UA148433U

UA148433U - Пристрій цифрової обробки сигналів, що працює в безперервному циклічному режимі в складі станції геолого-технологічних досліджень (sprut-37)

Info

Publication number: UA148433U
Application number: UAU202103723U
Authority: UA
Inventors: Володимир Ігорович Лизак; Станіслав Ігорович Лизак
Original assignee: Володимир Ігорович Лизак; Станіслав Ігорович Лизак
Priority date: 2021-06-29
Filing date: 2021-06-29
Publication date: 2021-08-04

Abstract

Пристрій цифрової обробки сигналів, що працює в безперервному циклічному режимі в складі станції геолого-технологічних досліджень, складається з блока дільника сигналів від датчиків, який містить фільтр низьких частот, дільник вхідної напруги, фільтр вихідного сигналу та обмежувач максимальної напруги вихідного сигналу, двох блоків комутації аналогових сигналів, кожен з яких містить багатоканальний аналоговий комутатор, блока аналого-цифрового перетворення, який містить аналого-цифровий перетворювач та блок опорного живлення, блока інтерфейсу частотно-часових сигналів, який містить вхідний запобіжник, пороговий фільтр вхідного сигналу та формувальник прямокутного сигналу, блока інтерфейсу енкодера, який містить вхідний запобіжник, пороговий фільтр вхідного сигналу та формувальник прямокутного сигналу, блока мікроконтролера, який містить восьмибітний мікроконтролер, блока живлення та блока інтерфейсу, який містить оптоізолятори та перетворювачі сигналів мікроконтролера в уніфіковані сигнали.

Description

Корисна модель належить до автоматики і контрольно-вимірювальної техніки, яка працює у складі станції геолого-технологічних досліджень, зокрема до пристроїв, які встановлюються на буровій та проводять збір сигналів від технологічних датчиків з наступною передачею їх у вигляді цифрового сигналу по інтерфейсу обміну на ПК персоналу бурової бригади із відповідним програмним забезпеченням для візуалізації процесів буріння.

Відомий багатоканальний пристрій збору, обробки і пакетної передачі результатів вимірювання технологічних параметрів від первинних перетворювачів (А 107320 сС2, 10.12.2014), що містить блок комутації сигналів, виконаний з можливістю приймання електричних сигналів від аналогових первинних перетворювачів, аналого-цдифровий перетворювач і мікроконтролер, причому блок комутації сигналів і-ми виходами з'єднаний з блоком оптичної розв'язки аналогових сигналів, що містить вхідні буферні підсилювачі і фільтри, аналогові оптоізолятори, підсилювачі, що масштабують вхідні сигнали до діапазону аналого- цифрового перетворювача, аналоговий мультиплексор, та з'єднаний із щонайменше одним стабілізованим блоком живлення, і п-ми виходами з'єднаний з блоком оптичної розв'язки частотно-ч-асових сигналів, що містить оптоіїзолятори сигналів лічильника глибини та оптоїзолятори і перетворювачі рівня частотно-часових сигналів, причому блок оптичної розв'язки аналогових сигналів та блок оптичної розв'язки частотно-часових сигналів з'єднані з блоком аналого-дифрового перетворювача, який містить аналого-дифровий перетворювач, виконаний у вигляді 24-бітного сигма-дельта аналого-дифрового перетворювача, вхід якого з'єднаний з виходом джерела опорної напруги, тригери подій, мікроконтролер, з'єднаний із сервісним з'єднувачем оптоіїзольованого послідовного інтерфейсу або жорстким диском для накопичення даних, при цьому у блоці комутації сигналів на кожному вхідному каналі від аналогових датчиків встановлений навантажувальний резистор з можливістю відключення, а кожний і-й вихід блока комутації сигналів з'єднаний з входом відповідного буферного підсилювача і фільтра, і-й вихід якого з'єднаний з і-м входом відповідного аналогового оптоізолятора, і-й вихід якого, в свою чергу, з'єднаний з і-м входом відповідного підсилювача, масштабуючого вхідні сигнали до діапазону 24-бітного сигма-дельта аналого-дифрового перетворювача, і--і виходи зазначених підсилювачів з'єднані із і-м входом аналогового мультиплексора, вихід якого з'єднаний з 24-бітним сигма-дельта аналого-дифровим

Зо перетворювачем, а вхід - з мікроконтролером, кожний п-й вихідний канал блока комутації сигналів від частотно-часових лічильників подій з'єднаний з п-им входом відповідного оптоізолятора сигналів лічильника глибини або оптоізолятора і перетворювача рівня частотно- часових сигналів, п-ні виходи яких з'єднані із входами відповідних тригерів подій, виходи яких з'єднані із входом мікроконтролера, при цьому вихід і вхід останнього з'єднані з виходом і входом 24-бітного сигма-дельта аналого-дифрового перетворювача.

До недоліків аналога належать: - недостатня точність вимірювання даних від первинних перетворювачів за рахунок отримання похибок на оптоізоляторах вхідних каналів; - недостатня кількість аналогових каналів та відсутня можливість їх розширення; - коригування даних проводиться через окремий пристрій, який призводить до переривання процесу збору даних від первинних перетворювачів та передачу даних з мікропроцесора через інтерфейс обміну в момент корегування даних.

В основу заявленої корисної моделі поставлена задача, яка полягає у підвищенні швидкості збору даних та обчислення процесів блоком мікропроцесора, підвищенні рівня точності вимірювання показників від технологічних датчиків та розширенні кількості аналогових каналів.

Заявлена корисна модель пояснюється кресленням, на якому схематично зображений пристрій цифрової обробки сигналів, який працює в безперервному циклічному режимі в складі станції геолого-технологічних досліджень (Зргиї-37).

Заявлена корисна модель складається з наступних елементів: блока (1) дільника сигналів від датчиків, двох блоків (2), (3) комутації аналогових сигналів, блока (4) аналого-дифрового перетворення, блока (5) інтерфейсу частотно-часових сигналів, блока (б) інтерфейсу енкодера, блока (7) мікроконтролера, блока живлення (8) та блока (9) інтерфейсу. Блок (1) дільника сигналів від датчиків містить фільтр (1.1) низьких частот для усунення перешкод на вході, дільник (1.2) вхідної напруги на 4 для приведення сигналу до рівня вихідної напруги аналого- цифрового перетворювача (АЦП), фільтр (1.3) вихідного сигналу, який забезпечує додаткову фільтрацію від перешкод, обмежувач (1.4) максимальної напруги вихідного сигналу для захисту ланцюгів від перенавантаження. Кожен з блоків (2), (3) комутації аналогових сигналів, містить багатоканальний аналоговий комутатор, роботою яких керує блок (7) мікропроцесора, зокрема мікропроцесор, за допомогою цифрового сигналу. Блоки (2), (3) з'єднані з блоками (1) та (4) бо монтажем на друкованих платах, а також з блоком (7) паралельною цифровою шиною. Блок (4)

аналого-дифрового перетворення містить аналого-дифровий перетворювач та блок опорного живлення (які зібрані за стандартною схемою, запропонованою виробником інтегральних мікросхем). Блок (4) з'єднаний з блоками (2), (3) та (8) монтажем на друкованих платах, а також з блоком (7) мікроконтролера, який керує його роботою, за послідовним інтерфейсом 5РІ. Блок (5) інтерфейсу частотно-часових сигналів містить вхідний запобіжник (5.1), пороговий фільтра (5.2) вхідного сигналу та формувальник (5.3) прямокутного сигналу. Блок (5) з'єднаний з блоками (7) та (8) монтажем на друкованих платах. Блок (б) інтерфейсу енкодера містить вхідний запобіжник (6.1), пороговий фільтр (6.2) вхідного сигналу та формувальник (6.3) прямокутного сигналу. Блок (б) з'єднаний з блоками (7) та (8) монтажем на друкованих платах.

Блок (7) мікроконтролера містить 8-ми бітний мікроконтролер в стандартній схемі підключення.

Блок (7) з'єднаний з блоками (2), (3), (4), та (8) монтажем на друкованих платах, а також з блоком (9) інтерфейсу за допомогою послідовної шини. Блок (8) живлення містить щонайменше один стандартний модуль живлення. Блок (8) з'єднаний з блоками (2) - (7) та блоком (9) монтажем на друкованих платах. Блок (9) інтерфейсу містить перетворювач сигналів мікроконтролера в уніфіковані сигнали одного або декількох стандартів, з яких: К5232-11Ї,

К5232, 25485, 25422, ОВ або М/-Рі. Також блок (9) містить оптоїзолятори. Блок (9) з'єднаний з блоком (7) за допомогою послідовної шини, а також з блоком (8) монтажем на друкованих платах.

Пристрій працює наступним чином. Аналоговий сигнал від технологічних датчиків в діапазоні 0-10 В, 4-20 мА потрапляє на фільтр (1.1) низьких частот для усунення перешкод на вході. Від фільтра (1.1) сигнал потрапляє на дільник (1.2) вхідної напруги на 4 для приведення до відповідності сигналу рівню вихідної напруги аналого-дифрового перетворювача в діапазоні 0-2,5 В. Від дільника (1.2) сигнал потрапляє на фільтр (1.3) вихідного сигналу. Від фільтра (1.3) сигнал потрапляє на обмежувач (1.4). Для кожного сигналу свій ланцюжок з блоків (1.1)-(1.2)- (1.3)-(1.4). Від блока (1) оброблені аналогові сигнали потрапляють на входи двох блоків (2), (3) комутації аналогових сигналів. Блоки (2), (3) за командою мікропроцесора пропускають один з аналогових сигналів на вхід блока (4) аналого-дифрового перетворювача. Таким чином мікроконтролер почергово опрацьовує аналогові канали шляхом оцифрування сигналів та зберігає результати перетворення у оперативній пам'яті ПК, який є елементом станції геолого-

Зо технологічних досліджень. Частотно-часовий сигнал потрапляє на вхід блока (5) інтерфейсу частотно-часових сигналів через блок (5.1) вхідного запобіжника. З виходу блока (5.1) сигнал потрапляє на вхід блока (5.2) порогового фільтра вхідного сигналу. З виходу блока (5.2) сигнал потрапляє на блок (5.3) формувача прямокутного сигналу. З блока (5.3) сигнал потрапляє до блока (7) мікроконтролера для подальшої обробки. Для кожного частотно-часового сигналу свій ланцюжок з блоків (5.1)-(5.2)-(5.3). Сигнал енкодера потрапляє до блока (6) з вхідного запобіжника (6.1). Далі з виходу блока (6.1) сигнал потрапляє на вхід блока (6.2) порогового фільтра вхідного сигналу, потім з виходу блока (6.2) сигнал потрапляє на блок (6.3) формувача прямокутного сигналу, а з блока (6.3) сигнал потрапляє до блока (7) мікроконтролера для подальшої обробки. Для кожного сигналу енкодера свій ланцюжок з блоків (6.1)-(6.2)-(6.3). За обмін даними між блоком (9) інтерфейсу та блоком (7) мікроконтролера відповідає реєстратор блока (9). Кількість вхідних аналогових каналів - 32. Кількість вхідних частотно-часових каналів - 4. Кількість вхідних каналів енкодера - 1. Таким чином мікроконтролер почергово опрацьовує аналогові канали шляхом оцифрування сигналів та зберігає результати перетворення у оперативній пам'яті ПК.

Технічний результат пристрою цифрової обробки сигналів (бргші-37) виражений тим, що завдяки використанню прямої обробки аналогових сигналів збільшується точність перетворення аналогового сигналу у цифровий. Обмін даними з реєстратором не перешкоджає а ні опрацюванню аналогових каналів шляхом оцифрування сигналів, а ні обробці інших вхідних сигналів, що забезпечує неперервність аналізу. Додатковий технічний результат виражений можливістю коригування значень енкодера через блок інтерфейсу (9) за допомогою протоколу обміну спеціалізованого програмного забезпечення, не перешкоджаючи опрацюванню аналогових каналів, а також процесам обчислення та передачі інформації блоком мікроконтролера (7).

Claims

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Пристрій цифрової обробки сигналів, що працює в складі станції геолого-технологічних досліджень в безперервному циклічному режимі, який містить блок (4) аналого-цифрового перетворювача та блок (2) комутації аналогових сигналів, який відрізняється тим, що містить бо ще один блок (3) комутації аналогових сигналів, блок (1) дільника сигналів від датчиків, блок (5)

інтерфейсу частотно-часових сигналів, блок (б) інтерфейсу енкодера, блок (7) мікроконтролера, блок живлення (8) та блок (9) інтерфейсу, причому блок (1) дільника сигналів від датчиків містить щонайменше по одному фільтру (1.1) низьких частот для усунення перешкод на вході, дільнику (1.2) вхідної напруги на чотири для приведення сигналу до рівня вихідної напруги аналого-цифрового перетворювача, фільтру (1.3) вихідного сигналу, який забезпечує додаткову фільтрацію від перешкод, обмежувачу (1.4) максимальної напруги вихідного сигналу для захисту ланцюгів від перенавантаження; кожен з блоків (2), (3) комутації аналогових сигналів містить щонайменше по одному багатоканальному аналоговому комутатору, роботою яких керує блок (7) мікропроцесора, зокрема мікропроцесор за допомогою цифрового сигналу; блок (4) аналого-дифрового перетворення містить щонайменше по одному аналого-дифровому перетворювачу та блоку опорного живлення; блок (5) інтерфейсу частотно-часових сигналів містить щонайменше по одному вхідному запобіжнику (5.1), пороговому фільтру (5.2) вхідного сигналу та формувальнику (5.3) прямокутного сигналу; блок (б) інтерфейсу енкодера містить щонайменше по одному вхідному запобіжнику (6.1), пороговому фільтру (6.2) вхідного сигналу та формувальнику (6.3) прямокутного сигналу; блок (7) мікроконтролера складається щонайменше з одного восьмибітного мікроконтролера; блок (8) живлення складається з щонайменше одного модуля живлення; блок (9) інтерфейсу містить щонайменше по одному оптоіїзолятору та перетворювачу сигналів мікроконтролера в уніфіковані сигнали, причому блок (1) дільника сигналів від датчиків з'єднаний з блоками (2), (3) комутації аналогових сигналів; блоки (2), (3) з'єднані, крім блока (1), з блоками (4), (7), а також з блоком (8); блок (4) аналого- цифрового перетворення з'єднаний, крім блоків (2), (3), з блоком (7) мікроконтролера, а також з'єднаний з блоком (8); блок (5) інтерфейсу частотно-часових сигналів з'єднаний з блоком (7) мікроконтролера, а також з'єднаний з блоком (8); блок (б) інтерфейсу енкодера з'єднаний з блоком (7) мікроконтролера, а також з блоком (8); блок (7) мікроконтролера з'єднаний, крім блоків (2), (3), (4), з блоком (9) інтерфейсу, а також з блоком (8); блок (8) живлення з'єднаний з блоками (2) - (7) та (9); блок (9) інтерфейсу з'єднаний, крім блока (7), з блоком (8).

2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що блок (1) з'єднаний з блоками (2), (3) монтажем на друкованих платах.

3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що блоки (2), (3) з'єднані з блоком (4) монтажем на 0) друкованих платах та з блоком (7) паралельною цифровою шиною.

4. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що блок (4) з'єднаний з блоком (7) за послідовним інтерфейсом З5РІ.

5. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що блок (5) з'єднаний з блоком (7) монтажем на друкованих платах.

6. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що блок (б) з'єднаний з блоком (7) монтажем на друкованих платах.

7. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що блок (7) мікроконтролера з'єднаний з блоком (9) за допомогою послідовної шини.

8. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що блок (8) з'єднаний з блоками (2) - (7) та (9) монтажем на друкованих платах.

9. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що перетворювачі сигналів мікроконтролера в уніфіковані сигнали працюють за стандартом К5З232-ТТЇ та/або К5232, та/або К5485, та/або 25422, та/або О5В, та/або УМі-Рі.