Цифровая контрольно-измерительная система

СОЮЗ СОВЕТСКИХОСФИМИЙаеснипРЕСПУБЛИК 09) (И) 369606 Г 15 46 БР Т И ГОСУДАРСТОЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНН АВТОРСКОМУ(71) Московский ордена Ленина иордена Октябрьской Революции авиационный институт им,Серго Орджоникидзеи Новосибирский электротехническийинститут(56) 1. Богоци Г.А. и др, Автоматизация обработки результатов исследования, термостойкости хрупкихматериалов. - В кн.:"Автоматизацияпроцессов исследований в области механических свойств материалов и проч.ности конструктивных элементов",Под ред. В.Т.Трощенко, Киев, 1975.2. Авторское свидетельство СССРУ 809187, кл. С 06 Р 15/00, 1979(54)(57) ЦИФРОВАЯ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержащая коммутатор, информационные входы которогоявляются информационными входамисистемы, первый выход коммутаторасоединен с информационным входом измерительного блока, управляющий входкоторого подключен к первому выходупереключателя режима, выход соединенс информационным входом аналого-цифрового преобразователя, регистрирующее устройство, блок памяти, входкоторого подключен к второму выходупереключателя режима, о т л и ч а -ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности функционированиясистемы и сокращения оборудования,в нее введен блок формирования результата, включакяций два регистра, узел. сравнения, элементы ИЛИ-НЕ, И, ИЛИ, задержки, ждущий генератор прямоугольных,импульсов, мультиплексо.ры, причем информационный выход аналого-цифрового преобразователя подключен к информационному входу первого регистра, третий выход переключателя режима соединен с первыми и вторыми входами первого, второго и третьего мультиплексоров, с первыми входами элементов И, ИЛИ и ИЛИ-НЕ, выход блока памяти подключен к перному входу узла сравнения, группа выходов второго регистра и выход первого мультиплексора - к группам входов блока памяти и регистрирую:щего устройства, тактирующий вход первого регистра, первый вход ждущего генератора прямоугольных импульсов и второй вход элемента ИЛИ-НЕподключены к тактирующему выходу аналого-цифрового преобразователя, фвьпсод элемента ИЛИ соединен с входом элемента задержки, с вторым входом ждущего генератора прямоугольныхимпульсов и с тактирующими входами коммутатора, аналого-цифрового преобразователя и регистрирующего устройства, вход которого соединен с вторым выходом коммутатора, управляющий вход аналого-цифрового преобразовате ря подключен к четвертому выходу переключателя режима, первый выход узла сравнения соединен с третьими входами первого и второго мультиппекВ соров, второй и третий выходы узла сравнения соединены соответственно с четвертым и пятым входами первого мультиплексора, выход второго мульти1096658 плексора соединен с информационнымвходом второго регистра, вход синхронизации которого соединен с выходомтретьего мультиплексора, третий входкоторого соединен с выходом ждущегогенератора прямоугольных импульсов,тактирующий выход второго регистрасоединен с вторым входом элемента ИЛИ,0 15 Изобретение относится к вычислительной и измерительно-информационной технике и может быть использовано для получения и обработки изме-,рительной информации, выполненияопераций контроля, автоматизации управления технологическими процессамии научными экспериментами, в частности при испытаниях прочности летательных аппаратов и других инженерныхконструкций.Известна цифровая контрольно-измерительная система, содержащая усф тановленные на объекте испытанийпервичные преобразователи (термопары, тензорезисторы), связанные черезусилители с коммутатором аналоговыхсигналов, выход которого через устройство связи ЭВИ подключен к входуэвм Я,Однако система имеет малую надежность, значительные эксплуатационные расходы,и энергопотребление.Существенным недостатком системы является также низкое быстродействие,обусловленное необходимостью последовательного выполнения арифметических и логических операций, связанныхс преобразованием измерительной информации. Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является цифровая измерительная система, содержащая измерительные преобразователи, выходы которых через коммутатор соединены с входом измерительного блока, управляющий вход которого подключен к первому выходу переключателя режима, а выход соединен с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП), блок памяти, первый вход которого подключен к второму выходу переключа 20 25 30 35 третий вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, выход элементазадержки соединен с вторым входомэлемента И, выход которого соединен сустановочным входом второго регистра, выход первого регистра подключен к второму входу узласравнения. теля режима, и регистрирующее устройство. Второй вход блока памяти соединен с выходом АЦП, а выходы блока памяти - с входом регистрирующего устройства.В блоке памяти имеется К 2 ячеек,о в которых хранятся сформированные заранее п "разрядные значения Функции, которая определяет требуемую завнсимость результатов обработки от кодаАЦП, соответствующего выходному сигналу измерительного преобразователя,где К - количество требуемых зависимостей; Л - разрядность кода на выходе АЦП. Работа известной системы осуществляется следующим образом.Аналоговый сигнал измерительного преобразователя через коммутатор поступает на вход измерительного блока, режим работы которого устанавливается сигналом, поступивщим на управляющий его вход с первого выхода переключателя режима. Измерительный блок преобразует ноступивюий на его вход сигнал измерительной информации в аналоговый сигнал, соответствующий требуемому виду и уровню. Аналоговый сигнал с выхода измерительного блока поступает на вход АЦП, который формирует на своем выходе двоичный код. С второго выхода переключателя режима на первый вход блока памяти поступает цифровои сигнал, определяющий требуемую зону памяти, а на второй вход блока памяти подается цифровой сигнал с выхода АЦП. Сигналы, поступиваие на входы блока памя.ти, определяют адрес той ячейки памяти, выборка содержимого которой как результата обработки измерительной информаций производится в теку1096658 Эщем цикле. Результат обработки в виде цифрового сигнала поступает с выхода блока памяти на вход регистрирующего устройства, которое фиксирует это значение. Аналогичным образом производится обработка информации и от других измерительных преобразователей. Известная система обладает высокимбыстродействием, что связано с отсут 1 Оствием вычислений в процессе функционирования путем их предварительноговыполнения и занесения результатоввычислений в постоянные запоминающиеустройства 2,Однако реализация известной системы требует значительных объемов памяти. Так, например, при использовании12-14-разрядного АЦП и выполнениитопько одного оператора обработкитребуется блок памяти, содержащий4096-16384 1 гг -разрядных ячеек, гдеЩ - разрядность представления результатов обработки.Кроме того, большой объем фиксиру-.емых результатов обработки затрудняетпоследующий их анализ, поскольку визвестной измерительной системе непредусмотрено проведение операцийконтроля. Подобная задача возникает, ЭОнапример,-при обработке данных массовой тензометрии, когда на объектеустанавливаются десятки тысяч теизодатчиков и существенное сокращениеобъема фиксируемых результатов дости гается путем выделения только техданных, которые находятся внутри (вне)некоторых установленных границ. Недостатки сужают область примененияизвестного устройства. 40Целью изобретения является повышение удобства эксплуатации и сокращение оборудования.Поставленная цель достигаетсятем, что в систему, содержащую коммутатор, информационные входы которого являются информационными входамисистемы, первый выход коммутаторасоединен с информационным входом измерительного блока, управляющий вход 50которого подключен к первому выходупереключателя режима, выход соединенс информационным входом АЦП, регистрирующее устройство, блок памяти,вход которого подключен к второму 55выходу переключателя режима, введенблок формирования результата, включающий два регистра, узел сравнения,элементы ИЛИ-НЕ, И, ИЛИ, задержки,ждущий генератор прямоугольных импульсов, мультиплексоры, причем информационный выход АЦП подключен кинформационному входу первого регистра, третий выход переключателя режима соединен с первыми и вторыми входами первого, второго и третьегомультиплексоров, с первыми входамиэлементов И, ИЛИ и ИЛИ-НЕ, выход бло.ка памяти подключен к первому входуузла сравнения, группа выходов второго регистра и выход первого мультиплексора - к группам входов блокапамяти и регистрирующего устройства,тактирующий вход первого регистра,первый вход ждущего генератора прямоугольных импульсов и второй вход элемента ИЛИ-НЕ подключены к тактирующему выходу АЦП, выход элемента ИЛИ соединен с входом элемента задержки, свторым входом ждущего генератора прямоугольных импульсов и с тактирующими входами коммутатора, АЦП и регистрирующего устройства, вход которогосоединен с вторым выходом коммутато-.ра, управляющий вход АЦП подключенк четвертому выходу переключателярежима, первый выход узла сравнениясоединен с третьими входами первого .и второго мультиплексоров, второй итретий выходы узла сравнения соединены соответственно с четвертым ипятым входами первого мультиплексора,выход второго мультиплексора соединенс информационным входом второго регистра, вход синхронизации которогосоединен с выходом третьего мультиплексора, третий вход которого соединен с выходом ждущего генераторапрямоугольных импульсов, тактирующийвыход второго регистра соединен свторым входом элемента ИЛИ, третийвход которого соединен с выходом эле.мента ИЛИ-НЕ, выход элемента задержки соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с уста.новочным входом второго регистра,выход первого регистра подключен квторому входу узла сравнения. На фиг,1 представлена схема контрольно-измерительной системы, на фиг.2 - схема блока формирования результата.Система содержит измерительные преобразователи 1, коммутатор 2, измерительный блок 3, переключатель 4 режима, АЦП 5, блок 6 формированиярезультата, блок 7 памяти, регистри-рующее устройство 8, связи 9-14, ре",гистр 15, узел 16 сравнения, элемент ИЛИ-НЕ 17, ждущий генератор 18прямоугольных импульсов, мультиплексоры 19 и 20, элемент И 2 1, мультиплексор 22, регистр 23элемент ИЛИ 24и элемент 25 задержки.Измерительные преобразователи 1представляют собой, например, тензоили термореэисторы с соответствующими измерительными цепями.Коммутатор 2 в счетном режимеподключает измерительные преобразователи, начиная с первого, к входу 1 Зизмерительного блока 3 и формируеткод номера подключенного канала насвоем цифровом выходе. При поступлении на вход коммутатора тактирующе.го сигнала "Конец обработки" производится подключение последующегоканала. После подключения канала снаибольшим номером снова подключается первый канал,Измерительный блок 3, напримерусилитель, преобразует поступившиена его вход сигналы измерительнойинформации в аналоговые сигналы, соответствующие требуемому виду иуровню входных сигналов АЦП 5. Сигнал, поступивший на управляющий входизмерительного блока 3, задает, например, коэффициент усиления при работев разных диапазонах измерения. Переключатель 4 предназначен для задания режимов работы системы и отдельных ее блоков. Он представляет собой набор механических переключателей, в зависимости от положения ко 40 торых на соответствующие его выходы подаются управляющие сигналы.При поступлении сигнала "Конец обработки" на тактирующий вход АЦП 5 последний приводится в исходное состояние, На информационном выходе АЦП45 5 устанавливается нулевой код и начинается преобразование аналогового сигнала, присутствующего на его выходе, по любому известному алгоритму (например, поразрядного или разверты 50 вающего уравновешивания, двойного интегрирования, считывания и т,п.) в цивровой двоичный код. Формирование кода на цифровом выходе АЦП 5 сопровождается выдачей сигнала "Конец преобразования" на тактирующем выходе. Сигнал с переключателя 4, поступающий на управляющий вход АЦП 5, позволяет при необходимости выбрать (задать) требуемый алгоритм аналогоцифрового преобразования.Блок 6 Формирования результата обеспечивает Формирование промежуточных и конечного результатов обработки измерительной информации и синхронизацию работы всей системы.В блоке 7 памяти имеется 1 2" ячеек, в которых хранятся сформированные заранее о -разрядные значения Функции, обратной той которая задает требуемую зависимость результатов обработки от кода АЦП 5, соответствующего выходному сигналу измерительного преобразователя 1, где К , Ю и и совпадают с определенными ранее. Выборка ячейки памяти производится сигналами, поступающими на входы блока 7 памяти с выходов переключателя 4 и блока 6, причем сигнал переключателя 4 задает зону памяти, а разрядный код с выхода 11 блока 6 определяет адрес ячейки в выбранной зоне,Регистрирующее устройство 8 при поступлении на его тактирующий вход сигнала "Конец обработки" регистрирует результат обработки, поступающий с выхода блока б, и код номера канала, поступающий с цифрового выхода коммутатора 2.Функционирование системы определяется положением переключателя 4, устанавливаемого на этапе подготовки устройства к работе, и алгоритм действия блока 6. При установлении переключателем 4 режима "Измерение" к входам региства 23 через мультиплексоры 20 и 22 подключаются соответственно выход узла 16 сравнения и выход ждущего генератора 18.Работа системы начинается при Формировании. переключателем 4 сигнала "Пуск" на связи 10, Этот сигнал через элемент ИЛИ 24 поступает на тактирующий выход блока 6 в качестве сигнала "Конец обработки" и через элемент 25 задержки на вход элемента И 21, открытого по дюугому своему входу сигналом "Измерение" на связи 10, Сигнал с выхода элемента И 21 поступает иа установочный вход регистра 23 и переводит последний в состояние, соответствующее Ф -разрядному коду 0111. Этот код поступает с выхода блока б на вход блока 7 памяти. С выхода блока 7 памяти содержимое ячейки, отвечающее заданному адресув зоне, определяемой положением пе- .реклюуателя 4, поступает на вход блока 6. Сигнал "Конец обработки", поступая на тактирующие входы коммутатора 2, АЦП 5 и регистрирующего устройства 8, вызывает соответственноподключение очередного канала коммутатора 2, сброс и запуск АЦП 5,регистрацию кодов на выходе блока 6и выходе коммутатора 2. По завершении 1 фпроцесса аналого"цифрового преобразования АЦП 5 формирует тактирующийвход блока 6. По этому сигналу в регистр 15 записывается код с выходаАЦП 5, запускается ждущий генератор18, однако сигнал "Конец обработки"не формируется, так как элемент ИЛИ-НЕ 7 закрыт по входу.Узел 16 сравнения сравнивает поступившие на его вход коды и по результату сравнения (больше, равноили меньше) определяет первую старшую цифру результата обработки 0или 1 соответственно, которая с выхода мультиплексора 20 записывается в 25регистр 23 при поступлении на еготактирующий вход первого тактирующего импульса от ждущего генератора 18через мультиплексор 22. В каждом последующем такте регистр 23 осущест- З 0вляет сдвиг 0 в выходном коде наодин разряд в сторону младших, а впозицию, из которой производитсясдвиг, записывается полученный вэтом такте результат сравнения. 35Процесс определения результатаобработки осуществляется за Ю тактови завеошается формированием на так-,тирующем выходе регистра 23 сигнала,который через элемент ИЛИ 24 посту 40пает на выход блока 6, на вход ждущего генератора 18, который прекращаетформировать тактирующие импульсы, атакже через элемент 25 задержки иэлемент И 21 на установочный вход45регистра 23. Время задержки, формируемое элементом 25, должно быть достаточным для восприятия регистрирующим устройством 8 результата обработки с выхода блока 6.Процесс определения результатов50обработки при измерении в последующихканалах аналогичен.При установлении переключателем 4режима "Контроль" к входам регистра23 через мультиплексоры 20 и 22 под 55ключаются соответственно четвертаяи пятая линии этой шины и производится запись в регистр 23 кода, соответстующего граничному значению результата обработки. Запись осуществляетсяпутем формирования разрядов кода,начиная со старших, при этом по связи1 О поступают тактирующие импульсыдля записи каждого разряда. Кроме того, положение переключателя 4 определяет на связи 10 сигналы, соответствукнцие требуемому условию контроля(результат обработки больше, меньшеили рутвен установленному граничномузначению), Сигнал 4 поступают на входы мультиплексора 19, подключающеговыбранный вход узла 16 сравнения квыходу блока 6,Работа системы в режиме "Контроль"начинается при формировании переключателем 4 сигнала "Пуск", который через элемент ИЛИ 24 поступает на выход блока 6 и воспринимается системойкак сигнал "Конец обработки" при работе в режиме "Измерение". Однаковнутри блока б элемент И 21 закрытпо своему входу сигналом "Контроль"на связи 10, и поэтому сигнал "Конецобработки" не проходит на установочный вход регистра 23. По завершениипроцесса аналого-цифрового преобразования АЦП 5 формирует тактирующийсигнал "Конец преобразования", который поступает на вход блока 6. Поэтому сигналу в регистр 15 записывается код с выхода АЦП 5 и на выходеблока 6 формируется сигнал "Конецобработки", так как элемент ИЛИ-НЕ 17открыт по своему входу сигналом "Контроль", на связи 10. Узел 16 сравнения производит сравнение поступившихна его вход двух кодов. Выбранныйвыходной сигнал узла 16 (больше,меньше или равно) как результат контфроля через мультиплексор 19 поступает на выход. Состояние регистра 23 при этом не изменится. Остается также неизменным адрес, по которому происходит обращение в блок 7 памяти и, следовательно, остается прежним код, отвечающий заданному граничному значению.Процесс контроля в других каналах аналогичен.Вычисление в качестве результата сравнения кодов условия "Равно" позволяет без дополнительных временных и аппаратурных затрат определять эквипотенциальные контуры для различных уровней исследуемых параметров.1096658 10 Составитель А.Жереноведактор О.Юрковецкая Техред А. Ач Коррект рде 7 Тираж 699НИИПИ Государственного комитета СССРделам изобретений и открытий.4/5 ал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектна В предлагаемой системе результаты обработки получают поразрядно, начиная со старших, что позволяет уменьшить задержку в передаче сигналов управления, исключить буферные накопи 3827/3Впо13035 тели в линии связи. Эти преимуществаделают целесообразным исполь"зование предлагаемых устройствв телеметрии и системах управления.