SU1096658A1 - Цифрова контрольно-измерительна система - Google Patents

Abstract

1ЩФРОВАЯ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержаща  коммутатор информационные входы которого  вл ютс  информационными входами cиcтe a l, первый выход коммутатора соединен с информационным входом измерительного блока, управл кщий вход которого подключен к первому выходу переключател  режима, выход соединен синформационным входом аналого-цифрового преобразовател , регистрирующее устройство, блок пам ти, вход которого подключен к второму выходу переключател  режима, отличающа с  тем, что, с целью повышени  надежности функционировани  системы и сокращени  оборудовани , в нее введен блок формировани  ре13 i.«it,, зультата, включающий два регистра, узел сравнени , элементы ИЛИ-НЕ, И, ИЛИ, задержки, ждущий генератор пр моугольных , импульсов, мультиплексоры , причем информационный выход аналого-цифрового преобразовател  подключен к информационному входу первого регистра, третий выход переключател  режима соединен с первшш и вторыми входами первого, второго и третьего мультиплексоров, с первыми входами злементов И, ИЛИ и ШШ-НЕ, выход блока пам ти подключен к первому входу узла сравнени , группа выходов второго регистра и выход первого мультиплексора - к группам 9 входов блока пам ти и регистрирующего устройства, тактирующий вход первого регистра, первый вход ждущего генератора пр моугольных импульсов и второй вход элемента ШШ-НЕ подключены к тактирук цему выходу аналого-цифрового преобразовател , ыход элемента ШШ соединен с входом QD 9д 9) СЛ элемента задержки, с вторым входом ждущего генератора пр моугольных Импульсов и с тактирукнцими входами коммутатора, аналого-цифрового преобЕХ ) разовател  и регистрирующего устройства , вход которого соединен с вторым выходом коммутатора, управл ющий вход аналого-цифрового преобразовате- т  подключен к четвертому выходу переключател  режима, первый выход узла сравнени  соединен с третьими входами первого и второго мультиплексоров , второй и третий, выходы узла сравнени  соединены соответственно с четвертым и п тым входами первого мультиплексора, выход второго мульти

Description

плексора соединен с информационным входом второго регистра, вход синхронизации которого соединен с выходом третьего мультиплексора, третий вход которого соединен с выходом ждущего генератора пр моугольных импульсов, тактирукиций выход второго регистра соединен с вторым входом элемента ИЛИ,

третий вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, выход элемента задержки соединен с вторым входом элемента И, выход котррого соединен с установочным входом второго регистра , вькод первого регистра подключен к второму входу узла сравнени .

Изобретение относитс  к вычислительной и измерительно-информационной технике и может быть использовано дл  получени  и обработки измерительной информации, выполнени  операций контрол , автоматизации управлени  технологическими процессами и научными экспериментами, в частнос ти при испытани х прочности летатель ных аппаратов и других инженерных конструкций. Известна цифрова  контрольно-измерительна  система, содержаща  ус тановленные на объекте испытаний первичные преобразователи (термопары , тензорезисторы), св занные через усилители с коммутатором аналоговых сигналов, выход которого через устройство св зи ЭВМ подключен к входу ЭВМ l. Однако система имеет малую надежность , значительные эксплуатационные расходы .и энергопотребление. Существеннм4 недостатком систеьй 1  вл етс  также низкое быстродействие, обусловленное необходимостью послед довательного выполнени  арифметических и логических операций, св занных с преобразованием измерительной информации . Наиболее близкой по технической сущности к изобретению  вл етс  цифрова  измерительна  система, содержаща  измерительные преобразователи, выходы которых через коммутатор соединены с входом измерительного блока управл ющий вход которого подключен к первому выходу переключат гл  режима , а выход соедине с входом аналого-цифрового преобразовател  (АЦП), блок пам ти, первый вход которого подключен к второму выходу переключа тел  режима, и регистрирующее устройство . Второй вход блока пам ти соединен с выходом АЩ, а выходы блока пам ти - с входом регистрирующего устройства. В блоке пам ти имеетс  К2  чеек, в которых хран тс  сформированные заранее m -разр дные значени  функции, котора  определ ет требуемую зависимость результатов обработки от кода АЩ, соответствукедего выходному сигналу измерительного преобразовател , где К - количество требуегвлх зависимостей; п - разр дность кода на выходе АЦП. Работа известной систе - осуществл етс  следующим образом. Аналоговый сигнал измерительного преобразовател  через коммутатор поступает на вход измерительного блока, режим работы которого устанавливаетс  сигналом, поступивншм на управл юар й его вход с первого выхода переключател  режима. Измерительный блок преобразует поступивший на его вход сигнал измерительной информации в аналоговый сигнал, соответствующий требуемому виду и уровню. Аналоговый сигнал с выхода измерительного блока поступает на вход АЦП, который формирует на своем выходе двоичный код. С второго выхода переключател  режимас на первый вход блока пам ти поступает сигнал, определ ющий требуемую зону пам ти, а на второй вход блока пам ти подаетс  цифровой сигнал с выхода АЦП. Сигналы , поступившие на входы блока пам ти , определ ют адрес той  чейки пам ти , выборка содержимого которой как результата обработки измерительной информации производитс  в текущем цикле. Результат обработки в виде цифрового сигнала поступает с выхода блока пам ти на вход регистрирующего устройства, которое фиксирует это знa feниe. Аналогичным образом производитс  обработка информации и от других измерительных преобразователей.

Известна  система обладает высоким быстродействием, что св зано с отсутствием вычислений в процессе функционировани  путем их предварительного выполнени  и занесени  результатов вычислений в посто нные запоминающие устройства 2j ,

Однако реализаци  известной системы требует значительных объемов пам ти . Так, например, при использовании 12-14-разр дного АЦП и выполнении только одного оператора обработки требуетс  блок пам ти, содержащий 4096-16384 m -разр дник  чеек, где Щ- разр дность представлени  результатов обработки.

Кроме того, большой объем фиксируемых результатов обработки затрудн ет последующий их анализ, поскольку в известной измерительной системе не предусмотрено проведение операций контрол . Подобна  задача возникает, например , при обработке данных массовой тензометрии, когда на объекте устанавливаютс  дес тки тыс ч тензодатчиков и существенное сокращение объема фиксируемых результатов достигаетс  путем вьщелени  только тех данных, которые наход тс  внутри (вне некоторых установленных границ. Не- достатки сужают область применени  известного устройства.

Целью изобретени   вл етс  повышение удобства эксплуатации и сокращение оборудовани .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в систему, содержащую коммутатор , информационные 9ходы которого  вл ютс  информационными входами системы, первый выход коммутатора соединен с информационным входом измерительного блока, управл ющий вход которого подключен к первому выходу переключател  режима, выход соединен с информационным входом АЦП, регистрирующее устройство, блок пам ти, вход которого подключен к второму выходу переключател  режима, введен блок формировани  результата, включающий два регистра, узел сравнени ,

элементы ИЛИ-НЕ, И, ИЛИ, задержки, ждущий генератор-пр моугольных импульсов , мультиплексоры, причем информационный выход АЦП подключен к информационному входу первого регистра , третий выход переключател  режима соединен с первыми и вторыми входами первого, второго и третьего мультиплексоров, с первыми входами элементов И, ИЛИ и ИЛИ-НЕ, выход блока пам ти подключен к первому входу узла сравнени , группа выходов второго регистра и выход первого мультиплексора - к группам входов блока пам ти и регистрирующего устройства, тактирующий вход первого регистра, первый вход ждущего генератора пр моугольных импульсов и ВГорой вход элемента ИЛИ-НЕ подключены к тактирукмцему выходу АЦП, выход элемента ИЛИ соединен с входом элемента задержки, с вторым входом ждущего генератора пр моугольных импульсов и с тактирующими входами коммутатора, АЦП и регистрирующего устройства, вход которого соединен с вторым выходом коммутатора , управл ющий вход АЦП подключен к четвертому выходу переключател  режима, первый выход узла сравнени  соединен с третьими входами первого и второго мультиплексоров, второй и третий выходы узла сравнени  соединены соответственно с четвертым и п тым входами первого мультиплексора выход второго мультиплексора соедине с информационным входом второго регистра , вход синхронизации которого соединен с выходом третьего мультиплексора , третий вход которого соединен с выходом ждущего генератора пр моугольных импульсов, тактирующий выход второго регистра соединен с вторым входом элемента ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, выход элемента задержки соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с установочньм входом второго регистра, выход первого регистра подключен к второму входу узла сравнени .

На фиг.1 представлена схема контрольно-измерительной системы, на фиг.2 - схема блока формировани  результата .

Система содержит измерительные преобразователи 1, коммутатор 2, измерительный блок 3, переключатель 4 режима, АЦП 5, блок 6 формировани  $1 результата, блок 7 пам ти, регистри-1 рукндее устройство 8, св зи 9-14, регистр 15, узел 16 сравнени , элемент ИЛИ-НЕ 17, ждущий генератор 18 пр моугольных импульсов, мультиплексоры 19 и 20, элемент И 21, мультиплексор 22, регистр 23, элемент ИЛИ 2 и элемент 25 задержки. Измерительные преобразователи 1 представл ют собой, например, тензоили терморезисторы с соответствующими измерительнь1ми цеп ми. Коммутатор 2 в счетиом режиме подключает измерительные преобразователи , начина  с первого, к входу измерительного блока 3 и формирует код номера подключенного канала на своем цифровом выходе. При поступлении на вход коммутатора тактирующе го сигнала Конец обработки производитс  подключение последующего канала. После подключени  канала с наибольшим номером снова подключаетс  первый канал. Измерительный блок 3, например усилитель, преобразует поступившие на его вход сигналы измерительной информации в аналоговые сигналы, соответствующие требуемому виду и уровню входных сигналов А1Щ 5. Сигнал , поступивший на управл к ций вход измерительного блока 3, задает, например , коэффициент усилени  при работе в разных диапазонах измерени . Переключатель 4 предназначен дл  задани  режимов работы систе1«а и отдельных ее блоков. Он представл ет собой набор механических переключателей , в завиеимости от положени  ко торых на соответствукщие его выходы подаютс  управл ющие сигналы. При поступлении сигнала Конец об работки на тактируюа91й вход А1Щ 5 последний приводитс  в исходное состо ние . На информационном выходе АЦП 5 устанавливаетс  нулевой код и начи наетс  преобразование аналогового сигнала, присутствующего на его выход ej по любому известнсдау алгоритму ( например, поразр дного или разверты

вающего уравновешивани , двойного интегрировани , считывани  и т.п.) в цивровой двоичный код. Формирование кода на цифровом выходе АЦП 5 сопровождаетс  вьщачей сигнала Конец 5S преобразовани  на тактирукицем выходе . Сигнал с переключател  4, поступающий на управл кнций вход АЦП 5, поСигнал с выхода элемента И 21 поступает иа установочный вход регистра 23 и переводит последний в состо ние, соответствующее m -разр дному коду 0111. Этот код поступает с выхода блока б на вход блока 7 пам ти. С выхода блока 7 пам ти содержимое  чейки, отвечающее заданному адресу 8 звол ет при необходимости выбрать (задать) требуемый алгоритм аналогоцифрового преобразовани . Блок 6 формировани  результата обеспечивает формирование промежуточных и конечного результатов обработки измерительной информации и синхронизацию работы всей системы. В блоке 7 пам ти имеетс  К2  чеек , в которых хран тс  сформированные заранее п -разр дные значени  функции , обратной той, котора  задает требуемую зависимость результатов обработки от кода АЦП 5, соответствующего выходному сигналу измерительного преобразовател  1, где К , m и п совпадают с определенными ранее. Выборка  чейки пам ти производитс  сигналами , поступающими на входы блока 7 пам ти с выходов переключател  4 и блока 6, причем сигнал переключател  4 задает зону пам ти, а разр дный код с выхода t1 блока 6 определ ет адрес  чейки в выбранной зоне. Регистрирующее устройство 8 при поступлении на его тактирующий вход сигнала Конец обработки регистрирует результат обработки, пост5П1ающий с выхода блока 6, и код номера канала, поступаюи 1й с цифрового выхода коммутатора 2. Функционирование систеьы определ етс  положением переключател  4, устанавливаемого на этапе подготовки устройства к работе, и алгоритм действи  блока 6, При установлении переключателем 4 режима Измерение к .. входам регистра 23 через мультиплексоры 20 и 22 подключаютс  соответственно выход узла 16 сравнени  и Btaход ждущего генератора 18. Работа системы начинаетс  при формировании переключателем 4 сигнала Пуск на св зи 10. Этот сигнал через элемент ИЛИ 24 поступает на тактирую091Й выход блока 6 в качестве сигнала Конец обработки и через элемент 25 задержки на вход элемента И 21, открытого по другому своему входу сигналом Измерение на св зи 10.

в зоне, определ емой положением пе- . реключател  4, поступает на вход блока 6. Сигнал Конец обработки, поступа  на тактирующие входы коммутатора 2, АЦП 5 и регистрирующего устройства 8, вызывает соответственно подключение очередного канала коммутатора 2, сброс и запуск АЦП 5, регистрацию кодов на выходе блока 6 и выходе коммутатора 2. По завершении процесса аналого-цифрового преобразовани  АЦП 5 фop шpyeт тактирующий вход блока 6. По этому сигналу в регистр 15 записываетс  код с выхода АЦП 5, запускаетс  ждущий генератор 18, однако сигнал Конец обработки не формируетс , так как элемент ИЛИ-НЕ 7 закрыт по входу,

Узел 16 сравнени  сравнивает поступившие на его вход коды и по результату сравнени  (больше, равно или меньше) определ ет первую старшую цифру результата обработки О или 1 соответственно, котора  с выхода мультиплексора 20 записываетс  в регистр 23 при поступлении на его тактирующий вход первого тактирующего импульса от ждущего генератора 18 через мультиплексор 22. В каждом последукмцем такте регистр 23 осуществл ет сдвиг О в выходнсм коде на один разр д в сторону младших, а в позицию, из которой производитс  сдвиг, записываетс  полученный в этом такте результат сравнени .

Процесс определени  результата обработки осуществл етс  за m тактов и завеошаетс  формированием на так тирующем выходе регистра 23 сигнгша, который через элемент ИЛИ 24 поступает на выход блока 6, на вход ждущего генератора 18, который прекращает формировать тактирующие импульсы, а также через элемент 25 задержки и элемент И 21 на установочный вход регистра 23. Врем  задержки, формируемое элементом 25, должно быть достаточным дл  воспри ти  регистрирующим устройством 8 результата обработки с выхода блока 6.

Процесс определени  результатов обработки при измерении в последукйцих каналах аналогичен.

При установлении переключателем 4 режима Контроль к входам регистра 23 через мультиплексоры 20 и 22 подключаютс  соответственно четверта  и п та  линии этой шины и производитс  запись в регистр 23 кода, соответстующего граничному значению результата обработки. Запись осуществл етс  путем формировани  разр дов кода, начина  со старших, при этом по св зи

10 поступают тактирующие импульсы

дл  записи каждого разр да. Кроме того , положение переключател  4 определ ет на св зи 10 сигналы, соответствуиицие требуемому условию контрол 

(результат обработки больше, меньше или рёвен установленному граничному значению) , Сигналл поступают на входы мультиплексора 19, подключающего выбранный вход узла 16 сравнени  к

выходу блока 6.

Работа системы в режиме Контроль начинаетс  при формировании переключателем 4 сигнала Пуск, который через элемент ШШ 24 поступает на выход блока 6 и воспринимаетс , системой как сигнал Конец обработки при работе в режиме Измерение. Однако внутри блока 6 элемент И 21 закрыт по своему входу сигналом Контроль

на св зи 10, и поэтому сигнал Конец обработки не проходит на установочный вход регистра 23. По завершении процесса аналого-цифрового преобразовани  АЦП 5 формирует тактирующий

сигнал Конец преобразовани , который поступает на вход блока 6. По этому сигналу в регистр 15 записываетс  код с выхода АЦП 5 и на выходе блока 6 формируетс  сигнал Конец

обработки, так как элемент ИПИ-НЕ 17 открыт по своему входу сигналом Контроль , на св зи 10. Узел 16 сравнени  производит сравнение поступивших на его вход двух кодов. Выбранный

выходной сигнал уэла 16 (больше,

меньше или равно) как результат контерол  через мультиплексор 19 поступает на выход. Состо ние регистра 23 при этом не изменитс . Остаетс  также неизменным адрес, по которому тфоисходит обращение в блок 7 пам ти и, следовательно , остаетс  прежним код, отвечаю1ций заданному граничному значению .

Процесс контрол  в других каналах аналогичен.

Вычисление в качестве результата сравнени  кодов услови  Равно позвол ет без дополнительных временных и аппаратурных затрат определ ть эквипотенциальные контуры дл  различных уровней исследуемых параметров. В предлагаемой системе результаты обработки получают поразр дно, начина  со старших, что позвол ет умень- шить задержку в передаче сигналов управлеии , исключить буферные накопи- s тели в линии св зи. Эти преимущества делают целесообразным использование предлагаемых устройств в телеметрии и системах управлени .

Claims (1)

1. ЦИФРОВАЯ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержащая коммутатор, информационные входы которого являются информационными входами систеьял, первый выход коммутатора соединен с информационным входом измерительного блока, управляющий вход которого подключен к первому выходу переключателя режима, выход соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, регистрирующее устройство, блок памяти, вход которого подключен к второму выходу переключателя режима, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности функционирования системы и сокращения оборудования, в нее введен блок формирования ре зультата, включающий два регистра, узел сравнения, элементы ИЛИ-HE, И, ЙЛИ, задержки, ждущий генератор пря моугольных, импульсов, мультиплексоры, причем информационный выход аналого-цифрового преобразователя подключен к информационному входу первого регистра, третий выход переключателя режима соединен с первыми и вторыми входами первого, второго и третьего мультиплексоров, с первыми входами элементов И, ИЛИ и ИЛИ-НЕ, выход блока памяти подключен к пер вому входу узла сравнения, группа выходов второго регистра и выход первого мультиплексора - к группам входов блока памяти и регистрирующего устройства, тактирующий вход первого регистра, первый вход ждущего генератора прямоугольных импульсов и второй вход элемента ИПИ-НЕ подключены к тактирующему выходу аналого-цифрового преобразователя, ^выход элемента ИЛИ соединен с входом элемента задержки, с вторым входом ждущего генератора прямоугольных · импульсов и с тактирующими входами коммутатора, аналого-цифрового преобразователя и регистрирующего устройства, вход которого соединен с вторым выходом коммутатора, управляющий вход аналого-цифрового преобразовате-¹ /1Я подключен к четвертому выходу переключателя режима, первый выход узла сравнения соединен с третьими входами первого и второго мультиплексоров, второй и третий, выходы узла сравнения соединены соответственно с четвертым и пятым входами первого мультиплексора, выход второго мульти1096658 плексора соединен с информационным входом второго регистра, вход синхронизации которого соединен с выходом третьего мультиплексора, третий вход которого соединен с выходом ждущего генератора прямоугольных импульсов, тактирующий выход второго регистра соединен с вторым входом элемента ИЛИ,

   I третий вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ-HE, выход элемента задержки соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с установочным входом второго регистра, выход первого регистра подключен к сравнения.

   второму входу узла