Реферат: Разработка системы телемеханики

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 – In, ключей коммутации  К1 – Кn, 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 Кn, то ток источника In протекает по всем сопротивлениям схемы и

Uвых = IR∙2 n-1.

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

Uвых = 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 семисигментные индикаторы. Такие индикаторы требуют специальное устройство для их управления, которое называется дешифратором двоичного кода в код управления семисигментным индикатором. Одна декада такого семисигментного 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.

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

                         Таблица 6.2.

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.

Схема преобразователя двоичного кода в код Хемминга приведена на рис.6.12.

Декодирование кода Хемминга производится методом проверки комбинации на чётность по коэффициентам таблицы 6.2 (см. рис.6.13). Если комбинация принята без искажений, то сумма 1 по модулю 2 даёт 0. По результатам суммирования каждой из проверок составляется двоичное число, которое указывает на место искажения.

Например, первая и вторая проверки показали наличие искажения, а третья дала 0. Получаем число 011=3, это означает, что в третьем символе кодовой комбинации, включающей и контрольные символы (счёт слева направо) возникли искажения, поэтому этот символ необходимо исправить на обратный. После этого контрольные символы, стоящие на заранее известных местах отбрасываются.

 Декодер кода Хемминга в исходный код приведён на рис.6.13.

Функциональная схема.

Функциональная схема работает следующим образом. На пульте управления ключами выбора КП выбирается контролируемый пункт, с которым необходимо работать. Ключами выбора объекта выбирается соответствующий объект управления, ключами режима – режим работы. После набора операции код выбора КП преобразуется из потенциального в двоичный код на преобразователе кода 4, а на элементах 9 –12, 18 преобразуется из двоичного кода в инверсный. Код с ключей выбора объекта управления на преобразователе 5 преобразуется в двоичный код, а на эле 13 – 15 (полусумматорах) в код Хемминга. Код режима на элементах 1 – 3 преобразуется в код Хемминга. Преобразованные коды поступают в блок режимов работы 21 и далее под действием сигналов с распределителя импульсов РИ 19 записываются в параллельно-последовательный регистр 23 и под действием сигналов с РИ последовательным кодом выдаются в линейный усилитель ЛУ 24 и далее в линию связи с КП. Генератор тактовых импульсов ГТИ 16 служит для формирования тактовых импульсов управления РИ.

Код из линии связи поступает в первый КП, проходит через линейный усилитель ЛУ1 25 и далее распределяется по узлам КП.

Синхроимпульсы с выхода ЛУ1 поступают в генератор тактовых импульсов ГТИ 38, где с помощью специальной схемы происходит подстройка его частоты к частоте ГТИ ПУ.

Остальной код поступает в последовательно-параллельный регистр 27, где под действием сигналов с распределителя импульсов 46 преобразуется в параллельный код.

Общий адрес с регистра 27 поступает в преобразователь инверсного кода в двоичный, выполненный на элементах 31 – 34, 42, 47 – 50. При условии отсутствия ошибки в слове с выхода элемента 50 в блок режимов работы 51 выдается сигнал об отсутствии ошибки в коде и БРР производит анализ общего адреса поступившего из регистра 27 в БРР. При условии совпадения адреса КП с принятым адресом БРР продолжает дальней- шую обработку кода. При обнаружении ошибки в инверсном коде элемент 50 выдает об этом сигнал в БРР и обработка общего адреса не происходит.

Если информация предназначена данному КП, то БРР выбирает соответствующий объект управления и производит над ним заданную операцию. Происходит это следующим образом. Код адреса объекта управления с выхода регистра 27 поступает  на вход декодера кода Хемминга на элементах 35 – 37, 43 – 45, где производится его анализ, данные анализа с выходов элементов 43 – 45 вместе с двоичным кодом с выхода регистра 27 поступают в БРР, где при отсутствии ошибки в коде происходит его дальнейшая обработка. При наличии ошибки происходит её исправление и только затем код обрабатывается. Тоже самое происходит и с кодом режима работы (ТУ, ТС, ТИ) который в виде кода Хемминга поступает  на декодер на элементах 28 – 30, 39 – 41.

Предположим, что передана команда на включение третьего объекта ТУ, в этом случае после анализа кода БРР выдает соответствующий адрес и команду «включить» на вход коммутатора 53, который передает данную команду на выход  D3 и далее в ТУ3, который включается и выдает сигнал об изменении состояния «выключено» на состояние «включено». Данный сигнал через элемент 56 поступает на вход D1 коммутатора 55 и под управлением сигналов адреса с БРР выдается на входы D параллельно-последовательного регистра 54. Под действием сигналов с РИ данная информация последовательным кодом передается  в преобразователь двоичного в циклический код 52 и далее в ЛУ1. Линейный усилитель выдает код в линию связи с ПУ. Код поступивший в ПУ через ЛУ 24 поступает в БРР 21 и далее на преобразователь циклического кода в двоичный, с выхода которого код поступает на вход D1 последовательно-параллельного регистра 20. Под управлением сигналов в выхода БРР в регистре происходит преобразование последовательного кода в параллельный и выдача его на входы D коммутатора 17. Под действием сигналов адреса с выхода БРР данный код выдается на выход D1 коммутатора 17 и далее в схему управления “светлым щитом” 6. Оттуда сигнал выдается на лампы сигнализации. При этом лампа свидетельствующая о выключенном состоянии третьего объекта телеуправления гаснет, а лампа «вкл.» соответствующая третьему объекту начинает мигать до тех пор, пока ключ квитирования третьего объекта не будет установлен в соответствующее состояние и не будет нажата кнопка «квитирование». После этого лампа включения третьего объекта будет гореть ровным светом. При передаче на КП сигналов о вызове состояния объектов телесигнализации передачи состояния объекта происходит аналогично. Если поступил запрос на телеинформацию с первого или второго объекта ТИ, работа системы происходит аналогично. При запросе аналоговой информации с ТИ она предварительно преобразуется в код Хемминга в АЦП 58 построенному по методу считывания. Далее она пересылается в ПУ, где с выхода коммутатора 17 поступает на ЦАП 18 построенный по методу суммирования токов и далее поступает на аналоговый указатель.

  Дискретная информация, поступающая из ТИ 2 в ПУ с выхода D2 коммутатора 17, поступает в блок управления цифровой информацией 7, где происходит преобразование двоичного кода в код управления цифровыми семисегментными индикаторами.

Так как схема построения системы передачи информации цепочная, т.е. от ПУ к КП1 отКП1 к КП2 и т.д. и обратно, то в КП1 введён второй линейный усилитель ЛУ2 26, который передает информацию в КП2 и принимает её из КП2 и через ЛУ1 выдаёт на ПУ.