Системи телевимірювання

ВСТУП Кодоімпульсние системи телевимірювання з дискретними сигналами телевимірювання в порівнянні з системами телевимірювання з безперервними сигналами мають ряд достоїнств. До них відносяться: більш висока завадостійкість передачі сигналів за рахунок застосування завадостійких кодів, зручність відтворення сигналів, зручність поєднання їх з дискретними системами зворотної інформації та ін Згідно завданням необхідно спроектувати пристрій кодоімпульсной системи телевимірювання, що служить для перетворення вимірюваних величин в кодові телеізмерітельние сигнали і передачі їх в лінію зв'язку. Тут також передбачається послідовна передача елементів кожного кодованого сигналу в лінію зв'язку, тобто застосовується часовий метод поділу елементів сигналу. Для утворення кодових комбінацій використовується амплітудний імпульсний ознака. У кодоімпульсних системах телевимірювання застосування для передачі кодованих сигналів телеізмеренія пов'язано з необхідністю квантування безперервно вимірюваного параметра за рівнем і часу. У перетворювачах зчитування для перетворення кута відхилення в код застосовуються кодують диски, або сектора, за допомогою яких в залежності від значення вимірюваної величини набирається певна кодова комбінація. Кодувальний диск для звичайного двійкового коду виду 2n складається з окремих кілець, причому число їх дорівнює числу елементів (n) кодових комбінацій обраного коду. Диск або знімний пристрій робить певну умовну переміщення за допомогою вимірювального приладу. При цьому кожному куті повороту диска або знімного пристрою відповідає певна кодова комбінація. У процесі зчитування комбінацій з диска звичайного двійкового коду виду 2n можуть з'явитися великі спотворення на межі переходу від однієї комбінації до іншої. З метою зменшення спотворень на кордонах переходів сусідніх комбінацій замість диска звичайних двійкових кодів застосовується диск коду Грея. На диску коду Грея всі сусідні кодові комбінації відрізняються один від одного тільки одним елементом і тому спотворення на їхньому кордоні будуть мінімальними. Визначення числа рівнів і кроку квантування вимірюваного параметра, що підлягає передачі. Діапазон вимірюваного параметра Xmin_Xmax = 0_500, відносна похибка квантування d0 = 0.4%. Визначаємо число рівнів квантування (число комбінацій коду) N і крок квантування DX за наступними формулами: N = ~ 126; DX = (Xmax-Xmin) / (N-1) = 500/125 = 4; Вибір коду і його параметрів. Згідно з завданням в передавальному пристрої кодоімпульсной системи телеізмеренія необхідно використовувати код Грея. Загальна кількість комбінацій коду Грея визначається виразом: N = 2n, де n-фактичне число розрядів у кодовій комбінації. Звідси, знаючи, що N = 126, знаходимо: n = log2 126 ~ log2 128 = 7. Таким чином, для передачі всіх 126 комбінацій коду необхідно використовувати 7-розрядний код Грея. Складемо ці комбінації: 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 2 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 3 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 4 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 5 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 червня --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 7 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 - - 0 --- 0 8 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 9 --- 0 --- 0 --- 0 - - 1 --- 1 --- 0 --- 1 жовтня --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 11 січня --- 0 - - 0 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 12 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 - -0 13 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 14 січня --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 - -0 --- 0 --- 15 січня --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 16 --- 0 --- 0 - -1 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 17 --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 18 - -0 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 --- 19 січня --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 20 --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 21 --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 --- 22 січня --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- 23 січня --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 24 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 25 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- січня 1926 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 27 січня --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 28 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 29 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 --- 30 січня --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- січні 1931 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 - - 0 32 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 33 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 - - 0 --- 0 --- січня 1934 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 --- січня 1935 --- 0 --- 1 - - 1 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 36 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 37 - - 0 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- січня 1938 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 - -0 --- січня 1939 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 40 --- 0 --- 1 --- 1 - -1 --- 1 --- 0 --- 0 41 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- січня 1942 --- 0 - -1 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 --- січня 1943 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 44 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 45 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 --- січня 1946 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 --- січня 1947 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 48 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 49 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 50 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- січня 1951 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 52 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 53 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- січня 1954 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 --- січня 1955 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 56 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 57 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 - - 0 --- січня 1958 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 --- січня 1959 --- 0 --- 1 --- 0 - - 0 --- 1 --- 1 --- 0 60 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 61 --- 0 - - 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 --- січня 1962 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 - -1 63 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 64 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 - -0 --- 0 --- 0 65 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 --- січня 1966 --- 1 --- 1 - -0 --- 0 --- 0 --- 1 --- січня 1967 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 68 - -1 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 69 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 70 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- січня 1971 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 72 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 73 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 --- січня 1974 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 75 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 76 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 77 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- січня 1978 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- січня 1979 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 80 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 81 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 - - січень 1982 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 --- січня 1983 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 - - 0 --- 1 --- 0 84 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 85 --- 1 --- 1 - - 1 --- 1 --- 1 --- 1 --- січня 1986 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 87 - - 1 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 88 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 - -0 --- 0 89 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- січня 1990 --- 1 --- 1 --- 1 - -0 --- 1 --- 1 --- січня 1991 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 92 --- 1 - -1 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 93 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 --- Січень 1994 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- січня 1995 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 96 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 97 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- січня 1998 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 --- січня 1999 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0100 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0101 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 102 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 103 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0104 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0105 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 106 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 107 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 - - 1 --- 0108 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0109 --- 1 --- 0 --- 1 - - 1 --- 0 --- 1 --- 1 110 --- 1 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 111 --- 1 - - 0 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0112 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 - -0113 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 114 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 - -0 --- 1 --- 1 115 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 --- 0116 --- 1 --- 0 - -0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 0117 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 --- 1 118 - -1 --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 --- 1 119 --- 1 --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0 --- 0120 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- 0121 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 --- 1 122 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 --- 1 123 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 --- 0124 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 --- 0 125 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 --- 1 126 --- 1 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 --- 0 --- 1 Вибір параметрів кодованого сигналу телевимірювання. Для складання елементів кодової комбінації використовується амплітудний ознака з кількістю імпульсних ознак m = 2. При цьому елемент "0" комбінації можна представляти прямокутним імпульсом з нульовою амплітудою, а елемент "1" - прямокутним імпульсом з амплітудою 6 В. Мінімальну допустиму тривалість елементів (імпульсів) кодової комбінації визначимо з умови: 1.0 tи = 1 / 240 = ~ 4 мс. Застосуємо циклічну синхронізацію. Як сінфазірующего елемента телеізмерітельного сигналу використовуємо прямокутний імпульс з амплітудою 6 В і тривалістю tcі = 3tі = 12 мс. Тривалість розділових пауз tп = tи = 4 мс. Передавальний пристрій кодоімпульсной системи телевимірювання. Передавальний пристрій кодоімпульсной системи телеізмеренія служить для перетворення безперервних величин, що вимірюються в кодові телеізмерітельние сигнали і передачі їх в лінію зв'язку. Існують два основних способи перетворення безперервної вимірюваної величини в код: а) перетворення кута відхилення в код, б) перетворення напруги або струму в код. Спосіб перетворення кута відхилення в код застосовується в перетворювачах зчитування. Спосіб перетворення напруги або струму в код застосовується в перетворювачах порозрядного кодування і перетворювачах послідовного рахунку. У даному проекті розглядаються питання розробки передавального пристрою кодоімпульсной системи телевимірювання з перетворювачем зчитування. Розробка передавального пристрою кодоімпульсной системи телевимірювання з перетворювачем зчитування. У перетворювачах зчитування для перетворення кута відхилення в код застосовуються кодують диски або сектора, за допомогою яких в залежності від значення вимірюваної величини набирається певна кодова комбінація. Кодувальний диск або сектор складається з окремих кілець, причому їх число дорівнює числу елементів (n) кодових комбінацій обраного коду. У нашому випадку число елементів n дорівнює 7, а кількість можливих кодових комбінацій N дорівнює 126. Кожному куті повороту диска відповідає певна кодова комбінація. Сусідні кодові комбінації відрізняються тільки одним елементом, тому спотворення на кордонах переходів будуть мінімальними, а крім того, легко побудувати аналого-цифровий перетворювач (АЦП) при використанні коду Грея. Побудова структурної схеми передавального пристрою кодоімпульсной системи телевимірювання з перетворювачем зчитування з кодовим диском. Структурна схема передавального пристрою з перетворювачем зчитування зазвичай складається з первинного датчика-вимірника, кодового диска, ламп розжарювання, фотодатчиків, формувачів сигналів, розподільника, генератора тактових імпульсів, тригера пуску і зупинки, формувача сінфазірующіх імпульсів і ряду допоміжних логічних елементів. При використанні коду Грея в будь-яких двох сусідніх кодових комбінаціях існує розряд, в якому при переході від однієї комбінації до іншої одиниця не змінюється. Використовуючи цей факт, можна виконати кодовий диск у вигляді пластини з стеклотекстолита з витравленим на неї малюнком, таким чином, щоб металеві ділянки на кожному повороті диска відповідали комбінації коду Грея, в цьому випадку на пластині отримаємо нерозривний шар. Подавши на цей шар потенціал 5 В., за допомогою семи контактних пластин, що підходять до кодує сектору, можна безпосередньо знімати комбінації коду Грея, подаючи їх безпосередньо на мікросхеми. Використовуючи цей спосіб, ми значно спрощуємо схему, відмовившись від ламп розжарювання, фотодатчиків і формувачів сигналів. Так само при використанні описаної в [1] схеми, можна помітити деякий недолік в її роботі. При перетворенні безперервної вимірюваної величини в кодову комбінацію може виникнути помилка за рахунок кінцівки часу перетворення. Оскільки код, лічений з диска, ніде не фіксується, він може змінитися за час зчитування. Уникнути цього недоліку можна шляхом проміжного запам'ятовування зчитаного значення коду на час його перетворення. У схемі використаний перетворювач зчитаного сигналу в паралельному коді в послідовний для подальшої передачі комбінації в лінію зв'язку. Для цього використовується регістр зсуву, що значно спрощує схемотехнічне рішення. Режим роботи цього регістра задається за допомогою блоку формування сигналів, при цьому необхідність у формуванні сінфазірующего імпульсу відпадає. Враховуючи все вищесказане, структурна схема буде такою. Сигнал з первинного вимірювача за допомогою зв'язку з кодований диском перетворюється на паралельну кодову комбінацію, що надходить до блоку перетворення паралельного коду в послідовний, який управляється сигналами, які надходять з блоку управління. Цикл роботи пристрою визначається частотою генератора, що задає. Побудова принципової схеми передавального пристрою кодоімпульсной системи телевимірювання з перетворювачем зчитування з кодовим диском і робота схеми. Пристрій зчитування та перетворення паралельного коду в послідовний зручно використовувати мікросхему 155ІР13. Вона дозволяє здійснити паралельну завантаження коду по позитивному фронту синхроімпульсів при певному стані S1 і S2; зробити зрушення завантаженого числа вліво або вправо, причому стан паралельних входів мікросхеми вже не впливає на запам'ятоване число. Крім того, ця мікросхема має асинхронний скидання за рівнем сигналу всіх розрядів, що зручно при реалізації циклічної роботи схеми. Дана ІМС спрацьовує по негативному фронту сигналу. Для того, щоб організувати скидання лічильника, використовуємо два елементи НЕ (155ЛН1) і один елемент 4ІЛІ-НІ (155ЛЕ3). Коли на виходах лічильника виникає кодова комбінація 1001 (9), то на всіх входах елемента 4ІЛІ-НЕ знаходяться нулі, на виході ж елемента формується позитивний імпульс, який, вступаючи на входи скидання лічильника, змушує його почати новий цикл рахунку. Для скидання регістра необхідно використовувати інвертований імпульс скидання лічильника. Для тактирования лічильника використовується сума імпульсів генератора і четвертого розряду лічильника. Для паралельної завантаження кодової комбінації в регістр необхідно сформувати на входах S1 і S2 логічні одиниці під час дії першого тактового імпульсу після скидання. Для послідовного зсуву розрядів в регістрі під час дії тактових імпульсів необхідна присутність на вході S1 логічного нуля, а на вході S2-логічна одиниця. Для реалізації цього на вхід S2 подається постійна логічна одиниця, а на вхід S1 подається сигнал, сформований за допомогою елемента 4ІЛІ-НЕ, на входи якої надходять сигнали з виходу лічильника. Запуск і зупинка пристрою здійснюється двома кнопками: Кн1 ("Зупинка") і КН2 ("Пуск)", які розв'язані з генератором через один з тригерів мікросхеми К155ТМ2, це дозволяє позбутися від брязкоту контактів. Генератор, що задає виконаний по кільцевій схемі на двох інверторах і одному елементі 2І-НЕ, службовця для запуску. Вихідна частота проходження імпульсів визначається формулою: f = 1/2R2C1 У нашому випадку f = Dfk = 240 Гц. Звідси, задавшись величиною R2 = 2 кОм, знаходимо С1: C1 = 1/2R2Dfk = 1 / 2 * 2000 * 240 = 1 мкФ Шпаруватість визначається резистором R3. При виборі його рівним 270 Ом вона буде дорівнює 2, що і потрібно в даній реалізації. Список використаної літератури. 1. Г.Б. Туманян, В.А. Грошев "Методичні вказівки з виконання курсового проекту", М., МГІ, 1991; 2. С.В. Якубовський та ін "Цифрові та аналогові інтегральні мікросхеми. Довідник", М., Радіо і зв'язок, 1990; 3. В.Л. Шило "Популярні цифрові мікросхеми. Довідник", М., Радіо і зв'язок, 1988;