В представленной работе рассматривается структурная схема передающего устройства, производится подробное описание её отдельных узлов и принцип их действия. Также представляются основные теоретические сведения о телеизмерительных системах и о цифровых телеизмерительных системах в частности.
Ключевые слова: измерительный коммутатор, дешифратор, счетчик, параллельный код, последовательный код
В различных областях науки и техники возникает необходимость осуществлять измерения на объектах, находящихся на значительном расстоянии от средств представления или последующей обработки информации (например, с помощью ЭВМ). Такая необходимость возникает при измерениях параметров движущихся объектов, объектов, рассредоточенных по площади (большие промышленные предприятия, газо- и нефтепроводы), а также при измерениях параметров объектов, непосредственное нахождение человека около которых является невозможным (например, объекты атомной энергетики).
Обзор цифровых телеизмерительных систем.
В цифровых ТИС, называемых ещё кодоимпульсными системами, значение измеряемой величины передаётся по линии связи кодовой комбинацией в виде комбинации импульсов.
Рис. 1. Структурная схема передающего устройства цифровой ТИС и регистраторы
Наиболее часто применяется двоичный код, который на принимающей стороне преобразуется в единично-десятичный код, более удобный для цифрового воспроизведения измеряемой величины. Помехи в линии связи могут привести к искажению кода, а, следовательно, и к погрешности измерения. Для повышения помехозащищённости ТИС применяют специальные коды — коды с обнаружением и исправлением ошибок, вызванных помехами. Принцип построения таких кодов базируется на создании избыточности кодовых комбинаций, и из всех возможных кодовых комбинации выбирается та часть, которая подчиняется определённому закону. Остальные комбинации считаются запрещёнными. Это позволяет исключать некоторые кодовые комбинации, подвергшиеся действию помех. При таком построении кодов может быть выявлена лишь часть ошибок, так как не исключена возможность перехода под действием помех одной комбинации в другую разрешенную комбинацию.
На Рис. 1 приведена одна из возможных структурных схем передающего устройства цифровой ТИС. «Унифицированные сигналы, например, напряжения, от измерительных преобразователей (на схеме не показаны) поступают на входы измерительного коммутатора ИК, поочерёдно подключающего эти сигналы к аналогово-цифровому преобразователю АЦП. Параллельный код с выхода АЦП подается на преобразователь ПК параллельного кода в последовательный, который управляет также формированием контрольных символов ФКС для образования помехозащищенного кода и переводит ИК в следующее положение, а также формирует так называемую синхросерию — код, используемый для цикловой синхронизации приемника. Частота опроса измеряемых величин задается генератором тактовых импульсов ГТИ. Последовательный код от ПК и ФКС через выходное устройства ВУ поступает в линию связи.
Структурная схема передающего устройства, иописание её отдельных узлов.
Окончательно примем за рассматриваемую схему передающего устройства схему на Рис. 2.
Рис. 2. Структурная схема передающего устройства цифровой ТИС: ИК — измерительный коммутатор; АЦП — Аналого-цифровой преобразователь; ППК — Преобразователь параллельного кода в последовательный; X1-X8 — Датчики
Каждый элемент представляет собой сложную микросхему, имеющую свои определённые параметры, которые, взаимодействуя друг с другом, создают замкнутую систему. Далее подробно рассмотрим каждый элемент и его устройство.
Функциональная схема ИК состоит из двух элементов — набора ключей, по которым проходит сигнал. Их число равно числу измерительных каналов, и распределителя.
Рис.3. Функциональная схема измерительного коммутатора
Распределитель, в свою очередь, поочерёдно замыкает ключи, образую прямую цепь только для одного из каналов.
Функциональная схема этого элемента образуется из дешифратора и счетчика и представлена в Приложении № 1.
Дешифратор представляет собой набор из восьми блоков, выполняющих логическую операцию «И». На выходе каждого из них, может быть лишь одно значение: «0» или «1». Нулю соответствует очень низкое напряжение, а единице – достаточное, чтобы замкнуть ключ. При том, если на выходе одного из блоков «1», то на всех остальных будет «0». На вход этих блоков будет приходить сигнал от каждого из триггеров, каждый из которых на выходе может иметь только два значения: 
и 
(не икс). В нашем случае будет достаточно трех триггеров исходя из числа измерительных каналов.
Пусть выходные значения триггеров будут
и , а выходные значения блогов дешифратора – 
, тогда значения будут принимать следующий вид:
После измерительного коммутатора, выбранный сигнал поступает на АЦП.
Аналого-цифровой преобразователь служит для преобразования аналогового сигнала, поступающего с мультиплексора в код. При выборе АЦП в первую очередь следовало обратить внимание на требуемую разрядность, которая обеспечивала бы соблюдение условия погрешности в точке отсчета равной не более 0,5%. Для обеспечения заданной погрешности, используется 8-ми разрядный АЦП.
,
где m – число разрядов.
Мы видим, что 8-ми разрядный АЦП позволяет оставаться в пределах погрешности менее 0,5 %
Диапазон входного напряжения АЦП выбирается равным диапазону изменения входных сигналов 0–10В. Данный диапазон наиболее широко используется в современной технике, и обеспечивает наиболее стабильную работу преобразователя АЦП.
Далее, код передается на блок ППК, где параллельный код преобразуется в последовательный посредством подачи разрядов с АЦП на множество элементов «И». На второй вход подаются сигналы с распределителя импульсов, представляющего собой дешифратор, переводящий в позиционный код адрес, поступающий со счетчика. В отличии от измерительного коммутатора, счетчик в ППК управляется генератором тактовых импульсов.
Распределитель в блоке ППК имеет дополнительные выходы, не имеющие продолжения, они необходимы для того, чтобы между сигналами появлялась пауза. Чтобы закончить преобразование, последний выход с распределителя будет направлен на ждущий мультивибратор, чтобы завершить текущее преобразование. Один из возможных способов реализации блока ППК представлен на Рис. 4.
Генератор тактовых импульсов (ГТИ) предназначен для синхронизации и получения необходимой частоты, определяя режим работы ППК и длительность импульсов и интервалов в канале связи, в зависимости от полосы пропускания канала связи.
Рассчитаем частоту генерации на основе ширины полосы частот:
Рис. 4. Блок ППК со ждущим мультивибратором
Приложение №1
Заключение.
В работе рассмотрена обобщенная схема передающего устройства цифровой телеизмерительной системы, были исследованы цифровые телеизмерительные системы. Также, была подробно изучена структурная схема передающего устройства и рассчитаны его основные параметры.
Литература:
- Авдеев Б. Я., Антонюк Е. М., Душин Е. М. и др. Основы метрологии и электрические измерения. Учебник для вузов. Энергоатомиздат, 6-е изд. 1987. – 480 с.
- Авдеев Б. Я., Алексеев В. В., Антонюк Е. М. и др. Метрология, стандартизация и сертификация. Издательский центр «Академия» 2007. – 384 с.
- Е. М. Антонюк, Е. И. Семенов. Измерительные информационные системы: Методические указания к курсовому проектированию. Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005. 24 с.
- Фремке А. В., Телеизмерения. 1968 г., 262 с.
