendezés bemenetén lévő jellemző megváltoztatására. A végrehajtó szerv és a beavatkozó szerv egy egységet is alkothat. Összegezve: a szabályozás előnye, hogy nem kell ismerni előre a zavaró jeleket, hátránya viszont az, hogy helytelen szabályozási folyamat alatt instabil állapotba kerülhet a visszacsatolás miatt A jármű főegységek jeladói (autóelektronikai érzékelők áttekintése) Tevékenység: jegyezze meg, mi a jeladók feladata! A jeladók feladata (5. ábra) a működést jellemző analóg és diszkrét jelek biztosítása az irányítás számára. Az analóg jelek valamilyen fizikai mennyiség mérésével kapcsolatosak. A diszkrét jelek csak egy bizonyos értékeket

27 vehetnek fel, jellegzetes a van jel, nincs jel érték kombináció. Ez történhet 1 biten, de lehetséges megoldás a több összetartozó bit együttes alkalmazása, mellyel többállapotú jel reprezentálható. 5. ábra. A szenzor funkciója Tevékenység: jegyezze meg, milyen célokból történik a jeladók jeleinek feldolgozása! A jeladók jeleinek feldolgozása azt a célt szolgálja, hogy a motor és erőátviteli rendszerek optimális, maximális hatásfokú és egyúttal minimális környezetszennyezést biztosító munkapontban üzemeljenek. Ugyanakkor lehetővé teszik a nagyobb üzem- és utasbiztonságot. Igyekszenek biztosítani az utasok kényelmét és tájékoztatni a vezetőt. Milyen követelményeket támasztunk az érzékelőkkel (jeladókkal) szemben? pontosság, stabilitás és megbízhatóság az autó élettartama alatt, stabilitás az üzemi hőmérséklet tartományban, korrózióállóság, ütés és rezgésállóság, gyorsulással szembeni érzéketlenség, vibráció elviselése ( Hz), elektronikája biztosítsa a túlfeszültség, rövidzár, polaritások felcserélése elleni védelmet. Intelligens szenzornak (6. ábra) vagy integrált szenzornak szokták nevezni a speciális elektronikával ellátott a pontosság követelményeit jobban teljesítő érzékelőket. Ugyanakkor ezzel a megoldással multiszenzor struktúra is kialakítható, mellyel a komplex információkat tömöríteni lehet. A ábrán látható PROM-ban tárolt korrekciós információk révén történő javítással az intelligens szenzorok képesek a mérési értékeket gyakorlatilag hibamentesre átszámítani.

28 6. ábra. Intelligens szenzor korrigáló modulja A gépjárműtechnikában a szenzorok és az úgynevezett aktorok (működtetők) perifériaként funkcionálnak. A szenzorjelek szabványosított formában jutnak a feldolgozóegység bemenetére (pl. ECM, azaz Electronic Control Module /Autók Motorvezérlő Computere/). Tevékenység: Sorolja fel, milyen fizikai jellemzők használhatók fel a szenzorok alkalmazásában! Milyen fizikai jellemzők használhatók fel a szenzorok alkalmazásában? Ellenállás változása (rezisztív hatás) fémes és félvezető anyagok hőmérsékletfüggése, pl. NTC levegő és motorhőmérséklet méréseknél, ellenállások hossz és szög arányossága, pl. gázpedál, fojtószelep, tartály szintjelzés, foto-ellenállások (fényfüggés), pl. esőérzékelő, automatikus menetfény bekapcsolás, magnetorezisztív anyagok mágneses tér függése, pl. fordulatszám mérése. Indukció következményei (induktív hatás) elmozdulás mágneses térben, pl. motor-, kerék-, vezérműtengely fordulatszám, induktivitás változása vasmag mozgatásával, pl. szívócső nyomásérzékelő, transzformátoros csatolás változtatása pl. gázpedál helyzetérzékelő. Kapacitív hatás kapacitás fegyverzeteinek távolság vagy felület változtatása, pl. légzsák, nyomásszenzor, perdületszenzor, dielektromos állandó változása, pl. nedvesség-szenzorok, olajminőség, tartályszintjelzés, Villamos feszültséget létrehozó hatás

29 Hall-effektus, pl. gázpedál, gyorsulás (ABS-nél), adagolt cirkónium-oxid kerámia, pl. lambda szondák, termoelem, pl. IR-szenzor. Villamos töltést létrehozó hatás piezoelektromos hatás, pl. légzsák-szenzor, kopogás-szenzor, fotoelektromos töltés keletkezése, pl. képszenzor. Fotoelektromos hatás fotocella, fotodióda, fototranzisztor, pl. automatikus fényszóró bekapcsolás, automatikus fénytompítás, esőérzékelő. Termikus hatás áramlási sebességtől függően villamos ellenállás lehűlése, pl. sűrűség, összetétel változásának mérése, légtömeg mérése. Hullámterjedési hatások fényhullámok visszaverődése - szóródása, pl. esőérzékelő, hanghullámok terjedési ideje, pl. parkolásnál. Hogyan osztályozhatjuk a szenzorokat? Tevékenység: Jegyezze meg, hogy az egyes csoportokba milyen szenzorok tartoznak! A szenzorokat a gépjárműtechnikában több eltérő szempont szerint osztályozhatjuk. a) Alkalmazás szerinti csoportosítás Funkcionális szenzorok. Vezérlési és szabályozási feladatokhoz rendelhetők (pl. hőmérséklet, nyomás, fordulatszám, stb.) Védelmi szenzorok. Biztonsághoz rendelhető szenzorok (pl. légzsák, ABS, ESP) Információs szenzorok. Járműfelügyeleti szenzorok (pl. fékpofa kopás) b) Kimeneti jelek szerinti csoportosítás Analóg (vonatkozhat feszültségre, áramra, frekvenciára, impulzusra, stb.) Diszkrét (kétállapotú binárisan kódolt, többállapotú binárisan kódolt) c) Jelleggörbe típusa szerint Lineáris kapcsolat (7. ábra) a kimeneti jel és a bemeneti jel között a méréstartományban.