Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Принципиальная электрическая схема системы

В соответствии с разработанной структурной схемой, алгоритмом функционирования, временной структурой сигналов, конфигурацией и типом линии связи, внешними условиями производится выбор элементной базы и строится принципиальная электрическая схема устройств ПУ и КП, даётся подробное описание. При необходимости, для лучшего понимания принципа работы отдельных устройств могут приводиться временные диаграммы, таблицы, схемы подключения и т.д.

Допускается производить описание принципиальных электрических схем ПУ и КП по принципиальным схемам отдельных устройств, которые могут приводиться в пояснительной записке, но при этом нумерация элементов должна соответствовать нумерации элементов, приведённой на листе графического материала.

Выбор элементной базы производится в зависимости от требований надежности, интервала (диапазона) рабочих температур, других внешних условий, потребляемой мощности, помехоустойчивости, функциональной полноты, нагрузочной способности, области использования разрабатываемой системы и т.д. В случае применения элементов различных серий необходимо осуществлять анализ их совместимости по напряжению и нагрузочной способности.

Пример 4.14. Произвести выбор элементной базы для производства системы передачи цифровой информации (СПЦИ), схема алгоритма функционирования которой рассмотрена в примере 4.12, а в качестве линии связи используется волоконно-оптический кабель.

Решение. Исходные данные:

– минимальная наработка – 25000 часов;

– интервал рабочих температур – 0…+50 oC;

– относительная влажность воздуха при t = 20 оС – 80 %;

– вибрации: диапазон частот от 0 до 500 Гц, ускорение – 8g;

– потребляемая мощность – не нормируется;

– помехоустойчивость элементов – 2–я группа;

– серия микросхем должна обладать максимальной функциональной полнотой, т.е. на данной серии можно выполнить максимальное число устройств;

– напряжение питания микросхем – В %;

– серия микросхем должна иметь возможность сопрягаться с другими сериями микросхем;

– микросхемы должны обладать хорошей нагрузочной способностью.

Все функциональные блоки проектируемой СПЦИ, за исключением оптического передатчика и приемника, осуществляют обработку сигналов в цифровой форме (поскольку основным сигналом является двоичный униполярный сигнал передаваемых или принимаемых данных). Поэтому вся схемотехника системы строится на интегральных цифровых микросхемах, цифровых модулях, что обеспечивает быструю, стабильную и высоконадежную обработку сигнала.

Основными управляющими элементами проектируемой СПЦИ являются микроконтроллеры (МК) коммутатора, передатчика и приемника АПД, в качестве которых используется МК семейства 51 компании Intel КМ1816ВЕ51. Выбор данного элемента основан на его способности к выполнению возлагаемых на него функций и соответствию исходным данным, а также изученностью его архитектуры в ходе учебного процесса.

Микроконтроллер выполнен на основе высокоуровневой МОП технологии и выпускается в корпусе БИС, имеющем 40 внешних выводов [4]. Для работы МК51 требуется один источник электропитания +5 В. Через четыре программируемых порта ввода/вывода МК51 взаимодействует со средой в стандарте ТТЛ–схем с тремя состояниями выхода.

Корпус МК51 имеет два вывода для подключения кварцевого резонатора (6–12 МГц), четыре вывода для сигналов, управляющих режимом работы МК, и восемь линий порта 3, которые могут быть запрограммированы пользователем на выполнение специализированных (альтернативных) функций обмена информацией со средой.

8–битное арифметико–логическое устройство (АЛУ) может выполнять арифметические операции сложения, вычитания, умножения и деления; логические операции «И», «ИЛИ», «Исключающее ИЛИ», а также операции циклического сдвига, сброса, инвертирования и т.п.

Память программ и память данных, размещенные на кристалле МК51, физически и логически разделены (гарвардская архитектура). Память программ (постоянное запоминающее устройство – ПЗУ) имеет емкость 4 Кбайта. Память данных (оперативное запоминающее устройство – ОЗУ), предназначенная для хранения переменных в процессе выполнения прикладной программы, адресуется одним байтом и имеет емкость 128 байт. Память программ, так же как и память данных, может быть расширена до 64 Кбайт путем подключения внешних БИС (ВПД).

В составе средств МК51 имеются регистровые пары с символическими именами THO, TLO и ТН1, TL1, на основе которых функционируют два независимых программно–управляемых 16–битных таймера/счетчика событий, которые используются в проектируемой системе для реализации механизма синхронизации по кадрам.

МК также содержит универсальный асинхронный приемопередатчик (УАПП), через который осуществляется прием и передача информации, представленной последовательным кодом (младшими битами вперед), в полном дуплексном режиме обмена, что позволяет организовать быстрый и удобный обмен информацией между МК проектируемой системы.

Входные сигналы для МК51 могут формироваться ТТЛ–схемами или т–МОП–схемами. Допустимо использование в качестве источников сигналов для МК51 схем с открытым коллектором или открытым стоком.

Поскольку 128 байт ОЗУ МК для хранения блоков данных, кадров недостаточно, то в качестве ВПД (ОЗУ данных) применен модуль энергонезависимого сегнетоэлектрическое ОЗУ (FRAM) емкостью 64 Кбит с часами реального времени FM3808 [13].

Отличительные особенности FM3808:

сегнетоэлектрическое энергонезависимое ОЗУ емкостью 64 Кбит:

– организация ячеек памяти 32768 x 2;

– высокая износостойкость: 100 млрд. (1011) циклов чтение/запись;

– 10 летний срок хранения информации;

– запись без задержки (NoDelay™);

– длительность цикла доступа/записи: 70 нс/130 нс;

– встроенная схема защиты от понижения VDD.

часы–календарь реального времени:

– регистры часов реального времени представляют собой последние 16 ячеек памяти;

– внешнее резервное питание от батарейки или конденсатора;

– счет времени от секунд до столетий в двоично–десятичном формате;

– работает от кварцевого резонатора 32768 Гц.

системный супервизор:

– программируемый будильник по времени и дате;

– программируемый сторожевой таймер;

– контроль напряжения питания;

– выход генерации прерывания с программируемым активным уровнем;

– установки регистров неизбежно обладают энергонезависимостью;

– генерирует или сигнал сброса процессора или генерирует сигнал прерывания;

малая потребляемая мощность:

– память и интерфейс часов работают при 5 В;

– резервное питание может быть не ниже 2,5 В;

– активный ток IDD = 25 мА;

– потребляемый ток от резервного источника IBAK = 1 мкА.

Основными функциональными элементами УПС являются приемо–передатчик STEL–2176, а также приемный и передающий оптические модули.

STEL–21761 – высоко интегрированный, максимально гибкий, целевой приемо–передатчик [4]. STEL–2176 самый совершенный в ряде чипов модулятора, который включает модуляторы STEL–1103 совместно с STEL–1109. Подобные расширения привели к существенным усовершенствованиям и увеличению эффективности чипа.

STEL–2176 – законченный чип устройства преобразования сигнала ASIC (специализированные интегральные схемы), который интегрирует в себе функции приемника и передатчика. Он предлагается в КМОП геометрии 0,35 микрона, работающий в 3,3 В с интегрированным ЦАП и АЦП. Его программируемый регистр предполагает гибкое решение существующих и развивающихся стандартов передачи цифровой информации.

Трансмиттер (передатчик) обладает высокой степенью интеграции и гибкости. Трансмиттер получает последовательные данные, рандомизирует их, исполняет алгоритм непосредственного исправления ошибок (FEC) и относительное кодирование, преобразует данные к совокупности перед модуляцией, выдает на выходе аналоговый радио сигнал.

STEL–2176 способен поддерживать скорости передачи данных до
10 Мбит/с в режиме двоичной фазовой манипуляции (BPSK – ДФМ), 20 Мбит/с в режиме КФМ, и 40 Мбит/с в КАМ16 режиме. Для этого STEL–2176 использует генераторы частот до 165 МГц, что позволяет его внутреннему, 10–разрядному цифро–аналоговому преобразователю (ЦАП), генерировать частоты несущей от 5 до 65 МГц.

Кроме того, в STEL–2176 используется 3,3 В электропитание, и чип может быть связан с помощью интерфейса с другой логикой, которая работает
в 5 В.

Основными функциональными особенностями передатчика STEL–2176 являются [4]:

– BPSK/QPSK/16QAM модулятор;

– преобразование последовательных данных в сообщения радиочастотного диапазона;

– широкий диапазон программно определяемых скоростей передачи
данных;

– генератор с программным управлением снабжает модулятор высокой разрешающей способностью по частоте;

– частоты несущей программируемые от 5 до 65 МГц (для реализации данных частот используется недорогой 25 МГц кристалл);

– работает в непрерывном и пакетном режимах;

– содержит дифференциальный кодер, программируемый скремблер, программируемый кодер FEC Рида–Соломона;

– программируемый фильтр с конечной импульсной характеристикой (КИХ) с 64 метчиками, осуществляет фильтрацию сигнала, формирующегося перед модуляцией;

– внутренний 10–разрядный ЦАП;

– совместимый с DAVIC, IEEE 802.14 (предварительный), IESS–308 (Intelsat – международная система спутниковой связи), MCNS стандартами;

– поддерживает низкие скорости передачи данных для переговорных прикладных программ и высокие скорости передачи данных для широкополосных. прикладных программ.

Приемник включает высококачественный 10–разрядный АЦП с прямой промежуточной частотой интерфейса (промежуточной частоты), КАМ – 16 демодулятор и реализует непосредственное исправление ошибок (FEC) согласно протоколу J.83 (ITU–T).

Основными функциональными особенностями приемника STEL–2176 являются [4]:

– встроенный в чип 10–разрядный АЦП/ЦАП;

– КАМ – 16/64/256 демодуляция;

– определяемые ITU–T (J.83), дополнения А и В, реализующие непосредственное исправление ошибок (FEC – forward error correction );

– MCNS, IEEE 802.14 (предварительный), DAVIC/DVB;

– параллельные или последовательные выходные данные с или без промежутков;

– декодер Витерби для дополнения В;

– избирательный декодер кода Рида – Соломона для дополнения А и В;

– программируемый демультиплексер (устройство временного разделения импульсных сигналов);

– программируемый генератор случайных чисел;

– MPEG–2 кадрирование;

– программируемое (гибкое) управление;

– функции дополнительного (необязательного) удаления межкадровых промежутков по алгоритму FIFO (First in First Out – первым прибыл, первым обслужен);

– автоматическое управление частотой (± 200 кГц);

– высоко интегрированные функции получателя;

– частота входного сигнала до 50 МГЦ;

– используется недорогой кристалл в диапазоне 25 МГЦ;

– адаптивный канальный эквалайзер (компенсатор искажений сигнала в канале связи);

– избирательный фильтр Найквиста;

– высокая надежность.

Таким образом, STEL–2176 – это цифровые модулятор/демодулятор ASIC предоставляющий возможность гибкого решения существующих и развивающихся стандартов передачи цифровой информации.

В качестве преобразователя электрического сигнала в оптический применен оптический передающий модуль серии STX–48–MS компании Optical communication products [5]. Основные функциональные характеристики передатчика:

– полная совместимость с синхронной оптоволоконной сетью связи стандарта SONET/SDH, имеющего спецификацию OC–48/ STM–16 (2.5 Гбит/c);

– передача на длине волны 1550 нм с мощностью выходного сигнала, передаваемого на безретрансляционное расстояние до 80 км;

– использование в качестве источника излучения лазеров класса I (высокая лазерная безопасность);

– поддерживаемый стандарт соединителя SC;

– входной сигнал – аналоговый;

– поддерживаемое напряжение питания +5 В;

– встроенный аттенюатор (регулятор оптической мощности выходного сигнала).

В качестве обратного преобразователя оптический сигнал – электрический применен фотооптический приемный модуль серии SRX–48 компании Optical communication products [5]. Основные функциональные характеристики приемника:

– полная совместимость с синхронной оптоволоконной сетью связи стандарта SONET/SDH, имеющего спецификацию OC–48/ STM–16 (2.5 Гбит/c);

– детектируемая длина волны диапазона 1550 нм;

– внутренний температурный компенсатор APD уровня;

– поддерживаемый стандарт соединителя SC;

– поддерживаемое напряжение питания +5 В;

– выходной сигнал ТТЛ–уровня.

В качестве элемента ПОМ применен ступенчатый изолятор фирмы Dicon [6], который устраняет нежелательную отраженную часть рассеянного оптического сигнала в системах передачи. Изолятор обеспечивает хорошую развязку ВОЛС по выходу оптического передатчика, нечувствительные поляризационные свойства, низкий уровень дисперсии поляризационного режима, поддерживает тип симметричного соединителя SC, прошел тест Telcordia GR–1221.

В качестве элемента волнового уплотнения использован узкозонный WDM фильтр (W–NB) [7]. Фильтр износостоек, прост в установке и применении, принадлежит к серии фильтров с широкой номенклатурой параметров, обладает низким затуханием принимаемого сигнала, серия поддерживает стандарты ITU, отличается высокими изоляционными свойствами (развязка по выходу ВОЛС).

Все применяемые в системе цифровые интегральные микросхемы относятся к ИМС ТТЛ уровня. ТТЛ (транзисторно–транзисторная логика) представляет собой в настоящее время одно из наиболее распространенных семейств логических элементов [8]. Промышленностью выпускается огромное количество семейств ИМС ТТЛ, выполняющих самые разнообразные функции. С помощью этих семейств можно удовлетворить все потребности, которые возникают при построении цифровых схем и устройств.

Схемы ТТЛ обладают следующими особенностями (характеристиками) [8]:

– напряжение питания +5 В ± 5 %;

– выходные каскады схем ТТЛ обладают хорошей нагрузочной способностью, поэтому сопряжение между собой элементов ТТЛ не представляет проблемы;

– выходной каскад вентиля ТТЛ в состоянии «низкого» уровня ведет себя как насыщенный транзистор, напряжение на котором близко к потенциалу земли, а в состоянии «высокого» уровня – как повторитель с высоким выходным напряжением, равным примерно напряжению питания;

– в пределах одного логического семейства выходы элементов легко стыкуются с входами и обычно не стоит беспокоиться о пороговых уровнях, входном токе и т.п. (например, выходы элементов семейства ТТЛ могут работать не менее чем на 10 входов);

– недостатком биполярных ТТЛ семейств является значительный потребляемый ток покоя.

Практически все ИМС проектируемой системы, такие как: логические элементы, триггеры, регистры, счетчики, мультиплексоры и т.д., принадлежат 555 серии ТТЛ. Эта серия выбрана потому, что это относительно современная серия, имеющая широкую номенклатуру микросхем. Все элементы подобраны в соответствии с их функциональным назначением и удовлетворяют всем предъявленным требованиям.

Пример 4.15. Разработать принципиальную электрическую схему системы, предназначенной для охраны объектов, оборудованных датчиками, контакты которых размыкаются при срабатывании. Предусмотреть возможность взятия объекта под охрану и снятия с нее, прослушивания шумов и других звуков в охраняемых помещениях, обнаружения попыток замыкания проводов, идущих от датчиков к системной плате, а также введения пожарной сигнализации.

Решение. В соответствии с техническим заданием, к описываемой системе охраны может быть подключено до 64 датчиков, причем для соединения их с контроллером достаточно 16 проводов — восьми групповых и восьми разрядных линий (рисунок 4.19).

Датчики В1—В64 размещены в охраняемых помещениях, остальные узлы (в том числе системная плата, принципиальная схема которой показана на рисунке 4.20) – в блоке контроллера, установленном на рабочем месте дежурного оператора. Для опроса датчиков групповые (S1–S8) и разрядные (S9–S16) ключи поочередно замыкаются по сигналам Г1–Г8 и Р1–Р8 от системной платы, причем в каждый момент замкнут только один из S1–S8 и один из S9–S16. Принципиальная схема группового ключа изображена на рисунке 4.21,а, а разрядного – на рисунке 4.21, б. Как видно, и тот, и другой собраны на двух транзисторах, функции собственно ключей выполняют транзисторы VT2.

Каждый из охраняемых объектов оборудуют в соответствии со схемой, показанной на рисунке 4.22. Датчик может быть любого типа (механический, радиолокационный, инфракрасный, ультразвуковой), важно только, чтобы при срабатывании контакты S1 его выходной цепи размыкались. Кроме того, потребуются резисторы R1 и R2 и диод VD1. Все остальное монтируют при необходимости. Узел S1R1R2 должен быть конструктивно выполнен таким образом, чтобы исключить доступ злоумышленника непосредственно к контактам S1. В этом случае все попытки заблокировать датчик, «закоротив» идущие к нему провода, будут зафиксированы системой. Этим свойством можно воспользоваться для подключения (как показано штриховой линией) нормально разомкнутых контактов S2 датчика пожарной сигнализации. Подаваемый контроллером сигнал «Замыкание» будет и сигналом «Пожар». Правда, точно узнать, что случилось, можно будет лишь, как говорится, «лично прибыв на место».

 

 

B1
B9
B57
B58
B10
B2
B8
B16
B64
S16
S10
S9
К вых. 2 S9-S16 К вых. 3 S9-S16 К вых. 1 S1-S8  
S2
4 5
4 5
4 5
R2 1к
R3 2к
R4 2,4к
Г2  
Г1
Г8  
. . . . .  
М
+5 В  
0 В  
К вых. 3 S1-S8  
R1 100
+12 В  
P2
. . . . . . . .
P8
P1
Линии разрядов  
S1
S8

 

Рисунок 4.19 – Схема подключения датчиков

 


 

Рисунок 4.20 – Принципиальная электрическая схема системной платы

 

 

R3 10 к
R5 75 к
R4 10 к
R3 2,4 к
R2 10 к
R1 510
R2 2,4 к
R1 10 к
R4 75 к
а)
б)
VT2 KT503Г
VT1 KT3107И
VT2 KT502Г
VT1 KT3102Г

 

Рисунок 4.21 – Схема подключения ключей: а – группового; б – разрядного

 

ОАК (к SB9.2)
R4 15 к
R3 4,7 к
VT1 KT3102Г
А1
АК (к УМЗЧ)
0 В
ВМ1
VD2 КД522Б
U1 АОУ103Б
R5 120
   
ВАК
С1 22 мк х х 25 В
S2
S1
R1 150к
R2 120
VD1 КД522Б
   
К разрядной линии
К групповой линии

 

Рисунок 4.22 – Схема оборудования объекта

 

Микрофон ВМ1 и усилитель А1 предназначены для прослушивания оператором шумов в охраняемом помещении. Тип и принципиальная схема усилителя не приводятся — они могут быть различными в зависимости от выбранного микрофона, требуемой чувствительности и т. п. Важно, чтобы постоянная составляющая напряжения на выходе работающего усилителя была достаточна для открывания диода VD2, через который звуковой сигнал по общей для всех датчиков цепи АК (акустический контроль) поступает на вход УМЗЧ.

Формируемый контроллером импульс ВАК (включение акустического контроля) поступает одновременно на все датчики, но реагирует на него только тот из них, который в данный момент «выбран» замкнувшимися групповым и разрядным ключами. В результате открывается его транзистор VT1, через светодиод оптрона U1 течет коллекторный ток, открывается фототиристор оптрона, и на усилитель А1 подается напряжение питание. Усилитель остается включенным до тех пор, пока цепь ОАК (отключение акустического контроля)
не будет кратковременно разорвана в контроллере, что приведет к закрыванию тиристора.

Вернемся к принципиальной схеме системной платы контроллера (см. рисунок 4.20). Ее основа – микроконтроллер КР1850ВЕ35 (DD2), управляющая программа (таблица 4.2) которого хранится в ППЗУ DD13. Микроконтроллер обращается к внешней памяти программ, формируя сигнал РМЕ. Микросхемы DD7 и DD9 образуют регистр адреса, запись в который происходит по сигналу АLЕ, причем старшие разряды адреса микроконтроллер выводит через разряды Р20–Р23 своего порта Р2.

Небольшое число периферийных регистров позволило, исключив дешифратор, пользоваться для их выбора отдельными разрядами шины адреса. Микроконтроллер обращается к регистрам по адресам:

0001Н – регистр состояния органов управления DD5 (чтение), триггер DD4.1 (запись);

0002Н – регистр управления DD8 (только запись);

0004Н — регистр индикатора оперативной информации DD12 (только
запись);

0008Н – регистр индикатора постоянной информации DD6 (только
запись).

Выходные сигналы регистра управления DD8 включают и выключают опрос датчиков (Q0), а также индикаторы оперативной информации (Q1), взятия под охрану (Q2) и снятия с нее (QЗ). На выходе Q4 этого регистра формируется сигнал тревоги, а Q5 управляет электронным ключом (транзисторы VT1, VT2), подающим сигнал включения акустического контроля. К выходам регистров оперативной (DD12) и постоянной (DD6) информации подключено по две ячейки цифровых индикаторов Н1—Н4. Выполнены они по схеме, показанной на рисунке 4.23.

 


Таблица 4.2 – Управляющая программа микроконтроллера

Адрес Значение
00A0 00B0 00C0 00D0 00E0 00F0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 04 29 EF 1D BF FF EE 1D BE FF ED 1D C5 83 C5 B8 01 80 53 01 96 3A B9 34 BC 08 27 Al 19 EC 35 27 AE AF 23 FF 3A B8 02 27 90 B8 01 80 53 02 96 5B D5 BF FF BE 0F BE 01 14 1D 80 53 02 96 5B 24 42 B8 01 80 53 04 96 72 D5 BF FF BE 0F BD 01 14 1D B0 53 04 96 72 24 74 B8 01 80 53 01 96 89 D5 BF FF BZ 0F BD 01 14 1D 80 53 01 96 89 24 14 B9 34 27 AA AB Fl AD BC 08 FD 53 01 96 A9 FD 77 AD FA 17 57 AA 1B EC 92 19 F9 D3 3C 96 8E 04 3D FB 39 D5 BF FF BE 0F BD 01 14 1D 46 97 D5 BF FF BX 20 BD 01 14 1D 46 97 BB 01 B0 53 08 96 F8 B8 04 FA 90 B8 02 23 12 90 D5 BF FF B1 FF BD 05 14 1D 27 90 B8 20 FA A0 B8 08 90 BB 01 90 B8 02 23 20 90 D5 BF FF BE FF BD 01 14 1D 27 90 04 97 B8 20 F0 DA C6 97 B8 04
01A0 01B0 01C0 01D0 01E0 01F0 FA 50 B8 02 23 12 90 D5 BF FF BX FF B0 05 14 1D 27 90 01 97 23 02 A5 90 FE 47 53 F0 AE B8 04 0A 37 47 53 0F 4E AE 90 B8 01 80 53 01 C5 1D D5 BF FF BZ 0F BD 01 14 1C 80 53 01 C6 1C B8 02 27 90 04 89 B8 04 FE 90 23 02 A8 90 27 AF AC FE DC C6 5B 1F FC 17 57 AC 24 4D B8 01 80 53 02 C6 5A D5 BF FF B1 0F BD 01 14 1D 80 53 02 C6 5A B8 02 27 AE 90 04 5B B8 04 FE 90 23 02 A5 90 B8 01 80 53 F0 AD FF 77 77 77 53 1F 03 34 A9 Fl AA FF 53 07 AC 43 00 C6 9A FA 77 AA EC 95 FD DE 96 D2 BB 02 23 06 90 FA 43 01 AA B8 01 80 53 04 C6 A9 05 BF FF BE 0F BD 01 14 1D 80 53 04 C6 A9 FF 53 07 AC 43 00 C6 C9 FA E7 AA EC C4 FA Al B8 02 27 AE 90 04 72 1D FD DE 96 E2 B8 02 23 0A 90 FA 53 FE AA 24 A7 1D FD DE 96 FE FA 53 01 96 F3 B8 02 23 0A 90 24 A7 B8 02 23 06 90 24 A7 00 00 00 00 1D FD
02A0 DE 96 42 B9 34 27 AC B8 01 80 53 04 C6 09 B8 02 27 90 BB 08 Fl AA FA 53 01 C6 2F B8 04 FC 90 B8 02 23 06 90 D5 BF FF B1 FF BD 03 14 1D 27 90 FC 17 57 AC FA 77 AA EB 16 19 F9 D3 3C 96 12 27 AE 24 CB 1D FD DE 96 74 B8 01 80 53 04 C6 49 D5 BF FF BE 0F B0 01 14 1D 80 53 04 C6 49 BB 04 23 11 90 B8 02 23 06 90 B9 34 Fl 43 FF Al 19 F9 03 3C 96 6B 24 CB 1C FD DE 96 A4 B8 01 80 53 04 C6 7B D5 BF FF BE 0F BD 01 14 1D 80 53 04 C6 7B BB 04 23 99 90 B8 02 23 0A 90 B9 34 Fl 53 00 Al 19 F9 D3 3C 96 9A 24 CB

 

 

A B C D E F G  
A B C D E F G  
 
 
 
 
   
         
К выв. 16 DD1 К выв. 8 DD1    
DD1 К514ИД2    
Б19-3-1в 360  
HL1 АЛС324Б    
 
E  

 

 

Рисунок 4.23 – Ячейки цифровых индикаторов

 

 

Микроконтроллер последовательно опрашивает датчики, выводя в порт Р1 коды их номеров. В соответствии с ними дешифраторы DD14 и DD15 формируют сигналы опроса Г1–Г8, Р1–Р8. Состояние датчика, находящегося на пересечении групповой и разрядной линий, ключи которых в данный момент замкнуты, определяется по падению напряжения на нем, создаваемому током, протекающим по цепи (см. рисунок 4.19): источник питания +12 В, измерительный резистор R1, замкнутый групповой ключ, датчик, замкнутый разрядный ключ, общий провод. В исходном состоянии (при отсутствии тревоги) сопротивление датчика и падающее на нем напряжение малы (но не равны нулю), при срабатывании — велики.

К точке соединения измерительного резистора с групповыми ключами (цепь М) подключены входы компараторов DА1 и DА2 (см. рисунок 4.20). Порог срабатывания первого из них равен 8 В и находится между уровнями напряжения, соответствующими сработавшему и не сработавшему датчикам. Компаратор DА2 реагирует на входное напряжение менее 6,8 В, т.е. ниже уровня, характерного для не сработавших датчиков. Это позволяет фиксировать замыкания подходящих к датчикам линий. При необходимости пороги компараторов могут быть изменены подборкой резисторов RЗ и R7.

Нештатная ситуация (тревога) фиксируется при срабатывании любого из компараторов и наличии во внутреннем ОЗУ микроконтроллера отметки, что данное помещение взято под охрану. Сигнал СРН, включающий сирену или другое исполнительное устройство, подается только при подтверждении срабатывания датчика через 20 мс после его первого обнаружения. Одновременно включается светодиод НL3 («Тревога»), а если сработал компаратор DА2. то включается и светодиод НL2 («Замыкание»). Номер датчика отображается на цифровом индикаторе оперативной информации (НЗ, Н4) и запоминается во внутреннем регистре R20 микроконтроллера. Кроме того, подается сигнал ВАК длительностью примерно 20 мс, включающий микрофонный усилитель в помещении, где сработал датчик.

Тревога продолжается 3 с, после чего о нештатной ситуации свидетельствует только номер сработавшего датчика, перенесенный на индикатор постоянной информации (Н1, Н2). Если контакты выключателя SА1 разомкнуты, сигнал СРН останется активным и после истечения трехсекундного интервала. Отключают его переводом SА1 в замкнутое положение.

Индикатор постоянной информации можно погасить нажатием кнопки SВ9 («Сброс»). Ее вторая контактная группа разрывает цепь ОАК, отключая прослушивание охраняемого помещения. Пока индикатор не погашен, микроконтроллер, обнаружив сработавший датчик, сравнивает его номер с хранящимся в регистре R20. Если они совпали, новых событий не произойдет, а если нет (сработал еще один датчик), вновь будет подан сигнал тревоги.

Несколько одновременно сработавших датчиков обрабатываются поочередно, начиная с того, у которого номер наименьший. Именно он зафиксируется в регистре Р20 и будет выведен на индикатор постоянной информации. Каждые 3 с будет подаваться сигнал тревоги, а на индикаторе оперативной информации появляться номер очередного сработавшего датчика.

Управляют системой охраны командами, коды которых оператор набирает, пользуясь кнопками SВ2—SВ6. Код команды — двузначное десятичное число, в старшем разряде которого находится цифра N, совпадающая с заданной в двоичном виде перемычками Х1—Х4. На принципиальной схеме (см. рисунок 4.20) они показаны в положении, соответствующем цифре 5. При необходимости ее легко изменить, переставив перемычки.

Предусмотрены следующие команды: N0 – взять помещение под охрану; N1 – снять помещение с охраны; N2 – проверить, взято ли помещение под охрану; N3 – поочередно показать на индикаторе номера всех помещений, взятых под охрану; N4 – взять под охрану все помещения; N5 – снять с охраны все помещения.

Первые три команды требуют предварительного набора номера помещения (датчика). Для этого нажимают на одну или одновременно на несколько кнопок SВ2–SВ6 с таким расчетом, чтобы сумма их значений была равна старшему разряду номера. Введенная цифра будет показана в младшем разряде индикатора оперативной информации и занесена в память микроконтроллера, хотя после отпускания кнопок индикатор погаснет. Аналогично вводят вторую цифру номера. Она появится в младшем разряде индикатора, а ранее введенная в старшем. Если допущена ошибка, достаточно повторить все с начала, введя правильные значения. После того, как правильный номер набран, нажимают на кнопку SВ7 («ВД» – ввод данных).

Аналогично набирают коды команд, но вводят их нажатием кнопки SВ8 («ВК» – ввод команды). Режим выбранного помещения отображается светодиодами НL4 («Под охраной») и НL1 («Без охраны»). Исполнение команд
взятия под охрану и снятия с нее приводит к изменению со стояния соответствующих разрядов внутреннего ОЗУ микроконтроллера. Команда поочередного вывода номеров помещений, взятых под охрану, изменений в ОЗУ не производит.

Кнопка SВ1 («Уст. 0») предназначена для перезапуска контроллера и используется в основном при отладке устройства и поиске неисправностей. Однако если нажать ее одновременно с кнопкой SВ6 («0»), все помещения, обслуживаемые системой, будут сняты с охраны.

 

Расчетная часть

В данном подразделе выполняется расчет линии связи и расчет частотных и временных параметров, например, периода опроса датчиков; длительности сигналов ТУ, ТС, ТИ; числа разрядов телемеханической функции; длительности бита и символа; частота тактовых сигналов; спектра сигнала в линии связи, полосы частот и т. д. Необходимые соотношения для расчета частотных и временных параметров систем приведены в [9].

Пример 4.16.Произвести расчет частоты генератора тактовых импульсов в режиме передачи команды ТУ или уставки ТР для телемеханической системы телерегулирования, которая предназначена для управления и контроля рассредоточенными объектами.

Исходные данные: конфигурация линий связи комбинированная; количество контролируемых пунктов – 30; количество выполняемых функций – 10; количество групп объектов – до 16; количество объектов в группе – 8; количество уставок телерегулирования – 250.

Для обмена информацией между ПУ и КП принята побайтная передача сигналов. Структура сигналов в режиме ТУ и ТР имеет одинаковый вид, приведена на рисунке 4.24 и соответствует структуре сигналов примера 4.9.

 

 

Рисунок 4.24 – Структура сигналов в системе телерегулирования:

а – передача ТУи КУ; б – квитанция о приеме

 

Решение. Для передачи синхрокода отведен один байт. Определим число разрядов ( ), необходимых для кодирования номера КП.

 

,

 

где – количество контролируемых пунктов.

Аналогичным образом определим количество бит, необходимых для кодирования функционального адреса ( ), номера группа ( ), кода установки телерегулирования ( )

 

;

;

.

 

Для передачи синхрокода отведен первый байт, во втором байте передается код начала – 3 бита и код номера КП, в третьем байте передается номер группы и функциональный адрес. В данной системе для выбора номера объекта в режиме ТУ используется распределительный метод избирания, для выбора номера объекта или передачи уставки предназначен четвертый байт.

В данной системе предусмотрена защита команды телеуправления и телерегулирования кодом с двукратным повторением (и дополнительной защитой каждого байта по паритету), поэтому через промежуток времени, равный одному байту, осуществляется повторная передача команды. Контролируемый пункт в случае правильно принятой информации передает обратно квитанцию, которая состоит из трех байт (рисунок 4.24, б).

Таким образом, для передачи команды ТУ (ТР) и приема квитанции необходимо 11 байт. С учётом промежутка времени перед повторной передачей команды nбайт = 11+1 = 12. Система относится к первой группе по быстродействию, поэтому время передачи команды и получения квитанции не должно превышать 1 секунды.

Исходя из этого, определим время, необходимое для передачи одного байта.

 

с.

 

В системе предусмотрена дополнительная защита каждого байта по паритету, поэтому в каждом байте будет по 9 бит. Определим длительность одного бита

 

с.

 

Тогда частота генератора тактовых импульсов

 

Гц.

 

 

Пример 4.17. Рассчитать частоту генератора тактовых импульсов в телеметрической системе с циклическим опросом датчиков. Количество датчиков , максимальная частота изменения телеметрируемого параметра Гц, погрешность преобразования в цифровой эквивалент , способ защиты сообщений от помех – код Хэмминга с .

Решение. В соответствии с теоремой Котельникова, время, за которое необходимо опросить каждый датчик, определяется

 

, примем с.

 

Полное время передачи телеметрической информации складывается из времени передачи синхрокода и времени передачи измерительного эквивалента , умноженного на количество датчиков N. Структура сигналов приведена на рисунке 4.25.

 

Синхрокод 1й Канал Nй Канал
tск tк
T

Последнее изменение этой страницы: 2016-07-23

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...