Устройство для передачи информации о состоянии окружающей среды

 

0llИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

« у1 005 1 45 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 231181 (21) 3354688/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 15.0393. Бюллетень ¹ 10

f$q j+ g+ з

G 08 С 19/28

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (ЩУДК 621.398 (088.8) Дата опубликования описания 150383

° .

j .:." p-; I

Я

«

Куйбышевский ордена Трудового Красного Зна ени -"--:,:-",--:: авиационный институт им. акад. С.П. Королева-(72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

О СОСТОЯНИИ ОКРУЖАКИцЕЙ СРЕДЫ

Изобретение относится к телеметрии и .предназначено для передачи измерительной информации о состоянии окружающей среды, например о степени загрязнения окружающей среды, о гидрометообстановке и т.д.

Известны устройства для передачи . телеметрической информации, предназначенные для измерения совокупности различных параметров и состоящие из датчиков, коммутатора с синхронизато. ром,.аналого-цифрового преобразователя, блоков анализа сигналов и их приращений, блоков памятй, блоков прогнозирования и сравнения, блоков кодирования служебной информации (1).

Сокращение объема передаваемой информации в подобных устройствах достигается за счет исключения из кадра избыточных (повторяющихся ) ин формационных кодов, вернопредскаэанных сообщений, регулярных служебных кодов.

Недостатком таких устройств является неэффективность подобного сокращения при передаче информации о состоянии окружающей среды, так как на прогноз загрязнения существенное влияние оказывают метеопараметры. В частности, при скоростях ветра, близких к опасным туманам, уровень загрязнения имеет тенденцию к повышению. Неблагоприятные направления ветра, при5 земные температурные инверсии и прочее также способствуют повышению .. уровня загрязнения. Таким образом, определяющим фактором для достоверного прогнозирования значений концентраций загрязняющих примесей являются не только статические данные исследуемых ингредиентов, но и s значительной мере и атмосферные. метеопараметры: влажность воздуха, температура, скорость ветра и т.д.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для передачи телеметрической информации, содержащее датчики, выходы которых подключены к входам коммутатора, синхронизатор, выходы которого подключены к входам коммутатора, каналов, блока памяти полных кодов и соответственно через блок кодирования адресов и блок кодирования времени — к первому и второму выходам буферного блока памяти, выход коммутатора каналов через, блок кодирования подключен к блоку памяти полных кодов и к анализатору сигналов, выход блока памяти полных кодов сое1005145 цифровые коды приращений (изменений) метеопараметров ьй+1, ... ьп — по числу измеряемых метеопараметров, т.е. коды приращения температуры аТ, скорости ветра Ь0 и т.п., далее, с помощью констант, заранее сформированных на шинах 12 + - 12„ в Формидинен с анализатором сигналов, выход анализатора сигналов подключен соответственно к первому входу и через блок памяти, кодов приращения — к второму .входу блока сравнения кодов приращения, выход блока памяти полных 5 кодов подключен к первому входу элемента И, выход блока сравнения кодов приращения подключен к второму входу элемента И и третьему входу буферного блока памяти, выход элемента И 10 соединен с четвертым входом буферного блока памяти,. один выход синхронизатора соединен с соответствующим входом блока памяти кодов приращения (2) . 15

Недостатком известного устройства является большой, применительно к системам контроля и наблюдения за окружающей средой, объем передаваемой информации, поскольку сокращение передаваемой информации о загрязнении окружающей среды за счет предсказания измеряемых значений без учета корреляционных .связей с метеопараметрами не является эффективным. 25

Целью изобретения является повышение информативности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для передачи информации о состоянии окружающей среды, содержащее датчики загрязняющих ингредиентов и датчики метеойараметров, выходь которых соединены соответственно с первыми и вторыми информационными входами коммутатора, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с входом блока оперативной памяти и первым входом блока сравнения, выход блока сравнения соединен с первым входом блока буферной памяти, синхронизатор, вы- 40 ход которого соединен с синхрониэирующим входом коммутатора и входом блока кодирования адреса и времени, выход которого соединен с вторым входом блока буферной памяти, выход которого соединен с выходом устройства, введены блок анализа метеоусловий, формирователь сигнала коррекции н блок умножения, выход которого сОединен с вторым, входом блока срав50 нения, выходы датчиков,метеопараметров соединены .с первыми информацион.ными входами формирователя сигнала коррекции и информационными входами блока анализа метеоусловий, выходы которого соединены с вторыми информационными входами формирователя сигнала коррекции, установочные входы которого подключены к шинам конс- тант, синхронизирующие входы блока анализа метеоусловий и формирователя 60 сигнала коррекции подключены к выходу синхронизатора, выход формирова теля сигнала коррекции соединен с

: первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выхоДом . 65 блока оперативйой памяти. Кроме того, блок анализа метеоусловий выполнен на аналого-цифровом преобразователе, элементах памяти и элементах сравне.— ния, выходы аналого-цифрового преобразователя соединены непосредственно с первыми входами и через соответствующие элементы памяти — с вторыми входами соответствующих элементов сравнения-, выходы которых соединены с выходами блока анализа метеоусловий, информационные и синхронизирующие входы аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с информационными и синхронизирующим входами блока анализа .метеоусловий.

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — функциональная схема блока анализа метеоусловий и формирователя

3поправочных коэффициентов.

Устройство содержит (фиг. 1) дат-. чики 1 ... l загрязняющих ингредиентов и датчики 1ц .1- 1П метеопараметров, коммутатор 2, блок,3 анали-. за метеоусловий, формирователь 4 сигнала коррекции, блок 5 умножения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) б, блок 7 оперативной памяти, блок 8 сравнения сигйалов, блок 9 буферной памяти, блок 10 кодирования адреса и времени, синхронизатор

ll, шины 120, 12 4+1 — 12>, 1 ЬМ 123 констант, В состав блока 3 анализа метеоусловий и формирователя 4 поправочных коэффициентов (фиг. 2) соответствен- но входят аналого-цифровой преобразователь 13, элемент 14 и элемент

15 сравнения (по каждому метеопара метру) и блок 16 сравнения, триггер

17 переключения, элементы ЙЛИ 18, элементы 19 и 20 задержки, генератор

21 импульсов переменной частоты и элемент И 22.

Устройство работает следующим образом, Управляющий сигнал синхронизато-. ра 11 (фиг. 13 запускает коммутатор

2, подключая сигнал с выхода датчиков 1> — ln к аналого-цифровому преобразователю б. С выхода аналогоцифрового преобразователя б дискретные сигналы поступают на блок ? оперативной памяти и блок 8 сравнения сигналов.

Иетеопараметры, измеренные датчиками 14+1... 1П, помимо Описаииого пути, анализируются в блоке 3 анализа метеоусловий, где формируются

1005145

С выхода блока 5 умножения прогнозируемое значение, отображающее величину сигнала данного канала, поступает на блок 8. сравнения, где срав. нивается с истинным значением сигнала этого же канала. В случае совпадения этих сигналов, т.е. если прогноз оправдался, блок 8 сравнения никакого сигнала не формирует. При этом сиг-. налы метеопараметров, также присут-. ствующие в общей последовательности, нийакому срав не нию не подвергаются и беспрепятственно проходят с АЦП 6 через блок 8 на вход блока 9. Это рователе 4 определяется степень отклонения метеопараметров и их изменений от опасных значений.

Для этого сигналы с датчиков 1 )+ -1, метеопараметров поступают на информационные входы формирователя 4 и 5 сравниваются там с уставками, заданными на шинах 12- Ч+ ... 12д„в виде некоторого уровня или диапазона опасных значений. Одновременно значения приращений метеопараметров, 10 поступающих с выхода блока 3 анализа метеоусловий на информационные входы формирователя 4, сравниваются с уставками, заданными на шинах

12 ю+1... 12д ; В случае совпадения сигнал синхронизатора 11, поступающий на управлякщий вход формирователя 4, способствует формированию сигнала коррекции (поправочного коэффициента) на его выходе в виде неко-. ® торого числа импульсов, зависящего также от характеристик источников загрязнения в данном регионе, которые задаются некоторой константой на шине 12О.

Таким образом, значение поправочного коэффициента — множителя, образованного на выходе формирователя 4, определяется степенью.загрязнения рассматриваемого. региона, заданной константой на шине 12д,метеоусловиями и тенденцией их изменения, .опасные значения которых задаются константами на шинах 12 Ч+ ... 12п и 12д 4 ... 121д соответственно. В .блоке умножения 5 значения параметров загрязнения, запомненных блоком

7 памяти и соответствующие предыдущему моменту времени, умножаются на поправочный коэффициент. Хотя в блоке 7 памяти последовательно поступают измеряемые значения как параметров загрязнения (1 — N) так и метеопараметров (N + 1 ... n) корректируются только параметры загрязнения, поэтому регистр памяти блока 2 orpa ничен разрядами для первых (1 — Щ канальных сигналов. Таким образом, на выходе блока 5 умножения формируются уточненные — прогнозируемыеэначения текущих значений загрязняю щих ингредиентов. достигается — как и в блоке 7 — ограниченной емкостью регистра сравнения блока 8, содержащего разряды только на первые (1 — N) каналы параметров загрязнения. При этом в блок 9 поступает код адреса и времени. каналов с блока 10 кодирования вместе с кодами текущих значений метеопараметров, поступающих с АЦП 6.

При несовпадении истинного и предсказанного сигналов блок 7 сравнения формирует сигнал приращения и работает аналогично прототипу, передавая на выход вместе с кодами адреса и времени коды приращений измеряемых параметров. Однако поскольку в предлагаемом устройстве учитывается степень влияния метеопараметров на загрязняющие ингредиенты, вероятность оправдываемости прогнозных значений загрязнения высокая, что приводит к более эффективному сокращению объема передаваемой информации.

Для анализа метеоусловий в блоке

3 (фиг. 2) в дискретные моменты вре- . мени, задаваемые синхронизатором 11; происходит. сравнение текущих метеопараметров, поступающих в 1-момент времени с датчиков 1<+< ... 1> через аналого-цифровой преобразователь 13 на элементы 15 сравнения, с предыдущими значениями этих же параметров, хранящихся в элементах 14 памяти и соответствующих (i — 1) моментам вре. мени. Так как именно изменения метео условий существенно сказываются на прогнозируемые значения загрязняющих ингредиентов, то с выхода элементов

15 сравнения снимаются перепады метеопараметров (температуры дТ, скорости ветра д0, влажности дЧ и т.д.), которые поступают на информационные входы формирователя 4.

В формирователе 4 (фиг ° 2) происходит выявление опасной ситуации и формирование коэффициента, учитывающего рост концентрации загрязнения при неблагоприятных метеоусловиях.

Для этого на шины 12 4 (... 12п и

12д)4 . ... 12 >, соединенные с установочными входами блока 16 сравнения, заранее подаются напряжения, соответствующие опасным значениям метеопараметров (для ветра ()0П с 1 м/с для температуры -5 С < Тод c + 5 С и т.д.) и скорости их изменейия во времени (д0бп 4 0,1 м/с,, g Топ < 0,1 С/с и т.д.) . В блоке 16 зти значения сравниваются с действительными значениями метеопараметров и их перепадами, поступающими с метеодатчиков ) ...1п . и с выходов элементов 15. При совпадении уставок и истинных значений на выходе блока 16 обраэуетая сигнал, поступающий на первый вход элемента.

И 22 в качестве разрешающего. На втором входе элемента И 22 в исходном

1 005145

Р.: 0

Р2

Объем передаваемой информации (числа позиций

Р. - 0,2

Р2 0,8

Р. О

P -0

Р --=-.0, 2

Р- О,B

Р„О

j j

Р„- О

P - 0

Я.,=nk (1-Р,) + Я,О п) +Я о 0, 8 nk+Q о (n- (И+1) )k

+ Gt0 (n-0,B(N+1))k

+ Qg

341 200

165 состоянии держится запрещающии уровень, поступающий с выхода триггера 17. С каждым периодом опроса с синхронизатора 11 на синхронизирующий вход формирователя 4, являющийся входом триггера 17, поступает сигнал, опрокидывающий триггер 17, элемент И 22 открывается и импульсы с генера-ор- 21 начинают поступать на выход элемента И 22 и далее — в блок 5 умножения. Частота F следова- 10 ния импульсов генератора 21 может изменяться уставкой шины 12 (например, потенциометром цепи смещения мультивибратора), тем самым задавая характер источников загрязнения рас- 15 сматриваемого региона, если потенциальный уровень загрязнения велик, то частота генератора 21 должна быть выше. Число импульсов С, проходимых с генератора 21 на выход формирователя 4 в качестве корректирующего множителя, ограничивается величиной задержки ь2 элемента 20 задержки, импульсы с выхода элемента И 22 .через элемент 20 задержки и элемент ИЛИ 18 проходят на вход сброса триггера 17, который возвращается в исходное состояние и закрывает элемент И 22. Так как длительность задержки i фиксиро-

2 вана, то значение корректирующего множителя С определяется частотой импульсов генератора 21 С =- F. и

2 равно числу импульсов, проходящих на .выход элемента И 22 за определенное время. Это число характеризует не только сложившуюся метеообстановку (значения метеопараметров и тенденцию их изменения -при их совместном опасном сочетании срабатывает элемент И 22), но и источник загряз- . нения данного региона (характеристи- 4О ки. источника определяют уставку на шине 12 и, следовательно, частоту

F генератора 21) . Если опасности нет, то на выходе блока lб сравнения сигнала не образуется, элемент И 22 закрыт, на вход блока 5 умножения сигналов не поступает и значение сигналов, соответствующих уровню загрязнения в предыдущий (1 — 1) момент .. времени и запоминаемых блоком 7 (фиг. 1), не меняется. При этом триггер 17 (фиг. 2) опрокинутый импульсом синхронизатора 11, к началу

q =- (n- (N+1) P2)) +)о nk+Q0 следующего так та во зв ращае тс я в исходное состояние этим же импульсам, задержанным в элементе 19 задержки на время С, чуть меньшее периода опроса Т, и проходящим на вход сброса триггера 17 через элемент

ИЛИ 18 .

Таким образом, число импульсов С на выходе формирователя 4 равно О, 1, 2, 3 ..., в зависимости от характера метеоусловий, их изменений во времени и параметров источника загрязнений. В блоке 5 происходит умножение значений концентраций, измеренных датчиками 1. ... l в предыдущий момент времени, на число импульсов

С, причем условие С = О соответствует умножению на 1, условия С:= 1 соответствует умножению на 2 и т.д., что технически легко реализуется регистром сдвига, производящим умножение некоторого значения на 2

1, 2, 4 ..., где С = д, 1, 2...

В результате на выходе блока 5 умножения образуется прогнозное значение концентрации, наиболее точно соответствующее ожидаемому.

Технико-экономическая эффективность предложенного устройства заключается в сокращении передаваемой избыточной информации за счет более достоверного прогнозирования, учитывающего метеоусловия. Действительно, общий объем передаваемой за период опроса информации равен Q = Яв + п.К, где и — число датчиков N — датчики загрязнения n-N — метеодатчики, К вЂ” длина слова, Яо — объем служебной информации (Qo ---- 11 байт для

МКТИ вЂ” 1) .

При использовании схемы статического отсева, повторяющийся с вероятностью Р), информация Я1 =п.К(1-P4+6 °

Обычно Р < 0,3. Для предлагаемого устройства при достоверности Р> прогноза учитывающего метеоусловия, объем передаваемой информации сокращается до 0)< = (п - (N + 1) Р2)К + @ и в. пределе (при Р l) достаточна передавать лишь метеоинформацию. Сравнительная характеристика базового (прототипа) и предлагаемого устройства приведена в таблице.

Таким образом, информативность предложенного устройства повышается.

Для n=)30 N=15, К=l l, (-1,1

3.

341 275 2-: г:.

1005145

Формула изобретения

Устройство для передачи информации о состоянии окружающей среды, содержащее датчики загрязняющих инг. редиентов и датчики метеопараметров, выходы которых соединены соответственно с первыми и вторыми информационными входами коммутатора, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с входом блока опера- О тивной памяти и первым входом блока сравнения, выход блока сравнения соединен с первым входом блока буферной памяти, синхронизатор, выход которого соединен .с синхронизирукщим вхо- 15 дом коммутатора и входом блока кодирования адреса и времени, выход которого соединен с вторым входом блока буферной памяти, выход которого соединен с выходом устройства,, о т л и -2О ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения информативности,устройства, в него введены блок анализа метеоусловий, формирователь сигнала коррекции и блок умножения, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, выходы датчиков метеопараметров соединены с первыми информационными входами формироватедя сигнала коррекции и информационными входами блок анализа метеоусловий, выходы которого соединены с вторыми информационными входами Формирователя сигнала коррекции, установочные входы которого подключены к шинам констант, синхронизирующие входы блока анализа метеоусловий и формирователя сигнала коррекции подключены к выходу синхронизатора, выход формирователя сигналов коррекции соединен с первым входом блока 40 умножения, второй вход которого соединен с выходом блока оперативной памяти.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок àíà- 45 ° «4 лиза метеоусловий выполнен на аналого-цифровом преобразователе, элейентах памяти и элементах сравнения, выходы аналого-цифрового преобразователя соединен непосредственно с первыми входами и через соответствую" щие элементы памяти — с вторыми входами соответствующих элементов сравнения, выходы которых соединены с выходами блока анализа метеоусловий,. информационные и синхронизирующий входы аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с инФормационными и синхронизирующим входами блока анализа метеоусловий.

3. Устройство по .п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что формирователь сигнала коррекции содержит генератор импульсов, блок сравнения, триггер, элементы задержки, элемент

ИЛИ и элемент И, выходы блока сравнения, генератора импульсов и триггера соединены с соответствующими .входами элемента И, выход которого через первый элемент задержки соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, выход элемента ИЛИ соединен с первым входом триггера, входы триггера и второго элемента задержки объединены

-.и подключены к синхронизирующему входу формирователя, первые и вторые входы блока сравнения подключены к первым и вторым информационным входам формирователя, третьи входы блока сравнения и вход генератора импульсов подключены к соответствующим установочным входам формирователя, выход элемента И соединен с выходом формирователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Новопашенный Г.Н. Информационно-измерительные системы. М., Высшая школа,, 1977, с. 160-1бЗ.

2. Авторское свидетельство СССР

9 458851, кл. G 08 С 19/28, 1974 (прототип).

1005145

ыха

kut.2

Составитель Н. Бочарова

Техред О. Неце Коррек тор М. Шароши

Редактор С. Тимохина

Заказ 1907/69

Тираж 616 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4