Устройство для передачи информации, например,о загрязнении окружающей среды

Устройство для передачи информации, например,о загрязнении окружающей среды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИИ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТНеЬСТВУ (63) Дополните.аьное. к авт. свил-ау

{22) ЗаЯвлено05.0476 (21) 2344850/18-24 с присоединением заявки №(23) Приоритет(43) Опубликовано05О6.78.Бюллетень № 21 (45) Дата опубликовании описания 2с.05.18, () 61oi.49

Своз Советских

Соцмалмстмческмх

Республик

2 (ЬЦ М. Кл.

Я 08 С 18/12

Гвсудерстееинвй «емитет

Веветв )йнннетрее СССР ее делам нзебретений в ет«рмтнй (53) УДК 621.398. (088.8) (72) Авторы изобретения

Е. Б. Грейз, Р. И. Мехович и А. Г. Рошни

Центральное конструкторское бюро гицромет еорологического приборостроении (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ, НАПРИМЕР, 0 ЗАГРЯЗНЕНИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Изобретение относится к области измерительной техники, применяемой в метеорологии..

Известно устройство для передачи информации, предназначенное для измерения метео-. параметров и состоящее из датчиков, аппаратуры для измерения мгновенного значения ве- 5 личин и усредненных значений, регистрирующего устройства, тактового генератора, хронометрического устройства и селектора (1).

Однако функциональные возможности этого устройства ограничены. Например, при перестройке станции для измерения параметров окружающей среды с разными периодами осреднения необходимо значительно увеличивать объем аппаратуры из-за необходимости управлять (в частности, открывать входы) счетчиками аппаратуры для измерения усредненных 1б значений.

Кроме того, в этом устройстве информацию можно получать лишь через жестко заданные интервалы времени; которые не могут быть меньше любого интервала осреднения.

Известно устройство для передачи информации о состоянии окружающей среды, содержащее метеорологические датчики, управляющий блок, запоминающий блок, измерительный блок и различные вспомогательные блоки 12).

Прн этом значительный объем аппаратуры делает нецелесообразным применение такого устройства для измерения небольшого числа параметров, а разнотипность каналов измерения не позволяет упростить отдельные узлы устройства при измерениях небольшого числа параметров окружающей среды (например, сложное устройство управления). Это сужает функциональные возможности устройства.

Оперативность выдаваемой станцией информации неудовлетворительна, так как обновление информации происходит через фиксированные интервалы времени 5,10, 30 м, 1 ч или

3 ч (минимально — через 5 м).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для передачи информации, содержащее блок связи, выход которого соединен с первым входом блока вызова, блок тревожной сигнализации, выход которого подключен к первому входу блока связи, блок управления, блок идентификации, элемент ИЛИ и в каждом информационном канале — датчик, . выход которого подключен К0 входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП), сдвигающий регистр, элементы И и ИЛИ 13).

Недостатком прототипа является то, что измеряемая информация, представленная в ви610149.де дискретных отсчетов «мгновенш х» значений измеряемых параметров окружающей среды, не фильтруется, а только накапливается в течение определенного интервала времени, В подавляющем же большинстве случаев требуются фильтрованные значения параметров окружающей среды, так как такая информация точнее отражает состояние объекта. В частности при использовании неотфильтрованной информации для цепей тревожной сигнализации возможно появление ложных сигналов тревоги, обусловленных измерением параметра в некор.ректных условиях. Например, при резком повышении концентрации пыли вблизи датчика на незначительное время, вызванном движением автомобиля, появляются сигналы тревоги. (Правильно выбранный цифровой фильтр производит сглаживание н сигналы тревоги появят. ся лишь в действительно соответствующей нм ситуации).

Передача на центральный пункт измеряемых значений с последующей, фильтрацией данных в центре значительно перегружает канал связи и является существенным недостатком при работе системы нэ нескольких станций и центра с одним каналом связи, т. е. требуется специально выделенный канал связи, что 5 сужает диапазон функциональных возможностей.

Кроме того, увеличение йнтервала накопления t (например, с целью повышения помехоустойчивости устройств тревожной сигнализации) снижает оперативность получения информации. Например, при t„= 30 м в течение каждого такого интервала можно получить лишь информацик, накопленную за предыдущие 30 м.

Получение фильтрованных значений параметров окружающей среды (с возможностью изменения как периода фильтрации Т», так и частоты регистрации фильтрованных значений) имеет большое значение и для научных исследований.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства, расширение его функциональных возможностей и повышение оперативности получения информации.

Зта цель достигается тем, что в предложенное устройство введены формирователь частот и в каждый информационный канал — инвертор и цифровой фильтр, вход которого подключен к выходу АЦП, выход — к первому входу первого элемента И, ко.второму входу которого подключен выход инвертора. Выходы первого и второго элементов И соединены через первы";нт ИЛИ с информационным входом сдвигаюшего регистра, тактовый вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ. Выход сдвигающего регистра соединен с первым входом второго элемента И и соответствующим входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу блока тревожной сигнализации и ко второму входу блока связи. Первый выход формирователя частот подключен ко второму входу блока вызова, второй выход — к первому входу блока управления, третий выход — к первому входу второго элемента ИЛИ каждого информационного канала, второй вход которого подключен к соответствуюгцему выходу блока управления.

5 Другие выходы блока управления соединены со входом инвертора, вторым входом второго элемента И соответствующего информационного канала и со входами блока идентификации, выход которого подключен ко второму входу блока тревожной сигнализации и к третьему входу блока связи. Выход блока вызова соединен со вторым входом блока управления.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства для передачи информации о состоянии окружающей среды; на фиг. 2 — цифро5 вой фильтр.

Устройство содержит датчики 1, 2, ALlll„ преобразователи 3, 4, цифровые фильтры 5, 6, инверторы 7, 8 элементы И 9 — 15, элементы

ИЛИ 16 — 20, формирователь частот 21, триггер 22, блок управления 23, с,двигающие ре- . гистры 24, 25, распределитель 26, счетчики 27, 28, шифратор пороговых значений 29, блок тревожной сигнализации 30, блок идентификации 31, блок вызова 32 и блок связи 33.

С выхода датчиков 1, 2 снимается электрический сигнал, величина которого соответствует величине измеряемого параметра окружающей среды.

Преобразователи 3, 4 преобразуют выходные сигналы соответствующих датчиков в час тоту (или число-импульсный код).

ЗО Цифровые фильтры 5, 6 (фиг. 2) служат для фильтрации частоты, соответствующей измеряемому параметру, за определенный период времени Тр. Частота, поступающая с выходов фильтров, пропорциональна значению измеряемого параметра, фильтрованного за период 7;,, Фильтр осуществляет выделение переменной составляющей сигнала с выхода преобразователя (девиация частоты) и деление этой переменной составляющей на коэффициент К. щ Фильтр содержит. шину 34 частоты 1„шину 35 частоты f„, реверсный счетчик 36, деш ифратор 37, три ггер 38, фор м и ров атель 39, элемент И 40 н делитель частоты 41.

Сигналы с выхода преобразователя поступают поочередно на шины 34 и 35 цифрового

4 фильтра: в течение 1с на шину 34, связанную с суммирующим входом счетчика 36 поступает частота f„s следующую секунду на шину 35 поступает частота f,, и т. д., причем информа.цию о величине измеряемого параметра несет девиация частоты, т. е.

hf = -f„— f, >O

Шина 35 связана с вычитающим входом счетчика 36 и с элементом И 40.

Сигнал на выходе дешифратора 37 появляется в том случае, если счетчик 36 обнулен . и есть импульсы частоты f„.

Зтим сигналом триггер 38 устанавливается в состояние «1», тем самым дается разрешение на один вход элемента И 40, В состояние «О» триггер 38 устанавливается импульсами частоN ты 1„поступающими по шине 34. При этом

610149 формирователь выдает сигнал на сброс в «О» счетчика 36

Фильтр начинает работу с поступления в течение 1 с. на шину 34 частоты f,. В счетчике 36 за это время записывается число А,.

Затем по шине 35 поступает в течение с. частота fx причем, как только число импульсов этой частоты станет равно Ао, счетчик 36 обнуляется, появляется сигнал на выходе дешифратора 37, триггер 38 устанавливается в

Формирователь частоты 21 предназначен для формирования «сетки» частот требуемых значений.

Триггер 22 служит для формирования интервалов считывания информации.

Блок управления 23 вырабатывает сигнал считывания информации для каждого канала измерения и сигнал окончания считывания, поступающии иа блок вызова 32.

Распределитель 26 входит в состав блока управления 23 и предназначен для формирования сигналов разрешения при считывании информации с регистров 24 и 25 и команд на блок идентификации 31.

Шифратор пороговых значений 29 входит в состав блока тревожной сигнализации 30.

На вход этого шифратора поступают сигналы с выхода блока идентификации 31. Выходы шифратора 29 связаны с установочными входами счетчика 28. При поступлении на вход шифратора 29 кода — идентификатора параметра с выхода блока идентификации 31 в счетчике 28 импульсно устанавливается параллельный обратный код порогового значения для

10!

5 данного параметра, сформированный на выходах шифратора 29.

Г1ри .поступлении на счетный вход счетчика 28, связанного с выходом элемента ИЛИ 20, числа импульсов, соответствующего пороговому значению, на выходе счетчика 28 появляется импульс переполнения. Этот импульс, являющийся сигналом тревожной сигнализации, поступает на блок связи 33.

Блок тревожной сигнализации 30 предназначен для сравнения полученной информации с пороговыми значениями и выработки ссютветствующих сигналов превышения этих порогов, Блок идентификации 31 предназначен для получения кода-идентификатора того параметра, считывание которого производится в дан-. ный момент.

Блок вызова 32 предназначен для формирования команды считывания информации при поступлении на его вход сигналов запроса.

Сигналы запроса могут поступать как из блока связи 33; так и с различных внешних устройств (на чертежах не показаны), например ьо с дополнительных регистраторов или информационных табло.

Блок связи 33 предназначен для установления связи и передачи информации на центральный пункт, а также для регистрации информации об измеренных значениях параметров и о превышении ими пороговых значений на долговременный носитель, например магнитную ленту. Причем регистратор может бьп: расположен как в месте установки самой станции контроля окружающей среды, так и на центральном пункте. В зависимости от предьявляемых требований станция может быть использована либо как пассивное звено. системы контроля окружающей среды (связь устанавливается только по вызову из центрального пункта), либо как активное звено (центр вызывают по сигналам блока тревожной сигнализации 30). Этими требованиями определяется выбор схемы блока связи 33.

Устройство работает следующим образом.

По команде «Начальная установка» (на чертеже UIHHbI команды не показаны) все триггеры и счетчики обнуляются. С выходов датчиков 1 и 2 поступает информация о соответствующих параметрах окружающей среды. Рас. смотрим прохождение этой информации по каналу одного датчика (например датчика I).

C выхода преобразователя 3 частота, соответствующая сигналу датчика 1, поступает на вход фильтра 5, с выхода которого на вход элемента И 11 поступает частота, величина которой определяется значением параметра окружающей среды и способом построения фильтра. Так как распределитель 26 обнулен, то на всех его выходах — запрещающие уровни, на выходе инвертора 7 — разрешающий уровень, и частота с выхода фильтра 5 проходит через элемент И 1! и элемент ИЛИ 16 на информационный вход регистра 24. На тактирующий вход этого регистра поступает частота иэ формирователя частоты 21 через элемент ИЛИ

1?. Тактирующая частота определяется по формуле (. в =—

Т где Т вЂ” период фильтрации, Z — число разрядов регистра.

Число разрядов регистра определяется максимальным значением параметра, полученным за период фильтрации, т. е.

Z = NȀ

При таком выборе числа разрядов регистра и тактирующей частоты в каждый разряд регистра эа время одного такта может поступить не более одного импульса с фильтра. Так как в регистре 24 осуществляется непрерывный сдвиг информации тактирующей частотой, то информация в регистре соответствует фильтрованному значению измеряемого параметра за интервал Т, предшествую610!49

/ щий данному моменту времени, т, е. осуществляется непрерывное приведение информации

М, = f(T„;t) к виду

N; = f»(t)

Аналогичное преобразование выполняется по каналу датчика 2, т; е. в регистре 25 записывается информация

N* = f» (t)

Считывание этой информации производится по сигналу из блока вызова 32, поступающему ip на триггер 22. По этому сигналу триггер 22 устанавливается а состояние «1», записывая тем самым «1» в первый разряд распределителя 26 и выдавая разрешающий сигнал на элемент И 9. На второй вход этого элемента поступает частота считывания с формирователя частоты 21, значение которой (сч >)Z fcyg

Эта частота поступает на суммирующий вход счетчика 27, емкость которого равна Z. Каждый импульс переполнения с выхода счетчи- д> ка. 27 поступает на вход распределителя 26, тем самым осуществляется переключение разрешающего сигнала иа следующий разряд распределителя 26, т. е. его сдвиг. Выходы распределителя 26 связаны с одними входами элементов И 14, 15, на вторые входы каждого нз которых подается частота считывания 1,„с формирователя частоты 21. Следовательно, на выходе каждого элемента И 14, !5 появляется последовательность импульсов 7.

Так как в начальный момент считывания разрешение поступает только с выхода первого разряда распределителя 26, то первая последовательность импульсов поступает через элемент И 14 на вход элемента ИЛИ 17 и далее на тактирующий вход регистра 24.

Разрешение с выхода первого разряда по- 3$ ступает также на один вход элемента И !О, на другой вход которого поступают сигналы с выхода регчстра 24, поступающие, таким образом, через элемент 1 ЛИ 16 на выход этого же регистра. Через ннвертор 7 на один вход элемента И 11 подается запрещающий сигнал на прохождение информации с выхода цифрового фильтра 5 íà вход регистра 24.

Итак, на тактирующий вход регистра 24, выход которого на момент считывания соединен со своим входом, подается число импуль- 4$ сов Z, равное числу разрядов регистра. Следовательно, по окончании последовательности импульсов на тактирующем входе регистра 24, число, записанное в каждом разряде регистра («О» пли «1») соответствует числу в этом же разряде регистра до начала считывания, т. е. осуществляется неразрушающее считывание ин. формации.

Последовательность импульсов с выхода регистра 24 поступает также на элемент ИЛИ 20,. и с его выхода — на блок тревожной сигнализации 30 и блок связи 33. На другие входы этих блоков поступает сигнал с выхода блока идентификации 31, код которого соответствует номеру (или другому признаку), присвоенному параметру, информация о котором считывается.

Появление этого кода на выходе блока идеити- 40 фикации обусловлено появлением сигнала разрешения на выходе первого разряда распределителя 26, связанного с одним из входов блока идентификации 3!.

После того как иа вход счетчика 27 поступит Z импульсов (от момента установки триггера 22 в состояние «!»), импульс переполнения на выходе счетчика 27 производит сдвиг распределителя 26, т. е. разрешение поступает с выхода второго разряда распределителя. Тем самым осуществляется неразрушающее считывание информации, запиСанной в регистре 25," аналогично считыванию информации с регистра 24.

Информация с выхода регистра 25 поступает на вход элемента ИЛИ 20 и далее на блок тревожной сигнализации 30 и блок связи 33.

На другие входы этих блоков поступает сигнал с выхода блока идентификации 31, соответствующий коду, принятому для номера второго параметра (на выходе блока идентификации 31 разрешение с выхода второго разряда распределителя.26).

Таким образом, командами с распределителя 26 осуществляется последовательное считывание информации, измеряемой в каждом канале станции. Время считывания информации с каждого сдвигающего регистра значительно меньше одного периода частоты, поступающей на тактирующий» вход регистра в режиме записи информации, так как считывание производится высокой частотой. Следовательно, хотя на время считывания информации с каждого сдвигающего регистра, подается запрещающий сигнал на прохождение информации с выхода соответствующего цифрового фильтра, эта информация не теряется, а записывается сразу же после окончания времени считываш»я информации с регистра. Синхронизация частот, поступающих на тактирующие входы регистров в режимах записи и считывания информации, производится в формирователе частот 21 и связанном с ним блоке вызова 32.

Этим запрещается прохождение тактирующей частоты на считывание в те моменты времени, когда это может вызвать потерю записываемой информации.

После того как считана информация с последнего сдвигающего регистра, сигнал переключения с выхода распределителя 2б поступает на вход триггера 22, устанавливает его в состояние «О> и считывание информации прек-, . ращается.

На блок тревожной сигнализации 30 поступает в интервал считывания число-импульсный код с выхода элемента ИЛИ 20. Этот числоимпульсный код соответствует значениям измеряемых параметров. Перед началом поступления число-импульсного кода каждого параметра с блока идентификации 31 поступает код самого параметра, определяемый схемой блока идентификации 31, т. е. требуемым макетом сообщения. Код-идентификатор с блока идентификации 31 поступает на шифратор пороговых значений 29 в блок тревожной сигнализаб!О!49

)О ции 30. На выходе шифратора 29 появляется параллельный обратный код порогового значения параметра, считывание которого начинается. Этот. обуатный код порогового значения импульсно устанавливается в счетчике 28.

После этого на счетный (суммирующий) вход счетчика 28 с выхода элемента ИЛИ 20 начинает поступать число-импульсный код измеренного значения параметра. Если число импульсов этого кода превысит пороговое значение, на выходе счетчика 28 формируется им- 1в пульс переполнения, который и является сигналом тревоги, поступающим с блока тревожной сигнализации 30 на блок связи ЗЗ. Так проводится контроль каждого измеряемого нараметра и, следовательно, всей информации при считывании. Такой контроль практически можно проводить как угодно часто.

Выход формирователя частот 21 соединен со входом блока вызова 32, и периодичность сигналов, поступающих по этому выходу, ойределяет периодичность считывания информа- 2О ции и, следовательно, ее контроля. При этом информацию нс обязательно передавать в центральный пункт или фиксировать иа долговременный носитель при каждом считывании. Достаточно того, что эта. информация поступает на блок связи 33, что позволяет ре- 2> шать широкий круг задач: фиксировать информацию на долговременный носитель в требуемые моменты времени, передавать в центр как вместе с сигналами тревожной сигнализации, так и без них, вызывать центральный пункт при поступлении сигналов тревоги с блока 30, начинать считывание по запросу из центра (для этого выход блока связи 33 связан со входом блока вызова 32) и т. д. Этими задачами и обусловлен выбор схемы блока связи.

При большом числе потребителей ннформа- 3s ции станции контроля окружающей среды в блоке вызова 32 должна быть использована схема приорйтета для работы при одновременном вызове от. различных потребителей информации.

На фиг. 1 показаны два канала измерения 4 (число каналов измерения может быть любым) .

Период фильтрации Т,. можно легко изменять, выбирая соответствующую тактирующую частоту на выходе формирователя частот 21.

Характер фильтрации определяется выбо- 4 ром цифрового фильтра соответствующего типа, Технико-экономический эффект изобретения заключается в расширении функциональных возможностей станции контроля окружающей среды и повышении оперативности при получении фильтрованных значений измеряемых параметров. Станцию контроля окружающей среды можно использовать как низовое звено сбора информации об окружающей среде и для ее контроля, прн этом на центральный пункт передается отфильтрованная информация, наиболее. точно отражающая состояние объекта и позволяющая делать более надежные прогнозы. Передача этой информации может осуществляться как по запросу из центра (нри этом важным фактором является высокая опс- ьо ративность, так как информация передается практически сразу после запроса), так н по инициативе самого низового звена в определенные моменты времени нли прн достижении пороговых значений параметрами окружающей среды. Возможность считывания информации многократно и в любой момент времени позво- ляет рационально использовать канал связи и регистрирующую аппаратуру, Предлагаемое устройство можно использовать в качестве автономного прибора для измерения небольшого числа параметров, при этом сравнительно просто изменить и структуру и объем станции.

Сравнительная простота изменения периода и способа фильтрации измеряемых значений параметров окружающей среды позволяет эффективно использовать станцию контроля окружающей среды и для научных исследований.

Формула изобретения

Устройство для передачи информации, например, о загрязнении окружающей среды, содержащее блок связи, выход которого соединен с первым входом блока вызова, блок тревожной сигнализации, первый выход которого подключен к первому входу блока связи, блок управления, блок идентификации, элемент

ИЛИ и в каждом информационном канале— датчик, выход которого подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, сдвигающий регистр, элементы И и ИЛИ, отличаюи1ееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены формирователь частот и в каждый информационный канал — инвертор и цифровой фильтр, вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, выход соединен с первым входом первого элемента И, ко второму входу которого подключен выход инвертора; выходы первого и второго элементов И соедииены через первый элемент ИЛИ с информационным входом сдвигающего регистра, тактовый вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ; выход сдвигающего регистра соединен с первым входом второго элемента И и соответствующим входом элемента ИЛИ, выход которото подключен к первому входу блока тревожной сигнализации и ко второму входу блока связи; первый выход формирователя частот подключен ко второму входу блока вызова, второй выход — к первому входу блока управления, третий выход — к первому входу второго элемента ИЛИ каждого информационного канала, второй вход которого подключен к соответствующему выходу блока управления; другие выходы блока управления соединены со входом ипвертора, вторым входом второго элемента И соответствующего информационного канала и со входами блока идентификации, выход которого. подключен ко второму входу блока трен< кной сигнализации н к третьему входу блока связи; выход блока вызова соединен со вторым входом блока управления.

610149

Фнз. 4

Составитель Н. Лысенко.

ТехредО. Луговая Корректор Н. Туиица

Тираж 763 Подписиое

Редактор Л. Утехина

Заказ 30!Щ40

ЦИНИПИ Государствеяного комитета Совета Министров СССР ао делам язобретеиий я открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Рзушская иаб. д. а/5

Филиал ППП «Патеят», г. Ужгород, ул. Проектная. 4

Источники информации, принятые во вннмаwe при экспертизе:

l. Патент Франции № 1;420.503, кл. G 01 К, 1967.

1с

2. Автоматическая станция КРАМС. Л., Гндрометеоиздат, 1974.

3, Заявка Франции %2.140.119, 608 в I1 00

1976.