Содержание
TOC \o “1-3” 1 Введение PAGEREF _Toc454280721 \h 2
2 Назначение и область применения PAGEREF _Toc454280722 \h 4
3 Технические характеристики PAGEREF _Toc454280723 \h 4
4 Структурная схема передатчика PAGEREF _Toc454280724 \h 5
5 Разработка и расчёт основных блоков схемы PAGEREF _Toc454280725 \h
7
5.1 Параметры НС – кода PAGEREF _Toc454280726 \h 7
5.2 Выбор комбинаций НС – кода PAGEREF _Toc454280727 \h 10
5.2.1 1 –я посылка PAGEREF _Toc454280728 \h 11
5.2.2 2-ая посылка PAGEREF _Toc454280729 \h 14
5.3 Выбор АЦП PAGEREF _Toc454280730 \h 16
5.4 Расчёт делителя напряжения PAGEREF _Toc454280731 \h 19
5.5 Реализация регистра PAGEREF _Toc454280732 \h 20
5.6 Разработка логического узла PAGEREF _Toc454280733 \h 20
5.7 Выбор передаваемых частот и полос пропускания PAGEREF
_Toc454280734 \h 21
5.8 Расчёт генераторов гармонических колебаний PAGEREF _Toc454280735
\h 23
5.9 Расчёт полосовых фильтров PAGEREF _Toc454280736 \h 25
5.10 Разработка блока управления PAGEREF _Toc454280737 \h 27
6 Основные требования к алгоритмам диагностирования PAGEREF
_Toc454280738 \h 29
7 Техническая диагностика и прогнозирование PAGEREF _Toc454280739 \h
32
8 Связь технической диагностики с надежностью и качеством PAGEREF
_Toc454280740 \h 35
9 Основы теории технической диагностики PAGEREF _Toc454280741 \h 38
10 Разработка технического диагностирования PAGEREF _Toc454280742 \h
40
11 Разработка схемы диагностирования PAGEREF _Toc454280743 \h 44
12 Диагностирование работоспособности системы PAGEREF _Toc454280744 \h
46
13 Заключение PAGEREF _Toc454280745 \h 48
Приложение А (задание на бакалаврскую работу)__________________
Приложение Б (список литературы)______________________________
1 Введение
Проектирование современных систем телемеханики в корне отличается от
тех же систем спроектированных буквально несколько лет назад. Это
объясняется в первую очередь тем, что для построения современных систем
телемеханики широко используются интегральные микросхемы и средства
вычислительной техники.
Использование современных технологий неизбежно влечёт к повышению
скорости работы систем, улучшения качества и размеров систем, повышению
точности и т.д., по сравнению со своими предшественниками, выполненными
на транзисторах и диодах. Так кроме традиционных функций
(телеуправление, телеизмерение, телесигнализация, телерегулирование и
передача статистической информации) они могут осуществлять
предварительный отбор информации после её сбора, образовывать сигналы,
оптимальные для передачи по данному каналу связи, принимать решения для
управления местной автоматикой, выдавать по выбору и повторно информацию
диспетчеру для визуального контроля и регулирования и т.д.
Кодирование применяемое в современных системах телемеханики позволяет
повышать их защищённость от помех за счёт более совершенных кодов
которые в схемной реализации более просты чем их соратники, а сжатие
данных позволяет увеличить объём передаваемой информации по тем же
каналам связи.
Устройства телеизмерения (ТИ) осуществляют передачу на расстояние
значений измеряемых величин, их регистрации или ввода данных в
автоматическое устройство. Все системы ТИ подразделяют на аналоговые и
дискретные. Дискретные системы ТИ наиболее близки по принципам
построения схем и используемой аппаратуре к системам телеуправления.
Характерная особенность дискретных систем – осуществление в передающем
устройстве операции квантования по уровню. При этом вместо передачи
непрерывного ряда значений измеряемой величины передаётся конечное её
значений (уровней), каждому из которых соответствует при кодировании
определённая кодовая комбинация. В зависимости от принципа кодирования
различают частотно-импульсные (использующие числовой код) и
кодово-импульсные (использующие многоэлементный код) дискретные системы
ТИ.
К аналоговым системам принято относить такие системы ТИ, в которых
каждому из непрерывного ряда значений измеряемой величины соответствует
вполне определённый сигнал ТИ.
Основное преимущество дискретных систем по сравнению с аналоговыми –
незначительное влияние изменения параметров линии связи и помех в
каналах связи на передаваемые сигналы.
К преимуществам кодово-импульсных систем ТИ следует отнести высокую
помехоустойчивость и отсутствие принципиальных ограничений для повышения
точности телепередачи, обусловленные дискретным характером сигналов.
Кроме того, такие системы приспособлены для вывода информации в цифровой
форме.
В кодово-импульсных системах кодируется либо угол поворота стрелки
первичного измерительного прибора, либо унифицированный электрический
параметр (ток или напряжение), в которой предварительно преобразуется
измеряемая величина.
Задача кодирования сообщения в общем случае заключается в согласовании
свойств источника сообщений со свойствами канала связи. Различают
кодирование источника сообщений (эффективное кодирование) и кодирование,
учитывающее влияние помех в канале связи (помехоустойчивое
кодирование).
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:
– диапазон изменения измеряемой величины, В 0 – 15
– допустимая приведённая погрешность измерения, В 2.8
– максимальная частота изменения измеряемого напряжения, Гц 100
– метод разделения сигналов Частотно-временной
– метод избирания Частотно-распределительно-комбинационный
Вид проектируемого устройства Передатчик
– код Неприводимый сменно-посылочный (НС)
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.
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:
(=0,5(доп , (5.1)
(=0,5*2.8 = 1.4%.
Количество уровней квантования АЦП (N):
N = 100/( + 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 = log2 128 = 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:
, (5.4)
где
Niгрдк – число комбинаций i – ой группы ДК;
Nnвi – количество комбинаций i – ой посылки НС.
Выбор числа частотных позиций nч для построения комбинаций посылок НС –
кода производится из условия:
. (5.5)
Примем nв = 3 (nв – количество посылок).
Для преобразования семиразрядного ДК в НС – код , у которого nв=3 mч=2,
количество необходимых комбинаций:
Nком( 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:
, (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 ,
mч=2 количество необходимых комбинаций будет равно:
Nком ( 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.
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
Частота 3 и 4
3 3 4 4
Частота 5 и 6
6 5 5 6
6 5 5 6
Частота 7 и 8
8 7 7 8
8 7 7 8
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
5.2.2 2-ая посылка
Частота 1 и 2
2 2
Частота 3 и 4
3 4
Частота 5 и 6
Частота 7 и 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
код 000 001 010 011 100 101 110 111
част. 1-3 5-8 1-4 5-7 2-3 6-8 2-4 6-7
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
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.
Рисунок 5.3.2
Таблица 5.3
CS RD BUSY DB7—DB0 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 4B
Частота внутреннего тактового генератора 0,4..1,5Мгц
Время преобразования
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
