Устройство для передачи информации о состоянии окружающей среды Советский патент 1983 года по МПК G08C19/28 

Изобретение относится к телеметрии и предназначено для передачи измерительной информации о состоянии окружающей среды, например о степени загрязнения окружакмцей среды, о гидрометообстановке и т.д.

Известны устройства для передачи . телеметрической информации, предназначенные для измерения совокупности различных параметров и состоящие из датчиков, коммутатора с синхронизатором, аналого-цифрового пре бразователя, блоков анализа сигналов и их приращений, блоков памяти, блоков прогнозирования и сравнения, блоков кодирования служебной информации 1.

Сокращение объема передаваемой информации в подобных устройствах достигается за счет исключения из кадра избыточных (повторяющихся) . информационных кодов, вернопредсказанных сообщений, регулярных служебных кодов.

Недостатком таких устройств является неэффективность подобного сокращения при передаче информации о состоянии окружающей среды, так как на прогноз загрязнения существенное влияние оказывают метеопараметры. В частности, при скорост1х ветра, близких

к опасным туманам, уровень загрязнения имеет тенденцию к повымению. Неблагоприятные направления ветра, прис земные температурные инверсии и прочее также способствуют повьлцению уровня загрязнения. Таким образом, определяющим фактором для достоверногЪ прогнозирования значений кон4п центраций загрязняющих примесей являются не только статические данные исследуемых ингредиентов, но и в значительной мере и атмосферные, метеопараметры: влажность воздуха, температура,, скорость ветра и т.д.

5 Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для передачи телеметрической ; информации, содержащее датчики, выходы которых подклю ены к входам

коммутатора, синхронизатор, выходы которого подключены к входам коммутатора, каналов, блока памяти полных , кодов и соответственно через блок кодирования адресов и блок кодирова25 ния времени - к первому и второму

выходам буферного блока памяти, выход коммутатора каналов через, блок кодирования подключен к блоку памяти полных кодов и к анализатору сигналов,

30 выход блока памяти полных кодов соединен с анализатором сигналов, выход анализатора сигналов подключен соответственно к первому входу и через блок памяти.кодов приращения - к второму .входу блока сравнения кодов приращения, выход блока памяти полны кодов подключен к первому входу элемента И, выход блока сравнения кодов приращения подключен к второму входу элемента И и третьему входу буферного блока памяти, выход элемента И соединен с четвертым входом буферного блока памяти,, один выход синхронизатора соединен с соответствующим входом блока памяти кодов приращения 2 .

Недостатком известного устройства является большой, применительно к системам контроля и наблюдения за окружающей средой, объем передаваемой информации, поскольку сокращение передаваемой информации о загрязнении окружающей среды за счет предсказания измеряемых значений без учета корреляционных .связей с метерпараметрами не является эффективным.

Целью изобретения является повышение информативности устройства.

Поставленная цель достигается тем что в устройство для передачи информации о состоянии окружающей среды, содержащее датчики загрязняющих Hijrредиентов и датчики метеопараметров, выходьГ которых соединены соответствено с первыми и вторыми информационными входами коммутатора, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с входом блока оперативной памяти и первым входом блока сравнения, выход блока сравнения соединен с первым входом блока буферной памяти, синхронизатор, выход которого соединен с синхронизирующим входом коммутатора и входом блока кодирования адреса и времени, выход которого соединен с вторым входом блока буферной памяти, выход которого соединен с выходом устройства, 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 формирователя сигнала коррекции и информационными входами блока анализа метеоусловий, выходцы

которого соединены с вторыми информационными входами формирователя сигнала коррекции, установочные входы которого подключены к шнам конетант, синхронизирующие входы блока анализа метеоусловий и формирователя сигнала коррекции подключены к выходу синхронизатора, выход формирователя сигнала коррекции соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходном

блока операт1 внрй памяти. Кроме того блок анализа метеоусловий вьшолнен 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 оправочных коэффициентов.

Устройство содержит (фиг. 1) датчики 1 .,. 1щ загрязняющих ингредиентов и датчики IN+-J- iti метеопараметров , коммутатор 2, блок ,3 анали- . за метеоусловий, формирователь 4 сигнала коррекции, блок 5 умножения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) б, блок 7 оперативной памяти, блок 8 сравнения сигналов, блок 9 буферной памяти, блок 10 кодирования адреса и времени, синхронизатор И, шины 12о, 12п, l Nf-i-12 j констант.

В состав блока 3 анализа метеоусловий и фоЕМирователя 4 поправочных коэффициентов (фиг. 2) соответственно входят аналого-цифровой преобразователь 13, элемент 14 и элемент 15 сравнения (по каждому метеопара-метру) и блок 16 сравнения, триггер 17 переключения, элементы ИЛИ 18, элементы 19 и 20 задержки, генератор 21 импульсов переменной частоты и элемент И 22.

Устройство работает следующим образом.

Управляющий сигнал синхронизатора 11 (фиг. 1) запускает коммутатор 2, подключая сигнал с выхода датчиков - 1„ к аналого-цифровому преобразователю б. С выхода аналогоцифрового преобразователя б дискретные сигналы поступают на блок 7 оперативной памяти и блок 8 сравнения сигналов.

Метеопараметры, измеренные датчиками l|s|4-t П помимо описанного пути, анализируются в блоке 3 анализа метеоусловий, где. формируются цифровые коды приращений (изменений) метеопараметров dN+l,. ... лп - по числу измеряемых метеопараметров, т.е. коды приращения температуры лТ, скорости ветра ди и ., Далее, с помощью констант, заранее сформированных на шинах 12. - 12 в формирователе 4 определяется степень отклонения метеопараметров и их изменений от опасных значений. Для этого сигналы с датчиков 1ц -Ц мётеопараметров поступают на информационные входы формирователя 4 и сравниваются там с уставками, заданными на шинах ... 12д„ в виде некоторого уровня или диапазона опасных значений. Одновременно значения приращений метеопараметров, поступающих -с выхода блока 3 анализа метеоусловий на информационные входы формирователя 4, сравниваются с уставками, заданными на шинах 12д|у|. .. 12д,-. В случае совпадения сигнал синхронизатора 11, поступающий на управляющий вход формирователя 4, способствует формированию сигнала коррекции (поправочного коэффициента) на его выходе в виде некоторого числа импульсов, зависящего также от характеристик источников загрязнения в данном регионе, которые задаются некоторой константой на шине 12о.

Таким образом, значение поправоч,ного коэффициента - множителя, образованного на выходе формирователя 4 определяется степенью.загрязнения рассматриваемого.региона, заданной константой на шине 12,метеоусловиями. и тенденцией их изменения, опасные значения которых задаются константами на шинах ... 12 и l2д|l4.f... 12д соответственно. В .блоке умножения 5 значения параметров загрязнения, запомненных блоком 7 памяти и соответствукяцие предыдущему моменту времени, умножаются на поправочный коэффициент. Хотя в блоке 7 памяти последовательно поступают измеряемые значения как параметров загрязнения (1 - N) так и метеопараметров (N + 1 ... п) корректируются только параметры загрязнения, поэтому регистр памяти блока 7 ргра-ничен разрядами для первых (1 - Nj канальных (Сигналов. Таким образом, на выходе блока 5 умножения формируются уточненные - прогнозируемые значения 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 присутствующие в общей последовательности, никакому сравнению 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 сравнения блока 8, содержащего разряды только на первые (1 - N) каналы параметров загрязнения. При этом в блок 9 поступает код адреса и времени, каналов с блока 10 кодирования вместе с кодами текущих значений метеопараметррв, поступающих с АЦП 6.

При несовпадении истинного и пред0 сказанного сигналов блок 7 сравнения формирует сигнал приращения и работает аналогично прототипу, передавая на выход вместе с кодами адреса и времени коды приращений измеряемых

5 параметров. Однако поскольку в предлагаемом устройстве учитывается степень влияния метеопараметров на загрязняющие ингредиенты, вероятность оправдываемости прогнозных значений

Q загрязнения высокая, что приводит к более эффективному сокращению объема передаваемой информации.

Для анализа метеоусловий в блоке 3 (фиг. 2) в дискретные моменты врес мени, задаваемые синхронизатором 11, происходит.сравнение текущих метеопараметров , поступающих в i-момент времени с датчиков п через аналого-цифровой преобразователь 13 на элементы 15 сравнения, с предыду щими значениями этих же параметров, i хранящихся в элементах 14 памяти и соответствующих (1-1) моментам времени. Так как именно изменения метео условий существенно сказываются на

5 прогнозируемые значения загрязняющих ингредиентов, то с выхода элементов 15 сравнения снимаются перепады метеопараметров (температуры ДТ, скорости ветра ли, влажности дЧи т.д.),

0 которые поступают на информационные входы формирователя 4.

В формирователе 4 (фиг. 2) происходит выявление опасной ситуации и

5 формирование коэффициента, учитывающего рост концентрации загрязнения при неблагоприятных метеоусловиях. Для этого на шицы 12щ41 « IZj, и 12дцл.1... 12дп7 соединенные с устап новочными входами блока 16 сравнения, заранее подаются напряжения, соответствующие опасным значениям метеопараметров (для ветра Uoq 41 м/с для температуры -5°С То„4+ и т.д. и скорости их изменения во времени

( 4 O.i м/с, и т.д.). в блоке 16 эти значения сравниваются с действительными значениями метеопараметров и их перепадами, пЬступаюиими с метеодатчиков 1... 1

0 и с выходов элементов 15. При совпадении уставок и истинных значений на выходе блока 16 образуется сигнал, поступакадий на первый вход элемента. И 22 в качестве разрешающего. На вто5 ром входе элемента И 22 в исходном состоянии держится запрещакадии уровень, поступающий с выхода триггера 17. С каждым периодом опроса с синхронизатора 11 на синхронизирующий нход формирователя 4, являющийся входом триггера 17, поступает сигнал, опрокидывающий триггер 17, элемент И 22 открывается и импульсы с генератора 21 начинают поступать на выход элемента И 22 и далее - в блок 5 умножения. Частота F следова ния импульсов генератора 21 может изменяться уставкой шины 12 (например, потенциометром цепи смещения мультивибратЪра), тем самым задавая характер источников загрязнения рас сматриваемого региона, если потенциальный уровень загрязнения велик, то частота генератора 21 должна быт выше. Число импульсов С, проходимых с генератора 21 на выход формирователя 4 в качестве корректирующего множителя, ограничивается величиной задержки элемента 20 задержки, импульсы с выхода элемента И элемент 20 задержки и элемент ИЛИ 1 проходят на вход сброса триггера 17 который возвращается в исходное сос тояние и закрывает элемент И 22. Так как длительность задержки 2 Фиксиро вана, то значение корректирующего множителя С определяется частотой импульсов генератора 21 С F.C2 и равно числу импульсов, проходящих на -ВЫХОД элемента И 22 за определенное время. Это число характеризует не только сложившуюся метеообстановку (значения мётеопараметров и тенденци их изменения -при их совместном Ч опасном сочетании срабатывает элемент И 22), но и источник загрязнения данного региона (характеристики источника определяют уставку на шине 12 и, следовательно, частоту , F генератора 21), Если опасности нет, то на выходе блока 16 сравнения сигнала не образуется, элемент И 22 закрыт, на вход блока 5 умножения сигналов не поступает и значение сиг налов, соответствующих уровню загряз нения в предыдущий (1 - 1) момент... времени и запоминаемых блоком 7 (фиг. 1), не меняется. При этом триг гер 17 (фиг. 2) опрокинутый импульсом синхронизатора 11, к началу следующего такта возвращается в исходное состояние этим же имтульсом, задержанным в элементе 19 задержки на время С , чуть меньшее периода опроса TQ, 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 преды,цущий момент времени, на число импульсов С, причем условие С О 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 2 1, 2, 4 где С j, 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 информацииза счет более достоверного прогнозирования, учитывающего метеоусловия. Действительно, общий объем передаваемой за период опроса информации равен Q . Qg + п-К, где п - число датчиков N - датчики загрязнения; n-N - метеодатчики, К - длина слова, QQ - объем служебной информации (QO -- 11 байт для МКТИ - 1). При использовании схемы статического отсева, повторяющийся с вероятностью информация Q п-К (1- Е -i-Qj.. Обычно Р $ 0,3. Для предлагаемого устройства при достоверности Р. прогноза учитывающего метеоусловия, .объем передаваемой информации сокращается до G(2 In - N + 1) + Sfl ив. пределе (при ) достаточно передавать лишь метеоинформацию. Сравнительная характеристика базового (прототипа) и предлагаемого устройства приведена в таблица. аким образом, информативность предложенного устройства повышается.

Q.,nk(l-Ef) -t- QO nk+Qo 0,8nk+Q9

n-.0,8 (N+1) k

(N+l) nk+Qo + QO

27

341

275

nk+Qo

165

200

341 Формула изобретения Устройство для передачи информации о состоянии окружающей среды, содержащее датчики загрязняющих ингредиентов и датчики метеопараметров, выходы которых соединены срответстве но с первыми и вторыми информационными входами коммутатора, выход кото рого через аналого-цифровой преобраз ватель соединен с входом блока опера тивной памяти и первым входом блока сравнения, выход блока сравнения сое динен с первым входом блока буферной памяти, синхронизатор, выход которого соединен х; синхронизирующим входом коммутатора и входом блока кодирования адреса и времени, выход кото рого соединен с вторьвд входом блоке буферной памяти, выход которого соединен с выходом устройства, о т л и чающееся тем,что, с целью повышения информативности,устройства, в него введены блок анализа ме теоусловий, формирователь сигнала коррекции и блок умножения, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, выходы датчиков ме теопараметров соединены с первыми информационными входами формировате дя сигнала коррекции и информационньвли входами блок анализа метеоусло вий, выходы которого соединены с вторьми информационными входами фор мирователя 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 коррек ции соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого сое динен с выходом блока оперативной памяти. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок анаЛиза метеоусловий выполнен на анало го-цифровом преобразователе, элементах памяти и элементах сравнения, выходы аналого-цифрового преобразователя соединенынепосредственно с первыми входами и через соответствующие элементы памяти - с вторьии входами соответствующих элементов сравнения, выходы которых соединены с выходами блока анализа метеоусловий, информационные и синхронизирующий входы аналого-цифрового преобразователя соединены соответственно с информационными и синхронизирующим входами блока анализа метеоусловий. 3. Устройство по .п. 1, о т л и чающее с я тем, что формирователь сигнала коррекции содержит генератор импульсов, блок сравнения, триггер, элементы задержки, элемент ИЛИ и элемент И, выходы блока сравнения, генератора импульсов и триггера соединены с соответствующими входами элемента И, вькод которого через первый элемент задержки соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, выход элемента ИЛИ соединен с первым входом триггера, входы триггера и второго элемента задержки объединены и подключены к синхронизирующему входу формирователя, первые и вторые входы блока сравнения подключены к первым и вторым информационным входам формирователя, третьи входы блока сравнения и вход генератора импульсов подключены к соответствующим установочным входам формирователя, выход элемента И соединен с выходом формирователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Новопашенный Г.н. Информационно-измерительные системы. М., Высшая школа., 1977, с. 160-163. 2.Авторское свидетельство СССР 458851, кл. G 08 С 19/28, 1974 (прототип).