Устройство для передачи информации о состоянии окружающей среды

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик 1005145(22) Заявлено 231181 (21) 3354688/18-24с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетОпубликовано 150383. Бюллетень Мо 10 Р 1 УМ К з 8 08 С 19/28 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 150383(ЯсКуйбышевский ордена Трудового Красного Зна ени ": - :;",.авиационный институт им. акад. С.П. Королева(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ О СОСТОЯНИИ ОКРУЖАКМЦЕЙ СРЕДЫ Изобретение относится к телеметрии и .предназначено для передачи измерительной информации о состоянииокружающей среды, например о степенизагрязнения окружающей среды, о гидрометообстановке и т.д,Известны устройства для передачи .телеметрической информации, предназначенные для измерения совокупностиразличных параметров н состоящие издатчиков, коммутатора с сннхронизатором, аналого-цифрового преобразователя, блоков анализа сигналов и ихприращений, блоков памятй, блоковпрогнозирования и сравнения, блоковкодирования служебной информации (1),Сокращение объема передаваемойинформации в подобных устройствахдостигается за счет исключения изкадра избыточных (повторяющихся) инФормационных кодов, вернопредсказанных сообщений, регулярных служебныхкодов.Недостатком таких устройств является неэффективность подобного сокращения при передаче информации о состоянии окружающей среды, так как напрогноз загрязнения существенное влияние оказывают метеопараметры. В частности, при скоростях ветра, близких к опасным туманам, уровень загрязнения имеет тенденцию к повышению. Неблагоприятные направления ветра, при земные температурные инверсии и про"чее также способствуют повышениюуровня загрязнения. Таким образом,определяющим фактором для достовер"ного прогнозирования значений концентраций загрязняющих примесей являются не только статические данныеисследуемых ингредиентов, но и в значительной мере и атмосферные. метеопараметры: влажность воздуха, температура, скорость ветра и т.д.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является устройство для передачи телеметричес-койинформации, содержащее датчики,выходы которых подключены к входамкоммутатора, синхронизатор, выходыкоторого подключены к входам коммутатора, каналов, блока памяти полныхкодов и соответственно через блоккодирования адресов и блок кодирова ния времени - к первому и второмувыходам буферного блока памяти, выходкоммутатора каналов через, блок кодирования подключен к блоку памяти полных кодов и к анализатору сигналов, ЗО выход блока памяти полных кодов сое1005145 цифровые коды приращений (изменений) метеопараметров ьй+1,дп - почислу измеряемых метеопараметров,т.е. коды приращения температуры аТ,скорости ветра ЬО и т,п., далее, спомощью констант, заранее сформированных на шинах 12+ - 12 в Формидинен с анализатором сигналов, выходанализатора сигналов подключен соответственно к первому входу и черезблок памяти, кодов приращения - к второму .входу блока сравнения кодовприращения, выход блока памяти полных 5кодов подключен к первому входу элемента И, выход блока сравнения кодовприращения подключен к второму входуэлемента И и третьему входу буферного блока памяти, выход элемента И 10соединен с четвертым входом буферного блока памяти,. один выход синхронизатора соединен с соответствующимвходом блока памяти кодов приращения (2) . 15Недостатком известного устройстваявляется большой, применительно ксистемам контроля и наблюдения заокружающей средой, объем передаваемой информации, поскольку сокращениепередаваемой информации о загрязнении окружающей среды за счет предсказания измеряемых значений без учета корреляционных .связей с метеопараметрами не является эффективным. 25Целью изобретения является повышение информативности устройства.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для передачи информации о состоянии окружающей среды,содержащее датчики загрязняющих ингредиентов и датчики метеойараметров,выходь которых соединены соответственно с первыми и вторыми информацион"ными входами коммутатора, выход которого через аналого-цифровой преобра" З 5зователь соединен с входом блокаоперативной памяти и первым входомблока сравнения, выход блока сравнения соединен с первым входом блокабуферной памяти, синхронизатор, выход которого соединен с синхрониэи"рующим входом коммутатора и входомблока кодирования адреса и времени,выход которого соединен с вторымвходом блока буферной памяти, выходкоторого соединен с выходом устройства, введены блок анализа метеоусловий, формирователь сигнала коррекциин блок умножения, выход которогосОединен с вторым, входом блока срав 50нения, выходы датчиков;метеопараметров соединены с первыми информацион.ными входами формирователя сигналакоррекции и информационными входамиблока анализа метеоусловий, выхоыкоторого соединены с вторыми информационными входами формирователясигнала коррекции, установочные входы которого подключены к шинам конс-тант, синхронизирующие входы блока анализа метеоусловий и формирователя 60 сигнала коррекции подключены к выходу синхронизатора, выход формирова"теля сигнала коррекции соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом 65 блока оперативйой памяти. Кроме того, блок анализа метеоусловий выполнен на аналого-цифровом преобразователе, элементах памяти и элементах сравне. - ния, выходы аналого-цифрового преобразователя соединены непосредственно с первыми входами и через соответствующие элементы памяти - с вторыми входами соответствующих элементов сравнения; выходы которых соединены с выходами блока анализа метеоусловий, информационные и синхронизирующие входы аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с информационными и синхронизирующим входами блока анализа .метеоусловий.На Фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока анализа метеоусловий и Формирователя )поправочных коэффициентов. Устройство содержит (фиг. 1) дат-,чики 111 загрязняющих ингредиентов и датчики 1 ц+ 1- 1 П метеопараметров, коммутатор 2, блок,3 анали-.за метеоусловий, формирователь 4сигнала коррекции, блок 5 умножения,аналого-цифровой преобразователь(АЦП) б, блок 7 оперативной памяти,блок 8 сравнения сигйалов, блок 9буферной памяти, блок 10 кодирования адреса и времени, синхронизатор11, шины 120, 124+1 1 п Ъ)4 И Ьпконстант,В состав блока 3 анализа метеоусловий и формирователя 4 поправочныхкоэффициентов (фиг, 2) соответствен-но входят аналого-циФровой преобразователь 13, элемент 14 и элемент15 сравнения (по каждому метеопараметру) и блок 1 б сравнения, триггер17 переключения, элементы ЙЛИ 18,элементы 19 и 20 задержки, генератор21 импульсов переменной частоты иэлемент И 22.Устройство работает следующимобразом,Управляющий сигнал синхронизато-.ра 11 (фиг, 1) запускает коммутатор2, подключая сигнал с выхода датчиков 1 - 1 п к аналого-циФровому преобразователю б. С выхода аналогоциФрового преобразователя б дискретные сигналы поступают на блокоперативной памяти и блок 8 сравнениясигналов.Иетеопараметры, измеренные датчиками 1 ц+,1 1 П, помимо Описаииогопути, анализируются в блоке 3 анализа метеоусловий, где формируются1005145 40 4 50 5560 65 рователе 4 определяется степеньотклонения метеопараметров и их изменений от опасных значений,Для этого сигналы с датчиков 1)+ -1,метеопараметров поступают на информационные входы Формирователя 4 и 5сравниваются там с уставками, заданными на шинах 12 Ч+12 д в виденекоторого уровня или диапазонаопасных значений. Одновременнозначения приращений метеопараметров, 10поступающих .с выхода блока 3 анализаметеоусловий на информационные входы формирователя 4, сравниваются суставками, заданными на шинах12 д+1 12 дп; В случае совпадениясигнал синхронизатора 11, поступаю"щий на управляаций вход формирователя 4, способствует формированию сигнала коррекции (поправочного коэффициента) на его выходе в виде неко-. 20торого числа импульсов, зависящеготакже от характеристик источниковзагрязнения в данном регионе, которые задаются некоторой константойна шине 12 О.25Таким образом, значение поправочного коэффициента - множителя, образованного на выходе формирователя 4.,определяется степенью.загрязнениярассматриваемого. региона, заданнойконстантой на шине 12,метеоусловиямии тенденциейих изменения, .опасные значения которых задаютсяконстантами на шинах 12 Ч 12 пи 12 дН 121 соответственно, В.блоке умножения 5 значения парамет- З 5ров загрязнения, запомненных блоком7 памяти и соответствующие предыдущему моменту времени, умножаются напоправочный коэффициент. Хотя в блоке 7 памяти последовательно поступают измеряемые значения как параметров загрязнения (1 - В) так и метеопараметров (Б + 1и) корректируются только параметры загрязнения,поэтому регистр памяти блока 2 ограничен разрядами для первых (1 - Щканальных сигналов. Таким образом,на выходе блока 5 умножения Формируются уточненные - прогнозируемыеэначения текущих значений загрязняющих ингредиентов,С выхода блока 5 умножения прогнозируемое значение, отображающее величину сигнала данного канала, поступает на блок 8. сравнения, где срав. нивается с истинным значением сигнала этого же канала, В случае совпадения этих сигналов, т.е. если прогноз оправдался, блок 8 сравнения никакого сигнала не формирует, При этом сиг-. налы метеопараметров, также присут-. ствующие в общей последовательности, нийакому срав не нию не подвергаются и беспрепятственно проходят с АЦП 6 через блок 8 на вход блока 9. Это достигается - как и в блоке 7 - ограниченной емкостью регистра сравненияблока 8, содержащего разряды только на первые (1 - Б) каналы параметровзагрязнения. При этом в блок 9 поступает код адреса и времени. каналов с блока 10 кодирования вместе с кодами текущих значений метеопараметров, поступающих с АЦП 6.При несовпадении истинного и пред. сказанного сигналов блок 7 сравнения Формирует сигнал приращения и работает аналогично прототипу, передавая на выход вместе с кодами адреса и времени коды приращенийизмеряемых параметров. Однако поскольку в предлагаемом устройстве учитывается степень влияния метеопараметров на загрязняющие ингредиенты, вероятность оправдываемости прогнозных значений загрязнения высокая, что приводит к более эффективному сокращению объема переданаемой информации.Для анализа метеоусловий в блоке 3 (Фиг. 2) в дискретные моменты времени, задаваемые синхронизатором 11; происходит. сравнение текущих метео- параметров, поступающих в 1-момент времени с датчиков 1 Ч+1 п через аналого-цифровой преобразователь 13 на элементы 15 сравнения, с предыдущими значениями этих же параметров, хранящихся в элементах 14 памяти и соответствующих (1 - 1) моментам эре мени. Так как именно изменения метео условий существенно сказываются на прогнозируемые значения загрязняющих ингредиентов, то с выхода элементов 15 сравнения снимаются перепады метеопараметров (температуры дТ, скорости ветра дО, влажности дЧи т.д.),которые поступают на информационныевходы формирователя 4. В формирователе 4 (фиг2) происхо" дит выявление опасной ситуации и Формирование коэффициента, .учитываю" щего рост концентрации загрязнения при неблагоприятных метеоусловиях. Для этого на шины 1241 12 п и 12 д)4+1 12 дп, соединенные с установочными входами блока 16 сравнения, заранее подаются напряжения, соответствующие опасным значениям метео- параметров (для ветра Поп 1 м/с для температуры -5 СТ и с + 5 фС и т.д.) и скорости их иэменейия во времени (ДУОЛ 4 Ор 1 м/с, Д Топ 4 0,1 С/с и т.д.). В блоке 16 зти значения сравниваются с действительными значениями метеопараметров и их перепадами, поступающими с метеодатчиков 1 щ.1; и с выходов элементов 15. При совпадении уставок и истинных значений на выходе блока 16 обраэуетая сигнал, поступающий на первый вход элемента, И 22 в качестве разрешакщего. На втором входе элемента И 22 в исходном(п,8(И+1)1) + Яв 341 200 165 состоянии держится запрещающии уровень, поступающий с выхода триггера 17. С каждым периодом опроса ссинхронизатора 11 на синхронизирующий вход формирователя 4, являющийся входом триггера 17, поступаетсигнал, опрокидывающий триггер 17,элемент И 22 открывается и импульсыс генератора 21 начинают поступатьна выход элемента И 22 и далее - в блок 5 умножения. Частота Г следования импульсов генератора 21 может изменяться уставкой шины 12 (например, потенциометром цепи смещения мультивибратора), тем самым задавая характер источников загрязнения рас сматриваемого региона, если потенциальный уровень загрязнения велик, то частота генератора 21 должна быть выше. Число импульсов С, проходимых с генератора 21 на выход формирователя 4 в качестве корректирующего множителя, ограничивается величиной задержки ь 2 элемента 20 задержки, импульсы с выхода элемента И 22,через элемент 20 задержки и элемент ИЛИ 18 проходят на вход сброса триггера 17, который возвращается в исходное состояние и закрывает элемент И 22. Так как длительность задержки С фиксиро-2 вана, то значение корректирующего множителя С определяется частотойимпульсов генератора 21 С =- Р.ь иг рав но числу импульсов, проходящих на .выход элемента И 22 за определенное время. Это число характеризует не только сложившуюся метеообстановку(значения метеопараметров и тенденцию их изменения -при их совместномопасном сочетании срабатывает элемент И 22), но и источник загряз- . нения данного региона (характеристи ки источника определяют уставку на шине 12 и, следовательно, частоту Р генератора 21) . Если опасности нет, то на выходе блока 1 б сравнения сигнала не образуется, элемент И 22 4 закрыт, на вход блока 5 умножения сигналов не поступает и значение сигналов, соответствующих уровню загрязнения в предыдущий (3. - 1) момент ., времени и запоминаемых блоком 7 (фиг. 1), не меняется. При этом триг гер 17 (фиг. 2) опрокинутый импульсом синхронизатора 11, к началу ц =п) (1-Р) + О п)+0 О 8 п)+Яр й. =-(и-(+1) Р 2) +Чо п)+ЧО следующего такта возвращается в исходное состояние этим же импульсом, задержанным в элементе 19 задержки на время фС, чуть меньшее периода опроса Т, и проходящим на вход сброса триггера 17 через элемент ИЛИ 18.Таким образом, число импульсов С на выходе Формирователя 4 равно О, 1, 2, 3 , в зависимости от характера метеоусловий, их изменений во времени и параметров источника загрязнений. В блоке 5 происходит умножение значений концентраций, измеренных датчиками 1.1 в предыдущий момент времени, на число импульсов С, причем условие С = 0 соответствует умножению на 1, условия С:= 1 соответствует умножению на 2 и т.д., что технически легко реализуется регистром сдвига, производящим умножение некоторого значения на 21, 2, 4 , где С = д, 1, 2 В результате на выходе блока 5 умножения образуется прогнозное значение концентрации, наиболее точно соответствующее ожидаемому.Технико-экономическая эффективность предложенного устройства заключается в сокращении передаваемой избыточной информации за счет более достоверного прогнозирования, учитывающего метеоусловия. Действительно, общий объем передаваемой за период опроса информации равен Я = Яви К, где и - число датчиков Ч - датчики загрязнения и-И - метеодатчики, К - длина слова, ЯО - объем служебной информации (Я 011 байт для МКТИ - 1) .При использовании схемы статического отсева, повторяющийся с вероятностью Р), информация Я 1 =и К(1-Ц +6 Обычно Р 4 0,3. Для предлагаемого устройства при достоверности Р прогноза учитывающего метеоусловия, .объем передаваемой информации сокращаетсяЦ 2 = (и - (Б + 1) Р 2)К + И и в. пределе (при Р 2 - -1) достаточно передавать лишь метеоинформацию. Сравнительная характеристика базового (прототипа) и предлагаемого устройства приведена в таблице.м:Таким образом, информативность предложенного устройства повышается. Для п=80, К=15, К=11,3.341 275 27 г:.формула изобретения Устройство для передачи информации о состоянии окружающей среды, содержащее датчики загрязняющих инг. редиентов и датчики метеопараметров, выходы которых соединены соответственно с первыми и вторыми информационными входами коммутатора, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с входом блока опера- О тивной памяти и первым входом блока сравнения, выход блока сравнения соединен с первым входом блока буферной памяти, синхронизатор, выход которого соединен .с синхронизирукщим вхо дом коммутатора и входом блока кодирования адреса и времени, выход которого соединен с вторым входом блока буферной памяти, выход которого соединен с выходом устройства о т л и -2 О ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения информативности,устройства, в него введены блок анализа метеоусловий, Формирователь сигнала коррекции и блок умножения, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, выходы датчиков метеопараметров соединены с первыми информационными входами формироватедя сигнала коррекции и информационными входами блок анализа метеоусловий, выходы которого соединены с вторыми информационными входами Формирователя сигнала коррекции, установочные входы которого подключены к шинам констант, синхронизирующие входы блока анализа метеоусловий и формирователя сигнала коррекции подключены к выходу синхронизатора, выход формирователя сигналов коррекции соединен с первым входом блока 40 умножения, второй вход которого соединен с выходом блока оперативной памяти.2. Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок ана лиза метеоусловий выполнен на аналого-цифровом преобразователе, элейентах памяти и элементах сравнения,выходы аналого-циФрового преобразователя соединен непосредственно спервыми входами и через соответствуй"щие элементы памяти - с вторыми входами соответствующих элементов сравнения, выходы которых соединены свыходами блока анализа метеоусловий,.информационные и синхронизирующийвходы аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с инФормационными и синхронизирующим вхо"дами блока анализа метеоусловий.3. Устройство по .п. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что Формирователь сигнала коррекции содержит генератор импульсов, блок сравнения,триггер, элементы задержки, элементИЛИ и элемент И, выходы блока срав"нения, генератора импульсов и триггера соединены с соответствующими.входами элемента И, выход которогочерез первый элемент задержки соединен с первым входом элемента ИЛИ,второй вход которого соединен с выходом второго элемента задержки,выход элемента ИЛИ соединен с первымвходом триггера, входы триггера ивторого элемента задержки объединены-и подключены к синхронизирующему входу формирователя, первые и вторыевходы блока сравнения подключены кпервым и вторым информационным входам формирователя, третьи входы бло"ка сравнения и вход генератора импульсов подключены к соответствующимустановочным входам формирователя,выход элемента И соединен с выходомформирователя,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Новопашенный Г.Н. Информационно-измерительные системы, М., фВысшая школа., 1977, с. 160-1 бЗ.2. Авторское свидетельство СССР9 458851, кл. 6 08 С 19/28, 1974/Х оставитель Н, Бочароваехред О, Неце Корректор М. Ша Редакто имохин Заказ 1907 ное ССР 4 5 3035,филиал ПП атент, г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж б 16 НИИПИ Государственног по делам изобретений Москва, Ж, РаушсПодписомитета Соткрытийя наб д