Антенный позиционер

 

Изобретение относится к системам управления и может быть использовано в приемных системах спутникового телевидения. Устройство содержит вычислитель положения антенны, блок ручного управления, блок индикации, ключи, элементы. И, элементы ИЛИ, клеммы, блоки согласования, триггер, формирователи команд и индикатор уровня сетевого напряжения. В устройстве сохраняется точность (0,1^o) установки антенны на спутник в угловом диапазоне 180^o, а также высокая помехоустойчивость при сбоях сетевого напряжения и повторных выключениях - включениях. 4 ил.

Изобретение относится к системам управления и может быть использовано в приемных системах спутникового телевидения (СТВ).

Известны установки СТВ для приема телепередач с искусственных спутников Земли, расположенных на геостационарной орбите.

Установка содержит антенный позиционер устройство дистанционного управления, которое, воздействуя на приводы, перемещает антенну для приема телепередач с различных спутников.

Недостатком этих устройств является зависимость от нестабильности сетевого напряжения, точности установки антенн.

Наиболее близким по технической сущности является антенный позиционер Antennen-positioner ZAS 13, входящий в автоматическую поворотную систему СТВ фирмы ФРГ Kathrein. Он содержит вычислитель, подключенный своими входной и выходной шинами к блоку кнопок управления и блоку индикации, а также первый и второй ключи и блок согласования.

Недостатком устройства является невысокая точность управления установкой антенны на спутник вследствие сбоев напряжения питания и при повторном включении его в сеть.

В этих случаях при восстановлении напряжения питающей сети или при включении устройства в сеть с его вычислителя подается команда на перевод антенны в положение, соответствующее началу отсчета углов поворота с последующим движением антенны в заданное положение.

Автоматическая установка антенны на заданном положении до и после сбоев напряжения питающей сети или выключении-включении устройства в сеть может отличаться на величину до 0,5^о и для точной установки антенны на спутник требуется проведение дополнительного ручного посредством кнопок управления доворота антенны.

Кроме того, устройство-прототип может управлять антенной для ее перемещения только в диапазоне примерно 90^о, в то время как телевизионные спутники, например, для европейского и азиатского континентов занимают практически весь горизонт, т. е. диапазон до 180^о, что снижает потребительские качества устройства.

Предложенный антенный позиционер свободен от недостатков прототипа. Выбранная заданная точность установки антенны на спутник 0,1^о сохраняется как при сбоях сетевого электропитания, так и при повторных включениях. Позиционер с той же точностью управляет установкой антенны на спутники, расположенные в угловом диапазоне до 180^о.

Это достигается тем, что в позиционер введены индикатор сетевого напряжения, первый и второй формирователи команд, первый, второй, третий и четвертый элементы И, элемент ИЛИ, третий ключ, дополнительный блок согласования, триггер, вторая входная и одна выходная клеммы.

При этом индикатор сетевого напряжения служит для выработки информации об уровне напряжения питающей сети. В случае снижения сетевого напряжения ниже допустимого предела, равно как и в случае его выключения, установленный на выходе индикатора первый формирователь команд выдает команду в вычислитель (ЭВМ) на функционирование без обращения в ОЗУ и на завершение текущих процессов управления до минимально необходимой фазы, т.е. до поступления очередного фронта сигнала с датчика приращений угла поворота, в случае работы двигателя.

После этого командой второго формирователя команд, установленного на выходе первого, осуществляется перевод вычислителя положения антенны в режим хранения, а также осуществляется через первый и второй элементы И блокировка управления двигателями.

Такое состояние поддерживается до достижения сетевым напряжением нормального уровня, управление возобновляется от этого же положения, т.е. без возврата к началу отсчета угла поворота, как в прототипе. Кроме того, дополнительно введенные элементы И, ИЛИ, ключ, триггер и блок согласования позволяют расширить диапазон управления антенной до 180^о.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 электрические принципиальные схемы малоинерционного блока питания и формирователей команд; на фиг. 3 схема алгоритма подпрограммы работы вычислителя; на фиг.4 схема алгоритма программы работы вычислителя антенного позиционера.

Антенный позиционер содержит вычислитель 1 положения антенны, включающий в себя микроЭВМ 2, ОЗУ 3, регистр 4 адреса и ПЗУ 5, а также блок 6 ручного управления и блок 7 индикации.

Выход первого ключа 8 соединен с первой клеммой 9 обмоток питания двигателей, входы первого и второго ключей 8, 10 соединены с шиной источника питания, а управляющие входы ключей 8, 10 через соответствующие элементы И 11, 12 подключены к первому и второму выходам вычислителя положения антенны, вторые входы элементов И 11, 12 соединены с выходом формирователя 13 команд.

Выходы третьего ключа 14 соединены с соответствующими вторыми клеммами 15, 16 обмоток питания двигателей, входы подключены к выходу второго ключа 10, а управляющий вход соединен с выходом триггера 17, первая и вторая входные клеммы 18, 19 соответственно через блок 20 согласования и дополнительный блок 21 согласования соединены с входами элементов И 22, 23 соответственно, другие входы которых подключены к соответствующим выходам триггера 17, причем входы элемента И 23 и ключа 14 объединены, а выходы элементов И 22, 23 соединены с входами элемента ИЛИ 24, выход индикатора уровня сетевого напряжения 25 соединен с первым формирователем 26 команд.

В антенном позиционере ключи 8, 10, 14 выполнены на реле РЭС-9.

Элементы И 11, 12, 22, 23, элемент ИЛИ 24, триггер 17, блоки 20, 21 согласования выполнены на микросхемах серии 564. В частности, триггер 17 на микросхеме 564 ТМ2, а блоки 20, 21 согласования на 564 ПУ4.

На фиг.2 приведены электрические принципиальные схемы индикатора уровня сетевого напряжения, первого и второго формирователей 13, 26 команд.

Антенный позиционер работает следующим образом (см. фиг.2).

Исходя из требуемой точности установки антенны на спутник (0,1^о), весь угловой диапазон управления ( ≈ 180^о) условно разбит примерно на 2000 угловых приращений, эти числа являются угловыми координатами антенны.

При этом для поворота антенны от нулевого до 1000-го углового приращения сигнал управления подается на клеммы 9, 15 обмоток питания первого двигателя, а свыше 1000 на клеммы 9, 16 обмоток питания второго двигателя.

Соответственно при управлении первым двигателем на третий вход вычислителя через элемент ИЛИ 24 поступают импульсы с датчика приращений угла поворота от первой входной клеммы 18, а при управлении вторым двигателем импульсы с датчика поступают от второй входной клеммы 19 (датчики не входят в состав позиционера и на фиг.1 не показаны).

Указанные подключения для работы первого или второго двигателей производятся по командам через триггер 17 посредством элементов И 22, 23, а также ключа 14.

Напряжение питания от ключа 10 через ключ 14 подается только на одну из клемм 15, 16 обмоток питания двигателей, а на вторую клемму 9 питание подается от ключа 8. Клемма 9 общая для двигателей. Выбор двигателя производится посредством ключа 14, а посредством ключей 8, 10 выбирается полярность питающего напряжения в зависимости от требуемого направления поворота антенны.

Блоки 20, 21 согласования служат для приведения в соответствие сигналов, поступающих на входные клеммы 18, 19 с характеристиками приемных трактов по амплитуде и крутизне фронтов.

Задача исключения снижения точности установки антенны в случаях сбоев сетевого напряжения или выключения позиционера решается при помощи введенных индикатора уровня сетевого напряжения 25 и двух формирователей 26, 13 команд.

Снижение питающих напряжений ниже допустимого уровня по техническим условиям для микроЭВМ 2 и ОЗУ 3 может приводить к появлению ложных команд управления и неверной записи информации в ОЗУ 3.

Поэтому при снижении выходного напряжения малоинерционного блока 25 питания микроЭВМ 2 по команде с первого формирователя 26 команд переходит на режим работы без обращения в ОЗУ 3 и на алгоритм укороченного по времени управления двигателями, которое определяется приемом фронта первого импульса, пришедшего с датчика приращения угла поворота. По поступлению этого импульса в ОЗУ 3 вычислителя 1 положения антенны обновляется текущее угловое положение антенны, производится выключение двигателя, после чего второй формирователь 13 команд своей командой, задержанной примерно на 200 мс относительно команды с первого формирователя 26, производит перевод ОЗУ 3 в режим хранения, запрещает включение двигателей посредством элементов И 11, 12, а также подготавливает микроЭВМ 2 таким образом, чтобы при достижении сетевым напряжением нормального уровня и смены полярности команды второго формирователя 13 микроЭВМ 2 начала работу с исходного адреса.

За указанные 200 мс, необходимые для выполнения перечисленных операций, основной блок питания (на фиг. 1 не показан) позиционера сохраняет номинальные выходные напряжения, что обеспечивает полное без сбоев завершение управления.

Возврат сетевого напряжения к нормальному уровню снимает команду первого формирователя 26 и блокировки, введенные вторым формирователем 13 команд.

В вычислитель положения антенны 1 (в его ПЗУ 5) введена программа, по которой работает позиционер. Вся программа занимает объем около 2000 байт и имеет в своем составе около 60 подпрограмм.

МикроЭВМ 2 начинает работу по программе при включении позиционера в сеть. После этого производится анализ, какие были нажаты кнопки управления в блоке 6, чтобы выйти на выполнение подпрограммы, соответствующей нажатым кнопкам управления.

В качестве примера на фиг.4 приведена схема алгоритма подпрограммы работы вычислителя 1 положения антенны при ручном однократном нажатии на блоке 6 кнопки управления поворотом антенны на восток, а на фиг.4 представлена схема алгоритма программы работы вычислителя положения системы 1 позиционера.

Алгоритм предусматривает после включения позиционера в сеть непрерывный последовательный опрос наличия команд "Да" или "Нет" с шести кнопок, входящих в состав блока 6 ручного управления. Кнопки имеют следующие обозначения: "Запад" "Зап", "Выбор" "Выб", "Восток" "Вост", "Ключ", "Настройка" "Настр", "Память" "Пам".

Логическое сравнение, обозначенное на фиг.5 как "ФК1" 0, является анализом наличия команды с первого формирователя 26 команд. Ответ "Да" переводит микроЭВМ 2 на подпрограмму режима работы в условиях сбоев сетевого напряжения и включения-выключения позиционера в сеть.

Как видно из схемы, нажатие кнопок управления может происходить в комбинации друг с другом. Позиционер функционирует в двух режимах: в рабочем режиме, когда действия происходят непосредственно после нажатия кнопки "Выбор", и в режиме настройки, когда действия происходят после нажатия кнопки "Настройка", при этом переход обратно в рабочий режим осуществляется повторным нажатием кнопки "Настройка".

Подпрограммы различных действий, обозначенных Д1-Д15, имеют следующее содержание: Д1 уменьшение номера телепрограммы; Д2 увеличение номера телепрограммы; Д3 автоматическая установка на затребованный спутник по номеру программы; Д4 установка режима позиционера: работа или настройка.

Д5 контроль числа нажатий кнопки "Выбор"; Д6 занесение в память обозначения спутника; Д7 занесение в память номера телепрограммы и соответствующего ему направления на спутник; Д8 обнуление памяти вычислителя; Д9 установка заданного электронного предела перемещения антенны; Д10 установка восточного электронного предела перемещения антенны;
Д11 ручное управление движением антенны на запад;
Д12 ручное управление движением на восток;
Д13 движение антенны на запад за электронный предел;
Д14 движение антенны на восток на электронный предел;
Д15 установка полного диапазона управления антенной.

Каждое действие отображается на блоке 7 индикации.

Подпрограммы действий Д1-Д15 являются основными, а по сути практически любая операция, например определение факта наличия команды с кнопки управления и пр. также является подпрограммой.

Высокая точность 0,1^о установки антенны на спутник, которая сохраняется в позиционере при "сбоях" сетевого напряжения и его повторных выключениях-включениях, является существенным преимуществом по отношению к устройству-прототипу, так как обеспечивает автоматическую установку на спутники антенн большого (2-3 м) диаметра, имеющих ширину диаграммы направленности порядка 0,5^о, необходимую для обеспечения высокого качества приема телепрограмм со спутников, находящихся во всем (до 180^о) угловом диапазоне.

Устройство-прототип при установке антенны в автоматическом режиме с ошибкой порядка 0,5^о позволяет качественный прием только на антенны диаметром порядка 1 м, имеющих ширину диаграммы направленности в единицы градусов со спутников, расположенных в узком угловом диапазоне, как правило, над потребителем.

Формула изобретения

Антенный позиционер, содержащий вычислитель положения антенны, блок ручного управления, группы выходов которого соединены с входной шиной вычислителя положения антенны, блок индикации, группой входов подключенный к выходной шине вычислителя положения антенны, первый и второй ключи, информационные входы которых соединены с шиной источника питания, и первый блок согласования, вход которого соединен с первым входом антенного позиционера, а выход первого ключа соединен с общей клеммой обмоток питания двигателей, отличающийся тем, что в него введены третий ключ, второй блок согласования, первый четвертый элементы И, элемент ИЛИ, триггер, первый и второй формирователи команд и индикатор уровня сетевого напряжения, первый и второй выходы вычислителя положения антенны соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов И, выходы которых подключены к управляющим входам соответственно первого и второго ключей, выход второго ключа соединен с информационным входом третьего ключа, первый и второй выходы которого подключены к вторым клеммам обмоток питания первого и второго двигателей, выход первого блока согласования соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с первым выходом триггера, второй выход которого подключен к первому входу четвертого элемента И и к управляющему входу третьего ключа, а вход триггера соединен с третьим выходом вычислителя положения антенны, причем выход индикатора уровня сетевого напряжения через первый формирователь команд соединен с первым управляющим входом вычислителя положения антенны и входом второго формирователя команд, выход которого соединен с вторым управляющим входом вычислителя положения антенны и вторыми входами первого и второго элементов И, второй вход антенного позиционера является входом второго блока согласования, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента И, а выход подключен к информационному входу вычислителя положения антенны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4