Реферат: Передающее устройство систем телеизмерения

--PAGE_BREAK--2 Назначение и область применения


Устройства телеизмерения осуществляют передачу на расстояние значений измеряемых величин, их регистрации или ввода данных в автоматическое устройство. В основном такие системы применяются в условиях, когда передача данных затруднительна в прямом виде, тогда стаёт вопрос о применении таких систем.
3 Технические характеристики


Основные технические характеристики разрабатываемого передатчика системы телеизмерения имеют следующие значения:




4 Структурная схема передатчика


Разрабатываемая схема приёмника должна осуществлять передачу полученной информации без временных интервалов между посылками, а также производить её обработку с наименьшим временем.

Структурная схема изображена на рисунке 4.1.

<img width=«695» height=«225» src=«ref-1_400614514-4426.coolpic» v:shapes="_x0000_s1604 _x0000_s1241 _x0000_s1242 _x0000_s1243 _x0000_s1244 _x0000_s1245 _x0000_s1246 _x0000_s1247 _x0000_s1248 _x0000_s1249 _x0000_s1250 _x0000_s1251 _x0000_s1252 _x0000_s1253 _x0000_s1254 _x0000_s1255 _x0000_s1256 _x0000_s1257 _x0000_s1258 _x0000_s1259 _x0000_s1260 _x0000_s1261 _x0000_s1262 _x0000_s1263 _x0000_s1264 _x0000_s1265 _x0000_s1266 _x0000_s1267 _x0000_s1268 _x0000_s1269 _x0000_s1270 _x0000_s1271 _x0000_s1272 _x0000_s1273 _x0000_s1274 _x0000_s1275 _x0000_s1276 _x0000_s1277 _x0000_s1278 _x0000_s1279 _x0000_s1280 _x0000_s1281 _x0000_s1282 _x0000_s1283 _x0000_s1284 _x0000_s1285">

Измеряемое напряжение поступает на вход делителя напряжения, предназначенного для согласования уровня входного сигнала с входом АЦП. Преобразованное напряжение поступает на АЦП, с выхода которого часть двоичного кода, соответствующая первой посылке, сразу же подаётся на блок кодирования (блок логических устройств), а остальная часть – на триггеры, выступающие в роли регистра. Блок регистров предназначен для хранения двоичного кода в то время, когда выходы АЦП находятся в Z – состоянии, что позволяет осуществлять беспрерывную передачу. С выхода блока регистров двоичный код поступает на логический блок (блок кодирования), где происходит преобразование двоичного кода в неприводимый сменно-посылочный код. Сигналы с выхода логического блока поступают на блок преобразования в частоту логических сигналов, где находятся генераторы частоты, ключи включения генераторов, полосовые фильтры и сумматор. Колебания с выходов полосовых фильтров поступают на сумматор, с выхода которого в линию поступает выходной сигнал. Работой вышеперечисленных блоков управляет блок управления, который должен производить следующие операции:

·        запуск АЦП на преобразование;

·        управление передачей данных с АЦП;

·        управлять записью в регистры;

·        управлять очерёдностью выдачи в линию посылок.

5 Разработка и расчёт основных блоков схемы

5.1 Параметры НС – кода


Допустимая погрешность для АЦП определяется по следующей формуле:
g=0,5gдоп ,                          (5.1)
g=0,5*2.8= 1.4%.
Количество уровней квантования АЦП (N):
N = 100/g+ 1,                                               (5.2)
N = 100/1.4+ 1 = 72.4 .
Поскольку такая разрядность не может быть достигнута то принимаем N=128.
Разрядность кодовой комбинации(n):

n = log2 N,                                                     (5.3).
n = log2128= 7.              
Для преобразования комбинаций двоичного кода (ДК) в НС – код комбинации ДК разбиваются на n групп, число которых равно числу посылок НС – кода nв
.

Комбинациям ДК каждой группы присваиваются комбинации частот из соответствующих групп сочетаний, образованных для построения посылок НС – кода.При разбиении разрядов ДК на группы, а так же при формировании комбинаций посылок НС – кода следует учитывать, что число возможных перестановок в группе (комбинаций ДК) не должно превышать количества комбинаций соответствующих посылок:

<img width=«19» height=«40» src=«ref-1_400618940-172.coolpic» v:shapes="_x0000_i1025"><img width=«138» height=«47» src=«ref-1_400619112-446.coolpic» v:shapes="_x0000_i1026"> ,                                             (5.4)

где

            Niгрдк – число комбинаций i – ой группы ДК;

            Nnвi – количество комбинаций i – ой посылки НС.
Выбор числа частотных позиций nчдля построения комбинаций посылок НС – кода производится из условия:
<img width=«373» height=«63» src=«ref-1_400619558-848.coolpic» v:shapes="_x0000_i1027">.  (5.5)
Примем nв
= 3 (n
в
– количество посылок).

Для преобразования семиразрядного ДК в НС – код, у которого nв
=3  m
ч
=2, количество необходимых комбинаций:
N
ком
³
23+2*22 =16.
При nч
= 7  Nком = 21, а при nч
= 6  Nком = 15, поэтому будем использовать 7 частотных позиций.
Относительная скорость передачи определяется по следующей формуле:
<img width=«180» height=«87» src=«ref-1_400620406-666.coolpic» v:shapes="_x0000_i1028">    ,                                     (5.6)

            где

                     M – количество информации;

                     nч– количество частотных позиций;

                     nв– количество посылок.

По формуле (5.6) находим относительную скорость  передачи:
Rf = 7/(7*3) =0.3(3)
.
   Принимая  nв
= 2 и используем те же формулы.

Для преобразования шестиразрядного ДК в НС – код, у которого nв
=2, m
ч
=2 количество необходимых комбинаций будет равно:
N
ком

³
  23 + 24 = 24.
При nч
= 8  Nком = 28, поэтому используем 8 частотных позиций.
По формуле (5.6) находим относительную скорость  передачи:

   

Rf = 7/(
8
*
2
) =0.
43.

На основании вышеприведённых расчётов делаем вывод, что НС – код с параметрами nв = 2, mч = 2 обеспечивает большую скорость передачи при небольшом затрате аппаратных ресурсов.
    продолжение
--PAGE_BREAK--5.2 Выбор комбинаций НС –­ кода


На основании вышеприведённых расчётов используем для передачи 8 частотных позиций, то возможно получение 28 комбинаций (Таблица 5.1)
Таблица 5.1


1-2


1-3


1-4


1-5

1-6

1-7

1-8

2-3


2-4


2-5


2-6

2-7

2-8

 
3-4

3-5

3-6

3-7

3-8

 
4-5

4-6

4-7

4-8

 
5-6

5-7

5-8

 
6-7

6-8

 
7-8

 


Для построения кодовых комбинаций 1 – ой  посылки нужно использовать 16 комбинаций частот, а для 2-ой посылки 8 комбинаций частот.

По расчётам проведённым ранее необходимо использовать восемь частот, а следовательно, для равномерного использования всех частот каждая частота для первой посылки должна использоваться четыре раза, а для второй два раза. Выбор частотных комбинаций следует производить при помощи карты Карно, потому что использование карт Карно позволит значительно оптимизировать представлении каждой кодовой комбинации для построения логического узла.

5.2.1 1 –я посылка

    Частота 1
и 2

<img width=«109» height=«3» src=«ref-1_400621072-169.coolpic» v:shapes="_x0000_s1628">



 
Частота 3
и
4


<img width=«320» height=«259» src=«ref-1_400622466-1619.coolpic» v:shapes="_x0000_s1641 _x0000_s1642 _x0000_s1643 _x0000_s1644 _x0000_s1645 _x0000_s1646 _x0000_s1647 _x0000_s1648 _x0000_s1649 _x0000_s1650 _x0000_s1651 _x0000_s1652 _x0000_s1653 _x0000_s1654 _x0000_s1655 _x0000_s1656 _x0000_s1657">



Частота 5
и
6


<img width=«321» height=«260» src=«ref-1_400624430-1763.coolpic» v:shapes="_x0000_s1658 _x0000_s1659 _x0000_s1660 _x0000_s1661 _x0000_s1662 _x0000_s1663 _x0000_s1664 _x0000_s1665 _x0000_s1666 _x0000_s1667 _x0000_s1668 _x0000_s1669 _x0000_s1670 _x0000_s1671 _x0000_s1672 _x0000_s1673 _x0000_s1674 _x0000_s1675 _x0000_s1676 _x0000_s1677 _x0000_s1678">




Частота 7
и
8


<img width=«321» height=«259» src=«ref-1_400626193-1784.coolpic» v:shapes="_x0000_s1679 _x0000_s1680 _x0000_s1681 _x0000_s1682 _x0000_s1683 _x0000_s1684 _x0000_s1685 _x0000_s1686 _x0000_s1687 _x0000_s1688 _x0000_s1689 _x0000_s1690 _x0000_s1691 _x0000_s1692 _x0000_s1693 _x0000_s1694 _x0000_s1695 _x0000_s1696 _x0000_s1697 _x0000_s1698 _x0000_s1699 _x0000_s1700 _x0000_s1701 _x0000_s1702">




Исходя из данных по картам Карно получаем функции для частот приведённые в таблице 5.2.1.1.

Таблица 5.2.1.1



Исходя из выше приведенных функций получаем комбинации частот для первой посылки приведенные в таблице 5.2.1.2:

таблице 5.2.1.2

код

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

част.

1-8

2-8

1-7

2-7

3-8

4-8

3-7

4-7

1-6

2-6

1-5

2-5

3-6

4-6

3-5

4-5

    продолжение
--PAGE_BREAK--5.2.2 2-ая посылка

Частота 1 и2



1

1





<img width=«237» height=«176» src=«ref-1_400630411-317.coolpic» v:shapes="_x0000_s1707 _x0000_s1708 _x0000_s1709 _x0000_s1710"><img width=«217» height=«115» src=«ref-1_400630728-474.coolpic» v:shapes="_x0000_s1606 _x0000_s1607 _x0000_s1608 _x0000_s1609">2

2






Частота 3 и 4


3

4





<img width=«249» height=«176» src=«ref-1_400631202-836.coolpic» v:shapes="_x0000_s1711 _x0000_s1712 _x0000_s1713 _x0000_s1714 _x0000_s1715 _x0000_s1716 _x0000_s1717 _x0000_s1718">3

4






Частота 5и 6

 








5

5

  <img width=«217» height=«115» src=«ref-1_400630728-474.coolpic» v:shapes="_x0000_s1610 _x0000_s1611 _x0000_s1612 _x0000_s1613">




6

6

 
Частота 7 и 8

 








7

8

  <img width=«217» height=«115» src=«ref-1_400630728-474.coolpic» v:shapes="_x0000_s1614 _x0000_s1615 _x0000_s1616 _x0000_s1617">




7

8

 
Аналогично определяем комбинации и для второй посылки.

Получаем следующие функции (таблица 5.2.2.1).

                                                          Таблица 5.2.2.1



        Конечные значения кодовых комбинаций для второй посылки приведены в таблице 5.2.2.2.
таблице 5.2.1.2
    продолжение
--PAGE_BREAK--5.3 Выбор АЦП


Так как разрядность кода равна 7, то для удобства использования и простоты подключения выбираем микросхему КР572ПВ3. Микросхема представляет собой восьмиразрядный АЦП последовательных приближений, предназначенный для ввода аналоговой информации в микропроцессоры, микроЭВМ и другие устройства вычислительной техники и обеспечивает следующие режимы: сопряжения, статической памяти и с произвольной выборкой. Условное обозначение приведено на рисунке 5.3.1

<img width=«12» height=«2» src=«ref-1_400635416-158.coolpic» v:shapes="_x0000_s1117"><img width=«12» height=«3» src=«ref-1_400635574-161.coolpic» v:shapes="_x0000_s1115"><img width=«12» height=«2» src=«ref-1_400635735-160.coolpic» v:shapes="_x0000_s1114"><img width=«2» height=«41» src=«ref-1_400635895-163.coolpic» v:shapes="_x0000_s1113"><img width=«22» height=«2» src=«ref-1_400636058-156.coolpic» v:shapes="_x0000_s1112"><img width=«22» height=«2» src=«ref-1_400636214-156.coolpic» v:shapes="_x0000_s1106"><img width=«2» height=«12» src=«ref-1_400636370-158.coolpic» v:shapes="_x0000_s1105"><img width=«118» height=«2» src=«ref-1_400636528-165.coolpic» v:shapes="_x0000_s1104"><img width=«2» height=«213» src=«ref-1_400636693-168.coolpic» v:shapes="_x0000_s1102"><img width=«31» height=«2» src=«ref-1_400636861-158.coolpic» v:shapes="_x0000_s1101"><img width=«22» height=«2» src=«ref-1_400637019-163.coolpic» v:shapes="_x0000_s1100"><img width=«40» height=«22» src=«ref-1_400637182-191.coolpic» v:shapes="_x0000_s1098">                <img width=«40» height=«3» src=«ref-1_400637373-160.coolpic» v:shapes="_x0000_s1080">  <img width=«277» height=«282» src=«ref-1_400637533-1629.coolpic» v:shapes="_x0000_s1062 _x0000_s1063 _x0000_s1064 _x0000_s1065 _x0000_s1066 _x0000_s1067 _x0000_s1068 _x0000_s1069 _x0000_s1070 _x0000_s1071 _x0000_s1072 _x0000_s1073 _x0000_s1074 _x0000_s1075 _x0000_s1076 _x0000_s1077 _x0000_s1078"><img width=«60» height=«2» src=«ref-1_400639162-160.coolpic» v:shapes="_x0000_s1061"><img width=«60» height=«2» src=«ref-1_400639322-158.coolpic» v:shapes="_x0000_s1060">  <img width=«547» height=«407» src=«ref-1_400639480-7462.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045">

Рисунок 5.3.1
В данной схеме АЦП будет работать в режиме статической памяти. На рисунке 5.3.2 изображена временная диаграмма работы АЦП в этом режиме, а в таблице 5.3 указаны состояния выходов АЦП и текущее функциональное состояние АЦП в зависимости от комбинации сигналов на входе.
<img width=«484» height=«243» src=«ref-1_400646942-2054.coolpic» v:shapes="_x0000_s1217 _x0000_s1218 _x0000_s1219 _x0000_s1220 _x0000_s1221 _x0000_s1222 _x0000_s1223 _x0000_s1224 _x0000_s1225 _x0000_s1226 _x0000_s1227 _x0000_s1228 _x0000_s1229 _x0000_s1230 _x0000_s1231 _x0000_s1232 _x0000_s1233 _x0000_s1234 _x0000_s1235 _x0000_s1236 _x0000_s1237 _x0000_s1238 _x0000_s1239">



Рисунок 5.3.2
Таблица 5.3

CS

RD

BUSY

DB7—DB

Функциональное состояние АЦП

L

H

H

Z

Начало преобразования

L

?

H

Z –данные

Считывание данных

L

?

H

Данные — Z

Сброс

H

X

X

Z

Отсутствие выборки

L

H

L

Z

Преобразование

L

?

L

Z

Преобразование

L

?

L

Z

Запрещено


Основные параметры АЦП:



Входное напряжение(максимальное)

10В

Номинальное напряжение питания (вывод 1)

5В

Ток потребления по входу (по выводу 1)

4мА

Опорное напряжение (вывод 2)

— 10B

Выходное напряжение низкого уровня

<0,8B

Выходное напряжение высокого уровня

>4B

Частота внутреннего тактового генератора

0,4..1,5Мгц

Время преобразования

<7,5мкс

Входное сопротивление по выводам 3, 4

6..30кОм

    продолжение
--PAGE_BREAK--5.4 Расчёт делителя напряжения


 Блок делителя напряжения предназначен для согласования уровня входного сигнала с входом АЦП. Так как разрядность АЦП равна 8 и максимальноезначение входного напряжения равно 10В, а измеряемое напряжение не превышает 15В, то входной блок должен обеспечивать деление напряжения на 6. Этот узел можно реализовать при помощи простого делителя напряжения на резисторах (см. рис. 5.4).
<img width=«244» height=«133» src=«ref-1_400648996-736.coolpic» v:shapes="_x0000_s1116 _x0000_s1118 _x0000_s1120 _x0000_s1121 _x0000_s1128">       <img width=«23» height=«42» src=«ref-1_400649732-217.coolpic» v:shapes="_x0000_s1122"> <img width=«4» height=«42» src=«ref-1_400649949-170.coolpic» v:shapes="_x0000_s1123">
<img width=«129» height=«33» src=«ref-1_400650119-453.coolpic» v:shapes="_x0000_s1125 _x0000_s1134">




Коэффициент деления этой схемы определяется формулой (5.7), при этом необходимо учитывать, что бы значения сопротивлений резисторов в делителе напряжения были раз в 5 меньше входного сопротивления АЦП.
<img width=«166» height=«65» src=«ref-1_400650572-430.coolpic» v:shapes="_x0000_i1046">                                            (5.7)
Входное сопротивление АЦП лежит в пределах 6… 30кОм, поэтому выберем значение R2равным 1кОм. Из формулы (5.7) R1= 5кОм.
5.5 Реализация регистра


Регистры реализуем при помощи параллельного соединения трёх D-триггеров с соединением С-входов, при помощи которых происходит запись информации в триггеры. Схема регистра изображена на рисунке 5.5.

<img width=«12» height=«12» src=«ref-1_400651002-286.coolpic» v:shapes="_x0000_s1153">


<img width=«204» height=«176» src=«ref-1_400651288-2079.coolpic» v:shapes="_x0000_s1491 _x0000_s1492 _x0000_s1493 _x0000_s1494 _x0000_s1495 _x0000_s1496 _x0000_s1497 _x0000_s1498 _x0000_s1499 _x0000_s1500 _x0000_s1501 _x0000_s1502 _x0000_s1503 _x0000_s1504 _x0000_s1505 _x0000_s1506 _x0000_s1507 _x0000_s1508 _x0000_s1509 _x0000_s1510 _x0000_s1511 _x0000_s1512 _x0000_s1513 _x0000_s1514 _x0000_s1515 _x0000_s1516 _x0000_s1517 _x0000_s1518 _x0000_s1519 _x0000_s1520 _x0000_s1521 _x0000_s1522 _x0000_s1523 _x0000_s1524 _x0000_s1525 _x0000_s1526 _x0000_s1527 _x0000_s1528">
                                        Рисунок 5.5
Для построения схем регистров используем микросхему КР1533ТМ7, представляющая собой счетверённый D-триггер с общим С-входом.


5.6 Разработка логического узла


Согласно таблицам функций преобразования из двоичного кода  в НС-код строим схемы обоих посылок. Коммутация производится при помощи четырёхканального мультиплексора КР1554  .Схема логического блока показана на схеме электрической принципиальной. Основная суть состоит в том, что номер посылки определяется третьим входом на схемах И, т.е. на какие элементы будет подана «1», та часть кода и будет закодирована.

5.7 Выбор передаваемых частот и полос пропускания


Передаваемые частоты должны располагаться в полосе частот от 0,4 до 3,2 кГц. Поскольку рекомендуется передавать частоты в полосе шириной 2,2 кГц, то, приняв центральную частоту равной 1,8 кГц, определим границы полосы частот от 0,7 кГц до 2,9 кГц. Поскольку канал связи имеет параболическую характеристику скорости распространения колебаний различных частот, минимум которой находится на центральной частоте 1,8 кГц (рис. 5.7), то крайние подканалы должны иметь большую ширину чем центральные, так как она определяется по формуле:

<img width=«316» height=«47» src=«ref-1_400653367-658.coolpic» v:shapes="_x0000_i1047">      ,                            (5.8)

  где

            tпос – время посылки;

<img width=«41» height=«32» src=«ref-1_400654025-237.coolpic» v:shapes="_x0000_i1049"> — задержка распространения сигнала;

tнар – время нарастания сигнала.

В свою очередь время нарастания сигнала определяется:

<img width=«167» height=«47» src=«ref-1_400654262-427.coolpic» v:shapes="_x0000_i1048">                                             (5.9)
Соответственно крайние передающие частоты должны располагаться на большем расстоянии друг от друга. Выбранные частоты сведены в таблицу 5.7.
Таблица 5.7

№ подканала

Значение  центральной частоты (кГц)

Ширина подканала

(Гц)

1

0.7

230

2

0,9

215

3

1,3

205

4

1,6

200

5

1,8

200

6

2,0

200

7

2,3

205

8

2,7

210


<img width=«678» height=«418» src=«ref-1_400654689-7701.coolpic» v:shapes="_x0000_s1286 _x0000_s1287 _x0000_s1288 _x0000_s1289 _x0000_s1290 _x0000_s1291 _x0000_s1292 _x0000_s1293 _x0000_s1294 _x0000_s1295 _x0000_s1296 _x0000_s1297 _x0000_s1298 _x0000_s1299 _x0000_s1300 _x0000_s1301 _x0000_s1302 _x0000_s1303 _x0000_s1304 _x0000_s1305 _x0000_s1306 _x0000_s1307 _x0000_s1308 _x0000_s1309 _x0000_s1310 _x0000_s1311 _x0000_s1312 _x0000_s1313 _x0000_s1314 _x0000_s1315 _x0000_s1316 _x0000_s1317 _x0000_s1318 _x0000_s1319 _x0000_s1320 _x0000_s1321 _x0000_s1322 _x0000_s1323 _x0000_s1324 _x0000_s1325 _x0000_s1326 _x0000_s1327 _x0000_s1328 _x0000_s1329 _x0000_s1330 _x0000_s1331 _x0000_s1332 _x0000_s1333 _x0000_s1334 _x0000_s1335 _x0000_s1336 _x0000_s1337 _x0000_s1338 _x0000_s1339 _x0000_s1340 _x0000_s1341 _x0000_s1342 _x0000_s1343 _x0000_s1344 _x0000_s1345 _x0000_s1346 _x0000_s1347 _x0000_s1348 _x0000_s1349 _x0000_s1350 _x0000_s1351 _x0000_s1352 _x0000_s1353 _x0000_s1354 _x0000_s1355 _x0000_s1356 _x0000_s1357 _x0000_s1358 _x0000_s1359 _x0000_s1360 _x0000_s1361 _x0000_s1362 _x0000_s1363 _x0000_s1364 _x0000_s1365 _x0000_s1366 _x0000_s1367 _x0000_s1368 _x0000_s1369 _x0000_s1370 _x0000_s1371 _x0000_s1372 _x0000_s1373 _x0000_s1374 _x0000_s1375 _x0000_s1376 _x0000_s1377 _x0000_s1378 _x0000_s1379 _x0000_s1380 _x0000_s1381 _x0000_s1382 _x0000_s1383">
По графику  (рис. 5.7) определяем значение Dt, и по формулам (5.8) и (5.9) находим ширину каждого подканала. Значения сводим в таблицу 5.4.


    продолжение
--PAGE_BREAK--5.8 Расчёт генераторов гармонических колебаний


Для реализации генераторов возьмём схемы на основе операционных усилителей (ОУ) с мостом Вина. Реализация схем генераторов на основе операционных усилителей является наиболее простой. Схема генератора гармонических колебаний приведена на рис. 5.8.
<img width=«255» height=«296» src=«ref-1_400662390-2801.coolpic» v:shapes="_x0000_s1384 _x0000_s1385 _x0000_s1386 _x0000_s1387 _x0000_s1388 _x0000_s1389 _x0000_s1390 _x0000_s1391 _x0000_s1392 _x0000_s1393 _x0000_s1394 _x0000_s1395 _x0000_s1396 _x0000_s1397 _x0000_s1398 _x0000_s1399 _x0000_s1400 _x0000_s1401 _x0000_s1402 _x0000_s1403 _x0000_s1404 _x0000_s1405 _x0000_s1406 _x0000_s1407 _x0000_s1408 _x0000_s1409 _x0000_s1410 _x0000_s1411 _x0000_s1412 _x0000_s1413 _x0000_s1414 _x0000_s1415 _x0000_s1416 _x0000_s1417 _x0000_s1418 _x0000_s1419 _x0000_s1420 _x0000_s1421 _x0000_s1422 _x0000_s1423 _x0000_s1424 _x0000_s1425 _x0000_s1426 _x0000_s1427 _x0000_s1428 _x0000_s1429 _x0000_s1430 _x0000_s1431 _x0000_s1432 _x0000_s1433 _x0000_s1434">


Если принять R1 = R2  = R иC1 = C2 = C, то частота колебаний будет определяться формулой:

<img width=«153» height=«56» src=«ref-1_400665191-484.coolpic» v:shapes="_x0000_i1050">.                                                         (5.10)
При этом коэффициент усиления но частоте генерации должен быть не менее 3 и определяется по формуле:

<img width=«151» height=«84» src=«ref-1_400665675-441.coolpic» v:shapes="_x0000_i1051">.                                                         (5.11)
По формулам (5.10) и (5.11) рассчитаем значения сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов для всех генераторов гармонических колебаний, и полученные значения сведём в таблицу 5.8

Значения сопротивлений резисторовR в каждом генераторе примем равным 10 кОм.
Таблица 5.8

    продолжение
--PAGE_BREAK--5.9 Расчёт полосовых фильтров


В качестве полосовых фильтров возьмём активные фильтры, использующие аппроксимацию Баттарворда как наиболее простые, обеспечивающие стабильные характеристики и часто употребляемые в практике. Для фильтров второго порядка обобщённое выражение для передаточной характеристики выражается формулой:

<img width=«371» height=«87» src=«ref-1_400666116-1161.coolpic» v:shapes="_x0000_i1052"> ,            (5.12)

  где

H0– максимальный коэффициент передачи в рабочей полосе частот;

wп – собственная частота (частота, на которой располагается пик   АЧХ );

Q– добротность wп/wr(wr – ширина полосы, определённая как разность между частотами, на которых коэффициент передачи уменьшается на 3 дБ)

<img width=«317» height=«268» src=«ref-1_400667277-2897.coolpic» v:shapes="_x0000_s1435 _x0000_s1436 _x0000_s1437 _x0000_s1438 _x0000_s1439 _x0000_s1440 _x0000_s1441 _x0000_s1442 _x0000_s1443 _x0000_s1444 _x0000_s1445 _x0000_s1446 _x0000_s1447 _x0000_s1448 _x0000_s1449 _x0000_s1450 _x0000_s1451 _x0000_s1452 _x0000_s1453 _x0000_s1454 _x0000_s1455 _x0000_s1456 _x0000_s1457 _x0000_s1458 _x0000_s1459 _x0000_s1460 _x0000_s1461 _x0000_s1462 _x0000_s1463 _x0000_s1464 _x0000_s1465 _x0000_s1466 _x0000_s1467 _x0000_s1468 _x0000_s1469 _x0000_s1470 _x0000_s1471 _x0000_s1472 _x0000_s1473 _x0000_s1474 _x0000_s1475 _x0000_s1476 _x0000_s1477 _x0000_s1478 _x0000_s1479 _x0000_s1480 _x0000_s1481 _x0000_s1482 _x0000_s1483 _x0000_s1484 _x0000_s1485 _x0000_s1486 _x0000_s1487 _x0000_s1488 _x0000_s1489 _x0000_s1490">
Схема полосового фильтра Баттерворда приведена на рис. 5.9.
.

Если при расчёте принять R­1 = R2 = R4 = R и С3 = С5 = С, тогда формулы для расчета фильтра выглядят следующим образом:

<img width=«198» height=«181» src=«ref-1_400670174-1128.coolpic» v:shapes="_x0000_i1053">                                       (5.13)

По формулам (5.13) рассчитаем значения элементов фильтров, значения сопротивлений резисторов R и Rвхпримем равные 10кОм. Полученные данные сведём в таблицу 5.9.

Таблица 5.9



    продолжение
--PAGE_BREAK--5.10 Разработка блока управления


Схема блока управления представленная на чертеже управляет работой АЦП и переключением посылок. Счётчик, работающий от генератора тактовых импульсов, выдаёт комбинации на логический узел, посредством которого определяется момент времени поступления необходимой комбинации. Комбинации, используемые в работе блока управления и их назначение, приведены в таблице 5.10.

Время перехода от одной комбинации до другой, определяемое частотой генератора тактовых импульсов, равно 0.43 мс.

Регистр в блоке управления, аналогичны регистру в логическом блоке, предназначен для поддержания постоянного сигнала до поступления новой команды.

Таблица 5.10

6 Основные требования к алгоритмам диагностирования


Диагностирование объектов на основе допускового способа контроля параметров — задача построения алгоритмов диагностирования сводится к выбору составов контрольных точек.

Эффективность процессов диагностирования, оцениваемая, например, временем диагностирования или затратами аппаратуры на хранение и реализацию алгоритмов диагностирования, в некоторых случаях существенно зависит от качества последних.

Оптимизация алгоритмов диагностирования возможна тогда, когда число элементарных проверок, достаточных для решения конкретной задачи диагностирования, меньше числа всех допустимых (т. е. физически возможных и реализуемых) элементарных проверок данного объекта. Для разных элементарных проверок могут требоваться разные затраты на их реализацию; эти проверки могут давать разную информацию о техническом состоянии объекта. Кроме того, одни и те же элементарные проверки могут быть реализованы в различной последовательности.

Поэтому для решения одной и той же задачи диагностирования (например, проверки исправности) можно построить несколько алгоритмов, различающихся либо составом элементарных проверок, либо последовательностью их реализации, либо, наконец, тем и другим вместе и поэтому, возможно, требующих разных затрат на их реализацию.

Необходимость увеличения производительности труда на операциях диагностирования, сокращения времени обнаружения, поиска и устранения неисправностей, уменьшения объемов и сложности средств диагностирования вызывает интерес к разработке методов построения оптимальных алгоритмов, требующих минимальных затрат на их реализацию. Построение оптимальных алгоритмов во многих случаях сопряжено с трудностями вычислений и поэтому зачастую удовлетворяются оптимизированными алгоритмами диагностирования, затраты на реализацию которых как-то уменьшены, но не обязательно минимальны.

Задачи построения оптимальных алгоритмов диагностирования при невысокой размерности могут успешно решаться методами обработки таблиц покрытий (для безусловных алгоритмов) и методами теории вопросников (для условных алгоритмов).

Эффективность процессов диагностирования определяется не только качеством алгоритмов диагностирования, но и в не меньшей степени качеством средств диагностирования. Последние могут быть аппаратурными или программными, внешними или встроенными, ручными, автоматизированными или автоматическими.  специализированными или универсальными.

Выбор или разработка средств тестового диагностирования должны осуществляться с учетом многих факторов:

Ø     наличия серийного выпуска требуемых средств;

Ø     наличия подходящих средств на заводе-изготовителе объекта;

Ø     массовости выпуска объекта и его сложности;

Ø     требуемой   производительности средств и т. п.

Средства функционального диагностирования являются, как правило, встроенными и поэтому разрабатываются и создаются одновременно с объектом.

«Традиционные» подходы к организации диагностического обеспечения не могут быть успешно применены для объектов высокой сложности, в том числе для объектов вычислительной тех-

Контролепригодность обеспечивается в результате преобразования структуры проверяемого объекта к виду, удобному для диагностирования. Для этого в объект еще на этапе его проектирования вводят дополнительную аппаратуру — встроенные средства тестового диагностирования.

К встроенным средствам тестового диагностирования можно отнести дополнительные контрольные точки, дополнительные входы для блокирования сигналов и задания требуемых значении сигналов, а также специальную аппаратуру, которая при диагностировании изменяет структуру объекта, оставляя ее исходной в режиме эксплуатации, генерирует тесты и анализирует результаты их реализации.

Из-за отсутствия регулярных и экономичных методов повышения контроле-пригодности объектов на практике широко используются неформальные рекомендации, облегчающие диагностирование объектов.

    продолжение
--PAGE_BREAK--7 Техническая диагностика и прогнозирование


Оценивая область, охватываемую технической диагностикой, рассмотрим три типа задач определения технического состояния объектов.

К первому тину относятся задачи определения технического состояния, в котором находится объект в настоящий момент времени Это — задачи диагностирования. Задачи второго типа — предсказание технического состояния, в котором окажется объект в некоторый будущий момент времени. Это — задачи прогнозирования. К третьему типу относятся задачи определения технического состояния, в котором находился объект в некоторый момент времени в прошлом. По аналогии можно говорить, что это задачи генеза.

Задачи первого типа формально следует отнести к технической диагностике, а второго типа — к технической прогностике (к техническому прогнозированию). Тогда отрасль знания, которая должна заниматься решением задач третьего типа, естественно назвать технической генетикой.

Задачи технической генетики возникают, например, в связи с расследованием аварий и их причин, когда техническое состояние объекта в рассматриваемое время отличается от состояния, в котором он был в прошлом, в результате появления первопричины, вызвавшей аварию. Эти задачи решаются путем определения возможных или вероятных предыстории, ведущих в настоящее состояние объекта. К задачам технической прогностики относятся, например, задачи, связанные с определением срока службы объекта или с назначением периодичности его профилактических проверок и ремонтов. Эти задачи решаются путем определения возможных или вероятных эволюции состояния объекта, начинающихся в настоящий момент времени.

Решение задач прогнозирования весьма важно, в частности, для организации технического обслуживания объектов по состоянию (вместо обслуживания по срокам или ста ресурсам). Непосредственное перенесение методов решения задач диагностирования на задачи прогнозирования невозможно из-за различия моделей, с которыми приходится работать:

при диагностировании моделью обычно является описание объекта, в то время как при прогнозировании необходима модель процесса эволюции технических характеристик объекта во времени. В результате диагностирования каждый раз определяется не более чем одна «точка» указанного процесса эволюции для текущего момента (интервала) времени. Тем не менее хорошо организованное диагностическое обеспечение объекта с хранением всех предшествующих результатов диагностирования может дать полезную и объективную информацию, представляющую собой предысторию (динамику) развития процесса изменения технических характеристик объекта в прошлом, что может быть использовано для систематической коррекции прогноза и повышения его достоверности.

В период эксплуатации весьма важным является индивидуальное прогнозирование технического состояния каждого конкретного экземпляра объекта, которое позволяет обслуживать объекты по их состоянию. При индивидуальном прогнозировании априорная информация должна быть индивидуальной для каждого экземпляра объекта. Если эту информацию получать в процессе эксплуатации, то она будет учитывать не только конкретные условия применения данного экземпляра объекта по назначению,условия его обслуживания, храпения и транспортирования, но также специфические особенности экземпляра, зависящие, в частности, от конкретных условий изготовления объекта и его составных частей.

Однако и при таком расчленении трудности разработки практически эффективных методов прогнозирования для сложных объектов остаются значительными.

Наиболее простой была бы явная аналитическая модель в которой отсутствует зависимость будущего технического состояния от случайных помех и погрешностей. Стремясь к «идеальной» модели, применяют различные способы математической обработки моделей  с целью уменьшения зависимости окончательных результатов измерения прогнозирующих параметров и прогноза от случайных функцийY, Xи W. Эти способы заключаются главным образом в сглаживании случайных процессов применением операторов сглаживания, таких, как опера- ' торы математического ожидания, текущего среднего, экспоненциального сглаживания, и некоторых других. Для применения операторов сглаживания необходимо знать характеристики сглаживаемых случайных процессов, например вероятности появления величинY, Xи W, интервалов сглаживания и др., что сопряжено с необходимостью получения и обработки больших объемов априорной информации, что практически далеко не всегда возможно.

Простейшими критериями Годности могут быть, например, абсолютные значения или скорости изменения абсолютных значений интенсивностей отказов, или некоторых (прогнозирующих) параметров.

Конечно, наиболее трудными являются вопросы обоснованного назначения предельного значения критерия годности, а также выбора прогнозирующих параметров. Теоретически обоснованные ответы на эти вопросы удается получить далеко не всегда и только для очень простых объектов. В большинстве случаев, однако, могут оказаться приемлемыми методы экспертных оценок.

8 Связь технической диагностики с надежностью и качеством

Качество продукцииесть совокупность ее свойств, обусловливающих пригодность продукции удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Среди показателей качества продукции важное место занимают показатели ее надежности (безотказности, долговечности, сохраняем ости, ремонтопригодности). Наличие или появление дефектов, что возможно на любой стадии жизни продукции (объектов), отрицательно сказывается на ее качестве и надежности.

Физический аспект,являющийся основным для неделимых объектов, охватывает выбор, совершенствование и создание новых материалов, поиск и реализацию новых физических принципов работы, новых видов энергии и способов ее преобразования, задание щадящих условий применения объектов, совершенствование технологии производства и конструкции и т. п.

Аппаратурный  аспект  охватывает принципы и методы организации и использования аппаратурной (материальной) избыточности. Это — мажорирование (в частности, дублирование и троирование), распределенное резервирование, статическое и динамическое резервирование, ненагруженный и нагруженный резерв, и т. п.

Информационный аспектнадежности включает в себя принципы и методы получения и использования избыточной информации, поступающей на объект, а также передаваемой, перерабатываемой, хранимой и выдаваемой объектом. Это, например, применение избыточных кодов, исправляющих ошибки, и многократное (в частности, двукратное) повторение во времени операций передачи и обработки информации. К информационному аспекту следует отнести также вопросы, связанные с организацией падежного (в частности, нечувствительного к ошибкам) матобеспечения вычислительных машин.

Целью мероприятий, выполняемых в рамках физического аспекта надежности, является создание таких объектов, которые как можно меньше подвержены появлению в них дефектов как при производстве, так и при их эксплуатации. Однако избежать возникновения дефектов в более или менее сложных объектах, особенно при длительной их эксплуатации, нельзя.

Для  реализации диагностического обеспечения в общем случае требуется ввести аппаратурную и информационную избыточность, а также дополнительно затратить энергию. Поэтому разработчик, желающий иметь хорошее диагностическое обеспечение для проектируемого объекта, должен сознавать, что для этого потребуются затраты, которые должны определяться технико-экономическими соображениями или даже расчетами, но которые начнут окупаться немедленно -в процессе изготовления объекта и при его наладке. В первую очередь разработчику надлежит рассмотреть все стадии и этапы жизни объекта и для каждого такого этапа решить вопрос о необходимости решении той.или иной задачи диагностирования, выбрать или назначить требуемую полноту обнаружения и глубину поиска возможных (вероятных, допустимых) дефектов объекта, За этим должна следовать разработка и создание соответствующих систем диагностирования.

Главными показателями качества систем диагностирования являются гарантируемые ими полпота обнаружения и глубина поиска дефектов. К числу «вторичных» показателей качества систем диагностирования можно отнести затраты на аппаратуру, время, энергию, а также показатели надежности средств диагностирования, в том числе достоверность диагноза.

Для правильной организации проектирования систем диагностирования такие основные исходные данные, как состав обнаруживаемых дефектов и глубина их поиска, должны быть заданы не «в среднем», а в виде совершенно конкретных перечней дефектов и сменных составных частей объекта.

Внедрение в практику проектирования указанных выше методов количественных расчетов в определенной мере дело будущего. В настоящее время целесообразно согласовывать показатели надежности объектов и характеристики их систем диагностирования путем итеративного рассмотрения ряда вариантов. При этом существенно полезными и эффективными являются машинные системы моделирования надежности, которые обеспечивают возможность учета характеристик диагностического обеспечения моделируемых объектов.

    продолжение
--PAGE_BREAK--