Устройство для формирования сигнала запуска многоканальной информационно-измерительной системы

 

Изобретение относится к средствам управления автоматизированными информационно-измерительными системами и может быть использовано в многоканальных информационно-измерительных, работающих в необслуживаемом режиме, в частности в системах мониторинга окружающей среды, контроля радиологической обстановки и т. п., и позволяет осуществить эффективное управление работой системы, контролирующей процессы или явления в физической среде, состояние которой характеризуется невзаимосвязанными или слабо взаимосвязанными параметрами. Устройство для формирования сигнала запуска многоканальной информационно-измерительной системы содержит блок дешифрации, мультиплексор, два компаратора, согласующий и инвертирующий усилители, цифро-аналоговый преобразователь, регистр способа запуска, регистр уровня запуска, шину данных, шину адреса и шину управления, а также группу масштабирующих усилителей, узел выделения положительного экстремума и узел выделения отрицательного экстремума. 1 ил.

Изобретение относится к средствам управления автоматизированными информационно-измерительными системами и может быть использовано в многоканальных системах сбора и регистрации измерительной информации, например в системах мониторинга окружающей среды, контроля экологической, в частности - радиологической, обстановки и т.п.

Известно устройство для формирования сигнала запуска многоканальной информационно-измерительной системы, содержащее блок дешифрации, мультиплексор, два компаратора, согласующий и инвертирующий усилители, цифро-аналоговый преобразователь, регистр способа запуска, регистр уровня запуска, шину данных, шину адреса и шину управления, первые информационные входы первого и второго компараторов соединены с выходом цифро-аналогового преобразователя, второй информационный вход первого компаратора подключен к выходу согласующего усилителя, выход инвертирующего усилителя подсоединен ко второму информационному входу второго компаратора, первая группа входов блока дешифрации соединена с шиной адреса, а вторая группа его входов с шиной управления, первый и второй выходы регистра способа запуска подключены к управляющим входам соответственно первого и второго компараторов, выходы которых связаны соответственно с первым и вторым информационными входами мультиплексора, третий информационный вход которого является входом сигнала внешнего запуска информационно- измерительной системы, адресный вход мультиплексора подключен к третьему выходу регистра способа запуска, вход записи которого связан с первым выходом блока дешифрации, второй и третий выходы которого подсоединены соответственно к четвертому информационному входу мультиплексора, выход которого является выходом устройства, и ко входу записи регистра уровня запуска, подключенного своим информационным входом к шине данных, связанной также с информационным входом регистра способа запуска и входом цифро-аналогового преобразователя [1] Известное устройство контролирует текущее значение уровня только одного заранее выбранного входного сигнала и формирует сигнал запуска всей системы при достижении этим значением некоторой, заранее заданной величины.

Такая организация запуска многоканальной системы сбора и регистрации измерительной информации обеспечивает ее эффективное использование без потери информации только в тех случаях, когда параметры, характеризующие исследуемый процесс, сильно взаимосвязаны и есть возможность выделить параметр, в достаточной степени характеризующий текущее состояние исследуемого процесса. При слабой взаимосвязи параметров, характеризующих состояние исследуемого объекта, в частности химическую и/или радиационную загрязненность атмосферы, использование известной системы не предотвращает потерю информации о времени превышения текущим значением какого-либо из регистрируемых параметров, кроме постоянно контролируемого, заранее заданной величины, определяющей границы нормального протекания процесса.

Задачей данного изобретения является расширение функциональных возможностей известного устройства за счет обеспечения возможности формирования сигнала запуска многоканальной системы сбора и регистрации измерительной информации при превышении текущим значением любого из регистрируемых параметров соответствующей ему заранее заданной пороговой величины.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для формирования сигнала запуска многоканальной информационно-измерительной системы, содержащее блок дешифрации, мультиплексор, два компаратора, согласующий и инвертирующий усилители, цифро-аналоговый преобразователь, регистр способа запуска, регистр уровня запуска, шину данных, шину адреса и шину управления, первые информационные входы первого и второго компараторов соединены с выходом цифро-аналогового преобразователя, второй информационный вход первого компаратора подключен к выходу согласующего усилителя, выход инвертирующего усилителя подсоединен ко второму информационному входу второго компаратора, первая группа входов блока дешифрации соединена с шиной адреса, а вторая группа его входов с шиной управления, первый и второй выходы регистра способа запуска подключены к управляющим входам соответственно первого и второго компараторов, выходы которых связаны соответственно с первым и вторым информационными входами мультиплексора, третий информационный вход которого является входом сигнала внешнего запуска информационно-измерительной системы, адресный вход мультиплексора подключен к третьему выходу регистра способа запуска, вход записи которого связан с первым выходом блока дешифрации, второй и третий выходы которого подсоединены соответственно к четвертому информационному входу мультиплексора, выход которого является выходом устройства, и ко входу записи регистра уровня запуска, подключенного своим информационным входом к шине данных, связанной также с информационным входом регистра способа запуска, отличающееся тем, что в него введены группа масштабирующих усилителей, узел выделения положительного экстремума и узел выделения отрицательного экстремума, выход которого соединен с входом инвертирующего усилителя, выход каждого из масштабирующих усилителей связан с одним из входов узла выделения отрицательного экстремума и узла выделения положительного экстремума, подключенного своим выходом к входу согласующего усилителя, выход регистра уровня запуска связан с входом цифро-аналогового преобразователя, а входы масштабирующих усилителей являются входами устройства.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для формирования сигнала запуска многоканальной информационно-измерительной системы, выполненного согласно данному изобретению.

Устройство содержит группу масштабирующих усилителей 1, узел 2 выделения положительного экстремума, узел 3 выделения отрицательного экстремума, согласующий 4 и инвертирующий 5 усилители, первый 6 и второй 7 компараторы, мультиплексор 8, цифро-аналоговый преобразователь 9, регистр 10 уровня запуска, регистр 11 способа запуска, блок 12 дешифрации, шину 13 данных, шину 14 управления и шину 15 адреса.

Масштабирующие усилители 1 используются для нормирования входных аналоговых сигналов, регистрируемых многоканальной информационно-измерительной системой, и могут быть выполнены на операционных усилителях КР544УД2.

Узел 2 выделения положительного экстремума и узел 3 выделения отрицательного экстремума могут быть выполнены в виде диодных сборок с соответствующей полярностью включения диодов.

Согласующий 4 и инвертирующий 5 усилители можно реализовать на микросхемах КР544УД2А, а первый 6 и второй 7 компараторы на микросхемах КР544СА4.

В качестве мультиплексора 8 может быть использована микросхема К555КП2.

Цифро-аналоговый преобразователь 9 может быть выполнен на микросхемах К572ПА2А и КР140УД608.

Для реализации регистров 10 уровня запуска и 11 способа запуска могут быть использованы микросхемы К555ТМ8, а блока 12 дешифрации микросхемы К555СП1 и К555ИД4.

Устройство для формирования сигнала запуска многоканальной информационно-измерительной системы работает следующим образом.

До начала эксплуатации устройства задаются коэффициенты передачи каждого из масштабирующих усилителей 1 исходя из заранее заданных величин, определяющих то значение измеряемого параметра, отображаемое соответствующим аналоговым сигналом, при превышении которого должна быть начата регистрация измерительной информации информационно-измерительной системой. Такими величинами могут являться, например, предельно допустимые концентрации химических соединений и/или аэрозолей в атмосфере, нормальные для данной местности уровни радиоактивности, предельно допустимый уровень ионизирующих и/или электромагнитных излучений и т.п.

В простейшем случае коэффициент передачи каждого из масштабирующих усилителей определяется по формуле где K_i коэффициент передачи i-го масштабного усилителя; M масштабный коэффициент; U_3i значение i-го входного аналогового сигнала, соответствующее заданной величине измеряемого параметра (т.е. минимальное текущее значение i-го выходного аналогового сигнала, подлежащее регистрации).

Для инициализации устройства от ЭВМ многоканальной информационно-измерительной системы программно задаются коды уровня запуска и способа запуска, записываемые в соответствующие регистры устройства. При этом на шине 15 адреса выставляется адрес данного устройства, на шине 14 управления команда записи в регистр 10 уровня запуска или в регистр 11 способа запуска, а на шине данных соответствующий код, подлежащий записи в один из этих регистров. Прием информации, выставленной на шине 13 данных, в регистры 10 или 11 осуществляется по сигналу, формируемому блоком 12 дешифрации на его первом или, в зависимости от выставленной на шине 14 управления команды, втором выходах.

В зависимости от кода, принятого в регистр 11 способа запуска, устройство обеспечивает формирование сигнала запуска многоканальной информационно-измерительной системы в одном из четырех режимов: запуск системы по внешнему сигналу запуска; программный запуск системы по команде ЭВМ; запуск системы при достижении одним из входных измеряемых аналоговых сигналов положительной полярности программно заданного уровня запуска;
запуск системы при достижении одним из входных измеряемых сигналов отрицательной полярности программно заданного уровня запуска.

При осуществлении режима запуска системы по внешнему сигналу запуска управляющая информация, поступающая на адресный вход мультиплексора 8 с выхода регистра 11 способа запуска, настраивает мультиплексор 8 на передачу на выход устройства сигнала, поступающего на третий информационный вход мультиплексора. Таким сигналом может являться, например, сигнал запуска, вручную задаваемый оператором на пульте управления. Появление сигнала на выходе данного устройства обеспечивает перевод многоканальной информационно-измерительной системы в режим измерения и регистрации входных сигналов.

При программном запуске системы поступающая на адресный вход мультиплексора 8 управляющая информация настраивает его на передачу на выход устройства сигнала, поступающего на четвертый информационный вход мультиплексора 8 со второго выхода блока 12 дешифрации. Этот сигнал вырабатывается блоком 12 при наличии выставленных на шине 15 адреса кода адреса данного устройства и на шине 14 управления кода соответствующей команды.

Запуск системы при достижении одним из входных измеряемых аналоговых сигналов положительной или отрицательной полярности осуществляется по результатам анализа текущих значений нормированных амплитуд входных сигналов путем выделения максимальных по амплитуде сигналов положительной и отрицательной полярности, инвертирования выделенного сигнала отрицательной полярности и сравнения полученных сигналов с программно заданным уровнем запуска, формируемым цифро-аналоговым преобразователем 9, преобразующим хранящийся в регистре 10 код уровня запуска. При этом код, хранящийся в регистре 11 способа запуска, при осуществлении анализа входных сигналов положительной полярности разрешает работу первого компаратора 6 и настраивает мультиплексор 8 на передачу сигнала с первого информационного входа на выход устройства, а при анализе входных сигналов отрицательной полярности - разрешает работу второго компаратора 7 и настраивает мультиплексор 8 на передачу сигнала со второго информационного входа на выход.

Масштабирующие усилители 1, подключенные своими входами к входным каналам информационно-измерительной системы, осуществляют нормирование текущих значений амплитуд входных аналоговых сигналов. Преобразованные к единому масштабу сигналы поступают на входы узлов 2 и 3 выделения соответственно положительного и отрицательного экстремумов. Появляющиеся на выходах этих узлов сигналы равны по величине наибольшему по амплитуде входному сигналу соответственно положительной и отрицательной полярности. Сигнал положительной полярности с выхода узла 2 поступает на первый информационный вход компаратора 6 через согласующий усилитель 4. Сигнал отрицательной полярности с выхода узла 3 поступает на первый информационный вход компаратора 7 через инвертирующий усилитель 5. Это позволяет организовать работу компараторов 6 и 7 с одним источником поступающего на их вторые информационные входы опорного сигнала, т. е. с цифро-аналоговым преобразователем 9. Величина этого опорного сигнала определяется кодом, хранящимся в регистре 10 уровня записи. При выборе коэффициентов передачи масштабирующих усилителей в соответствии с приведенной выше формулой код, хранящийся в регистре 10, является цифровым эквивалентом масштабного коэффициента М.

Сигнал, поступающий на первый информационный вход каждого из компараторов, сравнивается с программно задаваемым опорным сигналом, и при достижении анализируемым сигналом уровня опорного сигнала на выходе того компаратора, работа которого разрешена по управляющему входу, появляется сигнал, поступающий через мультиплексор 8 на выход устройства. Этот сигнал, появляющийся при превышении текущим значением любого из входных измеряемых аналоговых сигналов некоторой заранее заданной и соответствующей определенному значению контролируемого параметра величины, используется для запуска многоканальной информационно-измерительной системы, т.е. для перевода ее в режим измерения и регистрации входных сигналов.

Использование данного устройства для управления работой многоканальной информационно-измерительной системы, особенно системы, работающей в необслуживаемом режиме и контролирующей процессы или явлений в физической среде, состояние которой характеризуется невзаимосвязанными или слабо взаимосвязанными параметрами, позволяет резко сократить избыточность регистрируемых системой данных без потери информации о состоянии физической среды, особенно в случаях выхода контролируемых процессов или явлений за границы их нормального протекания.

Формула изобретения

Устройство для формирования сигнала запуска многоканальной информационно-измерительной системы, содержащее блок дешифрации, мультиплексор, два компаратора, согласующий и инвертирующий усилители, цифроаналоговый преобразователь, регистр способа запуска, регистр уровня запуска, шину данных, шину адреса и шину управления, первые информационные входы первого и второго компараторов соединены с выходом цифроаналогового преобразователя, второй информационный вход первого компаратора подключен к выходу согласующего усилителя, выход инвертирующего усилителя подсоединен к второму информационному входу второго компаратора, первая группа входов блока дешифрации соединена с шиной адреса, а вторая группа его входов с шиной управления, первый и второй выходы регистра способа запуска подключены к управляющим входам соответственно первого и второго компараторов, выходы которых связаны соответственно с первым и вторым информационными входами мультиплексора, третий информационный вход которого является входом сигнала внешнего запуска информационно-измерительной системы, адресный вход мультиплексора подключен к третьему выходу регистра способа запуска, вход записи которого связан с первым выходом блока дешифрации, второй и третий выходы которого подсоединены соответственно к четвертому информационному входу мультиплексора, выход которого является выходом устройства, и к входу записи регистра уровня запуска, подключенного своим информационным входом к шине данных, связанной также с информационным входом регистра способа запуска, отличающееся тем, что в него введены группа масштабирующих усилителей, узел выделения положительного экстремума и узел выделения отрицательного экстремума, выход которого соединен с входом инвертирующего усилителя, выход каждого из масштабирующих усилителей связан с одним из входов узла выделения отрицательного экстремума и узла выделения положительного экстремума, подключенного своим выходом к входу согласующего усилителя, выход регистра уровня запуска связан с входом цифроаналогового преобразователя, а входы масштабирующих усилителей являются входами устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1