Передвижная измерительная лаборатория

 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для систем сбора информации с территориально рассредоточенных и труднодоступных объектов. Лаборатория содержит автомобиль-фургон с бортовой ЭВМ, комплектом встроенных датчиков для измерения параметров автомобиля-фургона и оборудованием для стационарного обследования контролируемого объекта. В указанное оборудование входят комплект переносных датчиков, установленных на стационарном контролируемом объекте и подключенных кабельными линиями связи к переносной микроЭВМ. В лабораторию введено оборудование для мобильного обследования контролируемых объектов, содержащее телеметрическую антенну, блок приема-передачи информации, комплект выносных датчиков и выносной блок. Последний состоит из многоканального модуля сбора информации, микроконтроллера, радиоприемника, радиопередатчика, антенны и аккумулятора. Комплекты выносных датчиков и выносные блоки могут дистанционно связываться с бортовой ЭВМ по радиоканалу или полевой шине. Изобретение расширяет функциональные возможности лаборатории и, в частности, обеспечивает контроль труднодоступных объектов и сбор информации как в стационарном, так и в мобильных режимах лаборатории. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для сбора информации с территориально-рассредоточенных и труднодоступных объектов при большом числе источников информации.

Известна передвижная измерительная лаборатория (см. патент РФ 2054247, кл. A 01 J 7/00, 1996 г.). Она состоит из автомобиля-фургона с размещенными в нем вычислителем, комплексом встроенных связанных с вычислителем датчиков, предназначенных для измерения и контроля параметров исследуемого объекта, находящегося в неподвижном автомобиле-фургоне, и блок электропитания измерительного оборудования.

Недостатком данного изобретения является возможность измерений и контроля исследуемого объекта только в пределах размещенной в автомобиле-фургоне измерительной лаборатории, стоящем неподвижно.

В качестве прототипа выбрана передвижная измерительная лаборатория для диагностики и испытаний автомобильной техники (см. патент РФ 2086946, кл. G 01 M 17/00, 1997 г.). Она содержит автомобиль-фургон с размещенными в нем устройством автоматического сбора и обработки измеряемой информации в виде бортовой ЭВМ, комплектом встроенных датчиков для измерения параметров автомобиля-лаборатории, связанных с бортовой ЭВМ, комплектом переносных датчиков, установленных на испытуемом автомобиле и подключенных кабельными линиями связи к переносной микроЭВМ. Показания переносных датчиков в соответствии с программой испытаний и порядком их опроса регистрируются переносной микроЭВМ. Для полной обработки результатов испытаний, полученных от переносных датчиков, информация вводится после испытаний в бортовую ЭВМ.

Недостатком прототипа является низкая оперативность работы при проведении измерений на испытуемом объекте и невозможность работы в реальном масштабе времени при движении испытуемого объекта и/или измерительной лаборатории. Кроме того, данная измерительная лаборатория не может проводить измерения одновременно на нескольких подвижных исследуемых объектах. Все это ограничивает ее функциональные возможности.

Технической задачей, которую решает данное изобретение, является расширение функциональных возможностей измерительной лаборатории, посредством увеличения оперативности ее работы как в стационарном, так и в мобильных режимах с одним или несколькими исследуемыми объектами. Для решения этой задачи в передвижную измерительную лабораторию, содержащую автомобиль-фургон с размещенными в нем бортовой ЭВМ, комплектом встроенных датчиков для измерения параметров автомобиля, связанных с бортовой ЭВМ, оборудованием для стационарного обследования контролируемого объекта, включающем в себя комплект переносных датчиков, установленных на стационарном контролируемом объекте и подключенных кабельными линиями связи к переносной микроЭВМ, введено оборудование для мобильного обследования контролируемых объектов, содержащее телеметрическую антенну, установленную на крыше автомобиля, блок приема-передачи информации, подключенный входом к телеметрической антенне, а выходом - к первому входу бортовой ЭВМ, комплект выносных датчиков и выносной блок, содержащий многоканальный модуль сбора информации, микроконтроллер, радиоприемник, радиопередатчик, антенну и аккумулятор, выход которого подключен к цепям питания радиоприемника и радиопередатчика через переключатель, а к цепям питания многоканального модуля сбора информации и микроконтроллера - непосредственно, антенна подключена к входу радиоприемника и выходу радиопередатчика, выход радиоприемника подключен к первому информационному входу микроконтроллера, второй информационный вход которого подключен к выходу многоканального модуля сбора информации, управляющий выход микроконтроллера подключен к входу таймера, выход которого соединен с управляющим входом переключателя, информационный выход микроконтроллера подключен к входу радиопередатчика, входы многоканального модуля сбора информации подключены к соответствующим входам выносного блока и соединены кабельными линиями связи с комплектом выносных датчиков, установленных на другом контролируемом объекте, выход переносной микроЭВМ соединен двухпроводной полевой шиной со вторым входом бортовой ЭВМ, в измерительную лабораторию введено несколько комплектов выносных датчиков, установленных на нескольких контролируемых объектах, и несколько однотипных выносных блоков, подключенных кабельными линиями связи к соответствующим комплектам выносных датчиков, а в блок приема-передачи информации введен модуль идентификации контролируемых объектов, первый вход которого подключен к выходу радиоприемника и к входу демодулятора, второй вход модуля идентификации подключен к выходу демодулятора, первый выход модуля идентификации подключен к входу модулятора, второй выход модуля идентификации соединен с входом генератора несущих частот, выход которого подключен к входу модулятора, информационный вход-выход модуля идентификации подключен к первому информационному входу бортовой ЭВМ.

На чертеже представлена функциональная схема передвижной измерительной лаборатории.

Передвижная измерительная лаборатория содержит автомобиль-фургон 1 с размещенными в нем бортовой ЭВМ 2, комплектом встроенных датчиков 3 для измерения параметров автомобиля 1, связанных с бортовой ЭВМ 2, и оборудованием для стационарного обследования контролируемого объекта 4, включающим в себя комплект переносных датчиков 5, установленных на стационарном контролируемом объекте 4 и подключенных кабельными линиями связи к переносной микроЭВМ 6. Лаборатория содержит также оборудование для мобильного обследования контролируемых объектов, содержащее телеметрическую антенну 7, установленную на крыше автомобиля 1, блок приема-передачи информации 8, подключенный входом к телеметрической антенне 7, а выходом к первому информационному входу бортовой ЭВМ 2, комплект выносных датчиков 9 и выносной блок 10, содержащий многоканальный модуль сбора информации 11, микроконтроллер 12, радиоприемник 13, радиопередатчик 14, антенна 15 и аккумулятор 16. Выход аккумулятора 16 подключен к цепям питания радиоприемника 13 и радиопередатчика 14 через переключатель 17, а к цепям питания многоканального модуля сбора информации 11 и микроконтроллера 12 - непосредственно. Антенна 15 подключена к входу радиоприемника 13 и выходу радиопередатчика 14, выход радиоприемника 13 подключен к первому информационному входу микроконтроллера 12, второй информационный вход которого подключен к выходу многоканального модуля сбора информации 11, управляющий выход микроконтроллера 12 подключен к входу таймера 18, выход которого соединен с управляющим входом переключателя 17. Информационный выход микроконтроллера 12 подключен к входу радиопередатчика 14, входы многоканального модуля сбора информации 11 подключены к соответствующим входам выносного блока 10 и соединены кабельными линиями связи с комплектом выносных датчиков 9, установленных на контролируемом объекте 19. Выход переносной микроЭВМ 6 соединен двухпроводной полевой шиной 20 со вторым информационным входом бортовой ЭВМ 2.

Лаборатория имеет несколько (n) комплектов выносных датчиков 9n, установленных на нескольких контролируемых объектах 19n, и несколько однотипных выносных блоков 10n, подключенных кабельными линиями связи к соответствующим комплектам выносных датчиков 9n, а в блок приема-передачи информации 8 введен модуль идентификации контролируемых объектов 21, первый вход которого подключен к выходу радиоприемника 22 и к входу демодулятора 23, второй вход модуля идентификации 21 подключен к управляющему входу модулятора 24, второй выход модуля идентификации 21 соединен с входом генератора несущих частот 25, выход которого подключен к входу модулятора 24. Информационный вход-выход модуля идентификации подключен к первому информационному входу бортовой ЭВМ 2. При этом бортовая ЭВМ 2, микроЭВМ 6 и микроконтроллеры 12₁...12_n содержfт элементы ЦП, ОЗУ, ПЗУ и энергонезависимой памяти данных, а бортовая ЭВМ 2 и микро ЭВМ 6 содержит также дисплей и принтер.

Передвижная измерительная лаборатория работает следующим образом. Комплект встроенных датчиков 3 производит измерения параметров автомобиля-лаборатории 1 и метеоусловий в зоне ее нахождения, которые контролируются бортовой ЭВМ 2.

В режиме сбора информации с контролируемых объектов 19₁...19_n бортовая ЭВМ 2 дает соответствующую команду блоку идентификации 21, например, начать сбор информации с контролируемого объекта 19₁. Блок идентификации 1 инициирует работу радиопередатчика 25 на рабочей частоте f₁ радиоприемника 13₁ выносного комплекта 10₁ и модулятора 24. Для выработки соответствующего радиоимпульса управления, который излучается телеметрической антенной 7 и улавливается антеннами 15₁...15_n выносных комплектов 10₁...10_n. Селективные цепи радиоприемников 13₂. ..13_n не пропускают несущую частоту f₁ данного радиоимпульса управления, а селективная цепь радиоприемника 13₁ пропускает принятый радиосигнал, и он поступает на первый информационный вход микроконтроллера 12₁, который через таймер 18₁ и переключатель 17₁ включает питание радиопередатчика 14₁ и отключает питание радиоприемника 13₁ на время, необходимое для передачи информации, записанной в ОЗУ микроконтроллера 12₁ с многоканального модуля сбора информации 11₁, и определяемое таймером 18₁. Передатчик 14₁ колебаний несущей радиочастоты f₁, модулируемый сигналом информации с выхода микроконтроллера 12₁, включается и передает через антенну 15₁ радиосигнал в эфир. Этот радиосигнал, принятый телеметрической антенной 7, через широкополосный радиоприемник 22 поступает на вход демодулятора 23 и первый вход блока идентификации 21, который определяет несущую частоту f₁ принятого радиоимпульса и тем самым идентифицирует принятую с выхода демодулятора 23 информацию с контролируемого объекта 19₁ и передает ее на первый измерительный вход бортовой ЭВМ 2, которая производит запись и индикацию принятой информации.

Затем бортовая ЭВМ 2 дает команду блоку идентификации 21 начать сбор информации с контролируемого объекта 19₂. Блок идентификации 21 инициирует работу передатчика энергии радиоволн 25 на рабочей частоте f₂ приемника 13₂ выносного комплекта 10₂ и модулятора 24, которые вырабатывают требуемый радиоимпульс, который излучается телеметрической антенной 7 и принимается антеннами 15₁. . .15_n выносных комплектов 10₁...10_n. Но лишь селективная цепь радиоприемника 13₂ пропускает принятый радиоимпульс на первый информационный вход микроконтроллера 12₂, который обеспечивает передачу блока информации с контролируемого объекта 19₂ бортовой ЭВМ 2 аналогичным образом.

При работе только с одним контролируемым объектом 19 необходимость измерения несущей частоты с радиоприемника 22 отпадает, поэтому блок идентификации 21 выполняет лишь функцию переключателя, который осуществляет подключение измерительного входа бортовой ЭВМ 2 то к блокам передачи информации 24, 25, то к блокам приема информации 22, 23.

В программном обеспечении бортовой ЭВМ 2 и микроконтроллеров 12₁...12_n предусмотрен аварийный режим работы, когда на одном из контролируемых объектов 19₁...19_n один из датчиков комплектов датчиков 9₁...9_n фиксирует выход контролируемого физического параметра за установленные пределы. Если, например, неисправность обнаружена одним из датчиков комплекта 9₁, то микроконтроллер 12₁ инициирует включение таймера 18₁ и подачу питания от аккумулятора 16₁ на передатчик 14₁ и отключение питания от радиоприемника 13₁ через переключатель 17₁ на время, определяемое таймером 18₁. Передатчик 14₁ передает аварийный блок информации с информационного выхода микроконтроллера 12₁ на антенну 15₁. Аварийная информация, принятая телескопической антенной 7, проходит через радиоприемник 22 и демодулятор 23, идентифицируется блоком 21 и направляется в бортовую ЭВМ2 для анализа оператором.

Переносная микроЭВМ 6, имеющая монитор и клавиатуру и связанная двухпроводной полевой шиной 20 с бортовой ЭВМ 2, обеспечивает: во-первых, режим предварительной настройки и проверки комплектов датчиков при их установке на контролируемые объекты 4,19_х. . .19_n, во-вторых, режим сбора информации со стационарного объекта 4. Причем в процессе настройки и установки датчиков на контролируемых объектах и исследование их в стационарном режиме оператор, находящийся у микроЭВМ 6, может передавать и получать информацию от второго оператора, находящегося в автомобиле 1 у бортовой ЭВМ 2, по информационной промышленной сети, образованной двухпроводной полевой шиной 20. Кроме того, в стационарном режиме работы возможен не только сбор информации, но и управление технологическим процессом на контролируемом объекте.

Опыт разработки и эксплуатации современных контрольно-измерительных систем в народном хозяйстве показывает непрерывное увеличение объема информации, с которым они должны работать, а также количество и разнообразие контролируемых объектов. Введение в состав передвижной измерительной лаборатории нескольких комплектов выносных датчиков и выносных блоков, которые могут дистанционно связываться с бортовой ЭВМ по радиоканалу и/или двухпроводной полевой шине, значительно расширяет ее функциональные возможности, а именно увеличивает доступность к труднодоступным контролируемым объектам и позволяет производить сбор информации как в стационарном, так и в мобильном режимах лаборатории с нескольких распределенных контролируемых объектах, т. е. обеспечивается возможность контролировать практически любые промышленные объекты.

Формула изобретения

1. Передвижная измерительная лаборатория, содержащая автомобиль-фургон с размещенными в нем бортовой ЭВМ, комплектом встроенных, связанных с бортовой ЭВМ, датчиков для измерения параметров автомобиля-фургона и оборудованием для стационарного обследования контролируемого объекта, включающим в себя комплект переносных датчиков, установленных на стационарном контролируемом объекте и подключенных кабельными линиями связи к переносной микроЭВМ, отличающаяся тем, что в нее введено оборудование для мобильного обследования контролируемых объектов, содержащее телеметрическую антенну, установленную на крыше автомобиля-фургона, блок приема-передачи информации, подключенный входом к телеметрической антенне, а выходом - к первому входу бортовой ЭВМ, комплект выносных датчиков и выносной блок, содержащий многоканальный модуль сбора информации, микроконтроллер, радиоприемник, радиопередатчик, антенну и аккумулятор, выход которого подключен к цепям питания радиоприемника и радиопередатчика через переключатель, а к цепям питания многоканального модуля сбора информации и микроконтроллера - непосредственно, антенна подключена к входу радиоприемника и выходу радиопередатчика, выход радиоприемника подключен к первому информационному входу микроконтроллера, второй информационный вход которого подключен к выходу многоканального модуля сбора информации, управляющий выход микроконтроллера подключен к входу таймера, выход которого соединен с управляющим входом переключателя, информационный выход микроконтроллера подключен к входу радиопередатчика, входы многоканального модуля сбора информации подключены к соответствующим входам выносного блока и соединены кабельными линиями связи с комплектом выносных датчиков, установленных на другом контролируемом объекте, выход переносной микроЭВМ соединен двухпроводной полевой шиной со вторым входом бортовой ЭВМ.

2. Передвижная измерительная лаборатория по п. 1, отличающаяся тем, что в нее введено несколько комплектов выносных датчиков, установленных на нескольких контролируемых объектах, и несколько однотипных выносных блоков, подключенных кабельными линиями связи к соответствующим комплектам выносных датчиков, а в блок приема-передачи информации введен модуль идентификации контролируемых объектов, первый вход которого подключен к выходу радиоприемника, второй вход модуля идентификации подключен к выходу демодулятора, первый выход модуля идентификации подключен к управляющему входу модулятора, второй выход модуля идентификации соединен с входом генератора несущих частот, выход которого подключен к входу несущей частоты модулятора, информационный вход-выход модуля идентификации подключен к первому информационному входу бортовой ЭВМ.

РИСУНКИ

Рисунок 1