Устройство для измерения расстояния

(19) 111)С 51)4 С 0 2 1 ТИИОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ В.Р 11) 3 И.4.Я ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике,касается электронных шагомеров дляопределения расстояния, пройденногопо среднепересеченной местности, ииспользуется в спорте и медицине.Устройство содержит датчик 1 шага,формирователь 2 импульсов датчикашага, генератор 3 импульсов, элемент И 4, двоичный умножитель 5,двоичный счетчик 6, десятичный счетчик 7, цифровой индикатор 8 и блок9 ввода масштабного коэффициента.Прй движении на местности срабатывает датчик 1 шага, на выходе формирователя,2 импульсов датчика шагапоявляется сигнал высокого уровня,который разрешает прохождение черезэлемент И 4 импульсов генератора 3на вход двоичного умножителя 5, навыходе которого формируются на каж 1219922дом шаге пачки импульсов, с числом импульсов в каждой пачке, пропорцио- нальным средней длине перемещения.Эти импульсы суммируются в двоичном счетчике 6 и в момент его переполнения поступают на счетный вход десятичного счетчика 7. Контроль пройденного расстояния в метрах осуществляется по цифровому индикатору 8. 3 з, и. ф -лы.4 ил.Блок 9 ввода масштабного коэффициента (фиг.3) содержите -триггеры 16 и 17, элементы И-НЕ 18-20, элемент И 2 1, двоичный счетчик 22, восьмиканальные мультиплексоры 23 и 24 и десятичный счетчик 25,35 Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике, в частности к электронным шагомерам, предназначено дпя определения пройденного пользователем расстояния 5 ,по среднепересеченной местности и может быть использовано в спорте и медицине.1Цель изобретения - расширение1 О функциональных возможностей и повышение эксплуатационных возможностей.На Фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения расЪстояния; на фиг. 2 - структурная15 схема формирователя импульсов датчика шага на фиг. 3 - структурная схема блока ввода масштабного коэффи. циента на фиг. 4 - структурная схема двоичного умножителя.Устройство для измерения расстояния (фиг. 1) содержит датчик 1 шага, выполненный, например, в виде электромагнитного грконового датчика, формирователь, 2 импульсов датчика ша. га, генератор 3 импульсов, элемент25 И 4, двоичный умножитель 5, двоичный счетчик 6, десятичный счетчик 7, цифровой индикатор 8 и блок 9 ввода масштабного коэффициента.Формирователь 2 импульсов датчи- ЗО ка шага (фиг.2) содержит 3 -триггеры 10 и 11, двоичный счетчик 12, эле 1 менты НЕ 13 и 14 и элемент И-НЕ 15. Двоичный умножитель 5 (Фиг.4) содержит двоичный счетчик 26, восьми- канальные мультиплексоры 27 и 28, элементы И 29 и 30 и элемент НЕ 31.Выход датчика 1 шага подключен к входу формирователя 2 импульсов. Выход генератора 3 импульсов подключен к первому входу элемента И 4, второй вход которого подключен к выходу Формирователя 2 импульсов. Выход элемента И 4 подключен к первому (число-импульсному) входу двоичного умножителя 5, выход которого подключен к счетному входу двоичного счетчика 6. Выход переполнения двоичного счетчика 6 подключен к счетному входу десятичного счетчика 7.Выходы разрядов десятичного счетчика7 подключены к первой группе входовцифрового индикатора 8, вторая группа входов которого подключена кгруппе выходов десятичных разрядов блока 9 ввода масштабного коэффициента. Другая группа выходов - двоичных разрядов блока 9 подключена к вторым входам двоичного умножителя 5.Тактовые входыП -триггеров 1 О и 11 и двоичного счетчика 12 соединены между собой и подключены к одной из выходных шин генератора 1 импульсов (на фиг. 1 эта связь не показана). ИнформационныйЭ -вход триггера 11 соединен с выходом элемента НЕ 13,вход которого является входом формирователя 2 импульсов и подключен к выходу датчика 1 шага. Вход элемента НЕ 14 подключен к выходу одного из разрядов двоичного счетчика 12, а ,выход - к входам блокировки счета счетчика 12 и входу обнуления Э-триггера 11. Выход Р-триггера 11 подключен к входу обнуления З-триггера 10 информационный 2-вход которого подключен к выходу элемента И 15, а выход - к входу обнуления двоичного счетчика 12 и первому входу элемента И 14 и входу элемента И 4 устройства. Второй вход элемента И 15 подключен к выходу элемента НЕ 13. сСчетный вход двоичного счетчика 26 подключен к выходу элемента И 4 устройства, а выходы - к соответствующим адресным входам восьмнканальных мультиплексоров 27 и 28 и к одному из входов элемента И 30, выполняющего в блоке функции одноканального мультиплексора. Выход первого мультиплексора 27 подключен к входу элемента И 29. Другой вход элемента И 29 подключен к выходу элемента НЕ 31, вход которого подключен к число-импульсному входу двоичного умножителя 5. Выход элемента И 29 является выходом двоично. го умножнтеля. Информационные входы мультиплексоров соединены между собой соответствующим образом по известной схеме и подключены к соответствующим разрядам двоичного . счетчика 22 блока 9 ввода масштабного коэффициента.Информационные Э-входы триггеров 16 и 17 подключены к винам управления "М" - "Медленный ввод" и "Б" - "Быстрый ввод", которые .через ключи соединяются с источниками формирования логической единицы (на фиг.З источники и ключи не показаны). Первый вход элемента И-НЕ 18 соединен с шиной генератора, ,на которой присутствует частота 1 ;обеспечивающая медленную скорость 1 ввода информации, и со стробирующими входами З-триггеров 16 и .17. Первый вход элемента И-НЕ 19 соединен с шиной генератора, на которой присутствует частота 1, обеспечивающая сравнительно высокую скорость ввода информации. Обе скорости ввода (частоты 1, и 1 ) выбираются такими, чтобы пользователь при вводе масштабного коэффициента, численно равного длине его шага, мог визуально контролировать по цифровому индикатору 8 вводимую информацию. Вторые входы элементов И-НЕ 18 и 19 подключены к выходам 2-триггеров 16 и 17 соответственно,1219922 4а выходы - к входам элемента И-НЕ 20,Выход этого элемента соединен спервым входом элемента И 2 1 и счетным входом двоичного счетчика 22.Выходы разрядов двоичного счетчика.22 подключены к соответствующим адресным входам 8-канальных мультиплексоров 23 и 24, причем старший7-й разряд двоичного счетчика 22 под 1 О ключен непосредственно к первому информационному входу мультиплексора24. Выход мультиплексора 24 подключен к первому информационному входумультиплексора 23, выход которого15 подключен к второму входу элементаИ 2 1Остальные информационные входымультиплексоров 23 и 24 соединенымежду собой соответствующим образоми подключены к источникам формирова 20 ния уровней логического нуля и единицы. Двоичный счетчик 22, мульти. плексоры 23 и 24 и элемент И 21 приуказанных связях образуют 7-разрядный двоичный умножитель, выполняющий25 в блоке 9 функции масштабирующегопреобразователя кодов. Кодом управления такого двоичного умножителяпреобразователя является двоичныйкод 1100011 . Младший разряд кода%1 поступает на первый информационныйвход мультиплексора 24 непосредственно с выходов 7-го разряда двоичного счетчика. В результате на 127входных импульсов, поступающих на35счетный вход двоичного счетчика 22Фна выходе элемента И 21 формируется99 выходных импульсов, которые поступают на счетный вход десятичногосчетчика 25. 0 -входы счетчиков 22 и25 соединены между собой и подключе-.ны к шине "Установка нуля". Вьасодыразрядов двоичного счетчика 22 образуют первую группу выходов блока 9,которая подключена к соответствующимвходам двоичного умножителя 5, а выходы разрядов десятичного счетчика25 образуют вторую группу выходовблока 9, которая подключена к соответствующим входам цифрового индикатора 8, что позволяет в момент вводаили коррекции масштабного коэффициента (средней длины шага пользователя) контролировать вводимую информацию по цифровому табло. 55 формирователь 2 импульсов датчика 1 шага выполнен по схеме формирования импульса калиброванной длительности с защитой от дребезга кон 5 1219 тактной группы геркона. Длительность формируемого временного интервала определяется входной частотой 1, поступающей с одной из шин генератора импульсов, и объемом двоичного счетчика 12. 3 -триггеры 10 и 11 выполняют функции элементов защиты от дребезга контактов датчика и синхронизации. При появлении на входе элемента НЕ 13 сигнала высокого уровня 1 О (логическая единица), поступающего с "выхода датчика 1 шага, по переднему Фронту импульса частоты 1 срабатывает 3 -триггер 10, работающий совместно с элементом И-НЕ 15 в режиме "Защелка", разрешая работу двоичному счетчику 12. В момент переполнения двоичного счетчика 12 на его выходе формируется сигнал, который через элемент НЕ 14 блокирует рабо ту двоичного счетчика 12 и разрешает 2-триггеру 11 обработку сигнала окончания формирования временного интервала калиброванной длительности. При этом, если на входе форин рователя 2 сигнал датчика 1 шага еще присутствует, то триггер 11 сигнала окончания формируемого интервала не отрабатывает, а ожидает устойчивого уровня логического нуля. При появлении на входе формирователя 2 сигнала логического нуля, срабатывает Э-триггер 11, который приводит Формирователь 2 в исходное состояние. Практическое время формирования длительности импульса формирователя 2 составляет 0,2-0,3 с и определяется техническими возможностями датчика 1 шага, в частнос- . ти его инерционностью,40Перед началом работы устройства пользователю необходимо с помощью блока 9 ввестиов устройство значение средней длины своего шага. Для этого, обнулив счетчики 22 и 25, включени ем соответствующих ключей шин "М" и "Б" в счетчики 22 и 25 записывается двоичный К,щ и десятичный 81 О коды в соотношении М ф 100 Й, /128, 50Таким образом, при вводе масштабного коэффициента (средней длины шага) информация контролируется пользователем в десятичной системе 55 счисления, а ее двоичный промасштабированный эквивалент вводится в, устройство автоматически. 922 6Работа двоичных умножителей устройства основана на принципах мультиплексирования логических состояний разрядов 7-разрядного кодауправления. Поскольку техническое решение двоичного умножителя блока 9 аналогично двоичному умножителю 5, то их работу ,рассмотрим на примере работы двоичного умножителя 5.При поступлении на счетный вход двоичного умножителя 5 число-импульсного потока частоты 1 О, изменяются состояния разрядов счетчика 26 и, следовательно, адреса коммутируемых каналов мультиплексоров 27, 28 и 30. При этом на каждый входной импульс на выходе мультиплексора 27 появляется отклик-уровень логической единицы или нуля кода управления умножителем, присутствующего на информационных входах мультиплексоров, в последовательности, определяемой закономерностью формирования выходного число-импульсного потока при умножении входной частоты на двоичный параллельный код. Задержанные элементом НЕ 31 импульсы входной частоты 1 О , совпадающие с уровнями логических единиц, присутствующих на втором входе элемента И 29, проходят на выход умножителя. В результате на выходе элемента И 29 присутствует импульсный поток, средняя частота следования импульсов которого пропорциональна двоичному коду управления.Устройство для измерения расстояния работает следующим образом.В исходном состоянии счетчики 6 иобнулены, а на управляющих входах двоичного умножителя присутствует параллельный двоичный код, пропорциональный значению средней длины шага пользователя, введенного в устройство с помощью блока 9 ввода масштабного коэффициента. При движении на местности срабатывает датчик 1 шага, при этом на выходе формиро-. вателя 2 импульсов появляется сигнал высокого уровня, который .разрешает прохождение через элемент И 4 импульсов генератора 3 на вход двоичного умножителя. Число импульсов генератора 3 при заданной длительности формирования разрешающего сигнала Формирователя 2 импульсов должно быть равно числу импульсов заполнения 7-разрядного двоичного счетчика 267. 1 умножителя или кратно ему как 2 ,= 0,1,2- число кратности (в этом случае объем 7-разрядного. счетчика 6 устройства должен быть также увеличен с кратностью 2 ). В результате умножения входной частоты 1, на параллельный двоичный код длины шага пользователя на выхо-де умножителя 5 формируются на каждом шаге пачки импульсов с числом импульсов в каждой пачке, пропорциональным средней длине перемещения. Эти импульсы суммируются в двоичном счетчике 6 и в момент его переполнения поступают на счетный вход десятичного счетчика 7. Контроль пройденного расстояния в метрах осуществляется по цифровому индикатору 8. Кроме того, объем счетчика 6 выбран таким образом, что сигнал переполнения на его выходе соответствует накоплению перемещения пользователя .в 1 м. В случае, когда пользователю достаточно знать только количество пройденных им шагов, а не метров; то в блоке 9 ввода масштабного коэффициента принудительно или путем включения шин управления "М" и "Б" устанавливается число 99.Таким образом, предложенное устройство решает задачу подсчета числа шагов и может решать задачу измерения пройденного расстояния пользователем при движении его по равнинной или среднепересеченной местности. формула изобретения 1. Устройство для измерения расстояния, содержащее датчик шага, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, десятичный счетчик, выходы разрядов которогосоединены с первыми входами цифрового индикатора, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения информационных возможностей и повышения эксплуатационных возможностей, в него введены блок ввода масштабного коэффициента, двоичный умножитель, двоичный счетчик, генератор импульсов и элемент И, причем первый вход элемента И соединен с выходом генератора импульсов, второй вход его соединен с выходом формирователя импульсов, а выход - с первым входом двоичного умножителя, вторые 219922 8входы которого соединены с первой,. группой выходов блока ввода масштабного коэффициента, а выход - сосчетным входом двоичного счетчика, 5 выход переполнения которого соединен со счетным входом десятичногосчетчика, вторая группа выходов бло.ка ввода масштабного коэффициентасоединена с вторыми входами,цифро вого индикатора.2. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что формирователь импульсов выполнен в видедвух Ю-триггеров, двух элементов 15 НЕ, двоичного счетчика и элементаИ-НЕ, причем стробирующие входыЭ-триггеров и счетный вход двоичного счетчика соединены между собойи с первой выходной шиной генерато ра импульсов, информационныйЭ-входпервого триггера соединен с выходомэлемента И-НЕ, первый вход которого соединен с информационным Э-входом второго триггера и с выходом 25 первого элемента НЕ, вход которогоявляется входом формирователя, вто-рой вход элемента И-НЕ соединенс входом обнуления двоичного счетчика, выходом первого 3 -триггера ивыходной шиной формирователя, выходдвоичного счетчика через второй элемент НЕ соединен с выходом блокировки работы двоичного счетчика и выходом обнуления второго З-триггера,выход которого соединен с выходомобнуления первого Э-триггера.фФЭ. Устройство по п., о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что блок ввода .масштабного коэффициента выполнен в 40 виде З -триггера, трех элементов1И-НЕ, элемента И, двоичного счетчика,десятичного счетчика и двух восьмиканальных мультиплексоров, причемвходы стробирования -триггеров со единены с первым входом первого эле-мента И-НЕ и выходной шиной генера-тора импульсов, информационныйП-вход первого триггера соединен спервой шиной управления, выход - с 50 вторым входом первого элемента И-НЕ,первый вход второго элемента И-НЕсоединен с выходной шиной генератораимпульсов, второй вход - с,выходомвторого З-триггера, информационный55 вход которого соединен с второй шиной управления, выходы первого ивторого элементов И-НЕ соединены спервым и вторым входами третьего9 12 элемента И-НЕ, выход которого соеди-нен со счетными входами двоичного счетчика и первыми входами элемента И, второй вход. которого соединен с выходом первого восьмиканального мультиплексора, а выход - со счетным входом десятичного счетчика, выходы разрядов двоичного счетчика соединены с адресными входами перво,го и второго мультиплексоров, первым информационным входом второго мультиплексора и первой группой выходов блока ввода масштабных коэффициентов, выход второго мультиплексора соединен с первым информационным входом первого мультиплексора, второй, третий, четвертый, шестой, седьмой и восьмой информационные входы которого соединены с пятым информационным входом второго мультиплексора и с шиной формирования логической единицы, а остальные информационные входы мультиплексоров соединены между собой и с шиной формирования логического нуля, входы обнуления счетчиков соединены между собой и с шиной установки нуля, а выходы десятичного счетчика соединены с второй группой выхо -19922дов блока ввода масштабных коэффициентов.4. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что двоичный 5 умножитель выполнен в виде двоично,го счетчика, двух восьмиканальныхмультиплексоров, двух элементов И иэлемента НЕ, причем счетный входдвоичного счетчика соединен с вхо дом элемента НЕ и с входом двоичногоумножителя, выход элемента НЕ соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединенс выходом первого мультиплексора, а 15 выход является выходом двоичногоумножителяадресные входы мультиплексоров и первый вход второго элемента И соединены с соответствующимивходами разрядов двоичного счетчика, 20 выход второго мультиплексора соединен с первым информационным входомпервого мультиплексора, а остальныеинформационные входы мультиплексоров соединены между собой, с вторым 25 входом второго элемента И и с шинойуправления двоичным умножителем,а выход второго элемента И соединенс первым информационным входом второго мультиплексора.1219922каз 1315/50 Тираж 670 Подписно Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,