Устройство для сбора, преобразования и передачи аналоговой информации

 

Изобретение относится к разработке и проектированию систем автоматического управления и контроля. Целью изобретения является упрощение устройства и повышение надежности. Устройство содержит каналы связи с элементами гальванической развязки, многоканальный коммутатор, счетчик адреса, дешифратор, формирователь импульса сброса, триггеры, стабилизатор тока, два резистора, ключ с дополнительным источником питания. Изобретение позволяет осуществить сбор, контроль и обработку информации от аналоговых датчиков. Отличительной особенностью устройства является передача сигналов управления многоканальным коммутатором от передающей к приемной части и наоборот по одной линии связи. 4 ил.

Изобретение относится к разработке и проектированию систем автоматического управления и контроля, содержащих ЭВМ, и может быть использовано, например, при проектировании систем сбора и контроля информации о состоянии рассредоточенных объектов по выделенной проводной линии связи.

Известно дистанционное аналоговое устройство считывания показаний счетчика [1] .

Устройство состоит из приемной и передающей сторон. Приемная сторона содержит схему выдачи сигнала управления, источник стабилизированного тока, измерительный прибор считывания показаний, параллельно подсоединенный к источнику. Передающая сторона содержит схему подсчета импульсов сигнала переключения разрядов Q₁≈ Q₄, входящего в состав поступающего от схемы сигнала управления; соответствующие каждому разряду элементы коммутации Q₁ ≈ Q₄, которые управляются сигналами включения разрядов, поступающими от схемы подсчета импульсов; находящиеся в каждом разряде индикаторные десятичные диски R₁ ≈ R₄, которые путем однополюсного подсоединения подвижных контактов каждого разряда к соединенным с резисторами R₁ ≈ R₉ неподвижным контактам выдают величину расхода электроэнергии. Путем включения элементов Q₁ ≈ Q₄, соответствующего возрастанию состояния схемы подсчета импульсов, также использование этих элементов к линии подачи стабилизированного тока, прибором считывания показаний инициируется направление величины расхода, поступающего от каждого десятичного диска RS₁ ≈ RS₄.

Данное устройство не позволяет обеспечить высокую помехоустойчивость при передаче сигнала, кроме того, имеет три линии связи.

Известно устройство ввода аналоговых сигналов [2] . Прибор обеспечивает непрерывный ввод аналоговой информации переменной длины по нескольким каналам. Устройство соединено с первыми согласующими блоками, которые соединены со схемами удвоения напряжения, на выход которых включены накопительные конденсаторы, соединенные с ключами разряда и истоковыми повторителями, а выходы истоковых повторителей через ключи передачи соединены с запоминающими конденсаторами, включенными на вход истоковых повторителей, соединенных с вторыми согласующими устройствами, которые своими выходами включены на коммутатор ЭВМ. Генератор импульсов соединен с формирователями, выходы которых подсоединены соответственно к первым и вторым электронным ключам модуля ввода инициирующих сигналов ЭВМ.

Недостатком устройства является сложность конструкции.

Наиболее близким по технической сущности из известных устройств является устройство [3] .

Аналоговые сигналы U₁. . . U_n поступают на вход многоканального коммутатора, который поочередно подключает их к входу преобразователя напряжение-частота. Аналоговые сигналы преобразуются в частотно-импульсный сигнал, который с выхода преобразователя через элемент гальванической развязки передающей части подается по оптической линии связи и элемент гальванической развязки приемной части на вход триггера Шмидта.

Импульсы с выхода триггера поступают на преобразователь частота-код и в параллельном цифровом виде подаются на выход устройства. В конце переданного блока информации преобразователь частота-код формирует сигнал и выдает его в формирователь, который выдает сигнал на элемент ИЛИ, который пропускает последовательность импульсов, поступающих с преобразователя 11 кода адреса и признака "Сброс".

Сигнал признака адреса и "Сброса" проходит через элемент гальванической развязки, оптическую линию связи, переключает триггер Шмидта и далее поступает на селектор импульса сброса. Триггер запускает счетчик адреса, который формирует уровни логических сигналов, поступающих со счетчика через дешифратор на переключение многоканального коммутатора. С триггера поступает импульс сброса, при этом с дешифратора прекращается выдача.

Устройство аналогового ввода целесообразно использовать при большом числе рассредоточенных объектов контроля. Волоконно-оптический канал в виде двух линий связи на каждое устройство ввода аналоговой информации является очень дорогим и сложным средством.

Целью изобретения является упрощение устройства и повышение функциональной надежности.

На фиг. 1 - функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства; на фиг. 3 - схема реализации стабилизатора тока; на фиг. 4 - схема реализации ключа.

Устройство (фиг. 1) состоит из многоканального коммутатора 1, счетчика 2 адреса, дешифратора 3, формирователя 4 импульса сброса, триггера 5, преобразователя 6 напряжение-частота, элементов 7 и 8 гальванической развязки, стабилизатора 9 тока, резистора разделительного 10 и нагрузочного 11, ключа 12, триггера 13, преобразователя частота-код 14, дополнительного источника 15 питания.

На фиг. 3 стабилизатор 9 выполнен на микросхеме 16, зашунтированной резистором 14.

На фиг. 4 представлена схема реализации ключа 12, состоящего из элемента 18 гальванической развязки, транзистора 19 и трех резисторов 20, 21, 22.

Устройство работает следующим образом. При отключенном дополнительном источнике 15 питания от прямого провода линии связи в течение времени, превышающего 3-4 периода следования импульсов сброса датчиков, формирователь 4 импульсов сброса вырабатывает импульс сброса, поступающий на вход Р счетчика 2 адреса 1, и устанавливает счетчик в исходное (нулевое) состояние.

После паузы очередное подключение дополнительного источника 15 питания инициирует появление импульса запуска по входу С счетчика 2 адреса, который переключает счетчик в единичное состояние. Дальнейшая коммутация источника 15 питания с частотой опроса датчиков приводит к последовательному изменению номера адреса с 1-го по n и поочередному подключению сигналов датчиков к преобразователю 6 напряжение-частота. При подключении соответствующего 1-го датчика к преобразователю 6 напряжение-частота, происходит преобразование его сигнала в частоту и передача посредством элемента 8 гальванической развязки через линию связи к приемной части системы.

Отличительной особенностью устройства является передача сигналов управления многоканальным коммутатором 1 от приемной части к передающей и информационных сигналов от передающей части к приемной по одной линии связи.

При включении ключа 12 напряжение источника питания 15 подается одновременно на стабилизатор 9 тока и разделительный резистор 10. При достижении на входе стабилизатора 9 тока определенного уровня напряжения стабилизатор 9 тока формирует импульс тока стабильной амплитуды независимо от колебаний напряжения на нагрузочном резисторе 11, являющемся общим для цепей: стабилизатор 9 тока, светодиод элемент 7 гальванической развязки и разделительный резистор 10 - фототранзистор элемента 8 гальванической развязки.

Стабилизатор тока создает на нагрузочном резисторе 11 постоянный уровень напряжения на время действия ключа 12. Одновременно формируется ток в ветви разделительного резистора 10 элемента 8 гальванической развязки, протекающий по общей нагрузке к нагрузочному резистору 11 и зависящий от сигала преобразователя 6 напряжение-частота, модулирующего сопротивление элемента 8 гальванической развязки с определенной частотой.

Таким образом, при подаче напряжения питания в линию на нагрузочном резисторе 11 и, следовательно, на входе триггера 13 образуется сигнал, состоящий из суммы постоянной и переменной составляющих.

Временные диаграммы, поясняющие работу устройства, приведены на фиг. 2.

Диаграмма фиг. 2а показывает последовательность импульсов напряжения, подаваемых посредством ключа 12 на прямой провод линии связи.

На диаграмме 2б показаны импульсы, поступающие на вход счетчика 2 адреса триггера 5.

На диаграмме фиг. 3в - импульсы "Сброс", подаваемые на вход Р счетчика 2 адреса.

На диаграмме фиг. 2г - импульсы тока в цепи стабилизатора 9 тока - светодиод элемента 7 гальванической развязки, а на фиг. 2д - импульсы тока в цепи - нагрузочный резистор 11 - фототранзистор элемента 8 гальванической развязки.

На диаграмме фиг. 2е представлена форма импульсов, поступающих на вход триггера 13.

Порог срабатывания триггера 13 настроен таким образом, чтобы триггер реагировал только на переменную составляющую сигнала, показанного на фиг. 2е.

На шину управления подаются от микропроцессора МП (на чертеже не показан) сигналы управления, совпадающие по форме с сигналами, показанными на диаграмме фиг. 2б. По шине данных ШД на вход микропроцессора поступает код, пропорциональный уровню входного сигнала с соответствующего датчика, подключенного к входу многоканального коммутатора 1.

В отличие от прототипа устройство значительно проще, а вновь введенные элементы обеспечивают более надежную работу по одному проводу линии связи.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА, ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И ПЕРЕДАЧИ АНАЛОГОВОЙ ИНФОРМАЦИИ, содержащее на передающей стороне первый и второй элементы гальванической развязки, многоканальный коммутатор, вывод которого соединен через преобразователь напряжение - частота с входом второго элемента гальванической развязки, один вывод которого и один вывод первого элемента гальванической развязки являются шиной нулевого потенциала, первый выход певого элемента гальванической развязки подключен к входу триггера, выход которого соединен с C-входом счетчика адреса, выход формирования импульса сброса подключен к R-входу счетчика адреса, выход которого соединен с входом дешифратора, выходы которого подключены к управляющим входам многоканального коммутатора, информационные входы которого являются входами устройства, на приемной стороне триггера, выход которого подключен к входу преобразователя частота - код, выходы которого являются выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения функциональной надежности, в него на передающей стороне введены стабилизатор тока, разделительный резистор, выход триггера соединен с входом формирователя импульса сброса, первый выход второго элемента гальванической развязки соединен с вторым выходом первого элемента гальванической развязки и с обратным проводом линии связи, второй выход второго элемента гальванической развязки через разделительный резистор соединен с прямым проводом линии связи и через стабилизатор тока - с входом первого элемента гальванической развязки, на приемной стороне - источник постоянного тока, нагрузочный резистор и ключ, управляющий вход которого является управляющим входом устройства, один вывод соединен с положительной клеммой источника постоянного тока, другой подключен к прямому проводу линии связи, обратный провод линии связи соединен с входом триггера и первым выводом нагрузочного резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала источника постоянного тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4