RU2013808C1

RU2013808C1 - Device for collection, conversion and transmission of analog information

Info

Publication number: RU2013808C1
Authority: RU
Inventors: А.В. Доспехов; Н.И. Данилин; В.П. Сафронов
Original assignee: Сафронов Валерий Павлович
Priority date: 1991-06-21
Filing date: 1991-06-21
Publication date: 1994-05-30

Abstract

FIELD: automatic control. SUBSTANCE: device includes channels for communication with conductive isolation elements, multichannel switch, address counter, decoder, reset pulse former, flip-flops, current regulator, two resistors, key with supplementary power supply source. Invention allows collection, checking and processing of information from analog pickups to be performed. Characteristic feature of device consists in transmission of control signals by multichannel switch from transmitting to receiving part and vice versa over one communication line. EFFECT: simplified design of device, increased reliability. 4 dwg

Description

Изобретение относится к разработке и проектированию систем автоматического управления и контроля, содержащих ЭВМ, и может быть использовано, например, при проектировании систем сбора и контроля информации о состоянии рассредоточенных объектов по выделенной проводной линии связи. The invention relates to the development and design of automatic control and monitoring systems containing computers, and can be used, for example, in the design of systems for collecting and monitoring information about the state of dispersed objects over a dedicated wired communication line.

Известно дистанционное аналоговое устройство считывания показаний счетчика [1] . Known remote analog meter reading device [1].

Устройство состоит из приемной и передающей сторон. Приемная сторона содержит схему выдачи сигнала управления, источник стабилизированного тока, измерительный прибор считывания показаний, параллельно подсоединенный к источнику. Передающая сторона содержит схему подсчета импульсов сигнала переключения разрядов Q₁≈ Q₄, входящего в состав поступающего от схемы сигнала управления; соответствующие каждому разряду элементы коммутации Q₁ ≈ Q₄, которые управляются сигналами включения разрядов, поступающими от схемы подсчета импульсов; находящиеся в каждом разряде индикаторные десятичные диски R₁ ≈ R₄, которые путем однополюсного подсоединения подвижных контактов каждого разряда к соединенным с резисторами R₁ ≈ R₉ неподвижным контактам выдают величину расхода электроэнергии. Путем включения элементов Q₁ ≈ Q₄, соответствующего возрастанию состояния схемы подсчета импульсов, также использование этих элементов к линии подачи стабилизированного тока, прибором считывания показаний инициируется направление величины расхода, поступающего от каждого десятичного диска RS₁ ≈ RS₄.The device consists of a receiving and transmitting sides. The receiving side contains a control signal output circuit, a stabilized current source, a reading meter, connected in parallel to the source. The transmitting side contains a pulse counting circuit of the discharge switching signal Q ₁ ≈ Q ₄ , which is part of the control signal coming from the circuit; the switching elements Q ₁ ≈ Q ₄ corresponding to each discharge, which are controlled by the discharge switching signals coming from the pulse counting circuit; the decimal indicator disks R ₁ ≈ R ₄ located in each category, which, by unipolar connection of the movable contacts of each category to the fixed contacts connected to the resistors R ₁ ≈ R _9, give the value of the electric power consumption. By switching on the elements Q ₁ ≈ Q ₄ , corresponding to an increase in the state of the pulse counting circuit, also using these elements to the stabilized current supply line, the reading device initiates the direction of the flow rate coming from each decimal disk RS ₁ ≈ RS ₄ .

Данное устройство не позволяет обеспечить высокую помехоустойчивость при передаче сигнала, кроме того, имеет три линии связи. This device does not allow for high noise immunity during signal transmission, in addition, it has three communication lines.

Известно устройство ввода аналоговых сигналов [2] . Прибор обеспечивает непрерывный ввод аналоговой информации переменной длины по нескольким каналам. Устройство соединено с первыми согласующими блоками, которые соединены со схемами удвоения напряжения, на выход которых включены накопительные конденсаторы, соединенные с ключами разряда и истоковыми повторителями, а выходы истоковых повторителей через ключи передачи соединены с запоминающими конденсаторами, включенными на вход истоковых повторителей, соединенных с вторыми согласующими устройствами, которые своими выходами включены на коммутатор ЭВМ. Генератор импульсов соединен с формирователями, выходы которых подсоединены соответственно к первым и вторым электронным ключам модуля ввода инициирующих сигналов ЭВМ. A device for inputting analog signals [2]. The device provides continuous input of analog information of variable length over several channels. The device is connected to the first matching units, which are connected to voltage doubling circuits, the output of which includes storage capacitors connected to the discharge keys and the source repeaters, and the outputs of the source repeaters are connected via the transfer keys to the storage capacitors connected to the input of the source repeaters connected to the second matching devices that are connected to the computer switch with their outputs. The pulse generator is connected to the shapers, the outputs of which are connected respectively to the first and second electronic keys of the input module of the input signal of the computer.

Недостатком устройства является сложность конструкции. The disadvantage of this device is the design complexity.

Наиболее близким по технической сущности из известных устройств является устройство [3] . The closest in technical essence of the known devices is a device [3].

Аналоговые сигналы U₁. . . U_n поступают на вход многоканального коммутатора, который поочередно подключает их к входу преобразователя напряжение-частота. Аналоговые сигналы преобразуются в частотно-импульсный сигнал, который с выхода преобразователя через элемент гальванической развязки передающей части подается по оптической линии связи и элемент гальванической развязки приемной части на вход триггера Шмидта.Analog signals U ₁ . . . U _n enter the input of a multi-channel switch, which alternately connects them to the input of the voltage-frequency converter. Analog signals are converted into a pulse-frequency signal, which is fed from the converter through the galvanic isolation element of the transmitting part via an optical communication line and the galvanic isolation element of the receiving part to the input of the Schmidt trigger.

Импульсы с выхода триггера поступают на преобразователь частота-код и в параллельном цифровом виде подаются на выход устройства. В конце переданного блока информации преобразователь частота-код формирует сигнал и выдает его в формирователь, который выдает сигнал на элемент ИЛИ, который пропускает последовательность импульсов, поступающих с преобразователя 11 кода адреса и признака "Сброс". The pulses from the output of the trigger are fed to the frequency-code converter and in parallel digital form are fed to the output of the device. At the end of the transmitted block of information, the frequency-to-code converter generates a signal and gives it to the driver, which gives a signal to the OR element, which passes a sequence of pulses coming from the converter 11 of the address code and the sign "Reset".

Сигнал признака адреса и "Сброса" проходит через элемент гальванической развязки, оптическую линию связи, переключает триггер Шмидта и далее поступает на селектор импульса сброса. Триггер запускает счетчик адреса, который формирует уровни логических сигналов, поступающих со счетчика через дешифратор на переключение многоканального коммутатора. С триггера поступает импульс сброса, при этом с дешифратора прекращается выдача. The signal of the address sign and “Reset” passes through the galvanic isolation element, the optical communication line, switches the Schmidt trigger and then goes to the reset pulse selector. The trigger starts the address counter, which generates the levels of logical signals coming from the counter through the decoder to switch the multichannel switch. A reset pulse arrives from the trigger, while the output stops from the decoder.

Устройство аналогового ввода целесообразно использовать при большом числе рассредоточенных объектов контроля. Волоконно-оптический канал в виде двух линий связи на каждое устройство ввода аналоговой информации является очень дорогим и сложным средством. An analog input device is advisable to use with a large number of dispersed objects of control. A fiber optic channel in the form of two communication lines to each analog information input device is a very expensive and complex tool.

Целью изобретения является упрощение устройства и повышение функциональной надежности. The aim of the invention is to simplify the device and increase functional reliability.

На фиг. 1 - функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства; на фиг. 3 - схема реализации стабилизатора тока; на фиг. 4 - схема реализации ключа. In FIG. 1 is a functional diagram of a device; in FIG. 2 is a timing diagram of the operation of the device; in FIG. 3 is a diagram of a current stabilizer implementation; in FIG. 4 is a diagram of a key implementation.

Устройство (фиг. 1) состоит из многоканального коммутатора 1, счетчика 2 адреса, дешифратора 3, формирователя 4 импульса сброса, триггера 5, преобразователя 6 напряжение-частота, элементов 7 и 8 гальванической развязки, стабилизатора 9 тока, резистора разделительного 10 и нагрузочного 11, ключа 12, триггера 13, преобразователя частота-код 14, дополнительного источника 15 питания. The device (Fig. 1) consists of a multi-channel switch 1, address counter 2, decoder 3, reset pulse shaper 4, trigger 5, voltage-frequency converter 6, galvanic isolation elements 7 and 8, current stabilizer 9, isolation resistor 10 and load 11 , key 12, trigger 13, the frequency-code converter 14, an additional power source 15.

На фиг. 3 стабилизатор 9 выполнен на микросхеме 16, зашунтированной резистором 14. In FIG. 3, the stabilizer 9 is made on a microcircuit 16 shunted by a resistor 14.

На фиг. 4 представлена схема реализации ключа 12, состоящего из элемента 18 гальванической развязки, транзистора 19 и трех резисторов 20, 21, 22. In FIG. 4 presents a diagram of the implementation of the key 12, consisting of an element 18 galvanic isolation, transistor 19 and three resistors 20, 21, 22.

Устройство работает следующим образом. При отключенном дополнительном источнике 15 питания от прямого провода линии связи в течение времени, превышающего 3-4 периода следования импульсов сброса датчиков, формирователь 4 импульсов сброса вырабатывает импульс сброса, поступающий на вход Р счетчика 2 адреса 1, и устанавливает счетчик в исходное (нулевое) состояние. The device operates as follows. When the additional power supply 15 is disconnected from the direct wire of the communication line for a time exceeding 3-4 periods of the pulse of the sensor reset pulses, the driver 4 of the reset pulses generates a reset pulse that is input to the counter P of address 2 of address 1, and sets the counter to the initial (zero) state.

После паузы очередное подключение дополнительного источника 15 питания инициирует появление импульса запуска по входу С счетчика 2 адреса, который переключает счетчик в единичное состояние. Дальнейшая коммутация источника 15 питания с частотой опроса датчиков приводит к последовательному изменению номера адреса с 1-го по n и поочередному подключению сигналов датчиков к преобразователю 6 напряжение-частота. При подключении соответствующего 1-го датчика к преобразователю 6 напряжение-частота, происходит преобразование его сигнала в частоту и передача посредством элемента 8 гальванической развязки через линию связи к приемной части системы. After a pause, the next connection of an additional power source 15 initiates the appearance of a start pulse at the input C of address counter 2, which switches the counter to a single state. Further switching of the power source 15 with the polling frequency of the sensors leads to a sequential change in the address number from 1st to n and the alternate connection of the sensor signals to the voltage-frequency converter 6. When the corresponding 1st sensor is connected to the voltage-frequency converter 6, its signal is converted to frequency and transmitted via the galvanic isolation element 8 through a communication line to the receiving part of the system.

Отличительной особенностью устройства является передача сигналов управления многоканальным коммутатором 1 от приемной части к передающей и информационных сигналов от передающей части к приемной по одной линии связи. A distinctive feature of the device is the transmission of control signals by a multi-channel switch 1 from the receiving part to the transmitting part and information signals from the transmitting part to the receiving part via one communication line.

При включении ключа 12 напряжение источника питания 15 подается одновременно на стабилизатор 9 тока и разделительный резистор 10. При достижении на входе стабилизатора 9 тока определенного уровня напряжения стабилизатор 9 тока формирует импульс тока стабильной амплитуды независимо от колебаний напряжения на нагрузочном резисторе 11, являющемся общим для цепей: стабилизатор 9 тока, светодиод элемент 7 гальванической развязки и разделительный резистор 10 - фототранзистор элемента 8 гальванической развязки. When the key 12 is turned on, the voltage of the power supply 15 is supplied simultaneously to the current stabilizer 9 and the isolation resistor 10. When the current stabilizer 9 reaches a certain voltage level, the current stabilizer 9 generates a current pulse of stable amplitude regardless of voltage fluctuations on the load resistor 11, which is common for circuits : current stabilizer 9, LED element 7 galvanic isolation and isolation resistor 10 - phototransistor element 8 galvanic isolation.

Стабилизатор тока создает на нагрузочном резисторе 11 постоянный уровень напряжения на время действия ключа 12. Одновременно формируется ток в ветви разделительного резистора 10 элемента 8 гальванической развязки, протекающий по общей нагрузке к нагрузочному резистору 11 и зависящий от сигала преобразователя 6 напряжение-частота, модулирующего сопротивление элемента 8 гальванической развязки с определенной частотой. The current stabilizer creates a constant voltage level on the load resistor 11 for the duration of the key 12. Simultaneously, a current is generated in the branch of the separation resistor 10 of the galvanic isolation element 8, flowing along the total load to the load resistor 11 and depending on the signal of the voltage-frequency converter 6 modulating the resistance of the element 8 galvanic isolation with a certain frequency.

Таким образом, при подаче напряжения питания в линию на нагрузочном резисторе 11 и, следовательно, на входе триггера 13 образуется сигнал, состоящий из суммы постоянной и переменной составляющих. Thus, when a supply voltage is applied to the line at the load resistor 11 and, therefore, at the input of the trigger 13, a signal is formed consisting of the sum of the constant and variable components.

Временные диаграммы, поясняющие работу устройства, приведены на фиг. 2. Timing diagrams explaining the operation of the device are shown in FIG. 2.

Диаграмма фиг. 2а показывает последовательность импульсов напряжения, подаваемых посредством ключа 12 на прямой провод линии связи. The diagram of FIG. 2a shows a sequence of voltage pulses supplied by a key 12 to a direct wire of a communication line.

На диаграмме 2б показаны импульсы, поступающие на вход счетчика 2 адреса триггера 5. Diagram 2b shows the pulses arriving at the input of counter 2 of trigger 5 address.

На диаграмме фиг. 3в - импульсы "Сброс", подаваемые на вход Р счетчика 2 адреса. In the diagram of FIG. 3c - “Reset” pulses supplied to the input P of the counter 2 addresses.

На диаграмме фиг. 2г - импульсы тока в цепи стабилизатора 9 тока - светодиод элемента 7 гальванической развязки, а на фиг. 2д - импульсы тока в цепи - нагрузочный резистор 11 - фототранзистор элемента 8 гальванической развязки. In the diagram of FIG. 2g - current pulses in the circuit of the current stabilizer 9 - LED element 7 galvanic isolation, and in Fig. 2e - current pulses in the circuit - load resistor 11 - phototransistor element 8 galvanic isolation.

На диаграмме фиг. 2е представлена форма импульсов, поступающих на вход триггера 13. In the diagram of FIG. 2e shows the shape of the pulses received at the input of the trigger 13.

Порог срабатывания триггера 13 настроен таким образом, чтобы триггер реагировал только на переменную составляющую сигнала, показанного на фиг. 2е. The trigger threshold of trigger 13 is configured so that the trigger responds only to the variable component of the signal shown in FIG. 2e.

На шину управления подаются от микропроцессора МП (на чертеже не показан) сигналы управления, совпадающие по форме с сигналами, показанными на диаграмме фиг. 2б. По шине данных ШД на вход микропроцессора поступает код, пропорциональный уровню входного сигнала с соответствующего датчика, подключенного к входу многоканального коммутатора 1. From the microprocessor MP (not shown in the drawing), control signals that match in shape with the signals shown in the diagram of FIG. 2b. A data proportional to the level of the input signal from the corresponding sensor connected to the input of multichannel switch 1 is received at the microprocessor's input via the data bus data bus.

В отличие от прототипа устройство значительно проще, а вновь введенные элементы обеспечивают более надежную работу по одному проводу линии связи. Unlike the prototype, the device is much simpler, and the newly introduced elements provide more reliable operation on a single wire of the communication line.

Claims

DEVICE FOR THE COLLECTION, TRANSFORMATION AND TRANSMISSION OF ANALOGUE INFORMATION, containing on the transmitting side the first and second galvanic isolation elements, a multichannel switch, the output of which is connected through a voltage-frequency converter with the input of the second galvanic isolation element, one output of which and one output of the first galvanic isolation element bus zero potential, the first output of the first galvanic isolation element is connected to the input of the trigger, the output of which is connected to the C-input of the counter If the output of the reset pulse is connected to the R-input of the address counter, the output of which is connected to the input of the decoder, the outputs of which are connected to the control inputs of the multi-channel switch, the information inputs of which are the inputs of the device, on the receiving side of the trigger, the output of which is connected to the input of the frequency converter - code, the outputs of which are the outputs of the device, characterized in that, in order to simplify the device and increase functional reliability, a stabilizer is introduced into it on the transmitting side current, isolation resistor, trigger output connected to the input of the reset pulse shaper, the first output of the second galvanic isolation element and connected to the second output of the first galvanic isolation element and the return line of the communication line, the second output of the second galvanic isolation element through the isolation resistor, connected to the direct wire of the communication line and through a current stabilizer - with the input of the first galvanic isolation element, on the receiving side - a constant current source, load resistor and switch, control the input of which is the control input of the device, one output is connected to the positive terminal of the DC source, the other is connected to the direct wire of the communication line, the return wire of the communication line is connected to the trigger input and the first output of the load resistor, the second output of which is connected to the zero potential bus of the constant source current.