Устройство для определения углового положения указателя стрелочных приборов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН А 1 21 00(21) 4328434/ (22) 16,10.87 ,(46) 30,12.89 (7,1) Пензенск технический ини ститут(72) А.Л.Држевец А,Б.Левин и В,Н, (53) 531.7(088,8 (56) Авторское с Ю 813136, кл. С ий, Р.А.Абульханонтишев идетельство СССР 1 В 11/26, 198 1,и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГННТ СССР к двтоаском сви(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯУГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ УКАЗАТЕЛЯ СТРЕЛОЧНЫХ ПРИБОРОВ(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Цельюизобретения является расширение диапазона достоверных измерений и областиприменения устройства за счет определения углового положения стрелкиприбора при любом значении угла от 0до 360 и за счет обеспечения достоверных измерений при произвольной ориентации меток на шкале прибора, Устройство содержит блок 1 считывания,Формирователь 2 кодовых меток, последовательно соединенные формирователь3 экстремума и вычислительный блок 4,Ийформационный вход формирователя 3экстремума соединен с одноименным выходом блока 1 считывания, вход формиЯО 153281 рователя 2 кодовых меток - с выходомсинхронизации блока считывания, а егоинформационный и тактовый выходы ивыход синхронизации - соответственнос адресным и тактовым входами и входом синхронизации формирователя экстремума. Устройство осуществляет преобразование изображения шкалы стрелочного прибора в видеосигналы путемпострочного считывания, при которомФормируются отсчеты изображения, соответствующие усредненному значениюосвещенности элемента строки. Одновременно Формируются области секторов,в каждом из которых совокупности элементов строки и совокупности строк, апринадлежащих К-му сектору, присваивается соответствующий номер. Приэтом ориентация секторов относительно растра осуществляется так, что ихсовокупность образует дискретную область, соответствующую шкале прибора, БУгловое положение стрелки прибораопределяется с точностью до дискрета относительно сектора с максимальным усредненным значением освещенности и уточняется по значениям усреднен- фной освещенности в соседних с максимумом секторах, что и обеспечивает ффдостижение положительного эффекта. ЬР=,уЪРог Рг як 8 оставитель О,Смиехред М;Дидык актор Т.Парфено Н.Король ек ю юеЗаказ 8090/48ВНИИПО Государственного ираж 683 одписноеоткрытиям при ГКНТ СССР дМ 5 омитета по изобретениям осква, И, Раушская н тПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,10Г3 15328Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в приборостроении для контроля и подгонки секторных и круго вых шкал стрелочных измерительных приборов,Целью изобретения является расширение диапазона достоверных измерений и области применения устройства сост ветственно за счет определения углового положения стрелки прибора при любом значении угла от 0 до 360 и за счет обеспечения достоверных измерений при произвольной ориентации меток 15 н шкале прибора.На фиг. 1 представлена Функциональня схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - функциональная схема формирова" теля кодовых меток; на фиг,3 - функцио нвльная схема формирователя экстремума; нв фиг,ч - принципиальная схема блока с ммирования; на Фиг,5 - принципиальная с ема блока управляющих импульсов; на Ф г,б - устройство узла поворота трафа-25 р 1 та; на фиг,7 - чертеж, поясняющий принцип растрового разложения при считывании изображения объекта; на фиг.8 а бв,г,д " примеры кодирования,Устройство для определения углово- З 0 го положения указателя стрелочных прибОров содержит (Фиг. 1) блок 1 считывания, вход которого предназначен для оптической связи с объектом (не показан/, Формирователь 2 кодовых меток, 35 вход которого соединен с выходом синхронизации блока 1 считывания, формирователь 3 экстремума, информационный вход которого соединен с информационнм выходом блока 1 считывания, а ад рсный вход, тактовый вход и вход синхронизации соединены соответственно с информационным выходом, тактовым выходом и выходом синхронизации Формирователя 2 кодовых меток, и вычисли 45 тельный блок 4, вход которого соединен с выходом Формирователя 3 экстремума,Формирователь 2 кодовых меток содержит (фиг. 2) узел 5 поворота траФарета, одноразрядный счетчик б, эле- мент И 7, кодопреобразователь 8, блок 9 кодирования, включающий в себя элемент 10 считывания, квантова.тель 11, формирователь 12 кода номера изображения и генератор 13 тактовых55 импульсов, выход которого соединен с тактовым входом Формирователя 12 хода номера изображения и является актовым выходом формирователя 2 кодовых меток, выход элемента И 7 являвыходом синхронизации формирователя 2 кодовых меток, выход Формирователя 12 кода номера изображения соединен с входом кодопреобразователя 8, выход которого является информационным выходом Формирователя 2 кодовых меток, управляющий вход Формирователя 12 кода номера изображения соединен с "0" блока, а его вход соединен с выходом квантователя 11, вход которого соединен с выходом элемента 10 считывания, счетный вход одноразрядного счетчика б и первый вход элемента И 7 соединены между собой, выход одноразрядного счетчика 6 соединен с вторым входом элемента И 7 и управляющим входом узла 5 поворота трафарета, который оптически связан с эле.ментом 10 считывания, счетный вход одноразрядного счетчика 6 и вход синхронизации элемента 10 считывания являются входом Формирователя 2 кодовых меток.формирователь 3 экстремума содержит (фиг. 3) первый элемент НЕ 11, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 15, элемент И 16, первый коммутатор 17, блок 18 суммирования, блок 19 управляющих импульсов, второй. элемент НЕ 20, второй коммутатор 21, реверсивный счетчик 22 (суммирующий и вычитающий), входы которого соединены соответственно с пятым и третьим выходами блока 19 управляющих импульсов, второй выход которого соединен с вторым управляющим входом второго коммутатора 21 и входом второго элемента НЕ 20, выход которого соединен с первым управляющим входом второго коммутатора 21, четвертый выход блока 19 управляющих импульсов и выхоц второго коммутатора 21 объединены и являются выходом Формирователя 3 экстремума, первый информационный вход второго коммутатора 21 соединен с выходом первого коммутатора 17 и объединен с адресным входом блока 18 суммирования, второй информационный вход второго коммутатора 21 соединен с вторым выходом блока 18 суммирования, первый выход которого соеди" нен с входом начальной установки реверсивного счетчика 22, вход начальной установки блока 18 суммирования соединен с первым выходом блока 19 управляющих импульсов, тактовый вход5 15328 блока 18 суммирования соединен с выходом элемента И 16, вход блока 18 суммирования соединен с выходом АЦП 15, вход которого является входом форми 5 рователя 3 экстремума, вход блока 19 управляющих импульсов, первый управляющий вход первого коммутатора 17 и вход первого элемента НЕ 14 соединены между собой и являются входом синхронизации формирователя 3 экстремума, выход первого элемента НЕ 14 соединен с вторым управляющим входом первогокоммутатора 17 и с вторым входом элемента И 16, тактовый вход блока 19 15 управляющих импульсов и первый вход элемента И 16 объединены и являются тактовым входом формирователя 3 экстремума, первый информационный вход первого коммутатора 17 и вход реверсивного счетчика 22 объединены и являются адресным входом формирователя 3 экстремума, а выход реверсивного счетчика 22 соединен со вторым входомпервого коммутатора 17. 25Блок 18 суммирования содержит(фиг. 4) сумматор 23, первый регистр 24, коммутатор 25, элемент НЕ 26, пер" вый элемент 27 задержки, элемент 28 ОЗУ, первый элемент ИЛИ 29, второй 30 ,.- элемент ИЛИ 30, дешифратор 3 1, второй регистр 32, элемент И 33, второй элемент 34 задержки, элемент 35 сравнения, второй вход которого вход второго регистра 32 и вход элемента 28 ОЗУ объединены и соединены с выходом коммутатора 25, первый вход элемента 35 сравнения соединен с выходом второго регистра 32, выход элемента 35 сравнения соединен с первым входом 40 элемента И 33 через второй элемент 34 задержки, второй вход элемента И 33 соединен с выходом дешифратора 31, выход элемента И 33 соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ 30 и яв ляется первым выходом блока 18 сумми" рования, первый вход второго элемента ИЛИ 30, второй вход первого элемента ИЛИ 29 и вход элемента НЕ 26 объединены и являются входом началь ной установки блока 18 суммирования, выход элемента НЕ 26 соединен с управляющим входом коммутатора 25, выход второго элемента ИЛИ 30 соединен с входом занесения второго регистра 32, первый вход первого элемента ИЛИ 29 соединен с выходом первого элемента 27 задержки, вход которого объединен с входом занесения первого 12 6регистра 24 и является тактовым входом блока 18 суммирования, выход первого элемента ИЛИ 29 соединен с входом записи элемента 28 ОЗУ, выход которого соединен с вторым входом сумматора 23 и является вторым выходомблока 18 суммирования, адресный входэлемента 28 ОЗУ и вход дешифратора 31объединены и являются адресным входомблока 18 суммирования, вход коммутато.ра 25 соединен с выходом первого регистра 24, вход которого соединенс выходом сумматора 23, первыйвход которого является входом блока18 суммирования,Блок 19 управляющих импульсов содержит (фиг, 5), первый элемент 36задержки, элемент НЕ 37, первый элемент И 38, первый триггер 39, второйтриггер 40, второй элемент И 41, счетчик 42, дешифратор 43, второй элемент44 задержки, элемент ИЛИ 45, третийэлемент И 46, третий вход элементаИЛИ 45 соединен с выходом первоготриггера 39, который является первымвыходом блока 19 управляющих импульсов, второй вход элемента ИЛИ 45 соединен с вторым выходом дешифратора43, первый вход элемента ИЛИ 45 ивход второго элемента 44 задержкиобъединены и соединены с четвертымвыходом дешифратора 43, выход элемента ИЛИ 45 соединен с первым входомтретьего элемента И 46, вторые входывторого элемента И 41 и третьего элемента И 46 и тактовые входы элементов 36 и 44 задержки объединены и являются тактовым входом блока 19 управляющих импульсов, выход третьегоэлемента И 46 является пятым выходомблока 19 управляющих импульсов, выходвторого элемента 44 задержки соединенс вторым входом первого триггера 39,с вторым входом второго триггера 40и с входом начальной установки счетчика 42, выход второго триггера 40соединен с первым входом второго элемента И 41, выход которого соединен ос счетным входом счетчика 42 и является четвертым выходом блока 19 управляющих импульсов, выход счетчика 42соединен с входом дешифратора 43,первый и третий выходы которого являются соответственно третьим и вторымвыходами блока 19 управляющих им"пульсов, первый вход второго триггера 40 соединен с выходом первого элемента И 39, второй вход которого объ9 15328импульс во время обратного хода кадра, который поступает на вход синхронизации формирователя 3 экстремума.Сигнал с выхода счетчика 6 поступаетна вход узла 5 поворота траФарета и5управляет положением трафарета 47 относительно оси 48 его поворота посредством электромагнитного реле 53и тяги 49, связанной с осью 48. Видео"10сигнал с выхода элемента 10 считывания блока 9 кодирования поступаетна вход квантователя 11 блока 9 кодирования, где происходит преобразование видеосигнала в двухградационный.С выхода квантователя 11 двухградиационный.сигнал поступает на второйвход формирователя 12 кода номераизображения. Импульсы с выхода генера"тора 13 тактовых импульсов блока 9 20кодирования, частота которых в й развыше строчной частоты элемента 10считывания, поступают на тактовых входформирователя 12 кода номера изобра"жения, на выходе которого сформируются отсчеты бинарного изображения, число которых в строке равно- Т.(6)сгде Р - частота тактовых импульсов ЗОна выходе генератора 13 тактовых импульсов блока 9 кодирования;- частота строчной разверткипередающей телевизионнойтрубки элемента 10 считывания.На выходе формирователя 11 кода номера изображения элементам изображе-.ния, образующим соответствующий сектор, присваивается код номера сектора, причем во время считывания первого кадра элементам изображения присваиваются коды номеров секторов от 1 до Ь (Фиг. 8 а) (кадр разворачиваетсяслева направо, а развертка строки .осуществляется снизу вверх). За вре"мя считывания второго кадра, ког" да траФарет 47 повернется вокруг на угол й, присвоение номеров ведетсяот (1+1) до 21 (Фиг. 8 б). По окончании считывания второго кадра Формирователь 11 кода номера изображения устанавливается в начальное состояние.Коды с выхода Формирователя 11 кода номера изображения поступают на вход кодопреобразователя 8, в котором эти коды преобразуются таким образрм, чтобы возрастание кодов номе 12 10ров секторов осуществлялось по направлению вращения часовой стрелки. Для секторов, считанных во время первого кадра присваиваются нечетные номера (фиг, 8 в), а за время считывания второго кадра секторам присваиваются четные номера (фиг. 8 г). Таким образом, за время считывания двух кадров в результате их наложения получаем упорядоченное дискретное поле секторовс нумерацией от 1 до 21., следующие друг за другом по часовой стрелкефиг, 8 д). С выхода кодопреобразователя 8 коды номера секторов поступа" ют через адресный вход формирователя 3 экстремума на первый вход коммутатора 17 и вход реверсивного счетчика 22.Во время считывания каждых двух кадров изображения на вход синхронизации Формирователя 3 экстремума с выхода элемента.И 7 формирователя 2 кодовых меток поступает уровень "0" при этом кодс выхода кодопреобразователя 8 через коммутатор 17 посту" пает на первый информационный вход коммутатора 21, адреснь 1 й вход элемен" та 28 ОЗУ и дешифратора 31 блока 18 суммирования. Тактовые импульсы при этом поступают через элемент И. 16 на вход занесения регистра 24 и через элемент 27 задержки с задержкой, несколько большей, чем длительность тактового импульса, через элемент ИЛИ 29 поступают на вход записи элемента 28 ОЗУ.Видеосигнал с выхода блока 1 считывания, осуществляющего построчное, разложение изображения каждого кадра, инвариантный изображению объекта,поступает на вход АЦП 15, гдепреобразуется в двоичный код ипоступает на первый вход сумматора23, на выходе которого формируетсякод, образованный сложением кода,хранящегося по коду номера сектора,определяющего адрес элемента 28 ОЗУ, с кодом, полученным на выходе АЦП 15,оКод с выхода сумматора 23 по каждомутактовому импульсу, подаваемому навход занесения регистра 24, заносится в этот регистр и сохраняется доследующего тактового импульса и черезкоммутатор 25 определяет новый кодв элементе 28 ОЗУ, который записывается затем в элементе 28 ОЗУ, но с задержкой на элементе 27 задержки.При этом на входе начальной установки блока 18 суммирования установлен уровень "0".В результате считывания двух кадров изображения по каждому адресу элемента 23 ОЗУ, который соответст 5 вует. коду номера сектора, записан код в соответствии с (1), определяющий усредненное значение освещенности изображения объекта 1 для каждого сектора. В процессе считывания двух кадров осуществляется сравнение кодов (на элементе 35 сравнения), поступающих с выхода регистра 32 и с выхода коммутатора 25, В том случае, если код на выходе коммутатора 25 больше кода на выходе регистра 32, то на выходе элемента 35 сравнения устанавливается "1", которая с задержкой, несколько большей, чем .длительность тактового импульса, поступает на вход элемента И 33, на выходе которого формируется разрешающая "1" только в том случае, если код на входе дешифратора 31 больше нуля. 25 При этом в регистр 32 через элемент ИЛИ 30 заносится код с выхода коммутатора 25, а в реверсивный счетчик 22 при этом заносится код номера сектора, так как на его вход нацальной установки подается импульс с выхода элемента И 33. В результате считывания двух кадров в реверсивном счетчике 22 будет записан код номера сектора, усредненное значение освещенности в котором соответствует (3) и при 35 нимает максимальное значение из всех секторов, После считывания двух кадров, во время обратного хода кадра, на выходе элемента И 7 формируется "1". При этом код с выхода реверсивного счетчика 22 через коммутатор 17 подается на первый информационный вход коммутатора 21 и адресный вход элемента 28 ОЗУ.По переднему фронту импульса, поступающего на вход блока 19 управляющих импульсов через элемент И 38, триггер 40 устанавливается в "1", и, тактовые импульсы через элемент И 4 поступают на счетный вход счетчика 42 и являются признаком наличия информа,- ции на выходе формирователя 3 экстремума. Наличие этого сигнала позволяет заносить информацию в вычиспительныи блок 4, При этом счетчик 42 пере ю55 ,водится в состояние (001) и на первомвыходе дешифратора 43 будет "1", которая подается на вычитающий вход реверсивного счетчика 22, и с выходакоммутатора 21 в вычислительный блок4 будет считан код, соответствующийчислу Я ,. Во второй такт счетчик 42устанавливается в состояние (010) ив соответствии с этим кодом на второмвыходе дешифратора 43 будет "1", покоторой через элемент ИЛИ 45 и элемент И 46 импульс занесения поступитна суммирующий вход реверсивного счетчика 22, и в вычислительный блок 4будет считан код, соответствующий А.В третий такт счетчик 42 устанавливается в состояние (011) и с третьеговыхода дешифратора 43 через второй выход блока 19 управляющих импульсовна второй управляющий вход коммутатора 21 поступает "1", и в вычислительный блок 4 будет сцитан код номерасектораВ четвертый такт счетчик 42устанавливается в состояние (100), ис цетвертого выхода дешифратора 43 "1"поступает через элемент ИЛИ 45 и элемент И 46 на суммирующий вход реверсивного счетчика 22, а в вычислительный блок 4 заносится значение АЙ+1Одновременно с установлением счетчика в состояние (100) через элемент 44 задержки с задержкой в 1 тактустанавливает сцетцик 42 в состояние(000), триггер 40 - в исходное состояние, а триггер 39 - в состояние "1".При этом на первом выходе блока 19управляющих импульсов будет "1", которая через элемент НЕ 26 .выключаеткоммутатор 25, код на выходе которогобудет нулевым. При этом также черезэлемент ИЛИ 29 на вход записи элемента 28 ОЗУ подается "1", которая черезэлемент ИЛИ 30 устанавливает, регистр 32 также в нулевое состояние.Тактовые импульсы при этом подаютсячерез элемент И 46 на суммирующийвход реверсивного счетчика 22, осуществляя при этом многократный перебор всех адресов элемента 28 ОЗУ,в котором будет постоянно записываться нулевой код,По окончании импульса обратногохода после считывания двух кадровна выходе синхронизации будет "0",который с задержкой в один такт наэлементе 36 задержки и элементе НЕ37 устанавливает триггер 39 в исходное положение,Непосредственно после выдачи кодов АА, И; А в вычислительЙ+1ный блок 4, в нем производится вычисление искомого угла К отклонения стрелки в соответствии с (2), (4), (5) и осуществляется регистрация результата.Блок 1 считывания, так же как и элемент 10 считывания, представляет собой телевизионную камеру на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС), позволяющую обеспечить безынерционное 10 считывание изображения трафарета, которое изменяется во времени обратного хода кадра, и, кроме того, ис. ключает геометрические искажения при наложении иэображений обьекта и тра фарета.формула и э о б р е т е н и яУстройство для определения углового положения указателя стрелочных . приборов, содержащее блок считывания и вычислительный блок, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона достоверных измерений/и области применения, оно снабжено формирователем кодовых меток, вход которого соединен с выходом синхронизации блока считывания, и формирователем экстремума, информационный вход которого соединен с информационным выходом блока считывания, адрес-ный вход, тактовый вход и вход синхронизации соединены соответственно с информационным выходом, тактовым выходом и выходом синхронизации фор" мирователя кодовых меток, а выход соединен с входом вычислительного блока.