Разработка системы телемеханики

Ведомый распределитель запускается в начале цикла и останавливается

в конце. В следующем цикле он вновь запускается СС и так каждый

цикл. Синхронизация распределителей в каждом цикле делает надёжной

их работу и является основным преимуществом циклической

синхронизации. Однако в этом случае стабильность частоты

генераторов должна быть такой, чтобы рассогласование их частот не

привело к несовпадению импульсов в пределах одного цикла.

Вероятность рассогласования возрастает с увеличением числа

элементов распределителя. Во избежании рассогласования частот

генераторов в цикле целесообразно использовать дополнительное

синфазирование по импульсам.

На рис.6.3 представлена функциональная схема формирования

импульсов, а на рис.6.4 временные диаграммы её работы, схема

работает следующим образом. По сигналу Пуск триггера 2 и 5

устанавливаются в 1. Триггер 5 формирует передний фронт СИ, а

триггер 2 разрешает прохождение тактовых импульсов с задающего

генератора 1.через схему 3 на делитель частоты 4 с коэффициентом

деления «К».

С появлением первого импульса от делителя триггер 5

устанавливается в нулевое состояние в результате чего формируется

СИ. Тактовые импульсы ТИ предназначенные для управления работой

распределителя импульсов поступают с частотой f/К на выход через

схему 6. Цикл формирования СИ и ТИ завершается при поступлении

сигнала «Сброс» на вход R триггера 2.

В приёмном устройстве блок синхронизации состоит из

анализатора длительности импульсов и формирователя тактовых

импульсов. Анализатор выделяет синхроимпульсы и запускает

формирователь тактовых импульсов (ТИ) обеспечивающий синхронную

работу приёмного и передающего распределителей.

Функциональная схема анализатора длительности импульсов (АДИ)

и формирователя тактовых импульсов показана на рис.6.5, а временные

диаграммы её работы на рис.6.6.

Схема работает следующим образом. Импульсы поступают на вход

одновибратора 1 и запускают его своим передним фронтом.

Одновибратор вырабатывает импульсы, длительность которых

соответствует длительности синхроимпульсов. Формирователи 2 и 3, в

качестве которых используются дифференцирующие цепи, выделяющие

задние фронты (срезы) всех поступающих на их входы импульсов.

Очевидно, что на входе схемы 4 получается сигнал только в случае

поступления СИ на вход АДИ. Выделенный сигнал устанавливает триггер

5 в единицу, которая разрешает прохождение импульсов от задающего

генератора 6 через схему 7 на вход делителя частоты 8.

Выходные ТИ управляют работой распределителя импульсов. На

последнем такте работы триггер 5 сбрасывается в 0.

Аналого-цифровой преобразователь (см. рис.6.7).

Согласно заданию для системы должен быть разработан

преобразователь перемещения в код Грея. Число разрядов

преобразователя при погрешности преобразования 1% определено в

разделе и составляет 7 разрядов двоичного кода. Количество разрядов

двоичного кода и кода Грея совпадают, следовательно преобразователь

7-ми разрядный. Разрабатываем фотоэлектрический преобразователь

перемещений в код Грея построенный по методу считывания.

Функциональная схема такого преобразователя приведена на рис.6.7.

В фотоэлектрических преобразователях в качестве задающего элемента

используется оптическое стекло, на которое нанесена кодовая маска в

виде сочетаний прозрачных и не прозрачных участков. В качестве

чувствительных элементов применяются фотоэлементы.

Свет от источников проходит через оптическое устройство,

формирующее луч считывания и кодовый диск и попадает на

фотоэлементы. Если между источником света и фотоэлементом находится

прозрачный участок диска, то фотоэлемент будет находится в

проводящем состоянии, что соответствует наличию 1 в данном разряде

кода. Если между источником света и фотоэлементом находится

непрозрачная площадка, то последний не будет проводить и это

состояние будет соответствовать 0. Далее через усилитель сигналов

код пересылается для записи в запоминающее устройство.

Применение в данном типе преобразователя кода Грея

определяется следующими соображениями. При применении обычного

двоичного кода из-за технологических погрешностей (перенос

задающего элемента, неточность нанесения маски) могут возникать

большие погрешности из-за возможного неодновременного изменения

цифр в отдельных разрядах двоичного числа во время перехода от

одного числа к другому. Причем ошибка может быть как минимальной,

если она возникает в младшем разряде, так и максимальной, если она

возникает в старшем разряде кода.

Для устранения этого недостатка и применяется код Грея, т.к. в

этом коде при переходе от одного числа к другому комбинация

изменяется только в одном разряде, а не в нескольких, как в

двоичном коде. Причем кодовая маска составлена так, что изменение

(в старшем или младшем – безразлично) может дать погрешность только

на единицу, т.е. в весе младшего разряда.

Цифро-аналоговый преобразователь.

ЦАП второго ТИ строится по методу суммирования токов с

весовыми значениями резисторов (см. рис.6.8). ЦАП состоит из

последовательно-параллельного регистра, преобразующего

последовательный код в параллельный, источников тока I1 – In,

ключей коммутации К1 – Кn, декодирующей сетки, выходного

усилителя. При поступлении последовательного кода, он преобразуется

в параллельный, который поступая на управление ключами коммутации

заменяет соответствующие из них. На входе выходного усилителя

формируется напряжение в соответствие с поступившем кодом.

Декодирующая сетка с весовыми резисторами для преобразования кода в

напряжение по методу суммирования токов состоит из последовательно

соединённых резисторов, сопротивления которых пропорциональны весам

двоичных разрядов. Все источники тока дают одинаковое значение тока

и имеют бесконечно большое внутреннее сопротивление. на выходе

сетки представляет собой суммарное падение напряжения на цепочке

резисторов. Если замкнуть только ключ Кn, то ток источника In

протекает по всем сопротивлениям схемы и

Uвых = IR?2 n-1.

Если все ключи замкнуты, то на выходе возникает максимальное

значение напряжения:

Uвых = IR? (2 n-1 + 2 n-2 + … + 21 + 20).

Это значит, что выходное напряжение является функцией

преобразуемой кодовой комбинации при условии, что сопротивление и

источники тока идеальные.

Цифровая индикация.

Для отображения цифровой информации полученной с выхода АЦП в

системе используется устройство цифровой индикации с формированием

цифр в процессе считывания. В нашем случае применяем индикаторы на

светодиодных матрицах, в которых формирование цифры происходит из

семи полосок, так называемые семисигментные индикаторы. Такие

индикаторы требуют специальное устройство для их управления,

которое называется дешифратором двоичного кода в код управления

семисигментным индикатором. Одна декада такого семисигментного

индикатора с дешифратором изображена на рисунке 6.9. В качестве

индикатора используется семисигментный индикатор АЛС 321, а в

качестве дешифратора интегральная микросхема 514 ИД 2. Например,

при поступлении на вход дешифратора кода соответствующего четырем,

т.е. 0100, открываются ключи выходам дешифратора 514 ИД 2 и

начинают светиться сегменты 2,3,6,7, образуя цифру 4.

Преобразователь двоичного кода в инверсный.

В качестве кода адреса КП используется инверсный код.

Инверсный код по сравнению с двоичным кодом имеет удвоенное число

символов, причем вторая половина группы символов совпадает с

первой, если число 1 в исходной группе чётное и добавляемые разряды

инвертируются, если число 1 в исходной группе нечётное. Схема,

выполняющая данную функцию приведена на рис.6.10.

Работает схема следующим образом. Исходная комбинация

поступает на вход устройства анализа чётности 1, на входы

инверторов 2-4 и первый канал коммутатора 5. Выходы инверторов

подключены ко второму каналу коммутатора. При наличии в исходной

комбинации чётного числа 1, на выходе анализатора чётности

формируется логический 0, и данные с канала 1 коммутатора в прямом

коде выдаются на выход коммутатора. Если число 1 – нечётно, на

выходе схемы 1 формируется 1 и с канала 2 коммутатора код в

инверсном виде выдаётся на выход коммутатора.

Приём инверсного кода осуществляется в 2 этапа. На первом

этапе определяется число 1 в первой основной группе символов. Если

число 1 – чётное, то вторая группа принимается без изменений, если

нечётное, то символы второй группы инвертируются. После этого они

поэлементно сравниваются и при наличии хотя бы одного несовпадения,

комбинация бракуется.

Схема приёмной части инверсного кода приведена на рис.6.11.

Работает она следующим образом. Первая исходная группа принимается

устройством анализа чётности 1, вторая в исходном состоянии

поступает на вход первого канала коммутатора 5 и в инверсном коде

на вход второго канала коммутатора 5. Если число 1– чётно, то на

выходе схемы 1 формируется 0 и информация второй группы в прямом

коде поступает через коммутатор 5 на входы полусумматоров 6-8, где

поразрядно сравниваются при совпадении на выходе элемента 9

формируется уровень 0, что свидетельствует об отсутствии ошибок.

Если сравнение не происходит, то на выходе элемента 9 формируется 1

и кодовая комбинация бракуется. Если число 1 в исходной комбинации

нечётно, то на выход коммутатора передаётся инверсный код второй

группы и далее всё протекает аналогично.

Преобразование двоичного кода в код Хемминга.

В коде режима КП используется код с исправлением одной ошибки.

Код режима КП имеет три двоичных разряда и соответствующие им 6

разрядов кода Хемминга.

Код Хемминга имеет вид:

К1 К2 d3 К3 d2 d1

d1 – d3 – код данных (d3 – старший разряд);

К1 - К3 – контрольные символы.

Определение состава контрольных символов, т.е. определение

того какой контрольный символ должен стоять на контрольной позиции

(0 или 1) производится по коэффициентам при помощи проверки на

чётность следующим образом. В таблице 6.1 записаны все кодовые

комбинации, исключая нулевую, для трёхразрядного двоичного кода и

рядом справа, сверху вниз поставлены символы комбинации кода

Хемминга.

Таблица 6.1.

|3 (d3) | | |Символы |

| |2 (d2) |1 (d1) |кода |

|0 |0 |1 |К1 |

|0 |1 |0 |К2 |

|0 |1 |1 |d3 |

|1 |0 |0 |К3 |

|1 |0 |1 |d2 |

|1 |1 |0 |d1 |

По таблице 6.1 составляется таблица 6.2 , в которой выписаны

символы в трёх строках в следующей последовательности:

Таблица 6.2.

|К1 |+ d3 |+ d2 | - |

|К2 |+ d3 | - |+ d1 |

|К3 | - |+ d2 |+ d1 |

В первую строку таблицы 6.2 записываются символы, против

которых проставлены символы «1» в младшем разряде комбинации

двоичного кода таблицы 6.1, во вторую строку проверочных

коэффициентов записываются символы, против которых стоит 1 во

втором разряде таблицы 6.1, третью строку таблицы 6.2 записываются

символы, против которых стоит 1 в третьем разряде таблицы 6.1.

Число проверок означает число строк в проверочной таблицы

6.2,которое равно числу контрольных символов К.

Нахождение состава контрольных символов при помощи проверок

производится следующим образом. Суммируются информационные символы,

входящие в каждую строку таблицы 6.2. Если сумма 1 в данной строке

чётная, то значение символа К=0, если нечётное, то К=1. При помощи

первой строки таблицы 6.2 определяется К1, второй – К2 и третьей –

К3.

Схема преобразователя двоичного кода в код Хемминга приведена

на рис.6.12.

Декодирование кода Хемминга производится методом проверки

комбинации на чётность по коэффициентам таблицы 6.2 (см. рис.6.13).

Если комбинация принята без искажений, то сумма 1 по модулю 2 даёт

0. По результатам суммирования каждой из проверок составляется

двоичное число, которое указывает на место искажения.

Например, первая и вторая проверки показали наличие искажения,

а третья дала 0. Получаем число 011=3, это означает, что в третьем

символе кодовой комбинации, включающей и контрольные символы (счёт

слева направо) возникли искажения, поэтому этот символ необходимо

исправить на обратный. После этого контрольные символы, стоящие на

заранее известных местах отбрасываются.

Декодер кода Хемминга в исходный код приведён на рис.6.13.

Функциональная схема.

Функциональная схема работает следующим образом. На пульте

управления ключами выбора КП выбирается контролируемый пункт, с

которым необходимо работать. Ключами выбора объекта выбирается

соответствующий объект управления, ключами режима – режим работы.

После набора операции код выбора КП преобразуется из потенциального

в двоичный код на преобразователе кода 4, а на элементах 9 –12, 18

преобразуется из двоичного кода в инверсный. Код с ключей выбора

объекта управления на преобразователе 5 преобразуется в двоичный

код, а на эле 13 – 15 (полусумматорах) в код Хемминга. Код режима

на элементах 1 – 3 преобразуется в код Хемминга. Преобразованные

коды поступают в блок режимов работы 21 и далее под действием

сигналов с распределителя импульсов РИ 19 записываются в

параллельно-последовательный регистр 23 и под действием сигналов с

РИ последовательным кодом выдаются в линейный усилитель ЛУ 24 и

далее в линию связи с КП. Генератор тактовых импульсов ГТИ 16

служит для формирования тактовых импульсов управления РИ.

Код из линии связи поступает в первый КП, проходит через

линейный усилитель ЛУ1 25 и далее распределяется по узлам КП.

Синхроимпульсы с выхода ЛУ1 поступают в генератор тактовых

импульсов ГТИ 38, где с помощью специальной схемы происходит

подстройка его частоты к частоте ГТИ ПУ.

Остальной код поступает в последовательно-параллельный регистр

27, где под действием сигналов с распределителя импульсов 46

преобразуется в параллельный код.

Общий адрес с регистра 27 поступает в преобразователь

инверсного кода в двоичный, выполненный на элементах 31 – 34, 42,

47 – 50. При условии отсутствия ошибки в слове с выхода элемента 50

в блок режимов работы 51 выдается сигнал об отсутствии ошибки в

коде и БРР производит анализ общего адреса поступившего из регистра

27 в БРР. При условии совпадения адреса КП с принятым адресом БРР

продолжает дальней- шую обработку кода. При обнаружении ошибки в

инверсном коде элемент 50 выдает об этом сигнал в БРР и обработка

общего адреса не происходит.

Если информация предназначена данному КП, то БРР выбирает

соответствующий объект управления и производит над ним заданную

операцию. Происходит это следующим образом. Код адреса объекта

управления с выхода регистра 27 поступает на вход декодера кода

Хемминга на элементах 35 – 37, 43 – 45, где производится его

анализ, данные анализа с выходов элементов 43 – 45 вместе с

двоичным кодом с выхода регистра 27 поступают в БРР, где при

отсутствии ошибки в коде происходит его дальнейшая обработка. При

наличии ошибки происходит её исправление и только затем код

обрабатывается. Тоже самое происходит и с кодом режима работы (ТУ,

ТС, ТИ) который в виде кода Хемминга поступает на декодер на

элементах 28 – 30, 39 – 41.

Предположим, что передана команда на включение третьего объекта ТУ, в этом

случае после анализа кода БРР выдает соответствующий адрес и команду

«включить» на вход коммутатора 53, который передает данную команду на выход

D3 и далее в ТУ3, который включается и выдает сигнал об изменении

состояния «выключено» на состояние «включено». Данный сигнал через элемент

56 поступает на вход D1 коммутатора 55 и под управлением сигналов адреса с

БРР выдается на входы D параллельно-последовательного регистра 54. Под

действием сигналов с РИ данная информация последовательным кодом передается

в преобразователь двоичного в циклический код 52 и далее в ЛУ1. Линейный

усилитель выдает код в линию связи с ПУ. Код поступивший в ПУ через ЛУ 24

поступает в БРР 21 и далее на преобразователь циклического кода в двоичный,

с выхода которого код поступает на вход D1 последовательно-параллельного

регистра 20. Под управлением сигналов в выхода БРР в регистре происходит

преобразование последовательного кода в параллельный и выдача его на входы

D коммутатора 17. Под действием сигналов адреса с выхода БРР данный код

выдается на выход D1 коммутатора 17 и далее в схему управления “светлым

щитом” 6. Оттуда сигнал выдается на лампы сигнализации. При этом лампа

свидетельствующая о выключенном состоянии третьего объекта телеуправления

гаснет, а лампа «вкл.» соответствующая третьему объекту начинает мигать до

тех пор, пока ключ квитирования третьего объекта не будет установлен в

соответствующее состояние и не будет нажата кнопка «квитирование». После

этого лампа включения третьего объекта будет гореть ровным светом. При

передаче на КП сигналов о вызове состояния объектов телесигнализации

передачи состояния объекта происходит аналогично. Если поступил запрос на

телеинформацию с первого или второго объекта ТИ, работа системы происходит

аналогично. При запросе аналоговой информации с ТИ она предварительно

преобразуется в код Хемминга в АЦП 58 построенному по методу считывания.

Далее она пересылается в ПУ, где с выхода коммутатора 17 поступает на ЦАП

18 построенный по методу суммирования токов и далее поступает на аналоговый

указатель.

Дискретная информация, поступающая из ТИ 2 в ПУ с выхода D2

коммутатора 17, поступает в блок управления цифровой информацией 7,

где происходит преобразование двоичного кода в код управления

цифровыми семисегментными индикаторами.

Так как схема построения системы передачи информации цепочная,

т.е. от ПУ к КП1 отКП1 к КП2 и т.д. и обратно, то в КП1 введён

второй линейный усилитель ЛУ2 26, который передает информацию в КП2

и принимает её из КП2 и через ЛУ1 выдаёт на ПУ.

Страницы: 1, 2