Разработка системы телемеханики

В нашем  случае «светлый щит» построен по схеме  с двумя лампами, причем при отключенном объекте горит лампа управляемая цепью «сигнализация 1», а лампа управля-

емая цепью  «сигнализация 2» погашена. При изменении  состояния управляемого объекта  горящая лампа гаснет, а вторая лампа начинает мигать до тех пор  пока ключ квитирования (КК) не установится  в положение соответствующее состоянию управляемого объекта. Верхнее положение КК соответствует включенному, а нижнее - выключенному состоянию объекта управления.

Рассмотрим  работу схемы управления. Пусть ключ квитирования установлен в верхнее положение и из объекта управления приходит сигнал, что он находится в включенном состоянии. В этом случае триггер 1 и триггер 10 будут находиться в одинаковом единичном состоянии (при наличии разрешения прохождения сигнала квитирования уровнем логической 1). При этом на выходах элементов 15 и 16 уровень логического 0 и следовательно на выходе элемента 17 уровень логического 0, т.е. сигнал «несоответствие» отсутствует. С выхода элемента 18 логическая 1 поступает на входы элементов 6 и 8, а логическая 1 с прямого выхода триггера 1 на входы элементов 6 и 7. Таким образом на выходе элемента : появляется логическая 1,которая через  элемент 11 поступает в усилитель 21, где усиливается и подается в цепь «сигнализация 2» зажигающая лампу свидетельствующую о включенном состоянии объекта управления.

Если состояние объекта управления изменилось «отключено» ,то приходит сигнал на вход R триггера 1 и он устанавливается в нулевое состояние. При этом на  выходах элементов 15 и 16 образуются уровни логической 1. На выходе элемента 17 формируется сигнал «несоответствие» уровнем логической 1.

С выхода элемента 18,уровень логического 0 поступает  на вход элемента 6,на его выходе формируется 0. Уровень логического 0 с прямого  выхода триггера 1 формирует 0 на выходе элемента 7. Таким образом на выходе элемента 11 уровень 0 и цепь «сигнализация 2» устанавливается в 0,лампа в этой цепи гаснет. Вместе с тем логический 0 с выхода элемента 18 формирует 0 на выходе элемента 8,а логическая 1 с инверсного выхода триггера 1 разрешает прохождение низкочастотных импульсов с генератора НЧ,которые проходя через элемент 12 и усилитель 14 вызывают мигание лампы в цепи. При установке ключа квитирования в нижнее положение «отключено» триггер 10 устанавливается в нулевое положение, что приводит к появлению 0 на выходах элементов 15, 16, 17 и снятия сигнала «несоответствие».

Появление логической 1 на входе элемента 8 формирует на его выходе логическую 1, которая  через элемент 12 и14 устанавливают  цепь «сигнализация 1» в состояние  логической 1,что соответствует зажиганию лампы стоящей в данной цепи.

 

Схема синхронизации распределителей  импульсов.

В системе применена  циклическая схема синхронизации распределителей.

На рис.6.2 представлена циклическая схема синхронизации  распределителей. Питание распределителей на ПУ и КП осуществляется от генераторов (Г) частота генерации которых должна быть одинаковой. Т.к. практически невозможно сделать два генератора, которые генерировали бы строго одинаковую частоту, то следовательно через некоторое время после включения импульсы распределителей на ПУ и КП не будут совпадать. Во избежании этого в начале каждого цикла с одного из распределителей (ведущего) обычно замкнутого в кольцо и непрерывно (циклически) работающего посылается синхронизирующих сигнал (СС) на другой распределитель (ведомый). Ведомый распределитель запускается в начале цикла и останавливается в конце. В следующем цикле он вновь запускается СС и так каждый цикл. Синхронизация распределителей в каждом цикле делает надёжной их работу и является основным преимуществом циклической синхронизации. Однако в этом случае стабильность частоты генераторов должна быть такой, чтобы рассогласование их частот не привело к несовпадению импульсов в пределах одного цикла. Вероятность рассогласования возрастает с увеличением числа элементов распределителя. Во избежании рассогласования  частот генераторов в цикле целесообразно использовать дополнительное синфазирование по импульсам.

На рис.6.3 представлена функциональная схема формирования импульсов, а на рис.6.4 временные  диаграммы её работы, схема работает следующим образом. По сигналу Пуск триггера 2 и 5 устанавливаются в 1. Триггер 5 формирует передний фронт СИ, а триггер 2 разрешает прохождение тактовых импульсов с задающего генератора 1.через схему 3 на делитель частоты 4 с коэффициентом деления «К».

С появлением первого импульса от делителя триггер 5 устанавливается в нулевое состояние в результате чего формируется СИ. Тактовые импульсы ТИ предназначенные для управления работой распределителя импульсов поступают с частотой f/К на выход через схему 6. Цикл формирования СИ и ТИ завершается при поступлении сигнала «Сброс» на вход R триггера 2.

В приёмном устройстве блок синхронизации состоит из анализатора  длительности импульсов и формирователя  тактовых импульсов. Анализатор выделяет синхроимпульсы и запускает формирователь тактовых импульсов (ТИ) обеспечивающий синхронную работу приёмного и передающего распределителей.

Функциональная  схема анализатора длительности импульсов (АДИ) и формирователя тактовых импульсов показана на рис.6.5, а временные диаграммы её работы на рис.6.6.

Схема работает следующим образом. Импульсы поступают  на вход одновибратора 1 и запускают  его своим передним фронтом. Одновибратор вырабатывает импульсы, длительность которых соответствует длительности синхроимпульсов. Формирователи 2 и 3, в качестве которых используются дифференцирующие цепи, выделяющие задние фронты (срезы) всех поступающих на их входы импульсов. Очевидно, что на входе схемы 4 получается сигнал только в случае поступления СИ на вход АДИ. Выделенный сигнал устанавливает триггер 5 в единицу, которая разрешает прохождение импульсов от задающего генератора 6 через схему 7 на вход делителя частоты 8.

Выходные ТИ управляют  работой распределителя импульсов. На последнем такте работы триггер 5 сбрасывается в 0.

 

Аналого-цифровой преобразователь (см. рис.6.7).

 

Согласно заданию  для системы должен быть разработан преобразователь перемещения в код Грея. Число разрядов преобразователя при погрешности преобразования 1% определено в разделе и составляет 7 разрядов двоичного кода. Количество разрядов двоичного кода и кода Грея совпадают, следовательно преобразователь 7-ми разрядный. Разрабатываем фотоэлектрический преобразователь перемещений в код Грея построенный по методу считывания. Функциональная схема такого преобразователя приведена на рис.6.7.

В фотоэлектрических преобразователях в качестве задающего элемента используется оптическое стекло, на которое нанесена кодовая маска в виде сочетаний прозрачных и не прозрачных участков. В качестве чувствительных элементов применяются фотоэлементы.

Свет от источников проходит через оптическое устройство, формирующее луч считывания и кодовый диск и попадает на фотоэлементы. Если между источником света и фотоэлементом находится прозрачный участок диска, то фотоэлемент будет находится в проводящем состоянии, что соответствует наличию 1 в данном разряде кода. Если между источником света и фотоэлементом находится непрозрачная площадка, то последний не будет проводить и это состояние будет соответствовать 0. Далее через усилитель сигналов код пересылается для записи в запоминающее устройство.

Применение в  данном типе преобразователя кода Грея определяется следующими соображениями. При применении обычного двоичного  кода из-за технологических погрешностей (перенос задающего элемента, неточность нанесения маски) могут возникать большие погрешности из-за возможного неодновременного изменения цифр в отдельных разрядах двоичного числа во время перехода от одного числа к другому. Причем ошибка может быть как минимальной, если она возникает в младшем разряде, так и максимальной, если она возникает в старшем разряде кода.

Для устранения этого недостатка и применяется  код Грея, т.к. в этом коде при переходе от одного числа к другому комбинация изменяется только в одном разряде, а не в нескольких, как в двоичном коде. Причем кодовая маска составлена так, что изменение (в старшем или младшем – безразлично) может дать погрешность только на единицу, т.е. в весе младшего разряда.

 

                            Цифро-аналоговый преобразователь.

 

ЦАП второго ТИ строится по методу суммирования токов  с весовыми значениями резисторов (см. рис.6.8). ЦАП состоит из последовательно-параллельного регистра, преобразующего последовательный код в параллельный, источников тока I₁ – I_n, ключей коммутации  К₁ – К_n, декодирующей сетки, выходного усилителя. При поступлении последовательного кода, он преобразуется в параллельный, который поступая на управление ключами коммутации заменяет соответствующие из них. На входе выходного усилителя формируется напряжение в соответствие с поступившем кодом. Декодирующая сетка с весовыми резисторами для преобразования кода в напряжение по методу суммирования токов состоит из последовательно соединённых резисторов, сопротивления которых пропорциональны весам двоичных разрядов. Все источники тока дают одинаковое значение тока и имеют бесконечно большое внутреннее сопротивление. на выходе сетки представляет собой суммарное падение напряжения на цепочке резисторов. Если замкнуть только ключ К_n, то ток источника I_n протекает по всем сопротивлениям схемы и

U_вых = IR∙2 ^n-1.

Если  все ключи замкнуты, то на выходе возникает максимальное значение напряжения:

U_вых = IR∙ (2 ^n-1 + 2 ^n-2 + … + 2¹ + 2⁰).

Это значит, что выходное напряжение является функцией преобразуемой кодовой комбинации при условии, что сопротивление  и источники тока идеальные.

 

Цифровая индикация.

 

Для отображения  цифровой информации полученной с выхода АЦП в системе используется устройство цифровой индикации с формированием цифр в процессе считывания. В нашем случае применяем индикаторы на светодиодных матрицах, в которых формирование цифры происходит из семи полосок, так называемые семисегментные индикаторы. Такие индикаторы требуют специальное устройство для их управления, которое называется дешифратором двоичного кода в код управления семисегментным индикатором. Одна декада такого семисегментного индикатора с дешифратором изображена на рисунке 6.9. В качестве индикатора используется семисигментный индикатор АЛС 321, а в качестве дешифратора интегральная микросхема 514 ИД 2. Например, при поступлении на вход дешифратора кода соответствующего четырем, т.е. 0100, открываются ключи выходам дешифратора 514 ИД 2 и начинают светиться сегменты 2,3,6,7, образуя цифру 4.

 

Преобразователь двоичного кода в  инверсный.

 

В качестве кода адреса КП используется инверсный  код. Инверсный код по сравнению с двоичным кодом имеет удвоенное число символов, причем вторая половина группы символов совпадает с первой, если число 1 в исходной группе чётное и добавляемые разряды инвертируются, если число 1 в исходной группе нечётное. Схема, выполняющая данную функцию приведена на рис.6.10.

Работает  схема следующим образом. Исходная комбинация поступает на вход устройства анализа чётности 1, на входы инверторов 2-4 и первый канал коммутатора 5. Выходы инверторов подключены ко второму каналу коммутатора. При наличии в исходной комбинации чётного числа 1, на выходе анализатора чётности формируется логический 0, и данные с канала 1 коммутатора в прямом коде выдаются на выход коммутатора. Если число 1 – нечётно, на выходе схемы 1 формируется 1 и с канала 2 коммутатора код в инверсном виде выдаётся на выход коммутатора.

Приём инверсного кода осуществляется в 2 этапа. На первом этапе определяется число 1 в первой основной группе символов. Если число 1 – чётное, то вторая группа принимается без изменений, если нечётное, то символы второй группы инвертируются. После этого они поэлементно сравниваются и при наличии хотя бы одного несовпадения, комбинация бракуется.

Схема приёмной части инверсного кода приведена  на рис.6.11. Работает она следующим образом. Первая исходная группа принимается устройством анализа чётности 1, вторая в исходном состоянии поступает на вход первого канала коммутатора 5 и в инверсном коде на вход второго канала коммутатора 5. Если число 1– чётно, то на выходе схемы 1 формируется 0 и информация второй группы в прямом коде поступает через коммутатор 5 на входы полусумматоров 6-8, где поразрядно сравниваются при совпадении на выходе элемента 9 формируется уровень 0, что свидетельствует об отсутствии ошибок. Если сравнение не происходит, то на выходе элемента 9 формируется 1 и кодовая комбинация бракуется. Если число 1 в исходной комбинации нечётно, то на выход коммутатора передаётся инверсный код второй группы и далее всё протекает аналогично.

 

Преобразование двоичного кода в код Хемминга.

 

В коде режима КП используется код с исправлением одной ошибки. Код режима КП имеет три двоичных разряда и соответствующие им 6 разрядов кода Хемминга.

Код Хемминга имеет вид:

К₁ К₂ d₃ К₃ d₂ d₁

d₁ – d₃ – код данных (d₃ – старший разряд);

К₁ - К₃ – контрольные символы.

Определение состава контрольных символов, т.е. определение того какой контрольный символ должен стоять на контрольной позиции (0 или 1) производится по коэффициентам при помощи проверки на чётность следующим образом. В таблице 6.1 записаны все кодовые комбинации, исключая нулевую, для трёхразрядного двоичного кода и рядом справа, сверху вниз поставлены символы комбинации кода Хемминга.

 

     

                                                  Таблица 6.1.

3 (d3)	2 (d2)	1 (d1)	Символы кода
0 0 0 1 1 1	0 1 1 0 0 1	1 0 1 0 1 0	К1 К2 d3 К3 d2 d1

 

По  таблице 6.1 составляется таблица 6.2 , в  которой выписаны символы в трёх строках в следующей последовательности:

                       

                        Таблица 6.2.

К1	+ d3	+ d2	-
К2	+ d3	-	+ d1
К3	-	+ d2	+ d1

 

В первую строку таблицы 6.2 записываются символы, против которых проставлены символы «1» в младшем разряде комбинации двоичного кода таблицы 6.1, во вторую строку проверочных коэффициентов записываются символы, против которых стоит 1 во втором разряде таблицы 6.1, третью строку таблицы 6.2 записываются символы, против которых стоит 1 в третьем разряде таблицы 6.1. Число проверок означает число строк в проверочной таблицы 6.2,которое равно числу контрольных символов К.

Нахождение  состава контрольных символов при  помощи проверок производится следующим образом. Суммируются информационные символы, входящие в каждую строку таблицы 6.2. Если сумма 1 в данной строке чётная, то значение символа К=0, если нечётное, то К=1. При помощи первой строки таблицы 6.2 определяется К₁, второй – К₂ и третьей – К₃.