Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Побудова системи збору даних з аналоговим інтерфейсом для інформаційно-вимірювальних систем із застосуванням частотної модуляції

 

В процесі дослідження ЧМ, як одного із можливих способів передачі інформації двопровідними лініями зв’язку з високою точністю, було побудовано дослідну установку, що ілюструє процес передачі із використанням ЧМ. Основними елементами такої системи є швидкодіючий завадозахищений фазовий автопідлаштовувач частоти (ФАПЧ) та відновлюючий фільтр на основі ітераційно-інтегруючих підсилювачів (ІІП). Структурну схему такої дослідної установки зображено на рис. 4.1, а її реальний зовнішній вигляд представлено на рис. 4.2.

 

Рисунок 4.1 – Структурна схема дослідної установки

 

Сигнали представленої системи займають смугу частот до 10 кГц, тобто навіть за відсутності потужного передавача з’являється можливість передавати завадозахищені ЧМ сигнали звичайними телефонними або двопровідними лініями зв’язку на великі відстані, уникаючи при цьому значного частотного викривлення та не втрачаючи при цьому у швидкодії.

Рисунок 4.2 – Зовнішній вигляд дослідної установки

 

Принцип дії дослідної установки. Для побудови системи було використано два генератора функцій, один із яких має вхід частотної модуляції. Генератор моделюючої функції формує сигнал визначеної частоти , в нашому випадку , а амплітуда модулюючої функції . За допомогою цього сигналу модулюється сигнал генератора несучого коливання, на виході якого отримаємо інформаційний носій . Характеристики несучого коливання наступні: , . У результаті моделювання несучого коливання модулюючою функцією спостерігається девіація частоти модульованого сигналу , яка становить

,

 

при цьому індекс частотної модуляції, який дорівнює відношенню девіації частоти до частоти модулюючого сигналу, більший за 5 та становить . Перевага ЧМ над АМ, як було зазначено в п. 1.2.1, виявляється лише за значення індексу частотної модуляції, що більший за чотири.

Характеристики модулюючого сигналу та несучої функції були виміряні за допомогою цифрового осцилографа GOS-6051, а також за допомогою частотоміру електронно-лічільного Ч3-54. На рис. 4.3 зображено осцилограму модулюючого сигналу із заданими параметрами.

Рисунок 4.3 – Осцилограма модулюючої функції

 

Спостерігати девіацію частоти несучого коливання за допомогою цифрового осцилографа досить складно. Осцилограми, зображені на рис. 4.4, ілюструють декілька миттєвих значень частоти модульованого сигналу.

 

Рисунок 4.4 – Осцилограми миттєвих значень інформаційного носія

 

При передачі сигналу двопровідною лінією зв’язку необхідно враховувати існуючі у такому каналі завади, які важко усунути шляхом звичайного інтегрування. Для перевірки здатності системи протистояти таким завадам, генератором низькочастотного шуму Г2-59, будо згенеровано шум із дійсним значенням та діапазоном спектру . Це – так званий білий шум, тобто стаціонарний шум, спектральні складові якого рівномірно розподілені за всім діапазоном частот. На рис. 4.5 зображено осцилограму білого шуму, отриманого за допомогою генератора.

 

Рисунок 4.5 – Осцилограма білого шуму, що діє в системі

 

Суміш корисного сигналу із шумом, що передається лінією зв’язку має амплітуду . Для звичайних телекомунікаційних систем зниження амплітуди суміші сигналів повинно не перевищувати тридцяти відсотків від співвідношення сигнал/шум. Ця вимога виконується и на виході суматора отримаємо сигнал, осцилограми якого зображено на рис. 4.6. Суміші корисного сигналу із білим шумом також притаманна девіація частоти, миттєві значення частоти цього сигналу ілюструють наведені осцилограми. Повірку було виконано шляхом вимірювання дійсних значень сигналу та шуму за допомогою вольтметру істинних діючих значень ВШВ 003, який працює в діапазоні від 1 мВ до 100 В, має клас точності 0,5 та смугу значень частот, амплітуди яких можуть бути виміряні від 5 Гц до 10 кГц.

Рисунок 4.6 – Осцилограми сигналу суміші корисного сигналу із шумом

 

Така суміш не розпізнається звичайними частотними демодуляторами типу компараторний частотомір, основним елементом якого є перетворювач частоти у напругу. Такий прилад не в змозі виділити корисний сигнал із суміші та виміряти його частоту.

Суміш корисного сигналу та шуму надходить на швидкодіючий завадозахищений ФАПЧ, аналіз цифрової моделі якого був наведений в п. 3.2.

Похибка звичайних частотних демодуляторів типу компараторний частотомір виникає через зашумленість сигналу, коли час спрацювання компаратора визначається детектором переходу через нуль. Частотний демодулятор не розпізнає корисний сигнал у суміші і компаратор спрацьовує за миттєвого значення шуму, що може значно відрізнятися від значення корисного сигналу у той самий момент часу.

Розбіжність значень, за яких перемикається компаратор визначається за формулою:

. (4.1)

Враховуючи, що , де , отримаємо вираз (4.1) у вигляді:

.

 

Тоді, значення похибки шуму вираховується наступним чином:

 

.

 

Для звичайних частотних демодуляторів значення похибки фактично дорівнює значенню співвідношення сигнал/завада і становить приблизно 7-8%, воно неприпустимо велике для поставленої задачі.

Завдяки використанню завадозахищеного швидкодіючого ФАПЧ значення цієї похибки зменшується у 100 разів. Для вимірювання частоти у таких системах використовується цифровий осцилограф, похибка вимірювання частоти за якого, фактично дорівнює випадковій приведеній адитивній похибці. Така похибка зменшується за рахунок збільшення кроку квантування n. Тоді похибка всієї системи складається з адитивної похибки квантування, похибки, викликаної дією шуму та похибки генератора тактової частоти, якою через незначущість
(близько 10-7) можна знехтувати, тобто:

 

.

 

Отже, похибка передачі даних за частотної модуляції становить соті долі відсотка і не значно впливає на інформацію, що у такий спосіб передається.

Відновлюючий фільтр, на вхід якого надходить сигнал, після його обробки за допомогою ФАПЧ, використовується в змішаних аналогово-цифрових системах для виведення гладкого (smooth) аналогового сигналу c цифрового входу. Модель та детальний розгляд відновлюю чого фільтру на основі ІІП було розглянуто в п. 3.1.

На рис. 4.7 зображено осцилограму відновленого сигналу.

 

Рисунок 4.7 – Осцилограма відновленого сигналу

 

Відновлений сигнал, знятий з аналогового виходу системи, сприймається звичайним частотним демодулятором, типу компараторний частотомір та має амплітуду та частоту . Як видно, частота отриманого відновленого сигналу повністю відповідає частоті модулюючої функції, тобто на виході системи отримаємо сигнал без частотного викривлення, а отже передачу інформації у такий спосіб можна вважати завадозахищеною.

На рис. 4.8 зображено графік, на якому приведено суміш корисного сигналу із шумом, спільно із відновленим сигналом, отриманим на виході системи.

 

Рисунок 4.8 – Осцилограма суміші та відновленого сигналу

 

Можливість передачі завадозахищених ЧМ сигналів вузькосмуговими лініями зв’язку не викликає сумніву, так як ЧМ сигнали займають частотний діапазон, який не перевищує 10 кГц, а у нашому випадку становить 6-7 кГц. Швидкодія такої передачі виграє, порівняно із існуючими на сьогоднішній день системами дистанційного збору та обробки даних. Різниця амплітуд модулюючої та відновленої функції не впливає на якісний показник передачі даних.

 

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-29

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