SU1123042A1 - Устройство дл контрол работы транспортного средства - Google Patents

Description

2. Устройство по п. 1, о т л ичающеес  тем, что блок управлени  содержит переключатели, блок элементов задержки, делитель частоты, элементы задержки, ревер-г сивный счетчик, источник опорного напр жени , элемейт И и элемент ИЛИ, объединенные информационные входы последних  вл ютс  первым входом бло ка управлени , вторым входом которого  вл етс  первый вход первого переключател , выход которого соединен с входом делител  частоты, первый выход которого через первый элемент задержки подключен к управл ющим входам элемента И и элемента ИЛИ, выходы которых соединены с входами реверсивного счетчика, выходы которого подключены к входам блока элементов

аадержки и  вл ютс  вторым выходом блока управлени , п тым выходом которого  вл ютс  выходы блока элементов задержки, первый выход делител  частоты соединен с входом второго I элемента задержки и  вл етс  первым выходом блока управлени , второй выход делител  частоты подключен к входам третьего и четвертого элементов задержки, к первому входу второго переключател  подключен первый выход источника опорного напр жени , второй выход которого соединен с вторыми входами переключателей, выходы третьего элемента задержки и переключателей  вл ютс  третьим выходом блока управлени , четвертым выходом которого гшл ютс  выходы второго и четвертого элементов задержки.

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано дл  экспресс-анализа процессов , протекающих в узлах и детал х транспортного средства во врем  дорожных или стендовых испытаний, а также в лабораторных услови х дл  обработки информации, зарегистрированной на магнитном носителе.

Известно бортовое устройство дл  контрол  и регистрации показателей работы транспортных средств, позвол ющее измер ть дисперсию слз айного процесса в п ти частотных полосах и содержащее датчик, тензоусилитель , полосовой фильтр, усилитель, блок преобразовани , элемент И, индикатор , блок формировани  и преобразовани  сигналов времени (ll .

Недостатками указанного устройства  вл ютс  необходимость проведени  дополнительных вычислений, невысока  точность и малое быстродействие .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство дл  контрол  работы транспортного средства, содержащее поспед вательно соединенные датчик, первый усилитель, полосовые частотные фильт ры, коммутатор, второй усилитель

аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор (арифметический еЗлок и блок индикации, кроме того, последовательно соединены генератор импульсов , блок управлени  и программный блок, причем выход аналого-цифрового преобразовател  подключен к второму входу блока управлени , а выход программного блока подсоединен к второму входу микропроцессора i выходь} блока управлени  подключены к вторым входам коммутатора, второго усилител  и аналого-цифрового преобразовател  2 .

Недостатками известного устройства  вл ютс  невысока  точность и малое быстродействие. Невысока  точность обработки информации обусловлена применением в устройстве аналоговых полосовых частотных фильтров. Малое быстродействие  вл етс  следствием большой вычислительной нагрузки на микропроцессор при выполнении умножений в процессе определени  статистических моментов исследуемлх процессов второго и более высоких пор дков (например, при определении дисперсии виброускорений при анализе плавности хода и вибраций электрооборудовани ).

3

Цель изобретени  - повьшение точности устройства путем использовани  цифровой фильтрации.

Поставленна  цель дсм;тигаетс  тем, что. в устройство дл  контрол  работы транспортного средства, содержащее датчик, выход которого через первый усилитель соединен с входом частотного фильтра, второй усилитель , выход которого подключен к первому входу аналого-цифрового преобразовател , выход которого соединен с первым входом блока управлени , первый выход которого подключен к второму вхрду аналого-щ1фрового преобразовател , генератор импульсов , выход которого соединен с BTOpbiM входомблока управлени , второй выход которого подключен к первому входу второго усилител , третий выход блока управлени  соединен с первым входом программного блока, выход которого подключен к первому входу арифметического блока , первый выход которого соединен с входом блока индикации, введены . регистр сдвига, блок цифровой фильтрации и квадратор, выход которого соединен с вторым входом арифметического блока, второй выход которого подключен к второму входу прог- раммного блока, выход аналого-цифрового преобразовател  соединен с первым входом регистра сдвига, выход которого подключен к первому входу блока цифровой фильтрации, выход которого соединен с входом квадратора, выход частотного фильтра подключен к второму входу второго усилител , четвертый и п тый выходы блока управлени  соединены с вторыми входами соответственно блка цифровой фильтрации и регистра

сдвига. I

Кроме того, блок управлени  содежит переключатели, блок элементов задержки, делнтахш частоты, элементы задержки, реверсивный счетчик, источникопорного напр жени , элемент И и элемент ИЛИ, объединенные информационные входы последних  вл ютс  первым входом блока управлени  вторым входом которого  вл ,етс  первый вход первого переключател , выход которого соединен с входом делител  частоты, первый выход которого через первый элемент задержки подключен к управл ющим входам эле230424

мента И и элемента ИЛИ, выходы которых соединены с входами реверсивного счетчика, выходы которого подключены к входам блока элементов задерж5 ки и  вл ютс  вторым выходом блока управлени , п тым выходом которого  вл ютс  выходы блока элементов задержки , первый выход делител  частоты соединен с входом второго эле10 мента задержки и  вл етс  первым выходом блока управлени , второй . выход делител  частоты подключен к входам третьего и четвертого элементов задержки, к первому входу второ15 го переключател  подключен первый выход источника опорного напр жени , второй выход которого соединен с вторыми входами переключателей, выходы третьего элемента задержки

0 и переключателей  вл ютс  третьим выходом блока управлени , четвертым выходом которого  вл ютс  выходы второго и четвертого элементов задержки .

5 На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - функциональна  схема выполнени  блока управлени .

Устройство содержит датчик 1,

0 первый усилитель 2, частотный фильтр 3 дл  фильтрации нижних частот, второй усилитель 4, аналого-цифровой преобразователь 5, регистр 6 . сдвига, блок 7 цифровой фильтрации,J квадратор 8, арифметический блок 9, блок 10 индикации, генератор 11 импульсов , блок 12 управлени , програьданый блок 13.

Блок 12 управлени  содержит эле0 мент И 14, элемент ИЛИ 15, реверсивный счетчик 16, блок 17 элементов задержки, элементы 18-21 задержки, первый 22 и второй 23 переключатели, делитель 24 частоты и источник опор5 ного напр жени  с выводами 25 и 26. На выводе 25 действует напр жение логической единицы, а вывод 26 заземлен и имеет напр жение, соответствующее логическому нулю.

0 Регистр 6 сдвига предназначен дл  восстановлени  истинной величины поступаннцих чисел и может быть выполнен в виде комбинационной схемы мультиплексора.

5 . Блок 7 цифровой фильтрации представл ет собой многодиапазонный цифровой полосовой фильтр реального времени, позвол ющий одновременно

производить фильтрацию исследуемого процесса в нескольких частотных полосах . Примерами такого блока могут служить устройство дл  цифровой фильтрации и цифровые фильтры с мультиплексированием.

реализаци  квадратора 8 может быть выполнена, например, в виде комбинационной схемы по известным дл  квадратора соотношени м. Это может быть также схема посто нного запоминающего устройства, в котором преобразуемое число поступает на вход регистра адреса, по которому записана информаци ,  вл юща с  квадратом входной величины и др.

В качестве арифметического блока 9 могут использоватьс  интегральные центральные процессорные злементы одной из выпускаемых серий микропроцессорных комплектов.

Блок 12 управлени  предназначен. дл  синхронизации и управлени  рабо той и взаимодействием блоком устройства и функционирует по жесткому алгоритму.

Программный блок 13 представл ет собой запоминающее устройство со схемой формировани  следующего адреса , исполненное, например, на основе программируемой пользователем посто нной пам ти и интегральных схем средней степени интеграции. Устройство работает следующим образом.

При проведении испытаний аналоговый сигнал с выхода датчика 1 поступает на вход первого усилител  2, где происходит его предварительное усиление. Затем усилинный сигнал поступает на вход частотного фильтра 3 (фильтра предварительт ной выборки). Этот ограничивает спектр входного сигнала, что необходимо дл  преобразовани  сигнала в цифровую форму без искажений вызьшаемых эффектом наложени . Ограниченный по частоте сигнал поступает на второй усилитель А. На втором усилителе 4 блок 12 управлени  устанавливает наибольший коэффициен усилени , при котором напр жение на выходе второго усилител  4 не превышает по абсолютной величине наибольшего значени  сигнала, преобразуемого аналого-цифровым преобразователе 5, Коэффициент усилени  второго усилител  4 выбираетс  из чисел р да

2, где п о; ±1; +2 и т.д. Частота работы аналого-цифрового преобраз вател  5, включенного последовательно с усилителем 4, в соответствии с теоремой отсчетов превышает максимальную частоту на выходе фильтра 3 более, чем в два .раза.

Цифровой код с выхода аналогоцифрового преобразовател  5 поступает на вход регистра 6 сдвига и на вход блока 12 управлени . Если цифровой код на выходе аналого-цифрового преобразовател  5 превышает верхнюю пороговую величину, заданную в блоке 12 управлени , что говорит о слишком большой величине сигнала на выходе второго усилител  4, то блок

12вырабатывает сигнал, по которому уменьшаетс  величина козффициен:та усилени  во втором усилителе 4. Аналогичным образом производитс  увеличение коэффициента усилени  при величине цифрового кода на выходе аналого-цифрового преобразовател 

5, меньшей установленного нижнего порогового значени , заданного в блоке 12. Таким образом, поддерживаетс  оптимальный уровень сигнала на входе аналого-цифрового преобразовател  5. Код текущего значени  козффи191ента усилени  второго усилител  из блока 12 поступает в регистр 6 сдвига, который производит соответствующий сдвиг поступающего из аналого-цифрового преобразовател  5 числа. Тем самым производитс  восстановление исходного сигнала, который был искажен за счет усилени  вторым усилителем 4. Сигнал с выхода регистра 6 сдвига постзшает на вход блока 7 цифровой фильтрации, который ос5пцествл ет фильтрацию в требуемых частотных диапазонах. Отфильтрованные составл ющие с выхода блока 7 цифровой фильтрации последовательно поступают на вход квадратора 8. С выхода квадратора 8 числа поступают на информационный вход арифметического блока 9. В последнем по командам программного блока

13производитс  обработка поступающей информации,

В программном блоке 13 хранитс  и в определенной последовательности вьщаетс  программа, реализующа  требуемый алгоритм обработки информащш .

Дл  определени  в нескольких час тотных диапазонах одной из наиболее употребительных характеристик случайного сигнала - среднего квадратического отклонени , вычисл емой

ш.

из выражени  ,

программа, хранима  в блоке 13 и, соответственно, вычисл ема  арифметическим блоком 9, включает такие операции, как накопление поступающих с выхода квадратора 8 отсчетов

2 х в регистрах общего назначени 

блока 9, соответствующих анализируемым частотным диапазонам, деление на число отсчетов N по каждому диапзону , извлечение квадратного корн  по каждому диапазонуi

Результаты обработки по каждому частотному каналу занос тс  во внутренние регистры общего назначени  блока 9. Вывод результатов измерений осуществл етс  поканально, дл  чего производитс  подача соответствующих сигналов из блока 12 управлени  в программный блок 13, который управл ет вьтодом информации из регистров общего назначени  блока 9 на блок индикации 10. Генератор 11 импульсов (таймер) посылает в блок 12 импульсные отметки времени и определ ет продолжительность проведени  измерени  и, соответственно, число дискретных отсчетов измерений величины, которое используетс  при усреднении, в процессе обработки результатов измерени .

Функционирование блока 12 управлени  происходит следующим образом. Переключатель 23 устанавливаетс  в положение Измерение, обеспечивающее на шину потенциала логической единицы. При включеннии режима Пуск переключателем 22 из генератора 11 импульсов (таймера ) через второй вход блока 12 начинает поступать и1-тульсна  последовательность частоты fJ . Импульсна  последовательность подаетс  на вход делител  24 частоты и на третью шину магистрали с третьего выхода блока 12, который идет к программному блоку 13.

С первого выхода делител  24 частоты импульсна  последовательность частоты f-j поступает через шину первого выхода на анапого -цифровой

преобразователь 5, синхронизиру  выдачу с его выхода числового значени  сигнала, в схему регулировки усилени  на (т + 1)-е входы элементов И 14 и ИЛИ 15 и через элемент 19 задержки на шину четвертого выхода. Со второго выхода делител  24 импульсы с частотой f поступают через соответствующие элементы 20 и 21 задержки ,к магистрал м третьего и четвертого выходов, подключаемым к программному блоку 13 и блоку 7 цифровой фильтрации. Величины задержек элементов 19 и 20 выбраны таким образом, чтобы синхронизировать выполнение операций соответствующими блоками устройства к моменту поступлени  очередного отсчета на их вход. Импульсы частоты ff поступают, кроме того, к программному блоку 13 через шину третьего выхода, иницииру  в последнем смену адресов в регистре адреса и вьщачу последовательности микрокоманд и синхросигналов, определ ющих обработку информации в блоке 9. Коэффициент делени  частоты k{ равен максимальному числу команд, которые должны быть исполнены в блоке 9 над поступившим отсчетом входной величины до прихода следующего, а отношение k2 fa равно числу импульсных синх- росигналов, необходимых дл  получени  с выхода блока 7 отсчетов отфильтрованных составл ющих во всех диапазонах анализа дл  одного дискретного входного значени .

По окончании режима измерени  переключатель 22 устанавливаетс  в режим Стоп, и поступление импульсной последовательности частоты f в блок 12 прекращаетс . Затем производитс  ВЫВ01Д результатов измерени  на индикацию. Дл  этого переключатель 23 устанавливаетс  в положение Вывод результатов, что приводит к понижению уровн  на шине третьего выхода и вновь переключателем 22 задаетс  режим ПУСК. В данном случае программный блок 13 генерирует на блок 9 серию микрокоманд вывода нформации. По окончании вывода на переключателе 22 задаетс  режим СТОП и устройство готово к выполнению нового этапа измерений.

Управление коэффициентом усилени  торого усилител  4 происходит слеук цим образом. Значени /тг старших разр дов числевого кода с выхода преобразовател 5 через первый вход прстз ает на многовходовые элементы И 1А и ИЛИ 1 Если значени  этих разр дов равны единице, что говорит о приближении величины сигнала к верхней границе динамического диапазона преобразова л  5, то очередной импульс, поступающий с выхода элемента 20 задержки на Щ + 1-й вход элемента И 14, будет пропущен элементом и, поступив на вход вычитани  счетчика 16, уменьшит значение, зафиксированное в нем на единицу. Уменьшенный код с выходов счетчика 16 через второй выход поступит в усилитель 4 и вызо вет в нем уменьшение коэффициента усилени . Аналогичном образом происз одит увеличение коэффициента уси лени  второго усилител  4, если код числа на вьпсоДе преобразовател  5 содержит ноль в старших разр дах, т.е. если сигнал имеет слишком малую величину. Код коэффициента усилени  с выхода счетчика 16 поступает кроме того через блок 17 элементов задержки в магистраль п того выхода, задава  регистру 6 сдвига количество сдвигов,. которые надо выполнить над отсчетом сигнала с выхода преобразовател  5 дл  восстановлени  истинного значени  числа. Введение блока цифровой фильтрации позвол ет снизить погрешность устройства, а использование аппаратного квадратора более чем на пор док сокращает длительность операции возведени  числа в Квадрат. Последнее объ сн етс  тем, что в микропроцессоре возведение в квадрат осуществл етс  по микропрограмме, включающей несколько дес тков микрокоманд , а в квадраторе эта операци  осуществл етс  аппаратурно за один такт. Кроме того, введение св зи от операционного блока к второму входу программного блока позвол ет организовать условные переходы в программах обработки, что делает программное обеспечение более гибким и простым, дает возможность реализовать более сложные алгоритмы и, в конечном счете, расшир ть функциональные возможности устройства. По предварительным оценкам применение устройства позволит снизить затраты на получение одного измер емого параметра.

frsi (N

€

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАБОТЫ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащее датчик, выход которого через первый усилитель соединен с . входом частотного фильтра, второй усилитель, выход которого подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом блока управления, первый выход которого подключен к второму входу аналого-цифрового преобразователя, генератор импульсов, выход которого соединен с вторым входом блока управления, второй выход которого подключен к первому входу второго усилителя, третий выход блока управления соединен с' первым входом программного , блока, выход которого подключен к первому входу арифметического блока, первый выход которого соединен с входом блока индикации, отличающееся тем, что, с целью · повышения точности устройства, в него введены регистр сдвига, блок цифровой фильтрации и квадратор, · выход которого соединен с вторым входом арифметического блока, второй выход которого подключен к второму входу программного блока, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом регистра сдвига, выход которого подключен к первому входу блока цифровой фшты· трации, выход которого соединен с входом квадратора, выход частотного фильтра подключен к второму входу второго усилителя, четвертый и пятый выходы блока управления соединены с вторыми входами соответственно блока цифровой фильтрации и регистра сдвига.

О». /

2. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что блок управления содержит переключатели, блок элементов задержки, делитель частоты, элементы задержки, реверп сивный счетчик, источник опорного напряжения, элемент И и элемент ИЛИ, объединенные информационные входы последних являются первым входом бло· ка управления, вторым входом которого является первый вход первого переключателя, выход которого соединен с входом делителя частоты, первый выход которого через первый элемент задержки подключен к управляющим входам элемента И и элемента ИЛИ, выходы которых соединены с входами реверсивного счетчика, выходы которого подключены к входам блока элементов задержки и являются вторым выходом блока управления, пятым выходом кото рого являются выходы блока элементов задержки, первый выход делителя частоты соединен с входом второго элемента задержки и является первым выходом блока управления, второй выход делителя частоты подключен к входам третьего и четвертого элементов задержки, к первому входу второго переключателя подключен первый выход источника опорного напряжения, второй выход которого соединен с вторыми входами переключателей, выходы третьего элемента задержки и переключателей являются третьим выходом блока управления, четвертым выходом которого являются выходы второго и четвертого элементов задержки.