Устройство сопряжения коммутационного элемента с микропроцессорной системой

 

Использование: автоматика, техника передачи информации, микропроцессорные системы сигнализации и блокировки на железнодорожном транспорте. Сущность: устройство содержит: 1 элемент оптоэлектронной развязки (1), включающий светодиод 2 и фотоприемник 3, 1 коммутационный элемент (4), 1 ограничительный элемент на резисторе (7), 2 выпрямителя (8,9), 2 преобразователя уровня (18,19), 2 микропроцессора (20,21), 1 элемент сравнения (22), 1 элемент И (23), 1 генератор импульсов (24), 1 источник питания (6), дополнительный светодиод (25) и дополнительный фотоприемник (26). 6 - 4 - 7 - 26 - 6 - 2 - 3 - 8 - 18 - 20 - 23 - 24 - 25 - 26, 3 - 9 - 19 - 21 - 22, 20 - 22, 21 - 23. 2 ил.

Изобретение относится к автоматике, технике передачи информации и может быть использовано, в частности, при построении микропроцессорных систем сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) на железнодорожном транспорте.

Источниками информации о состоянии напольных средств СЦБ в микропроцессорных системах централизации часто служат контакты нажимных кнопок, реле и датчики стрелочных электроприводов. Для передачи этой информации к входам микропроцессоров используются устройства сопряжения, основным требованием к которым, помимо обеспечения временного и энергетического согласования электронных и контактных схем, является нечувствительность к электропомехам и влияниям. В настоящее время определены два направления построения таких устройств. Первое - на основе контактных элементов (реле, переключатели) 1 -го класса надежности, второе - полностью бесконтактные схемы.

Примером реализации первого направления может служить устройство сопряжения комплекса ЭВМ с устройствами железнодорожной автоматики. Сопряжение выполняется при помощи сдвоенных переключателей, управляемых по линии объектом железнодорожной автоматики (ж.а.). Контакты переключателей подключены к выходам трех ЭВМ по соответствующей схеме. Решение любой задачи управления осуществляется одновременно двумя ЭВМ из трех, а результаты решения проверяются на совпадение элементом сравнения, входящим в состав объекта ж.д. автоматики. При любом положении переключателей обеспечивается подключение объекта к двум ЭВМ в различных сочетаниях, что позволяет комбинировать ЭВМ попарно с учетом их загрузки и исправного состояния. Однако через переключатели может пройти ложный сигнал, наведенный в линии связи помехами, который может вызвать неустойчивую работу ЭВМ.

Примером полностью бесконтактного устройства сопряжения является электрическая схема с безопасными отказами для подключения контактных элементов к входам микропроцессоров, выбранная в качестве прототипа.

Схема содержит элемент оптоэлектронной развязки, светодиод которого одним выводом непосредственно, а другим через последовательно соединенные резистор и контактный элемент соединен с источником питания, и два микропроцессора, выходы которых подключены к входам элемента сравнения, а входы - к выходу элемента оптоэлектронной развязки.

К недостаткам данной схемы следует отнести, во-первых, использование для питания контактного элемента сигналов переменного тока, в то время как контактные элементы обычно работают на постоянном токе и значит потребуется определенная доработка при их построении, и, кроме того, микропроцессоры оперируют с сигналами логических "1" и "0", а не с сигналами типа переменного тока, что усложнило бы их программное обеспечение и привело бы к увеличению объема ПЗУ. Во-вторых, в известной схеме в паузе, когда нет информации от контактного элемента или он не опрашивается микропроцессором, к последнему по линии связи может пройти ложный сигнал, наведенный мощными помехами от тягового тока.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости устройства за счет исключения влияния ложных сигналов. Для этого в устройство, содержащее элемент оптоэлектронной развязки, светодиод которого одним выводом подключен к соответствующей шине источника питания, а другим через резистор, последовательно соединенный с элементом коммутации, - к другой шине источника питания, и два микропроцессора, контрольные выходы которых подключены к входам элемента сравнения, выходом соединенного с аварийным выходом системы, введены дополнительный светодиод, оптически связанный с фотоприемником, включенным параллельно светодиоду элемента оптоэлектронной развязки, управляемый генератор импульсов, к входу которого через элемент И подключены управляющие выходы микропроцессоров, и первый и второй выпрямители с удвоением напряжения, входы которых подключены к выходу элемента оптоэлектронной развязки, а выходы через первый и второй преобразователи уровня соответственно - к информационным входам микропроцессоров. Таким образом, отличительными признаками заявляемого устройства являются: дополнительная оптопара, управляемая микропроцессорной системой, фотоприемник которой надежно шунтирует вход устройства в паузах информационного сигнала и между двумя опросами контактного элемента, выпрямители с удвоением напряжения информационного сигнала, который на входе выпрямителя представляет собой импульсную последовательность положительной полярности. В выпрямителях эта последовательность сглаживается и накапливается на выходных конденсаторах, т.е. выполняется статистическая обработка сигнала, обеспечивающая защиту от воздействия сбоев и помех, - преобразователи уровня, предназначенные, во-первых, для преобразования отрицательного сигнала с выходов выпрямителей в положительный и, во-вторых, для обеспечения согласования энергетических параметров информационного сигнала и сигнала логической единицы микропроцессоров. Преобразователи могут быть реализованы или по схемам преобразователей полярности или по схемам усилителей мощности, также преобразующих полярность, - элемент И, к входам которого подключены управляющие выходы микропроцессоров, обеспечивает повышение безопасности работы системы, так как управляющий сигнал на генератор поступит лишь в случае идентичности сигналов от обоих микропроцессоров, что означает их исправность и правильность функционирования.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства сопряжения; на фиг.2 - диаграмма входного и выходного напряжений управляемого генератора.

Устройство содержит элемент 1 оптоэлектронной развязки, состоящий из светодиода 2 и ТТЛ-ключа 3, представляющего собой фотоприемник элемента 1, элемент коммутационный 4, представленный одним опрашиваемым контактом 5, являющимся источником информационного сигнала, источник питания 6, ограничительный элемент на резисторе 7, соединенный последовательно с контактом 5, подключенные к выходу ТТЛ-ключа 3, первый 8 и второй 9 выпрямители с удвоением напряжения, выполненные соответственно на конденсаторах 10, 11 и диодах 12, 13 и на конденсаторах 14, 15 и диодах 16, 17. К выходу выпрямителей 8, 9 через преобразователи уровня 18, 19 подключены первый 20 и второй 21 микpопpоцессоры, контрольные выходы которых подключены к входам элемента 22 сравнения, а управляющие выходы через элемент И 23 - к входу управляемого генератора 24 импульсов, к выходу которого подключены дополнительный светодиод 25, оптически связанный (или в пределах прямого излучения или по оптическому кабелю) с фотоприемником 26 (фототранзистор).

Устройство работает следующим образом.

При нормальном функционировании системы на входах микропроцессоров 20, 21 в течение времени опроса состояния элемента коммутации 4 должен присутствовать сигнал логической единицы при замкнутом контакте 5 или сигнал логического нуля - при разомкнутом. В паузах между опросами на входах микропроцессоров 20, 21 должен присутствовать сигнал логического нуля. С выхода управляемого генератора 24 при активном сигнале управления (сигнал опроса, см.фиг.2) на светодиод 25 поступает последовательность импульсов, а при пассивном (нет опроса) - сигнал логической единицы, обеспечивающий постоянное питание светодиода 25 при разомкнутом контакте 5. Если контакт 5 замкнут, фототранзистор 26, получая питание от источника 6, обеспечивает либо импульсную работу светодиода 2 при опросе контакта 5, либо шунтирует его в паузах.

Импульсная последовательность от светодиода 2 передается на ТТЛ-ключ 3, усиливается им, накапливается на конденсаторах 11, 15 выпрямителей 8, 9 и в преобразователях 18, 19 преобразуется в положительный сигнал, совместимый с уровнем логической единицы микропроцессоров 20, 21. При разомкнутом контакте 5 размыкается цепь питания фототранзистора 26 и светодиода 2 и на информационных входах микропроцессоров 20, 21 присутствует сигнал логического нуля.

Если при разомкнутом контакте 5 в линии связи за счет помех наводится ложный сигнал, то он шунтируется фототранзистором 26.

Таким образом, отличительные признаки заявляемого устройства обеспечивают ему высокую помехоустойчивость и функциональную надежность.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО СОПРЯЖЕНИЯ КОММУТАЦИОННОГО ЭЛЕМЕНТА С МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМОЙ, содержащее элемент сравнения, элемент оптоэлектронной развязки, светодиод которого одним выводом подключен к соответствующей шине питания, а другим через ограничительный элемент на резисторе - к выводу коммутационного элемента, другой вывод которого подключен к другой шине питания, первый и второй входы элемента сравнения являются информационными входами устройства для подключения информационных выходов первого и второго микропроцессоров, выход элемента сравнения является управляющим выходом устройства, отличающееся тем, что в устройство введены генератор импульсов, элемент И, первый и второй выпрямители, первый и второй преобразователи уровня, дополнительный светодиод,, оптически связанный с дополнительным фотоприемником, включенным параллельно светодиоду элемента оптоэлектронной развязки, фотоприемник которого подключен к входам первого и второго выпрямителей, выходы которых соединены с входами соответственно первого и второго преобразователей уровня, выходы которых являются информационными выходами устройства для подключения к информационным входам первого и второго микропроцессоров, первый и второй входы элемента И являются управляющими входами устройства для подключения управляющих выходов первого и второго микропроцессоров, выход элемента И соединен с управляющим входом генератора импульсов, выход которого подключен к выводу дополнительного светодиода, другой вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2