Устройство для сбора, преобразования и передачи результатов измерения параметров физической среды

 

Изобретение относится к вычислительной и информационно-измерительной технике, может быть использовано в автоматизируемых регистрирующих системах, в частности в системах мониторинга окружающей среды и контроля экологической обстановки, и позволяет при эксплуатации в необслуживаемом режиме в качестве одного из периферийных устройств сети связи обеспечить регистрацию всей необходимой и малоизбыточной информации об исследуемом процессе как при его нормальном протекании, так и в случае выхода значений параметров, характеризующих этот процесс, за границы установленных предельных величин. Устройство сбора, преобразования и передачи результатов измерения параметров физической среды содержит n аналоговых измерительных датчиков, блок управления с адресно-информационной и командной магистралью, генератор тактовых импульсов, аналого-цифровой преобразователь и буферное запоминающее устройство, а также коммутатор, выполненный в виде соединителя n·1, блок управления коммутатором, канал управления опросом датчиков, блок регистров результатов, формирователь передаваемой информации, узел передачи данных и канал ввод-вывода. 1 ил.

Изобретение относится к вычислительной и информационно-измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных регистрирующих системах, в частности в системах мониторинга окружающей среды и контроля экологической обстановки.

Известно многоканальное устройство для регистрации, содержащее блок управления с адресно-информационной и командной магистралью, к которой подключены каналы сбора, преобразования и регистрации измерительных данных, при этом каждый из каналов содержит последовательно соединенные программируемый усилитель, на вход которого поступает измерительная информация от источника аналогового сигнала, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти и формирователь выходного сигнала, подсоединенный своим выходом к магистрали, а также соответствующие блоки сопряжения, входы которых связаны с адресно-информационной и командной магистралью, а выходы с входами управления соответственно программируемого усилителя, аналого-цифрового преобразователя, блока памяти и формирователя выходного сигнала, при этом синхровходы всех каналов сбора, преобразования и регистрации измерительных данных и блока управления связаны с выходом генератора тактовых импульсов /1/.

В данном устройстве не обеспечивается режим передачи для регистрации только тех значений входного аналогового сигнала, которые превышают некоторую заранее установленную величину, задающую границу нормального протекания исследуемого процесса, что в некоторых случаях приводит к накоплению в блоке памяти малозначимой избыточной информации и, следовательно, к неэффективному использованию входящего в состав устройства оборудования. Этот недостаток усугубляется тем, что каждый канал известного устройства предназначен для обслуживания только одного измерительного датчика. Проблема обеспечения эффективного использования аппаратных средств, входящих в состав устройства для регистрации, особенно важна при эксплуатации такого устройства в необслуживаемом режиме для регистрации медленно меняющихся сигналов, например сигналов измерительных датчиков, контролирующих параметры радиационной загрязненности атмосферы.

Кроме того, известное устройство не ориентировано на использование в его составе существующих комплексов технических средств, эксплуатируемых в сетях связи, в частности выпускаемого промышленностью и апробированного оборудования квазиэлектронных автоматических телефонных станций (АТСКЭ).

Задачей изобретения является создание устройства сбора, преобразования и передачи результатов измерения параметров физической среды, работающего в необслуживаемом режиме, ориентированного как на автономную эксплуатацию, так и на эксплуатацию в качестве одного из периферийных устройств сети связи, и обеспечивающего при малых аппаратурных затратах регистрацию всей необходимой и малоизбыточной информации об исследуемом процессе как при его нормальном протекании, так и в случае выхода значений параметров, характеризующих этот процесс, за границы установленных предельных величин.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство сбора, преобразования и передачи результатов измерения параметров физической среды, содержащее n аналоговых измерительных датчиков, блок управления с адресно-информационной в командной магистралью, генератор тактовых импульсов, аналого-цифровой преобразователь и буферное запоминающее устройство, информационных вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход генератора тактовых импульсов подключен к синхровходу блока управления, введены коммутатор, выполненный в виде соединителя n+1, блок управления коммутатором, канал управления спросом датчиков, блок регистров результатов, формирователь передаваемой информации, узел передачи данных и канал ввода-вывода, связанный с адресно-информационной и командной магистралью блока управления, к которой также подсоединены управляющие входы-выходы канала управления спросом датчиков и генератора тактовых импульсов, второй выход которого подключен к синхровходу канала управления опросом датчиков, выход которого связан с входом блока управления коммутатором, соединенного выходом с управляющим входом коммутатора, к каждому из n сигнальных входов которого подключен выход соответствующего аналогового измерительного датчика, а выход коммутатора связан с входом аналого-цифрового преобразователя, выход буферного запоминающего устройства подключен к входу блока регистров результата, информационный и управляющий выходы которого соединены соответственно с информационным и управляющим входами формирователя передаваемой информации, подсоединенного выходом к входу узла передачи данных, выход которого является выходом устройства и подключен также к информационному периферийному входу канала ввода-выхода, управляющий периферийный вход которого связан с управляющим выходом блока регистров результата, управляющий вход аналого-цифрового преобразователя, адресно-управляющий вод буферного запоминающего устройства и информационно-управляющие входы блока регистров результата, формирователя передаваемой информации и узла передачи данных соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым периферийным выходами канала ввода-вывода.

На чертеже представлена блок-схема устройства для сбора, преобразования и передачи результатов измерения параметров физической среды, выполненного согласно изобретению для сбора информации с восьми аналоговых измерительных датчиков параметров физической среды.

Устройство содержит аналоговые измерительные датчики 1.1 -1.8, блок 2 управления с адресно-информационной и командной магистралью 3, генератор 4 тактовых импульсов, коммутатор 5, выполненный в виде соединителя 8 х 1, блок 6 управления коммутатором, канал 7 управления опросом датчиков, аналого-цифровой преобразователь 8, буферное запоминающее устройство 9, блок 10 регистров результата, формирователь 11 передаваемой информации, узел 12 передачи данных и канал ввода-вывода 13.

Блок управления 2, канал ввода-вывода 12 и генератор 4 тактовых импульсов образуют центральный блок управления, а блок управления коммутатором 6 и канал управления опросом датчиков -блок управления опросом.

В качестве датчиков 1.1 -1.8 могут быть использованы различные аналоговые измерительные датчики, например измерители параметров физических величин, характеризующих уровень радиационной загрязненности атмосферы и интенсивность ионизирующих излучений.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦН) 8 может быть выполнен как в виде АЦП прямого преобразования с входом управления выводом результата, так и на микросхеме К1108ПВ2А, представляющей собой быстродействующий АЦП последовательного приближения.

Буферное запоминающее устройство (БЗУ) 9 может быть реализовано на микросхеме К565РУ1.

Блок 10 регистров результата предназначен для сравнения поступающего на его вход результата измерения с пороговым значением, поступающим на информационно-управляющий вход блока. В состав блока 10 в простейшем случае могут входить два регистра с объединенными управляющими входами и комбинационный сумматор, причем информационный вход первого регистра является входом блока, а выход информационным выходом блока и подключен к одному из входов сумматора, второй вход которого связан с выходом второго регистра, информационный вход которого и объединенные управляющие входы обоих регистров являются информационно-управляющим входом блока. Управляющим выходом блока 10 регистров результата является выход переполнения сумматора.

Формирователь 11 передаваемой информации предназначен для формирования сообщения стандартного формата, состоящего, например, из пяти шестнадцатиразрядных слов, содержащих соответственно служебную информацию о времени измерения, индексе передаваемого измеренного параметра, номере датчика, номере прибора и измерительные данные о текущем значении параметра.

Формирователь 11 передаваемой информации может быть выполнен, например, на базе сдвигающих регистров с параллельной записью информации, поступающей от различных источников на входы соответствующих разрядов и регистров, и ее последовательным или параллельно-последовательным считыванием.

Для реализации коммутатора 5, блока 6 управления коммутатором, канала 7 управления опросом датчиков, генератора 4 тактовых импульсов, узла 12 передачи данных, канала 13 ввода-вывода и блока 2 управления могут быть использованы серийно выпускаемые технические средства, входящие в состав оборудования АТСКЭ типа "Квант" /2, 3/.

Блок 2 управления представляет собой управляющую ЭВМ, микропрограммный процессор которой имеет четыре аппаратных уровня программы с глубиной ухода на подпрограмму, равной четырем на каждом уровне. Как показано на чертеже, структурно блок 2 управления состоит из подключенных к адресно-информационной и командной магистрали 3 микропрограммного процессора, содержащего накопитель 14 микропрограмм, устройство 15 управления и арифметико-логическое устройство 16 оперативного запоминающего устройства, содержащего матрицу 17 динамической памяти, узел 18 с запоминающим устройством и формирователь 19 адресных токов, и канала 20 ввода для ввода программы обслуживания и исходных данных с помощью устройства 21 ввода, в качестве которого может быть использован, например, кассетный накопитель на магнитной ленте или магнитофон.

Канал 13 ввода-вывода, в состав которого входят также и блоки канала для связи с периферийным оборудованием (см. 131, с. 57-66), предназначен для передачи и согласования временных и электрических параметров сигналов, которыми обмениваются в процессе работы блок 2 управления в подключенное к каналу периферийное оборудование, обеспечивая при этом их полную гальваническую развязку. Имеющееся в канале 13 ввода-вывода оборудование (дешифраторы выбора координат, блоки управления и сканирования объектов периферии, интерфейс сигналов управления и сканирования и т.п.) позволяет передавать сигналы к периферийным устройствам или принимать сигналы состояний от периферийных устройств.

Коммутатор 5, выполненный в виде соединителя nх1, представляет собой, например, часть двухпроводного матричного ферридового соединителя (см.121,с. 13-15), управление работой которого осуществляется блоком 6 управления коммутатором, в котором имеется генератор колоколообразных импульсов, подключаемый с помощью стандартного оборудования АТСКЭ типа "Квант" к требуемым в данный момент управляющим шинам соединителя.

Сигналы, управляющие этим подключением, поступают в блок 6 из канала 7 управления опросом датчиков, представляющим собой упрощенный вариант используемого в АТСКЭ типа "Квант" канала исполнительных устройств управления коммутационным полом.

Устройство сбора, преобразования и передачи результатов измерения параметров физической среды работает следующим образом.

Запуск устройства инициируется после ввода в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) блока 2 управления программы обслуживания и служебного информационного массива, каждый элемент которого содержит номер датчика и пороговое значение измеряемого этим датчиком параметра.

После ввода программы обслуживания блок 2 управления осуществляет опрос датчиков 1,1 1,8, управляя через канал 7 управления опросом датчиков и блок 6 управления коммутатором работой коммутатора 5. При этом частота и порядок опроса датчиков задается программно. Коммутатор 5 подключает выход выбранного датчика ко входу АЦП8, который преобразует входной аналоговый сигнал в код, появляющийся на выходе АЦН8 после поступления на его управляющий вход соответствующего сигнала, формируемого каналом 13 ввода-вывода по соответствующим командам блока управления. Одновременно с этими операциями блок 2 управления через канал 13 ввода-вывода подготавливает буферное запоминающее устройство 9 к приему очередного результата, который поступает на информационный вход БЗУ 9, задавая адрес очередной ячейки БЗУ 9. После поступления из канала 13 ввода-вывода на управляющий вход БЗУ 9 сигнала разрешения записи результат записывается в БЗУ 9 и по входу АЦП 8 подключается очередной датчик. Таблица соответствия номеров опрошенных датчиков адресам ячеек БЗУ 9 формируется блоком 2 управления и сохраняется в его оперативном запоминающем устройстве.

После завершения цикла опроса датчиков устройство переходит к первичной обработке результатов измерений. При этом, используя сформированную таблицу соответствия номеров датчиков адресам ячеек БЗУ 9, блок 2 управления через канал 13 ввода-вывода организует считывание информации, хранящейся в ячейке БЗУ 9 по заданному адресу, и выбирает из своего оперативного запоминающего устройства код порогового значения соответствующего параметра. Для упомянутого выше примера конкретного выполнения блока 10 регистров результата пороговые значения должны быть записаны в ОЗУ блока 2 управления в дополнительном коде. Этот код через канал 13 ввода-вывода поступает на информационно-управляющий вход блока 10 регистров результата, на информационном входе которого выставлен код результата измерения текущего значения параметров, считанный из БЗУ 9. Эти коды по управляющему сигналу, вырабатываемому блоком 2 управления и передаваемому каналом 13 ввода-вывода по соответствующей линии информационно-управляющего входа блока 10, принимаются в блок 10 регистров результатов, в котором осуществляется их сравнение. Если код результата измерения текущего значения параметра больше или равен коду порогового значения этого параметра, то на управляющем выходе блока 10 регистров результата появляется соответствующий сигнал, разрешающий срабатывание формирователя 11 передаваемой информации. По этому сигналу формирователь 11 принимает выставленный на его информационном входе код обрабатываемого результата измерения и переданную на его информационно-управляющий вход через канал 13 ввода-вывода служебную информацию, сформированную блоком 2 управления. Сигнал с управляющего выхода блока 10 регистров результата через канал 13 ввода-вывода поступает также и в блок 2 управления как сигнал, указывающий на возможность пересылки сформированного формирователем 11 сообщения в узел 12 передачи данных для передачи этого сообщения в линию связи.

После этого устройство переходит к считыванию из БЗУ 9 и обработке следующего результата измерений.

Если же результат измерения текущего значения параметра, считанный из БЗУ 9, меньше порогового значения этого параметра, то на управляющем выходе блока 10 регистров результата формируется сигнал противоположного уровня, запрещающий срабатывание формирователя 11 передаваемой информации и разрешающий блоку 2 управления перейти к считыванию из БЗУ 9 и осуществлению обработки следующего результата измерений.

По завершении обработки всех хранящихся в БЗУ 9 результатов измерений устройство в соответствии с программой работы переходит к опросу датчиков.

В случае занятости линии связи сообщения передаваемые узлом 12 передачи данных могут через канал 13 ввода-вывода поступать в блок 2 управления и накапливаться в его ОЗУ с целью последующей передачи всего пакета сообщений в линию связи. При этом, если позволяет производительность блока 2 управления, может осуществляться и предварительная вторичная обработка измерительной информации.

В зависимости от реализуемой программы обслуживания данное устройство позволяет использовать при сравнении результатов измерения с их пороговыми значениями несколько массивов пороговых значений. При этом после выполнения нескольких циклов опроса датчиков и обработки результатов измерений выполняется один или более циклов опроса датчиков и последующего сравнения полученных результатов с меньшими пороговыми значениями, чем в предыдущих циклах. Полученные при этом данные позволяют, во-первых, оценить работоспособность устройства, для чего один из измерительных датчиков может быть заменен на датчик эталонного сигнала, и, во-вторых, получить информацию о динамике исследуемого процесса при небольшой избыточности формируемого устройством потока сообщений.

Формула изобретения

Устройство для сбора, преобразования и передачи результатов измерения параметров физической среды, содержащее n аналоговых датчиков, выходы которых подключены к соответствующим информационным входам коммутатора, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления опросом, выход коммутатора соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к информационному входу буферного запоминающего блока, блок проверки результатов измерений, информационно-управляющий вход и управляющий выход которого соединены с каналом ввода-вывода центрального блока управления, отличающееся тем, что содержит формирователь передаваемой информации и узел передачи данных, причем информационный вход блока проверки результатов измерений соединен с выходом буферного запоминающего блока, а информационный выход подключен к информационному входу формирователя передаваемой информации, информационно-управляющий вход которого подключен к каналу ввода-вывода центрального блока управления, а управляющий вход соединен с управляющим выходом блока проверки результатов измерений, выход формирователя передаваемой информации соединен с информационным входом узла передачи данных, управляющий вход и выход которого соединены с каналом ввода-вывода центрального блока управления, управляющие входы аналого-цифрового преобразователя и буферного запоминающего блока соединены с каналом ввода-вывода центрального блока управления, вход блока управления опросом подключен к выходу прямого управления центрального блока управления, а выход узла передачи данных является выходом устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1