RU79341U1 - INFORMATION COLLECTION SYSTEM FOR BOTTOM MEASUREMENTS IN THE HIGH FREQUENCY RANGE - Google Patents
INFORMATION COLLECTION SYSTEM FOR BOTTOM MEASUREMENTS IN THE HIGH FREQUENCY RANGE Download PDFInfo
- Publication number
- RU79341U1 RU79341U1 RU2008111061/22U RU2008111061U RU79341U1 RU 79341 U1 RU79341 U1 RU 79341U1 RU 2008111061/22 U RU2008111061/22 U RU 2008111061/22U RU 2008111061 U RU2008111061 U RU 2008111061U RU 79341 U1 RU79341 U1 RU 79341U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microcontroller
- gps
- bus
- information collection
- collection system
- Prior art date
Links
Landscapes
- Recording Measured Values (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Система сбора информации, содержащая узел управления, накопитель данных, часы реального времени, от одного до восьми измерительных узлов, снабженных усилителями и отдельными источниками питания, отличается тем, что в качестве узла управления использован микроконтроллер, работающий под управлением специализированной программы и снабженный, по меньшей мере, двумя интерфейсами USART, одним SPI и одним I2C, при этом в качестве накопителя информции использованы два цифровых накопителя FlachCard типа CD или ММС, подключенные к шине SPI, причем предусмотрен переключатель, присоединенный к портам микроконтроллера и реализующий выбор первого или второго накопителя, кроме того, предусмотрено подключение к шине SPI от одного до восьми гальванически развязанных измерительных узлов, работающих от одного тактового генератора, причем каждый узел содержит инструментальный усилитель измеряемого сигнала, реализованный по схеме МДМ, 24-х битный аналого-цифровой преобразователь, источник опорного напряжения, источник питания и схему гальванической развязки, кроме того в состав системы сбора информации введены высокоточные часы реального времени, осуществляющие обмен данными с микроконтроллером по шине I2C и подающие на микроконтроллер импульсы с частотой 1 Гц и частотой 32 кГц для осуществления синхронизации с UTP, также в состав системы сбора информации входит GPS-приемник подключаемый к шине USART0 и устройство для подключения GPS приемника, содержащее гальваническую развязку, преобразователь уровней электрических сигналов к протоколу RS-232, источник опорного напряжения и источник питания, причем предусмотрена передача секундных импульсов с GPS на порт микроконтроллера, кроме того, система сбора информации для обмена данными и командами с внешним устройством по шине USART1, An information collection system comprising a control unit, a data storage device, a real-time clock, from one to eight measuring units equipped with amplifiers and separate power supplies, is characterized in that a microcontroller operating under the control of a specialized program and equipped with at least one microcontroller is used at least two USART interfaces, one SPI and one I2C, while two FlachCard digital drives of the CD or MMS type connected to the SPI bus are used as an information storage device a switch connected to the ports of the microcontroller and realizing the choice of the first or second drive, in addition, it provides connection to the SPI bus from one to eight galvanically isolated measuring nodes operating from one clock generator, each node containing a measuring signal instrumental amplifier implemented according to the scheme MDM, 24-bit analog-to-digital converter, reference voltage source, power supply and galvanic isolation circuit, in addition to the information collection system Introduced a high-precision real-time clock that exchanges data with the microcontroller via the I2C bus and delivers pulses to the microcontroller with a frequency of 1 Hz and a frequency of 32 kHz for synchronization with UTP, a GPS receiver connected to the USART0 bus and a device are also included in the data acquisition system for connecting a GPS receiver, containing galvanic isolation, a converter of electrical signal levels to the RS-232 protocol, a reference voltage source and a power source, and the second pulse is provided s from GPS to the microcontroller port, in addition, an information collection system for exchanging data and commands with an external device via the USART1 bus,
включает узел, в состав которого входит гальваническая развязка, преобразователь уровней электрических сигналов к протоколу RS-232 и стабилизатор напряжения, также предусмотрено герметичное исполнение системы сбора информации позволяющее производить погружение на глубины до 200 метров. Использование заявленного устройства обеспечивает следующие особенности цифровой регистрации: 1. одновременную цифровую запись напряжения с 8-ми каналов имеющих разрядность 24 бита; каналы являются полностью гальванически развязанными, каждый канал имеет отдельный источник питания; 2. объем устройства цифрового хранения данных может составлять более 16 Гб; 3. точность синхронизации при подключенном узле передачи данных с GPS и условиях, обеспечивающих штатную работу GPS-приемника составляет 1/32000 секунды; при отключенном узле передачи данных с GPS погрешность синхронизации определяется температурой и давлением окружающей среды и может быть уменьшена за счет статистических оценок по рядам наблюдений при подключенном узле передачи данных с GPS; 4. при использовании микросхемы АЦП AD7793 частота оцифровки лежит в пределах 4,17-470 Гц, измеряемое напряжение является псевдо-биполярным (pseudo bipolar mode), минимальный шум АЦП составляет 40 нВ и зависит от условий внешней среды, максимальный диапазон входных напряжений составляет ±2,5 В; 5. при использовании микросхемы инструментального усилителя AD8535 коэффициент усиления входного сигнала может, при монтаже платы, устанавливаться от 0,1 до 10000, максимальный диапазон входных напряжений составляет ±2,5 В.includes a node, which includes galvanic isolation, an electrical signal level converter for the RS-232 protocol and a voltage stabilizer, also provides a sealed version of the information collection system allowing immersion to depths of up to 200 meters. Using the claimed device provides the following features of digital registration: 1. simultaneous digital voltage recording with 8 channels having a capacity of 24 bits; the channels are completely galvanically isolated, each channel has a separate power source; 2. The volume of the digital storage device can be more than 16 GB; 3. The accuracy of synchronization with a connected data transmission node with GPS and conditions ensuring the regular operation of the GPS receiver is 1/32000 seconds; when the data node with GPS is off, the synchronization error is determined by the temperature and pressure of the environment and can be reduced due to statistical estimates from a series of observations when the data node with GPS is connected; 4. when using the AD7793 ADC chip, the sampling frequency is in the range 4.17-470 Hz, the measured voltage is pseudo bipolar mode, the minimum ADC noise is 40 nV and depends on the environment, the maximum input voltage range is ± 2.5 V; 5. when using the chip of the instrument amplifier AD8535, the input signal gain can, when mounting the board, be set from 0.1 to 10000, the maximum input voltage range is ± 2.5 V.
Description
Полезная модель относится к техническим средствам, долговременной автономной регистрации напряжения в сверх низкочастотном диапазоне (0,000001-1000 Гц) в условиях моря, при заглублении до 200 м. Полезная модель предназначена для долговременной автономной оцифровки и накопления сигнала, в сверхнизкочастотном диапазоне, от высоко- или низкоимпедансных датчиков, погруженных на дно. В том числе, устройство может быть использовано в качестве цифрового регистратора при измерении физических полей различной природы при донных измерениях: температуры, давления, теллурических токов, магнитного поля, сейсмических сигналов, низкочастотных аккустических сигналов; допускается режим как кратковременных, так и мониторинговых наблюдений.The utility model relates to technical means, long-term autonomous recording of voltage in the ultra-low frequency range (0.000001-1000 Hz) in sea conditions, with a depth of up to 200 m. The utility model is intended for long-term autonomous digitization and signal accumulation, in the ultra-low frequency range, from high - or low impedance sensors sunk to the bottom. In particular, the device can be used as a digital recorder for measuring physical fields of various nature in bottom measurements: temperature, pressure, telluric currents, magnetic field, seismic signals, low-frequency acoustic signals; the mode of both short-term and monitoring observations is allowed.
Известна научно-производственная разработка автономной одноканальной системы сбора, обработки, хранения и передачи информации о медленно изменяющихся процессах, ориентированная на проведение донных измерений - ЭЛИС-3, содержащая: инструментальный усилитель AD627, АЦП AD7714, микроконтроллер AT90S8515 фирмы Atmel, флэш-память серии АТ45 фирмы Atmel (см. описание системы ЭЛИС-3, производства ИЗМИРАН, Гайдаш С.П. Морские электромагнитные исследования: создание инструментально-методического обеспечения, эксперимент, результаты // автореферат канд. дисс. физ.-мат. наук, Троицк, 2007).Known research and development of an autonomous single-channel system for collecting, processing, storage and transmission of information about slowly changing processes, focused on bottom measurements - ELIS-3, containing: instrumentation amplifier AD627, ADC AD7714, microcontroller AT90S8515 from Atmel, flash memory series AT45 Atmel (see the description of the ELIS-3 system, manufactured by IZMIRAN, Gaydash S.P. Marine electromagnetic research: creation of instrumental and methodological support, experiment, results // Abstract of Cand. diss. Phys. -mat. of sciences, Troitsk, 2007).
Недостатками известного технического средства являются: малый объем памяти для хранения данных, применение инструментального усилителя AD627, отсутствие системы синхронизации, наличие одного цифрового канала. Флэш-память серии АТ45 имеет максимальный объем 8 Мбайт (при регистрации 24х битного канала с частотой 10 Гц время The disadvantages of the known technical means are: a small amount of memory for storing data, the use of an instrument amplifier AD627, the lack of a synchronization system, the presence of one digital channel. The AT45 series flash memory has a maximum capacity of 8 MB (when registering a 24-bit channel with a frequency of 10 Hz, the time
регистрации ограничится значением в 75 дней), что является недостаточным для записи дополнительной информации (GPS-синхронизация) или для проведения долговременных сеансов наблюдения. Инструментальный усилитель AD627 реализован по «классической» схеме, которая подразумевает значительный тренд нуля на длинных периодах в отличие от схемы «модуляция-демодуляция» (МДМ). В техническом средстве ЭЛИС-3 не предусмотрено проработанной системы синхронизации, что может приводить к значительным временным сдвигам при долговременных автономных наблюдениях; так, для гармонического сигнала с частотой 30 секунд погрешность синхронизации в 1 секунду приведет к значительной погрешности оценки фазы - 12 градусов.registration is limited to 75 days), which is insufficient to record additional information (GPS synchronization) or to conduct long-term monitoring sessions. The AD627 instrumental amplifier is implemented according to the “classical” scheme, which implies a significant zero trend for long periods, in contrast to the “modulation-demodulation” (MDM) scheme. The ELIS-3 technical tool does not provide for a well-developed synchronization system, which can lead to significant time shifts during long-term autonomous observations; Thus, for a harmonic signal with a frequency of 30 seconds, a synchronization error of 1 second will lead to a significant phase estimation error of 12 degrees.
Известен серийно-выпускаемый четырех канальный блок аналого-цифрового преобразования Е24, содержащий четыре микросхемы аналого-цифрового преобразования AD7714 и микроконтроллер AT90S2313 фирмы Atmel (см. описание блока Е24, производства ЗАО «Л-Кард»: www.lcard.ru). Недостаток этого решения заключается в отсутствии внутренней памяти, что обуславливает необходимость постоянного подключения Е24 к внешнему устройству для хранения данных (например, компьютеру), а также отсутствие полной гальванической развязки измерительных каналов, что делает невозможным использование более чем одного канала при измерениях в низкоомной морской среде (кажущееся сопротивление порядка 0,3 Ом·м).The four-channel E24 analog-to-digital conversion unit containing four AD7714 analog-to-digital conversion chips and an Atmel microcontroller AT90S2313 microcontroller is known (see description of the E24 block manufactured by L-Card CJSC: www.lcard.ru). The disadvantage of this solution is the lack of internal memory, which necessitates the permanent connection of the E24 to an external device for storing data (for example, a computer), as well as the absence of full galvanic isolation of the measuring channels, which makes it impossible to use more than one channel when measuring in a low-resistance marine environment (apparent resistance of the order of 0.3 Ohm · m).
Задачей, на которую направлена полезная модель, является повышение возможностей и снижение стоимости наблюдений, выполняемых при долговременной автономной регистрации напряжения в сверхнизкочастотном диапазоне, за счет улучшения технических характеристик и конструктивных особенностей технического средства: увеличения объема памяти для хранения данных; применения инструментального усилителя реализованного по схеме МДМ; дополнения устройства аппаратно-программной схемой синхронизации наблюдений The objective of the utility model is to increase the capabilities and reduce the cost of observations performed during long-term autonomous detection of voltage in the ultra-low frequency range by improving the technical characteristics and design features of the technical means: increasing the amount of memory for storing data; the use of instrumental amplifier implemented according to the MDM scheme; complement the device with a hardware-software circuit for synchronizing observations
использующей, в качастве опорного для синхронизации и набора статистики, сигнал GPS; создания многоканальной системы, с полностью гальванически развязанными каналами.using, as a reference for synchronization and collection of statistics, a GPS signal; creating a multi-channel system, with completely galvanically isolated channels.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в увеличении времени автономных наблюдений, увеличении стабильности нуля при сверхдлиннопериодных наблюдениях, получении более точной привязки записи во времени, возможности высокосинхронной регистрации наблюдений с нескольких различных датчиков. Кроме того, заявленное устройство будет особо эффективно, за счет применения GPS, при наземных долговременных (мониторинговых) наблюдениях, как в полевых условиях, так и в условиях обсерватории.The technical result achieved in solving the problem is expressed in increasing the time of autonomous observations, increasing the stability of zero during super-long-term observations, obtaining a more accurate recording record in time, and the possibility of highly synchronous recording of observations from several different sensors. In addition, the claimed device will be particularly effective, due to the use of GPS, in ground-based long-term (monitoring) observations, both in the field and in the observatory.
Поставленная задача решается тем, что система сбора информации, содержащая узел управления, накопитель данных, часы реального времени, от одного до восьми измерительных узлов, снабженных усилителями и отдельными источниками питания, отличается тем, что в качестве узла управления использован микроконтроллер, работающий под управлением специализированной программы и снабженный, по меньшей мере, двумя интерфейсами USART, одним SPI и одним I2C, при этом в качестве накопителя информции использованы два цифровых накопителя FlachCard типа CD или ММС, подключенные к шине SPI, причем предусмотрен переключатель, присоединенный к портам микроконтроллера и реализующий выбор первого или второго накопителя, кроме того, предусмотрено подключение к шине SPI от одного до восьми гальванически развязанных измерительных узлов, работающих от одного тактового генератора, причем каждый узел содержит инструментальный усилитель измеряемого сигнала, реализованный по схеме МДМ, 24-х битный аналого-цифровой преобразователь, источник опорного напряжения, источник питания и схему гальванической развязки, кроме того в состав системы сбора информации введены высокоточные часы реального времени, осуществляющие обмен данными с The problem is solved in that the information collection system comprising a control unit, a data storage device, a real-time clock, from one to eight measuring units equipped with amplifiers and separate power supplies, is characterized in that a microcontroller operating under the control of a specialized microcontroller is used programs and equipped with at least two USART interfaces, one SPI and one I2C, while two FlachCard digital drives of the type CD or MMS are used as storage media connected to the SPI bus, and there is a switch connected to the ports of the microcontroller and realizing the choice of the first or second drive, in addition, it provides connection to the SPI bus from one to eight galvanically isolated measuring nodes operating from one clock generator, and each node contains a tool amplifier the measured signal, implemented according to the MDM scheme, a 24-bit analog-to-digital converter, a voltage reference source, a power source and a galvanic isolation circuit, In addition, a high-precision real-time clock that exchanges data with
микроконтроллером по шине I2C и подающие на микроконтроллер импульсы с частотой 1 Гц и частотой 32 кГц для осуществления синхронизации с UTP, также в состав системы сбора информации входит GPS-приемник подключаемый к шине USART0 и устройство для подключения GPS приемника, содержащее гальваническую развязку, преобразователь уровней электрических сигналов к протоколу RS-232, источник опорного напряжения и источник питания, причем предусмотрена передача секундных импульсов с GPS на порт микроконтроллера, кроме того, система сбора информации для обмена данными и командами с внешним устройством по шине USART1, включает узел, в состав которого входит гальваническая развязка, преобразователь уровней электрических сигналов к протоколу RS-232 и стабилизатор напряжения, также предусмотрено герметичное исполнение системы сбора информации позволяющее производить погружение на глубины до 200 метров.the microcontroller via the I2C bus and pulses to the microcontroller with a frequency of 1 Hz and a frequency of 32 kHz for synchronization with UTP, the data acquisition system also includes a GPS receiver connected to the USART0 bus and a device for connecting a GPS receiver containing galvanic isolation, a level converter electrical signals to the RS-232 protocol, a reference voltage source and a power source, moreover, the transmission of second pulses from GPS to the microcontroller port is provided, in addition, an information collection system for exchange annymi and commands with an external device by USART1 bus comprises a node which includes a galvanic isolation transformer levels of electric signals to the RS-232 protocol, and a voltage regulator, is also provided a hermetic execution information collection system allows for immersion depths up to 200 meters.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".A comparative analysis of the features of the claimed solutions with the features of the prototype and analogues indicates the compliance of the claimed solutions with the criterion of "novelty."
Совокупность признаков формулы полезной модели обеспечивает решение поставленной задачи - повышение возможностей и снижение стоимости наблюдений, выполняемых при долговременной автономной регистрации напряжения в сверхнизкочастотном диапазоне, за счет улучшения технических характеристик и конструктивных особенностей технического средства: увеличения объема памяти для хранения данных; применения инструментального усилителя реализованного по схеме МДМ; дополнения устройства аппаратно-программной схемой синхронизации наблюдений использующей, в качестве опорного для синхронизации и набора статистики, сигнал GPS; создания многоканальной системы, с полностью гальванически развязанными каналами.The combination of features of the utility model formula provides a solution to the problem - increasing the capabilities and reducing the cost of observations performed with long-term autonomous recording of voltage in the ultra-low frequency range by improving the technical characteristics and design features of the technical means: increasing the amount of memory for storing data; the use of instrumental amplifier implemented according to the MDM scheme; supplementing the device with a hardware-software circuit for synchronizing observations using, as a reference for synchronization and statistics, a GPS signal; creating a multi-channel system, with completely galvanically isolated channels.
Заявленная полезная модель иллюстрируется чертежами: на фиг.1 показана схема устройства; на фиг.2 показаны временные диаграммы, используемые при синхронизации записи сигнала с UTP.The claimed utility model is illustrated by drawings: figure 1 shows a diagram of a device; figure 2 shows the timing diagrams used when synchronizing the recording of a signal with UTP.
На чертеже фиг.1 показаны узел управления 1 (микроконтроллер), для которого предусмотрен разъем 2, используемый для внутрисхемного программирования и эмуляции, источник питания 3, соединенный другими компонентами шиной питания 4. Часы реального времени 5 соединены с микроконтроллером 1 шиной I2C 6, выходом тактовых импульсов 7 с частотой 1 Гц и выходом тактовых импульсов 8 с частотой 32 кГц. Два накопителя информации 9, реализованные при помощи CD или ММС карт, подключены к шине SPI 10, при этом предусмотрен переключатель 11, позволяющий производить ручное переключение между накопителями. Генератор 12 задает тактовую частоту, передаваемую при помощи шины 13 на каждый из восьми измерительных узлов 14. При этом каждый измерительный узел включает схему гальванической развязки 15, аналогово-цифровой преобразователь 16, инструментальный усилитель 17 на который поступает измеряемый сигнал по линии 18, и, после усиления, поступает на аналогово-цифровой преобразователь 16 по линии 19; кроме того измерительный узел включает источник питания 20 и источник опорного напряжения 21, соединенный с другими компонентами шиной питания 22. По шине USART1 23 микроконтроллер 1 соединен с узлом 24 для обмена данными и командами с внешним устройством по протоколу RS-232; узел включает схему гальванической развязки 25, преобразователь уровней электрических сигналов 26 к протоколу RS-232, соединенный с разъемом 27 выхода на внешнее устройство, при этом питание узла 24 поступает с разъема 27 по линии 28 на стабилизатор напряжения 29 и далее на шину питания 30. По шине USART0 31 микроконтроллер 1 соединен с узлом 32 подключения GPS, который включает схему гальванической развязки 33, преобразователь уровней электрических сигналов 34 к протоколу RS-232, который соединен с GPS-устройством 35; The drawing of figure 1 shows the control unit 1 (microcontroller), for which there is a connector 2 used for in-circuit programming and emulation, a power source 3 connected by other components of the power bus 4. The real-time clock 5 is connected to the microcontroller 1 by the I2C 6 bus, output clock pulses 7 with a frequency of 1 Hz and an output of clock pulses 8 with a frequency of 32 kHz. Two storage media 9, implemented using a CD or MMS card, are connected to the SPI bus 10, while there is a switch 11, allowing manual switching between drives. The generator 12 sets the clock frequency transmitted via bus 13 to each of the eight measuring nodes 14. In addition, each measuring node includes a galvanic isolation circuit 15, an analog-to-digital converter 16, an instrumentation amplifier 17 to which the measured signal is supplied via line 18, and, after amplification, it enters the analog-to-digital Converter 16 through line 19; in addition, the measuring unit includes a power source 20 and a reference voltage source 21 connected to other components by a power bus 22. On a USART1 bus 23, the microcontroller 1 is connected to a node 24 for exchanging data and commands with an external device via RS-232 protocol; the node includes a galvanic isolation circuit 25, an electric signal level converter 26 to the RS-232 protocol connected to the external device output connector 27, while the power of the node 24 is supplied from the socket 27 via a line 28 to a voltage regulator 29 and then to the power bus 30. On the USART0 bus 31, the microcontroller 1 is connected to the GPS connection unit 32, which includes a galvanic isolation circuit 33, an electrical signal level converter 34 to the RS-232 protocol, which is connected to the GPS device 35;
питание узла 32 осуществляется по шине питания 36, соединенной со стабилизатором напряжения 37, который подключен к источнику питания 38. GPS-устройство 35 подает секундные импульсы по линии 39 на схему гальванической развязки 33 и, далее на порт микроконтроллера 1. Кроме того микроконтроллер, посредством разъема 40, соединен со входом специализированного устройства, обеспечивающего подъем системы сбора информации со дна и подачу сигналов для его обнаружения. Измерительный узел 14 подключается посредством разъема 41, узел 24 для обмена данными и командами с внешним устройством - посредством разъема 42, узел 32 подключения GPS - посредством разъема 43.the power of the node 32 is provided via the power bus 36 connected to the voltage stabilizer 37, which is connected to the power source 38. The GPS device 35 supplies second pulses along line 39 to the galvanic isolation circuit 33 and, further, to the port of microcontroller 1. In addition, the microcontroller, by connector 40, connected to the input of a specialized device that provides the lifting of the information collection system from the bottom and the supply of signals for its detection. The measuring unit 14 is connected via the connector 41, the node 24 for exchanging data and commands with an external device through the connector 42, the GPS connection unit 32 through the connector 43.
В качестве узла управления 1 системой сбора информации использован микроконтроллер (ATmega164P или иной), работающий под управлением специальной программы и снабженный, по меньшей мере, двумя интерфейсами USART, одним SPI и одним I2C. При этом специальная программа обеспечивает выполнение следующих функций:A microcontroller (ATmega164P or another) used under control of a special program and equipped with at least two USART interfaces, one SPI, and one I2C was used as a control unit for information collection system 1. Moreover, a special program provides the following functions:
- осуществляет взаимодействие через узел 24 с внешним устройством, от которого получает команды конфигурирующие узлы системы сбора информации и задающие параметры режима измерения;- interacts through node 24 with an external device, from which it receives commands configuring nodes of the information collection system and setting parameters of the measurement mode;
- задает режим работы аналого-цифрового преобразователя 16 в каждом из узлов 14, обеспечивает прием оцифрованных значений и передачу необходимых команд;- sets the mode of operation of the analog-to-digital Converter 16 in each of the nodes 14, provides the reception of digitized values and the transmission of the necessary commands;
- сохраняет результаты измерений, в определенном формате, на одном из цифровых носителей 9, в зависимости от положения переключателя 11 и установленного режима измерений;- saves the measurement results, in a specific format, on one of the digital media 9, depending on the position of the switch 11 and the set measurement mode;
- позволяет передавать данные на внешнее устройство через узел 24, с целью визуализации (использования внешнего устройства как графического осцилографа) или сохранения;- allows you to transfer data to an external device through node 24, for visualization (using an external device as a graphical oscilloscope) or saving;
- задает режим работы GPS-устройства, обеспечивает прием данных с GPS-устройства по шине 31 и синхроимпульсов по линии 39;- sets the operating mode of the GPS device, provides data reception from the GPS device via bus 31 and clock pulses along line 39;
- устанавливает часы реального времени 5, обеспечивает синхронизацию часов с GPS-устройством 35 при помощи синхронизации импульсов, поступающих на микроконтроллер по линиям 7 и 39;- sets the real-time clock 5, provides clock synchronization with the GPS device 35 by synchronizing the pulses received by the microcontroller on lines 7 and 39;
- регистрирует погрешность ухода часов реального времени 5 при помоши линий 7,39 и выходом тактовых импульсов 8 с частотой 32 кГц;- registers the error of the departure of the real-time clock 5 with the help of lines 7.39 and the output of clock pulses 8 with a frequency of 32 kHz;
- подает импульс, свидетельствующий о завершении регистрации, на вход 40 специализированного устройства, обеспечивающего подъем системы сбора информации со дна и подачу сигналов для ее обнаружения.- gives an impulse, indicating the completion of registration, to the input 40 of a specialized device that provides the raising of the information collection system from the bottom and the supply of signals for its detection.
При этом подключение специального отладочного устройства к разъему 2 позволяет осуществлять внутрисхемное перепрограммирование микроконтроллера и отладку программы в режиме эмуляции.At the same time, connecting a special debugging device to connector 2 allows for in-circuit reprogramming of the microcontroller and debugging of the program in emulation mode.
В качестве накопителей информации 9 используются Flash Card типа ММС или CD, объемом до 8Гбайт каждая. В зависимости от заданного режима измерений выбор накопителя может осуществляться:As information storage 9 flash cards of the type MMS or CD are used, each up to 8 GB. Depending on the specified measurement mode, the drive can be selected:
- вручную, при помощи переключателя 11, с прекращением записи при заполнении одного из накопителей;- manually, using switch 11, with the termination of recording when filling one of the drives;
- автоматическое заполнение обоих накопителей с последующим прекращением записи (без осуществления перезаписи) вне зависимости от положения переключателя 11;- automatic filling of both drives with subsequent termination of recording (without overwriting), regardless of the position of the switch 11;
- автоматическая последовательная запись на последующий накопитель при заполнении текущего (с осуществлением перезаписи) вне зависимости от положения переключателя 11.- automatic sequential recording to a subsequent drive when filling in the current (with overwriting) regardless of the position of the switch 11.
Данные сохраняются на накопителе в специальном формате, при этом регистрируется:Data is stored on the drive in a special format, while registering:
- параметры режима работы системы сбора информации, в том числе, конфигурация каждого измерительного узла;- parameters of the operating mode of the information collection system, including the configuration of each measuring unit;
- команды, поступающие с внешнего устройства, в процессе работы системы сбора информации;- commands received from an external device during the operation of the information collection system;
- значение измеряемого сигнала с каждого из измерительных узлов 14 с записью номера измерительного узла;- the value of the measured signal from each of the measuring nodes 14 with recording the number of the measuring node;
- результаты, принимаемые с GPS-приемника 35 (при подключенном узле подключения 32 GPS), в том числе дату, время, координаты и характеристики точности определения времени и координат;- the results received from the GPS receiver 35 (with the connected 32 GPS connection node), including the date, time, coordinates and accuracy characteristics for determining the time and coordinates;
- результаты, получаемые с часов реального времени 5, включая дату, время, погрешность ухода часов, оцениваемую по разнице между импульсами на линиях 7 и 39; при этом в качестве меры используются импульсы с частотой 32 кГц, получаемые по линии 8.- results obtained from real-time clock 5, including date, time, clock drift error, estimated by the difference between the pulses on lines 7 and 39; in this case, pulses with a frequency of 32 kHz, obtained on line 8, are used as a measure.
Оцифровка аналогового сигнала 18 с некоторого датчика осуществляется при помощи узла регистрации 14. При этом аналоговый сигнал поступает на инструментальный усилитель 17, расчитанный на регистрацию низкочастотных сигналов и выполненный по схеме МДМ (AD8553 или иной) и, далее, на 24-х битный преобразователь (AD7793 или иной), расчитанный на регистрацию низкочастотных сигналов. Далее, оцифрованный сигнал поступает через схему ральванической развязки 15 (ADuM1401 или иной) на шину SPI. Тактовая частота аналого-цифрового преобразователя задается генератором 12, гальванически развязанным от узла регистрации при помощи быстродействующего оптрона. Каждый узел регистрации имеет отдельный источник питания 20, подключаемый к шине питания 22 через прецезионный источник опорного напряжения. Таким образом, узел регистрации 14 является полностью гальванически развязанным от других узлов системы сбора информации. Подключение от одного до восьми узлов регистрации 14 осуществляется посредством разъема 41 коммутирующим шину питания 4, шину интерфейса SPI 10, шину тектовой частоты аналого-цифровых преобразователей 13.Digitization of the analog signal 18 from a certain sensor is carried out using the recording unit 14. In this case, the analog signal is fed to the instrumental amplifier 17, designed for registration of low-frequency signals and made according to the MDM scheme (AD8553 or another) and, further, to a 24-bit converter ( AD7793 or another), designed to detect low-frequency signals. Further, the digitized signal is fed through the ralvanic isolation circuit 15 (ADuM1401 or otherwise) to the SPI bus. The clock frequency of the analog-to-digital Converter is set by the generator 12, galvanically isolated from the registration node using a high-speed optocoupler. Each registration node has a separate power supply 20, connected to the power bus 22 through a precision reference voltage source. Thus, the registration node 14 is completely galvanically isolated from other nodes of the information collection system. Connecting from one to eight registration nodes 14 is carried out by means of a connector 41 switching power bus 4, interface bus SPI 10, bus tektovogo frequency analog-to-digital converters 13.
Режим работы системы сбора информации задается с внешнего управляющего устройства, подключаемого к разъему 27 узла обмена данными и командами с внешним устройством; узел является гальванически развязанным и отключаемым от измерителя напряжения и присоединяется к нему посредством разъема 42, коммутирующего шину питания 4 и шину USART1 23. Внешнее устройство должно обладать The mode of operation of the information collection system is set from an external control device connected to the connector 27 of the node for exchanging data and commands with an external device; the unit is galvanically isolated and disconnected from the voltage meter and connected to it via a connector 42, switching the power bus 4 and the bus USART1 23. The external device must have
внешним портом, реализующим обмен данными по интерфейсу RS-232; таким устройством может выступать, например, компьютер или КПК соответствующей конфигурации. Узел, предусматривает питание от внешнего устройства подаваемое посредством разъема 27 и линии 28 на преобразователь напряжения 29, входное напряжение на котором варьируется от 5 до 18 В, а выходное составляет 5 В. Также узел содержит преобразователь логических уровней КПОП к уровням RS-232 (МАХ3221). При этом специальная программа внешнего устройства задает следующие параметры работы системы сбора информации:external port that implements data exchange via RS-232; such a device may be, for example, a computer or PDA of the appropriate configuration. The node provides power from an external device supplied through connector 27 and line 28 to a voltage converter 29, the input voltage of which varies from 5 to 18 V, and the output voltage is 5 V. The node also contains a converter of logical levels of KPOP to RS-232 levels (MAX3221 ) In this case, a special program of the external device sets the following parameters of the information collection system:
- режим работы аналого-цифрового преобразователя 16 в каждом из узлов 14, в том числе частоту регистрации сигнала и коэффициент встроенного усилителя АЦП;- the operation mode of the analog-to-digital Converter 16 in each of the nodes 14, including the frequency of signal registration and the coefficient of the built-in ADC amplifier;
- режим сохранения результатов измерений;- mode of saving measurement results;
- режим работы GPS-устройства 35, в том числе периодичность и продолжительность опроса GPS;- the operating mode of the GPS device 35, including the frequency and duration of the GPS survey;
- дает команду на синхронизацию часов 5 с GPS-устройством 35 и задает микроконтроллеру 1 параметры синхронизации;- gives the command to synchronize the clock 5 with the GPS device 35 and sets the microcontroller 1 synchronization parameters;
- дает команду на передачу данных на внешнее устройство через узел 24, с целью визуализации (использования внешнего устройства как графического осцилографа) или сохранения;- gives a command to transfer data to an external device via node 24, for the purpose of visualization (using an external device as a graphical oscilloscope) or saving;
- конфигурирует режим подачи импульса на вход 40.- Configures the pulse feed mode to input 40.
GPS подключается к системе сбора информации посредством разъема 43 коммутирующего шину питания 4 и шину USART0 31 и линию секундного импульса синхронизации 39, поступающего с GPS. При этом узел подключения GPS-устройства имеет отдельный источник питания 38, присоединенный к шине питания 36 посредством преобразователя напряжения 37. Узел является гальванически развязанным и отключаемым от системы сбора информации. Также узел содержит преобразователь логических уровней КПОП к уровням RS-232 (МАХ3221) 34 и GPS-устройство 35. Передача данных на микроконтроллер осуществляется GPS is connected to the data acquisition system via connector 43 of the switching power bus 4 and the USART0 bus 31 and the line of the second synchronization pulse 39 from the GPS. At the same time, the connection unit of the GPS device has a separate power source 38 connected to the power bus 36 by means of a voltage converter 37. The node is galvanically isolated and disconnected from the information collection system. The node also contains a converter of logical levels KPOP to levels RS-232 (MAX3221) 34 and a GPS device 35. Data is transmitted to the microcontroller
посредством шины USART0 31, при этом режим работы GPS-устройства устанавливается командами микроконтроллера 1 по шине USART0 31, согласно командам внешнего управляющего устройства, подключаемого к разъему 27.via the USART0 31 bus, while the operation mode of the GPS device is set by the commands of the microcontroller 1 via the USART0 31 bus, according to the commands of an external control device connected to the connector 27.
Временная привязка при работе системы сбора информации осуществляется следующим способом (фиг.2):Time reference during operation of the information collection system is carried out in the following way (figure 2):
1) фиксируется передний фронт секундного импульса, приходящий с часов реального времени 5 (RTC), относительно которого начинается отсчет импульсов частотой 32 кГц, подаваемого на микроконтроллер по линии 7, одновременно, время по часам 5 записывается на накопитель данных 9;1) the leading edge of the second pulse arriving from the real-time clock 5 (RTC) is fixed, relative to which the counting of pulses with a frequency of 32 kHz supplied to the microcontroller via line 7 starts, at the same time, the time by clock 5 is recorded on the data storage 9;
2) фиксируется одно из следующих событий2) one of the following events is fixed
- приход переднего фронта секундного импульса по линии 39 (фиг.2, интервал t1), с узла подключения GPS 32, если этот узел присоединен к системе сбора информации, после чего на накопитель данных 9 записывается значение счетчика импульсов 32 кГц и, после приема данных, - данные GPS;- the arrival of the leading edge of the second pulse along line 39 (Fig. 2, interval t1), from the GPS 32 connection node, if this node is connected to the information collection system, after which the value of the pulse counter 32 kHz is written to the data storage device 9 and, after receiving data , - GPS data;
- готовность АЦП 16 к передаче данных по шине SPI 10 (фиг.2, интервалы t2, t3), после чего на накопитель данных 9 записывается значение счетчика импульсов 32 кГц и, после приема данных, - данные с АЦП 16 (для каждого измерительного узла 14).- the readiness of the ADC 16 for data transfer via the SPI 10 bus (Fig. 2, intervals t2, t3), after which the value of the pulse counter 32 kHz is written to the data storage 9 and, after receiving the data, data from the ADC 16 (for each measuring unit fourteen).
При синхронизации часов реального времени выполняется такая установка часов реального времени, чтобы отклонение, измеряемое по счетчику 32 кГц, составляло менее 100 импульсов по счетчику 32 кГц (момент синхронизации отмечен на фиг.2 - линия 1-1'). При этом погрешность, при расчете точного времени по результатам записи на накопитель данных 9, составит менее 1/32000 секунды (фиг.2, интервал t0).When synchronizing the real-time clock, the real-time clock is set so that the deviation, measured by the 32 kHz counter, is less than 100 pulses by the 32 kHz counter (the synchronization moment is marked in figure 2 - line 1-1 '). In this case, the error in calculating the exact time according to the results of writing to the data storage device 9 will be less than 1/32000 second (figure 2, the interval t0).
Регистрация данных осуществляется с адреса Flash памяти 9, задаваемого с внешнего устройства каждый раз при подаче команды на регистрацию через разъем 27. Запись начинается прописыванием «начальной» последовательности байт и заголовка, содержащего Data is recorded from the address of the Flash memory 9, which is set from an external device each time a command for registration is sent via connector 27. Recording begins by writing the “initial” sequence of bytes and a header containing
информацию о режиме работы системы сбора информации. Запись завершается прописыванием концевой последовательности байт при подаче команды на остановку регистрации с внешнего устройства через разъем 27. Кроме того, предусмотрен режим форматирования Flash памяти 9, при подаче команды с внешнего устройства, записью во все ячейки накопителя информации значения 0; форматирование необходимо для поиска ячеек памяти накопителя информации при не штатном прекращении записи и отсутствии концевого заголовка (например, при отключении питания). Считывание данных возможно или путем перемещения накопителя данных 9 из системы сбора информации в соответствующее устройство чтения Flash памяти или через разьем 27, при подаче соответствующей команды с внешнего устройства.information about the operating mode of the information collection system. Recording is completed by registering the end sequence of bytes when a command is issued to stop registration from an external device via connector 27. In addition, a format mode for Flash memory 9 is provided, when a command is sent from an external device, writing 0 to all information storage cells; formatting is necessary to search for memory cells of the information storage device when the recording is stopped abnormally and there is no end header (for example, when the power is turned off). Data can be read either by moving the data storage device 9 from the information collection system to the corresponding Flash memory reader or through the connector 27, when a corresponding command is sent from an external device.
Герметизация системы сбора информации, при донных исследованиях достигается покрытием поверхности печатной платы и микросхем герметизирующим лаком, изготовленным на основе эпоксидной смолы, и размещением регистратра внутри специальной гондолы, с погружением в керосин.The sealing of the information collection system, in bottom studies, is achieved by coating the surface of the printed circuit board and microcircuits with a sealing varnish made on the basis of epoxy resin and placing the register inside a special gondola, immersed in kerosene.
Приведенное описание схемы (фиг.1), режима работы отдельных узлов полезной модели и их функцинальной нагрузки отражают возможность осуществления полезной модели.The above description of the circuit (figure 1), the operation mode of individual nodes of the utility model and their functional load reflect the possibility of implementing the utility model.
Достижение технического результата, заключающегося в повышении возможностей и снижении стоимости наблюдений, выполняемых при долговременной автономной регистрации напряжения в сверхнизкочастотном диапазоне, за счет улучшения технических характеристик и конструктивных особенностей технического средства, при осуществлении полезной модели определяется следующими характеристиками комплектующих и результатами опытно-конструкторских работ:The achievement of the technical result, which consists in increasing the capabilities and reducing the cost of observations made with long-term autonomous recording of voltage in the ultra-low frequency range, by improving the technical characteristics and design features of the technical means, when implementing a utility model is determined by the following characteristics of components and the results of experimental design work:
1. объем устройства цифрового хранения данных определяется объемом двух Flash Card и составляет более 16 Гб, что по сравнению с 8 Мб аналога больше в 2000 раз;1. the volume of the digital storage device is determined by the volume of two Flash Cards and is more than 16 GB, which is 2000 times more than the 8 MB analogue;
2. заявленное устройство позволяет одновременно производить цифровую запись напряжения с 8-ми каналов имеющих разрядность 24 бита; каналы являются полностью гальванически развязанными, каждый канал имеет отдельный источник питания;2. The claimed device allows simultaneous digital recording of voltage from 8 channels having a capacity of 24 bits; the channels are completely galvanically isolated, each channel has a separate power source;
3. точность синхронизации при подключенном узле передачи данных с GPS и условиях, обеспечивающих штатную работу GPS составляет 1/32000 секунды; при отключенном узле передачи данных с GPS погрешность синхронизации определяется температурой и давлением окружающей среды и может быть уменьшена за счет статистических оценок по рядам наблюдений при подключенном узле передачи данных с GPS;3. the accuracy of synchronization with a connected node for transmitting data with GPS and conditions ensuring the regular operation of GPS is 1/32000 seconds; when the data node with GPS is off, the synchronization error is determined by the temperature and pressure of the environment and can be reduced due to statistical estimates from a series of observations when the data node with GPS is connected;
4. при использовании микросхемы АЦП AD7793 частота оцифровки лежит в пределах 4,17-470 Гц, измеряемое напряжение является псевдо-биполярным (pseudo bipolar mode), минимальный шум АЦП, согласно документации, составляет 40 нВ и зависит от условий внешней среды (по результатам опытно-конструкторских работ - до 1 мкВ в условиях сильной электромагнитной зашумленности), максимальный диапазон входных напряжений составляет ±2,5 В;4. when using the AD7793 ADC chip, the sampling frequency is in the range 4.17-470 Hz, the measured voltage is pseudo bipolar mode, the minimum ADC noise, according to the documentation, is 40 nV and depends on the environment (according to the results development work - up to 1 μV in conditions of strong electromagnetic noise), the maximum input voltage range is ± 2.5 V;
5. при использовании микросхемы инструментального усилителя AD8535 коэффициент усиления входного сигнала может, при монтаже платы, устанавливаться от 0,1 до 10000, максимальный диапазон входных напряжений составляет ±2,5 В.5. when using the chip of the instrument amplifier AD8535, the input signal gain can, when mounting the board, be set from 0.1 to 10000, the maximum input voltage range is ± 2.5 V.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008111061/22U RU79341U1 (en) | 2008-03-25 | 2008-03-25 | INFORMATION COLLECTION SYSTEM FOR BOTTOM MEASUREMENTS IN THE HIGH FREQUENCY RANGE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008111061/22U RU79341U1 (en) | 2008-03-25 | 2008-03-25 | INFORMATION COLLECTION SYSTEM FOR BOTTOM MEASUREMENTS IN THE HIGH FREQUENCY RANGE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU79341U1 true RU79341U1 (en) | 2008-12-27 |
Family
ID=48229484
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008111061/22U RU79341U1 (en) | 2008-03-25 | 2008-03-25 | INFORMATION COLLECTION SYSTEM FOR BOTTOM MEASUREMENTS IN THE HIGH FREQUENCY RANGE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU79341U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2587504C1 (en) * | 2014-11-19 | 2016-06-20 | Инстытут Техник Инновацыйных Эмаг | Method and scheme for synchronisation of seismic and seismoacoustic measurement circuits, especially mine spark-proof networks |
CN114944968A (en) * | 2022-05-09 | 2022-08-26 | 上海氢枫能源技术有限公司 | Serial communication system for realizing multiple different frequencies and communication protocols on same line |
-
2008
- 2008-03-25 RU RU2008111061/22U patent/RU79341U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2587504C1 (en) * | 2014-11-19 | 2016-06-20 | Инстытут Техник Инновацыйных Эмаг | Method and scheme for synchronisation of seismic and seismoacoustic measurement circuits, especially mine spark-proof networks |
CN114944968A (en) * | 2022-05-09 | 2022-08-26 | 上海氢枫能源技术有限公司 | Serial communication system for realizing multiple different frequencies and communication protocols on same line |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2016192390A1 (en) | Subsea heat flow long-term observation probe based on underwater robot platform | |
CN106404222B (en) | The deep section detection system of ocean temperature based on combined type high precision measuring temperature cable | |
CN101846644B (en) | Oil and gas pipeline corrosion online monitor | |
CN107703822B (en) | Washing machine vibration state data processing method | |
CA2946611C (en) | Long-term seafloor heat flow monitoring probe based on underwater robot platform | |
CN209043897U (en) | A kind of bluetooth portable Soil K+adsorption service system | |
CN106969270B (en) | Acquisition device for detecting pipeline leakage based on sound wave detection and use method | |
RU79341U1 (en) | INFORMATION COLLECTION SYSTEM FOR BOTTOM MEASUREMENTS IN THE HIGH FREQUENCY RANGE | |
CN201724759U (en) | Device capable of rapidly acquiring seawater temperature-depth cross-sectional data | |
CN104913860B (en) | Seawater detection method based on wireless telecommunications and device | |
CN105606170A (en) | Ultrasonic gas metering device with self-learning template and metering method of device | |
CN102193029B (en) | Method for measuring short-term frequency stability of unconventional sampling time | |
CN102109343A (en) | Undersea sediment acoustic parameter in-situ measuring system | |
CN108362369A (en) | A kind of self-tolerant single channel ocean acoustic signal measurement apparatus having synchronizing function | |
CN101718517B (en) | Portable electronic plug gauge | |
CN202393834U (en) | Precise ohmic internal resistance measurer for battery | |
CN210639288U (en) | Quick recognition device of time domain electromagnetism weak polarization effect | |
CN106768458A (en) | A kind of deep water temperature measuring set | |
CN203432709U (en) | Frozen earth temperature measuring recorder | |
CN206135933U (en) | Synchronous time service device of high precision clock | |
CN208588932U (en) | Sync site measuring instrument | |
CN204405108U (en) | From floatation type easily extensible multiparameter CTD detection instrument | |
CN211176327U (en) | Pipeline parameter recorder | |
RU2794710C1 (en) | Multi-element modular acoustic-hydrophysical measuring system | |
CN203835379U (en) | Distributed well temperature measuring device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20090326 |