СЧЕТЧИК ИМПУЛЬСОВ Российский патент 1994 года по МПК H03K23/74 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля и управления, в вычислительных устройствах и в схемах шахтной автоматики, например в системе шахтной стволовой сигнализации с рабочих горизонтов на поверхность.

Известен десятичный счетчик, содержащий десять разрядных реле с контактными группами, входное реле с переключающей контактной группой, два переключающих реле с включенными параллельно обмоткам демпфирующими диодами, переключающие импульсы питающего напряжения к счетным шинам четных и нечетных импульсов, реле запуска схемы с демпфирующим диодом, включенным параллельно обмотке, которая последовательно с конденсатором, имеющим разрядное сопротивление, подключена на шины источника питания, и ключ сброса, обеспечивающий коммутацию питающего напряжения (а. с. СССР N 595864, кл. Н 03 К 23/03, 1981). Данный счетчик имеет следующие недостатки.

Недостаточная надежность работы схемы в связи с обесточиванием переключающих реле в момент переброса переключающих контактов входного реле, включающих обмотки переключающих реле на самоблокировку через собственный замыкающий контакт соответствующего переключающего реле.

Отказ схемы, находящейся в исходном состоянии в режиме ожидания, при кратковременной потере с последующим быстрым восстановлением питающего напряжения. В этом случае в момент отключения напряжения все разрядные реле отключаются, конденсатор реле запуска схемы не успевает разрядиться и при быстром восстановлении напряжения питания ток заряда конденсатора недостаточен для включения реле запуска, в результате чего все разрядные реле, включая и первые, остаются отключенными и схема неспособна воспринимать входные импульсы.

Невозможность применения схемы для многодекадного счетчика, так как при отключении напряжения питания на время, достаточное для полного разряда конденсатора реле запуска схемы при восстановлении напряжения питания, произойдет кратковременное включение реле запуска всех декад, в результате чего включатся первые разрядные реле этих декад, являющиеся одновременно входными реле для схем соответствующей декады старшего разряда. Это воспринимается схемой как одновременное поступление первого импульса на каждую декаду, начиная со второй, и приведет, например, при организации десятичного цифрового табло к высвечиванию единиц во всех декадах, за исключением декады младшего разряда.

При первом включении напряжения питания в схему многодекадного счетчика имеет место тот же недостаток, что и в п. 3.

Схема не обладает свойством "памяти": после накопления заданного количества кодовых импульсов в случае даже кратковременного перерыва питания происходит сброс информации.

Известен счетчик импульсов, обладающий свойством "памяти", содержащий входное реле с переключающей контактной группой, разрядные реле и соответствующие им двухпозиционные двухобмоточные переключатели, развязывающие диоды, ключ сброса, при этом устройство обеспечивает возможность при поступлении импульса переключением соответствующего двухпозиционного переключателя отключить предыдущую разрядную цепь с разрядным реле, подготовить соответствующую разрядную цепь к включению, а в момент окончания импульса включить соответствующую разрядную цепь (разрядное реле) и одновременно подготовить очередной последующий переключатель к приему следующего импульса.

Основными недостатками данного устройства, принятого в качестве прототипа, являются следующие.

Недостаточное быстродействие, что существенно при применении счетчика в схемах счетных устройств. По принципу действия схема требует применения в качестве разрядных и входного реле, рассчитанных на длительное включение. Такие реле отличаются низким быстродействием, особенно при отключении (например, входного реле). Общее быстродействие схемы прототипа определяется суммарным временем переключений трех элементов: наиболее быстродействующего - двухпозиционного переключателя, работающего к тому же в схеме всегда от подачи напряжения на одну из двух его обмоток, и небыстродействующих - разрядного реле и входного реле, работающих при подаче и при отключении питающего напряжения.

Недостаточная надежность из-за постоянного нахождения под током наиболее слабого в тепловом отношении элемента - обмотки разрядного реле, на котором остановился счет.

Повышенное энергопотребление за счет необходимости применения в качестве входного и разрядных реле длительного режима работы, конструкции которых отличаются большим энергопотреблением обмоток, а также за счет постоянного нахождения под током одного из разрядных реле в каждой декаде.

Цель изобретения - повышение быстродействия, надежности и снижение энергопотребления.

Цель достигается тем, что в счетчик импульсов, содержащий n разрядных цепей (n-1) развязывающих диодов, n двухпозиционных переключателей с замыкающими и размыкающими контактными группами с первыми и вторыми обмотками, первые выводы которых соединены с первой шиной источника питания, вторые выводы вторых обмоток через ключ сброса соединены с второй шиной источника питания, причем последняя разрядная цепь через замыкающую контактную группу последнего переключателя своим первым выводом подключена к второй шине питания, а каждая m-1 разрядная цепь (m = 2,3,4, . . . n) через последовательно соединенные соответственно размыкающий контакт m, замыкающий контакт m-1 переключателя и m-1 развязывающий диод своим первым выводом соединена в общую точку, дополнительно введены n+2 резисторов, первая и вторая группы из n, третья группа из n-1 и четвертая группа из двух оптопар, причем вторые выводы всех разрядных цепей через последовательно включенные соответствующие резистор и входные цепи оптопар первой и второй групп, а во всех разрядных цепях, кроме последней, и через входные цепи оптопар третьей группы соединены с первой шиной источника питания, при этом последовательно соединенныe n+1 резистор и входная цепь первой оптопары четвертой группы образуют входную цепь счетчика, выходная цепь этой оптопары соединяет вторую шину источника питания с вторым выводом первой обмотки каждого переключателя, кроме первого, соответственно через выходную цепь m-1 оптопары третьей группы, последовательно соединенные n+2 резистор и входная цепь второй оптопары четвертой группы подключены параллельно входной цепи первой оптопары четвертой группы, выходная цепь первой оптопары четвертой группы соединяет вторую шину источника питания с общей точкой первых выводов m-1 разрядной цепи, которая, в свою очередь, через выходную цепь последней оптопары первой группы соединена с общей точкой вторых выводов вторых обмоток переключателей, в каждой m-1 разрядной цепи общая точка развязывающего диода и замыкающего контакта переключателя через выходную цепь соответствующей оптопары первой группы соединена с второй шиной источника питания, а выходные цепи оптопар второй группы являются выходными цепями счетчика.

Заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия", так как не обнаружены технические решения со сходными признаками и свойствами.

На чертеже представлена схема предлагаемого счетчика с n разрядными цепями, например n = 10, которая, как и прототип, обладает свойством памяти и способна обеспечить многоразрядный десятичный счет при соответствующем числе декад по предлагаемой схеме.

Устройство содержит десять разрядных цепей, первую 1.1, 1.2. . . 1.10 вторую 2,1, 2.2. . . 2.10, третью 3.1, 3.2. . . 3.9 группы оптопар (оптоэлектронные ключи), группы ограничительных резисторов 4.1, 4.2. . . 4.10 и развязывающих диодов 5.1, 5.2. . . 5.9 разрядных цепей, четвертую группу из двух оптопар 6 и 7, ограничительные резисторы 8 и 9, обеспечивающие возможность приема входных импульсов, ключ 10 сброса, а также двухпозиционные двухобмоточные переключатели 11, 12. . . 20, имеющие замыкающую 11.1, 12.1. . . 20.1 и размыкающую 12.2, 13.2. . . 20.2 контактные группы, положение которых на чертеже соответствует состоянию после подачи питания на вторую обмотку переключателя.

На чертеже каждая m-1 разрядная цепь (m = 2,3,4. . . n) образована последовательным включением соответствующего развязывающего диода, ограничительного резистора, входных цепей оптопар первой, второй и третьей групп, а также замыкающего контакта соответствующего и размыкающего контакта последующего, т. е. m переключателя, причем первые выводы этих цепей (со стороны развязывающих диодов) соединены в общую точку, а вторые выводы этих разрядов цепей вместе с первыми выводами первых и вторых обмоток переключателей соединены с первой шиной источника питания с учетом ее полярности. Последняя разрядная цепь содержит последовательно включенные соответствующие резистор, входные цепи оптопар первой и второй групп и замыкающий контакт последнего переключателя, причем эта разрядная цепь включена между второй и первой шинами источника питания с учетом их полярности. Вторые выводы вторых обмоток переключателей соединены в общую точку, которая через ключ 10 сброса соединена с второй шиной источника питания. В каждой m-1 разрядной цепи общая точка развязывающего диода и замыкающего контакта переключателя соединена через выходную цепь соответствующей оптопары первой группы с второй шиной источника питания с учетом ее полярности, а выходная цепь последней оптопары первой группы соединяет общую точку первых выводов m-1 разрядных цепей с общей точкой вторых выводов вторых обмоток переключателей. Вторые выводы первых обмоток переключателей, причем первого непосредственно, а каждого m через выходную цепь соответственно m-1 оптопары третьей группы, соединены в общую точку, которая через выходную цепь оптопары 6 соединена с второй шиной источника питания, а входная цепь оптопары 6 с последовательно включенным ограничительным резистором 8 образует вход счетных импульсов счетчика. Цепь из последовательно включенных ограничительного резистора 9 и входной цепи оптопары 7 включена параллельно входной цепи оптопары 6, а выходная цепь оптопары 7 соединяет вторую шину источника питания с общей точкой первых выводов всех разрядных цепей, кроме последней. Выходные цепи оптопар второй группы являются выходными цепями счетчика.

Для осуществления предлагаемого устройства могут быть использованы те же переключатели, ключ сброса и диоды, что и в схеме прототипа, резисторы МЛТ, а в качестве оптоэлектронных ключей - тиристорные оптопары, например типа АОУ103, как показано на чертеже, или транзисторные оптопары, например типа АОТ110, ЗОТ110 с учетом схемы их включения (на чертеже не показано).

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на схему подано напряжение питания U, все разрядные цепи обесточены, положение контактных групп соответствует указанному на чертеже, все оптоэлектронные ключи, кроме ключа 7, отключены. Оптоэлектронный ключ 7 открыт (включен) за счет протекания тока по его входной цепи через первую обмотку первого переключателя, однако срабатывания этого переключателя не происходит в результате соответствующего ограничения тока цепи резистором 9.

При поступлении на вход счета первого импульса U_вх открывается (на время длительности импульса) ключ 6, выходная цепь которого обеспечивает подачу полного потенциала второй шины источника питания на первую обмотку первого переключателя, вызывая его переход во второе устойчивое состояние. Замыкающий контакт 11.1 этого переключателя замыкается, подготавливая первую разрядную цепь к включению, т. е. к протеканию тока в ней. Одновременно выходная цепь ключа 6 шунтирует входную цепь ключа 7 с последовательным резистором 9. Таким образом, на время действия входного импульса ключ 7 всегда отключен, а на время паузы всегда включен. Сразу же после окончания первого импульса включается первая разрядная цепь за счет включения ключа 7 и подачи потенциала второй шины источника питания через развязывающий диод 5.1, замыкающий контакт 11.1 переключателя 11 и размыкающий контакт 12.2 переключателя 12 на резистор 4.1 и входы ключей 1.1, 2.1 и 3.1 соответственно первой, второй и третьей групп, которые при этом открываются. В результате выходная цепь ключа 1.1 самоблокирует подключение входа первой разрядной цепи к второй шине источника питания независимо от состояния ключа 7, выходная цепь ключа 2.1 на выходе счетчика возбуждается (ключ открывается), а выходная цепь ключа 3.1 подготавливает первую обмотку второго переключателя 12 к приему второго импульса.

При поступлении на вход счетчика второго счетного импульса снова на время его длительности открывается ключ 6 и закрывается ключ 7. Ключ 3.1 в течение всего времени длительности второго импульса открыт за счет самоблокирующего первую разрядную цепь действия ключа 1.1. В результате второго переключатель 12 переходит во второе устойчивое состояние. При этом его размыкающий контакт 12.2 размыкается, обесточивая первую разрядную цепь, что приводит к отключению ее ключей 1.1, 2.1 и 3.1, а замыкающий контакт 12.1 замыкается, подготавливая вторую разрядную цепь к включению. Сразу же после окончания действия второго импульса ключ 6 закрывается, а ключ 7 открывается, включая через развязывающий диод 5.2 вторую разрядную цепь и ее ключи первой, второй и третьей групп 1.2, 2.2 и 3.2. При этом выходные цепи этих ключей обеспечивают соответственно: цепь ключа 1.2 - самоблокировку питания второй разрядной цепи независимо от состояния ключа 7; цепь ключа 2.2 - возбуждение второй выходной цепи счетчика; цепь ключа 3.2 - подготовку первой обмотки следующего, третьего, переключателя 13 к приему третьего импульса.

Аналогично происходит счет остальных импульсов с последовательным избирательным переключением разрядных цепей до девятого импульса включительно.

При поступлении n-го импульса (в условиях чертежа - десятого импульса) происходит очередное включение ключа 6 и отключение ключа 7. При этом через открытый в предыдущем импульсе ключ 3.9 обеспечивается переход последнего переключателя (в условиях чертежа переключателя 20) во второе устойчивое состояние, размыкающий контакт 20.2 этого переключателя отключает предыдущую разрядную цепь, а замыкающий контакт 20.1 этого переключателя включает последнюю разрядную цепь на напряжение питания и ее ключи первой и второй групп 1.10 и 2.10. В результате выходная цепь ключа 2.10 производит подачу первого импульса на следующую декаду, а выходная цепь ключа 1.10 подготавливает к включению вторые обмотки всех переключателей, которое происходит после окончания действия n-го импульса, сопровождаемого включением ключа 7. При этом все дистанционные переключатели возвращаются в первое устойчивое состояние, ключи 1.10 и 2.10 отключаются, причем ключ 1.10 разрывает цепь питания вторых обмоток переключателей, а ключ 2.10 завершает формирование первого импульса для следующей декады, а данная декада приходит в исходное состояние.

При необходимости повышения надежности автоматического возврата переключателей после n-го импульса в исходное состояние, чтобы исключить возврат последнего переключателя раньше создания условий для переключения любого из предыдущих переключателей, возможно создание замедления срабатывания второй катушки последнего переключателя известным способом, а именно включением последовательно с этой обмоткой резистора, а параллельно с ней - конденсатора (на чертеже не показано).

Ключ 10 сброса при его кратковременном нажатии обеспечивает сброс схемы в исходное состояние за счет подачи питания на вторые обмотки переключателей и перевода их в первое устойчивое состояние.

Как и в схеме прототипа, за счет двухпозиционных переключателей в предложенном счетчике обеспечивается свойство "памяти" при исчезновении напряжения питания на сколь угодно длительное время.

Предложенная схема обеспечивает следующие преимущества относительно прототипа.

Повышение быстродействия. В предложенной схеме интервал между импульсами определяется практически только временем переключения быстродействующего переключателя, так как временем включения и отключения оптоэлектронных ключей практически можно пренебречь. В схеме прототипа этот интервал определяется суммарным временем включения переключателя, входного и соответствующего разрядного реле, являющихся менее быстродействующими при срабатывании, чем переключатель, и отпускания входного реле, которое всегда значительно выше времени включения того же реле.

Повышение надежности за счет замены разрядных реле длительного включения с ненадежным в тепловом отношении элементом - обмоткой на допускающие сколь угодно длительное включение полупроводниковые оптоэлектронные ключи, а также за счет устранения из схемы контактов разрядных реле.

Снижение энергоемкости, а как следствие этого, и габаритов за счет замены в разрядных цепях разрядных реле длительного включения на оптоэлектронные ключи с существенно меньшим энергопотреблением и габаритами. Например, при напряжении паитания 24 В в схеме прототипа ток потребления реле, например типа РП-21, составляет 80 мА, тогда как у оптопар в предложенной схеме он может иметь величину порядка 10-15 мА.

Указанные преимущества определяют технико-экономическую эффективность предложенной по сравнению со схемой прототипа.

Использование: изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля и управления, в вычислительных устройствах и в схемах шахтной стволовой сигнализации. Устройство содержит n двухпозиционных переключателей, (3n - 1) оптронов, n + 2 резисторов, n - 1 развязывающих диодов, входной оптрон, дополнительный оптрон. 1 ил.

СЧЕТЧИК ИМПУЛЬСОВ, содержащий n коммутирующих разрядных элементов с первыми и вторыми коммутируемыми группами, первые выводы которых подключены к первой шине источника питания, n - 1 развязывающих диодов, входной коммутирующий элемент с коммутируемой группой, первый вывод которой соединен с второй шиной питания, которая подключена к первым выводам вторых коммутируемых групп n - 1 коммутирующих разрядных элементов, ключ сброса, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, надежности и снижения энергопотребления, в него дополнительно введены n резисторов, n двухпозиционных переключателей с первыми и вторыми обмотками и замыкающими и размыкающими контактными группами, первые выводы первых и вторых обмоток которых соединены с первой шиной источника питания, вторые выводы первых обмоток каждого из двухпозиционных переключателей, кроме первого, через первую коммутируемую группу m - 1 коммутирующего разрядного элемента (m = 2,3,4, . . . , n) соединены с вторым выводом коммутируемой группы входного коммутирующего элемента, который соединен с вторым выводом первой обмотки первого двухпозиционного переключателя, вторые выводы вторых обмоток двухпозиционных переключателей через ключ сброса подключены к второй шине источника питания и через вторую коммутируемую группу последнего коммутирующего элемента к анодам развязывающих диодов, вторые выводы каждого из коммутирующих разрядных элементов, кроме последнего, через последовательно соединенные резистор, размыкающую контактную группу k-го двухпозиционного переключателя (k = 2,3, . . . , n) и замыкающую контактную группу n-го двухпозиционного переключателя подключены к вторым выводам собственных вторых коммутируемых групп и катодам соответствующих развязывающих диодов, второй вывод коммутирующего элемента последнего разряда через последовательно соединенные резистор и замыкающую контактную группу последнего двухпозиционного переключателя соединен с второй шиной питания, аноды развязывающих диодов подключены к первому выводу коммутируемой группы дополнительного коммутирующего элемента, второй вывод которого подключен к второй шине питания, которая через дополнительный резистор соединена с первым выводом дополнительного коммутирующего элемента, второй вывод которого подключен к второму выводу первой обмотки первого дистанционного переключателя, разрядные коммутирующие элементы, кроме последнего, выполнены на последовательно соединенных светоизлучателях первых, вторых, третьих оптронов, разрядный коммутирующий элемент последнего разряда выполнен на последовательно соединенных первом и втором оптронах, фотоприемники первых оптронов являются вторыми коммутируемыми группами коммутирующих разрядных элементов, первые коммутируемые группы которых выполнены на фотоприемниках третьих оптронов, фотоприемники вторых оптронов являются выходами счетчика, входной и дополнительный коммутирующие элементы которого выполнены на светоизлучателях входного и дополнительного оптронов, фотоприемники которых являются входной и дополнительной коммутируемыми группами.