Устройство для передачи информации, например, о загрязнении окружающей среды

ОП ИСАНИИИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДИНА НЬСГВУ(45) Дата опубликовании описания М.6.18,ОО ВО 49 Своз СоветсеаСцмалметмчесеаРескубйми 2( 08 С 18/12 Гвсуднрстаеинвй емтат Веввтв )йнннстров СССР а делам нзабретений в атронй(72) Авторы изобретения Е, Б. Грейз, Д. И. Мехович и А, Г. Рошни Центральное конструкторское бюро гицрометеоропогическогоприборостроении(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ, НАПРИМЕР, 0 ЗАГРЯЗНЕНИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 1Изобретение относится к области измерительной техники, применяемой в метеорологииИзвестно устройство для передачи информации, предназначенное для измерения метео-. параметров и состоящее из датчиков, аппаратуры для измерения мгновенного значения ве личин и усредненных значений, регистрирующего устройства, тактового генератора, хронометрического устройства и селектора 1.Однако функциональные возможности этого устройства ограничены. Например, при пере. стройке станции дляизмерения параметров окружающей среды с разными периодами осреднения необходимо значительно увеличивать объем аппаратуры из-за необходимости управлять (в частности, открывать входы) счетчиками аппаратуры для измерения усредненных 1 а значений.Кроме того, в этом устройстве информацию можно получать лишь через жестко заданные интервалы времени; которые не могут быть меньше любого интервала осреднения,Известно устройство для передачи информациио состоянии окружающей среды, содержащее метеорологические датчики, управляю. щий блок, запоминающий блок, измерительный блок и различные вспомогательные блоки 12), 25 2При этом значительный объем аппаратуры делает нецелесообразным применение такого устройства для измерения небольшого числа параметров, а разнотипность каналов измерения не позволяет упростить отдельные узлы устройства при измерениях небольшого числа параметров окружающей среды (например, сложное устройство управления). Это сужает функциональные возможности устройства.Оперативность выдаваемой станцией информации неудовлетворительна, так как обновление информации происходит через фиксированные интервалы времени 5,10, 30 м, 1 ч или 3 ч (минимально - через 5 м).Наиболее близким по технической сущнос. ти к изобретению является устройство для передачи информации, содержащее блок связи, выход которого соединен с первым входом блока вызова, блок тревожной сигнализации, выход которого подключен к первому входу блока связи, блок управления, блок идентификации, элемент ИЛИ и в каждом информационном канале - датчик, . выход которого подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП), сдвигающий регистр, эле. менты И и ИЛИ 13).Недостатком прототипа является то, что измеряемая информация, представленная в ви.де дискретных отсчетов мгновеншх значе.ний измеряемых параметров окружающей среды, не фильтруется, а только накапливается в течение определенного интервала времени, В подавляющем же большинстве случаев тре.буются фильтрованные значения параметров окружающей среды, так как такая информация точнее отражает состояние объекта, В частнос.ти при использовании неотфильтрованной информации для цепей тревожной сигнализации возможно появление ложных сигналов тревоги, обусловленных измерением параметра в некор.ректных условиях. Например, при резком повышении концентрации пыли вблизи датчика на незначительное время, вызванном движением автомобиля, появляются сигналы тревоги.(Правильно выбранный цифровой фильтр производит сглаживание н сигналы тревоги появят ся лишь в действительно соответствующей нм ситуации).Передача на центральный пункт измеряемых значений с последующей,фильтрацией данных в центре значительно перегружает канал связи и является существенным недостатком при работе системы нэ нескольких станций и центра с одним каналом связи, т. е. требуется специально выделенный канал связи, чтосужает диапазон функциональных возможностей.Кроме того, увеличение интервала накопления 1 я (например, с целью повышения помехоустойчивости устройств тревожной сигнализации) снижает оперативность получения информации. Например, при 1 = 30 м в течение каждого такого интервала можно получить лишь информацик, накопленную за предыдущие 30 м.Получение фильтрованных значений параметров окружающей среды (с возможностью изменения как периода фильтрации Т, так и частоты регистрации фильтрованных значений) имеет большое значение и для научных исследований.Целью изобретения является повышениебыстродействия устройства, расширение его функциональных возможностей и повышение оперативности получения информации.Зта цель достигается тем, что в предложенное устройство введены формирователь частот и в каждый информационный канал - инвертор и цифровой фильтр, вход которого под.ключен к выходу АЦП, выход - к первому входу первого элемента И, ко.второму входу которого подключен выход инвертора. Выходы первого и второго элементов И соединены через первый элемент ИЛИ с информационным входом сдвигаюшего регистра, тактовый вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ. Выход сдвигающего регистра соединен с первым входом второго элемента И и соответствующим входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу блока тревожной сигнализации и ко второму входу блока связи, Первый выход формирователя частот подключен ко второму входу блока вызова, второй выход - к первому входу блока управления, третий выход - к первому входувторого элемента ИЛИ каждого ииформацион.ного канала, второй вход которого подключенк соответствуюгцему выходу блока управления.5 Другие выходы блока управления соединены совходом инвертора, вторым входом второго элемента И соответствующего информационногоканала и со входами блока идентификации, выход которого подключен ко второму входу блока тревожной сигналнзации и к третьему входу блока связи. Выход блока вызова соединен со вторым входом блока управления.г 1 а фиг. 1 показана функциональная схемаустройства для передачи информации о состоя.нии окружающей среды; на фиг. 2 - цифро 5 вой фильтр.Устройство содержит датчики 1, 2, АЦП,преобразователи 3, 4, цифровые фильтры 5, 6,инверторы 7, 8 элементы И 9 - 15, элементыИЛИ 16 - 20, формирователь частот 21, триггер 22, блок управления 23, смвигаюшне ре- .гистры 24, 25, распределитель 26, счетчики 27,28, шифратор пороговых значений 29; блоктревожной сигнализации 30, блок идентификации 31, блок вызова 32 и блок связи 33.С выхода датчиков 1, 2 снимается электрический сигнал, величина которого соответствует величине измеряемого параметра окружающей среды,Преобразователи 3, 4 преобразуют выходные сигналы соответствующих датчиков в частоту (или число-импульсный код).30 Цифровые фильтры 5, 6 (фиг. 2) служатдля фильтрации частоты, соответствующей измеряемому параметру, за определенный период времени Тр. Частота, поступающая с выходов фильтров, пропорциональна значению измеряемого параметра, фильтрованного за период Т, Фильтр осуществляет выделение пе. ременной составляющей сигнала с выхода преобразователя (девиация частоты) и делениеэтой переменной составляющей на коэффициент К.4 п Фильтр содержит. шину 34 частоты 1 шину 35 частоты 1, реверсный счетчик 36, дешифратор 37, триггер 38, формирователь 39,элемент И 40 н делитель частоты 41,Сигналы с выхода преобразователя поступают поочередно на шины 34 и 35 цифрового4 фильтра: в течение 1 с на шину 34, связаннуюс суммирующим входом счетчика 36 поступаетчастота 1 в следующую секунду на шину 35поступает частота 1 и т, д., причем информацию о величине измеряемого параметра несетдевиация частоты, т. е.Ь 1= - - (, ОШина 35 связана с вцчитающим входом счет.чика 36 и с элементом И 40.Сигнал на выходе дешифратора 37 появляется Ь том случае, если счетчик 36 обнулен .и есть импульсы частоты 1,.Зтим сигналом триггер 38 устанавливаетсяв состояние 1, тем самым дается разрешениена один вход элемента И 40, В состояние Отриггер 38 устанавливается импульсами частою ты поступающими по шине 34. При этомформирователь выдает сигнал на сброс в О счетчика 36Фильтр начинает работу с поступления в течение 1 с. на шину 34 частоты 1,. В счетчике 36 за это время записывается число А,. Затем по шине 35 поступает в течениес.частота х, причем, как только число импульсов этойчастоты станет равно Ао, счетчик 36 обнуляется, появляется сигнал на выходе дешифратора 37, триггер 38 устанавливается в 1 и импульсы поступаютчерез второй вход элемента И 40 на делитель частоты 41, выход которого является выходом цифрового фильтра. Затем начинается новый секундный интервал, на шину поступают импульсы частоты 1 триггер 38 устанавливается в О, сигнал с выхода формирователя 39 обнуляет счетчик 36 и т. д.Формирователь частоты 21 предназначендля формирования сетки частот требуемыхзначений.Триггер 22 служит для формирования интервалов считывания информации.Блок управления 23 вырабатывает сигнал считывания информации для каждого каналаизмерения и сигнал окончания считывания, поступающии на блок вызова 32.Распределитель 26 входит в состав блока управления 23 и предназначен для формирования сигналов разрешения при считывании информации с регистров 24 и 25 и команд на блок идентификации 31,Шифратор пороговых значений 29 входит в состав блока тревожной сигнализации 30. На вход этого шифратора поступают сигналы с выхода блока идентификации 31. Выходы шифратора 29 связаны с установочными входами счетчика 28. При поступлении на входшифратора 29 кода - идентификатора параметра с выхода блока идентификации 3 в счетчике 28 импульсно устанавливается параллельный обратный код порогового значения для 5 1 О15 данного параметра, сформированный на выходах шифратора 29.Г 1 ри поступлении на счетный вход счетчика 28, связанного с выходом элемента ИЛИ 20,числа импульсов, соответствующего пороговому значению, на выходе счетчика 28 появляется импульс переполнения, Этот импульс, являющийся сигналом тревожной сигнализации,поступает на блок связи 33.Блок тревожной сигнализации 30 предназначен для сравнения полученной информациис пороговыми значениями и выработки ссют.ветствующих сигналов превышения этих порогов,Блок идентификации 3 предназначен дляполучения кода-идентификатора того параметра, считывание которого производится в данный момент.Блок вызова 32 предназначен для формирования команды считывания информации припоступлении на его вход сигналов запроса.Сигналы запроса могут поступать как из блока связи 33; так и с различных внешних устройств (на чертежах не показаны), например 60 с дополнительных регистраторов или информационных табло,Блок связи 33 предназначен для установления связи и передачи информации на центральный пункт, а также для регистрации информации об измеренных значениях пара.метров и о превышении ими пороговых значений на долговременный носитель, например магнитную ленту. Причем регистратор может бы 1: расположен как в месте установки самой станции контроля окружающей среды, так и на центральном пункте. В зависимости от предьявляемых требований станция может быть использована либо как пассивное звено.системы контроля окружающей среды (связь устанавливается только по вызову из центрального пункта), либо как активное звено (центр вызывают по сигналам блока тревожной сигнализации 30). Этими требованиями определяется выбор схемы блока связи 33.Устройство работает следующим образом.По команде Начальная установка (на чертеже шины команды не показаны) все триггеры и счетчики обнуляются. С выходов дат. чиков 1 и 2 поступает информация о соответствующих параметрах окружающей среды. Рас смотрим прохождение этой информации по каналу одного датчика (например датчика 1), С выхода преобразователя 3 частота, соответ. ствующая сигналу датчика 1, поступает на вход фильтра 5, с выхода которого на вход элемента И 11 поступает частота, величина которой определяется значением параметра окружающей среды и способом построения фильтра. Так как распределитель 26 обнулен, то на всех его выходах - запрещающие уровни, на выходе инвертора 7 - разрешающий уровень, и частота с выхода фильтра 5 проходит через элемент И 1 и элемент ИЛИ 16 на информационный вход регистра 24. На тактирующий вход этого регистра поступает частота иэ формирователя частоты 2 через элемент ИЛИ . Тактирующая частота определяется по формуле(еувЕТгде Т - период фильтрации,У - число разрядов регистра.Число разрядов регистра определяется максимальным значением параметра, полученным за период фильтрации, т. е.Х = ИПри таком выборе числа разрядов регистра и тактирующей частоты в каждый разряд регистра эа время одного тактаможет поступить не более одного импульса с фильтра. Так как в регистре 24 осуществляется непрерывный сдвиг информации тактирующей частотой, то информация в регистре соответ. ствует фильтрованному значению измеряемо. го параметра за интервал Т, предшествующий данному моменту времени, т, е. осущест.вляется непрерывное приведение информацииМ, = 1(Т;Цк видуИ; = Г,(ф)Аналогичное преобразование выполняетсяпо каналу датчика 2, т; е, в регистре 25 записывается информацияи, = 1,(1)Считывание этой информации производитсяпо сигналу из блока вызова 32, поступающему 10на триггер 22, По этому сигналу триггер 22устанавливается и состояние 1, записываятем самым 1 в первый разряд распределителя 26 и выдавая разрешающий сигнал наэлемент И 9. На второй вход этого элементапоступает частота считывания с формирователя частоты 21, значение которойсч )2 уфЭта частота поступает на суммирующий входсчетчика 27, емкость которого равна 2. Каждый импульс переполнения с выхода счетчи- дка, 27 поступает на вход распределителя 26,тем самым осуществляется переключение разрешающего сигнала иа следующий разряд распределителя 26, т. е. его сдвиг. Выходы распределителя 26 связаны с одними входами элементов И 14, 15, на вторые входы каждогонз которых подается частота считывания 1,сформирователя частоты 21. Следовательно, навыходе каждого элемента И 14, 15 появляетсяпоследовательность импульсов 7,Так как в начальный момент считыванияразрешение поступает только с выхода первого разряда распределителя 26, то первая после.довательность импульсов поступает через элемент И 14 на вход элемента ИЛИ 7 и далеена тактирующий вход регистра 24.Разрешение с выхода первого разряда по- ЗБступает также на один вход элемента И О,на другой вход которого поступают сигналы свыхода регчстра 24, поступающие, таким образом, через элемент 1 ЛИ 1 б на выход этого жерегистра. Через ннвертор 7 на один вход эле.мента И 11 подается запрещающий сигнал напрохождение информации с выхода цифровогофильтра 5 на вход регистра 24.Итак, на тактирующий вход регистра 24,выход которого на момент считывания соединен со своим входом, подается число импульсов 2, равное числу разрядов регистра. Следовательно, по окончании последовательности импульсов на тактирующем входе регистра 24,число, записанное в каждом разряде регистра(О пли ) соответствует числу в этом жеразряде регистра до начала считывания, т, е, Оосуществляется неразрушающее считывание информации,Последовательность импульсов с выхода ре.гистра 24 поступает также на элемент ИЛИ 20,и с его выхода - на блок тревожной сигна.лнзации 30 и блок связи 33. На другие входыэтих блоков поступает сигнал с выхода блокаидентификации 31, код которого соответствуетномеру (или другому признаку), присвоенномупараметру, информация о котором считывается.Появление этого кода на выходе блока идеити фикации обусловлено появлением сигнала разрешения на выходе первого разряда распре. делителя 26, связанного с одним из входов блока идентификации 31.После того как иа вход счетчика 27 поступит Х импульсов (от момента установки триггера 22 в состояние ), импульс пере полнения на выходе счетчика 27 производит сдвиг распределителя 26, т. е. разрешение поступает с выхода второго разряда распределителя. Тем самым осуществляется неразрушающее считывание информации, запиСанной в ре. гистре 25," аналогично считыванию информации с регистра 24,Информация с выхода регистра 25 поступа. ет на вход элемента ИЛИ 20 и далее на блок тревожной сигнализации 30 и блок связи 33. На другие входы этих блоков поступает сигнал с выхода блока идентификации 31, соответствующий коду, принятому для номера второго параметра (на выходе блока идентификации 31 разрешение с выхода второго разряда распределителя. 26),Таким образом, командами с распределителя 26 осуществляется последовательное считывание информации, измеряемой в каждом канале станции. Время считывания информации с каждого сдвигающего регистра значительно меньше одного периода частоты, поступающей на тактирующий вход регистра в режиме записи информации, так как считывание производится высокой частотой. Следовательно, хотя на время считывания информации с каждого сдвигающего регистра, подается запрещающий сигнал на прохождение информации с выхода соответствующего цифрового фильтра, эта информация не теряется, а записывается сразу же после окончания времени считывания информации с регистра. Синхронизация частот, поступающих на тактирующие входы регистров в режимах записи и считывания информации, производится в формирователе частот 2 и связанном с ним блоке вызова 32.Этим запрещается прохождение тактирующей частоты на считывание в те моменты времени, когда это может вызвать потерю записываемой информации.После того как считана информация с последнего сдвигающего регистра, сигнал переключения с выхода распределителя 2 б поступа. ет на вход триггера 22, устанавливает его в состояние О и считывание информации прек., , ращается.На блок тревожной сигнализации 30 поступает в интервал считывания число-импульсный код с выхода элемента ИЛИ 20. Этот число- импульсный код соответствует значениям измеряемых параметров. Перед началом поступления число-импульсного кода каждого параметра с блока идентификации 3 поступает код самого параметра, определяемый схемой блока идентификации 31, т. е, требуемым макетом сообщения. Код-идентификатор с блока идентификации 31 поступает на шифратор пороговых значений 29 в блок тревожной сигнализации 30. На выходе шифратора 29 появляетсяпараллельный обратный код порогового значения параметра, считывание которого начинается, Этот обуатный код порогового значения импульсно устанавливается в счетчике 28.После этого на счетный (суммирующий) входсчетчика 28 с выхода элемента ИЛИ 20 начинает поступать число-импульсный код измеренного значения параметра. Если число импульсов этого кода превысит пороговое значе.ние, на выходе счетчика 28 формируется им опульс переполнения, который н является сигналом тревоги, поступающим с блока тревожной сигнализации 30 на блок связи ЗЗ. Такпроводится контроль каждого измеряемого нараметра и, следовательно, всей информациипри считывании. Такой контроль практическиможно проводить как угодно часто.Выход формирователя частот 21 соединенсо входом блока вызова 32, и периодичностьсигналов, поступающих по этому выходу, ой.ределяет периодичность считывания информа. оции и, следовательно, ее контроля, При этоминформацию нс обязательно передавать вцентральный пункт или фиксировать иа долговременный носитель при каждом считывании. Достаточно того, что эта. информация поступает на блок связи 33, что позволяет решать широкий круг задач: фиксировать информацию на долговременный носитель в требуемые моменты времени, передавать в центр каквместе с сигналами тревожной сигнализации,так и без них, вызывать центральный пунктпри поступлении сигналов тревоги с блока 30,начинать считывание по запросу из центра(для этого выход блока связи 33 связан совходом блока вызова 32) и т. д. Этими задачами и обусловлен выбор схемы блока связи.При большом числе потребителей ннформа- збции станции контроля окружающей среды вблоке вызова 32 должна быть использованасхема приорйтета для работы при одновременном вызове от. различных потребителей информации.На фиг. 1 показаны два канала измерения 49(число каналов измерения может быть любым) .Период фильтрации Т,. можно легко изменять, выбирая соответствующую тактирующуючастоту на выходе формирователя частот 21,Характер фильтрации определяется выбо-ром цифрового фильтра соответствующего типа,Технико-экономический эффект изобретениязаключается в расширении функциональныхвозможностей станции контроля окружающейсреды и повышении оперативности при получении фильтрованных значений измеряемых параметров. Станцию контроля окружающей среды можно использовать как низовое звено сбора информации об окружающей среде и дляее контроля, прн этом на центральный пунктпередается отфильтрованная информация, наиболее. точно отражающая состояние объекта ипозволяющая делать более надежные прогнозы. Передача этой информации может осуществляться как по запросу из центра (нриэтом важным фактором является высокая опс ьо ративность, так как информация передается практически сразу после запроса), так н по инициативе самого низового звена в определенные моменты времени нли прн достижении по. роговых значений параметрами окружающей среды. Возможность считывания информации многократно и в любой момент времени позво- ляет рационально использовать канал связи и регистрирующую аппаратуру,Предлагаемое устройство можно использо. вать в качестве автономного прибора для измерения небольшого числа параметров, при этом сравнительно просто изменить и структуру и объем станции.Сравнительная простота изменения периода и способа фильтрации измеряемых значений параметров окружающей среды позволяет эффективно использовать станцию контроля ок. ружающей среды и для научных исследований.Формула изобретенияУстройство для передачи информации, на. пример, о загрязнении окружающей среды, содержащее блок связи, выход которого соединен с первым входом блока вызова, блок тревожной сигнализации, первый выход которого подключен к первому входу блока связи, блок управления, блок идентификации, элемент ИЛИ и в каждом информационном канале - датчик, выход которого подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, сдвигающий регистр, элементы И и ИЛИ, отличаюи 1 ееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены формирователь частот и в каждый информационный канал - инвертор и цифровой фильтр, вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, выход соединен с первым входом первого элемента И, ко второму входу которого подключен выход инвертора; выходы первого и второго элементов И соедииены через первый элемент ИЛИ с информационным входом сдвигающего регистра, тактовый вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ; выход сдвигающего регистра соединен с первым входом второго элемента И и соответствующим входом элемента ИЛИ, выход которото подключен к первому входу блока тревожной сигнализации и ко второму входу блока связи; первый выход формирователя частот подключен ко второму входу блока вызова, второй выход - к первому входу блока управления, третий выход - к первому входу второго элемента ИЛИ каждого информационного канала, второй вход которого подключен к соответствующему выходу блока управления; дру. гне выходы блока управления соединены со входом ипаертора, вторым входом второго элемента И соответствующего информационного канала и со входами блока идентификации, выход которого. подключен ко второму входу блока трен. кной сигнализации н к третьему входу блока связи; выход блока вызова соединен со вторым входом блока управления.60149 Составитель Н, ЛысенкТехред О. Луговая Тяраж 763 Редактор Л. УтехинаЗаказ 30 бг 40 Ректор Н Тудицадпнсиое ОНИИПИ Госу 11303рственного комитета Совета Министровделам язобретеиий я открытийМосква, Ж.ЗЬ, Раушская иаб. д. 4/5П Патент, г. Ужгород, ул. Проектнзя,ял Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Патент франции1;420.503, кл. 6 01 К, 1967. 1 с2. Автоматическая станция КРАМС. Л Гндрометеоиздат, 1974.3, Заявка франции 2.40.119, 608 в100 1976.