Устройство для контроля работы транспортных средств Советский патент 1983 года по МПК G07C5/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для экспресс-анализа и регистрации процессов, протекающих в узлах и деталях транспортного средства во время дорожных или стендовых испытаний или лабораторных исследований.

Известны бортовые устройства для контроля и регистрации показателей работы транспортных средств, позволяющие измерять дисперсию случайного процесса в пяти частотных полосах и содержащие датчик, тензоусилитель, ПОЛОСОВОЙ фильтр, усилитель, блок преобразования, элемент И, индикатор, блок формирования и преобразования сигнала времени l.

Недостатками указанных устройств являются необходимость проведения дополнительных вычислений, невысокая точность и малое быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля работы транспортных средств, содержащее датчик, первый усилитель, блок полосовых фильтров, коммутатор, второй усилитель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), микропроцессор (вычислительный блок), блок индикации, генератор импульсов блок управления и программный блок, причем выход датчика через последовательно соединенные между собой первый усилитель, блок полосовых, фильтров, коммутатор и второй усилитель соединен с первым входом АЦП, вьахрд которого подключен к первым входам микропроцессора и блока управления., второй вход последнего соединен с выходом генератора импульсов, первый вход блока управления подключен уерез программньай блок к второму входу микропроцессора, выход которого соединен с блоком индикации, третий и четвертый выходы блока управления подключены, соответственно к управляющим входам второго усилителя и АЦП 2.

Недостатками известного устройства являются ограниченная точность измерения, вследствие трудности достижения высокой идентичности характеристик аналоговых полосовых фильтров, и значительные аппаратурные затраты.

Цель изобретения - упрощение устройства и повьлшение его точности путем использования принципа сжатия временного и расширения частотного мася11таба анализируемого процесса и применения в устройстве лишь одно1X3 частотного канала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля работы транспортных средств, содержащее датчик, выход которого соединен с входом первого усилителя, коммутатор, полосовой фильтр, второй усилитель., выход которого подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первыми входами вычислительного блока и блока управления, к второму входу которого подключен выход генератора импульсов, первый, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с втор«лми входами второго усилителя и аналого-цифрового преобразователя и через программный блок - с вторым входом вычислительного блока, выход которого подключен к входу блока индикации, введен блок аналоговой памяти, выход которого соединен с первым входом коммутатора, выход которого через полосовой фильтр подключен к первому входу второго усилителя,, выход первого усилителя соединен с вторым входом коммутатора и с пзрвым входом блока аналоговой памяти, к второму входу которого подключен четвертый выход блока управления.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства/ на фиг. 2 - функциональная схема одного из вариантов выполнения блока управления.

Блок-схема содержит датчик 1, первый усилитель 2, блок 3 аналоговой памяти, полосовой фильтр 4, второй усилитель 5, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) б, вычислительный блок 7, блок 8 индикации, генератор 9 импульсов, блок 10 управления, программный блок 11 коммутатор 12 в данном случае на два положения.

В качестве вычислительного блока 7 может использоваться одна или несколько соединенныхпараллельно больших интегральных схем центральных процессорных элементов (ГПЭ) одной из выпускаемых серий интегральных микропроцессорных комплектов.

Характер действий, выполняемых в вычислительном блоке 7 над операндами, задается командной информацией , поступающей из программного блока 11.

Программный блок 11 устройства предназначен для хранения и выдачи в определенной последовательности в вычислительный блок 7 микрокоманд обработки данных в соответствии с требуемым алгоритмом обработки. JCpeди статистических характеристикисследуемых процессов, оценки которых требуется получить в результате исследований к испытаний транспортijux средств, наиболее часто используются статистические моменты первые

порядков г математическое ожидание т и дисперсия D и законы распределения.

Для определения в нескольких частотных диапазонах наиболее сложной из них дисперсии, вычисляемой из выражения -

X-if./i

перечень операций, хранимых в блоке 11 и соответственно выполняемых вычислительным блоком 7, следуетвозведение в квадрат поступающих отсчетов , накопление квадратов в регистрах общего назначения (РОН микропроцессора, соответствующих анализируемым частотным диапазонам деление на число отсчетов N, деление накоэффициент тарировки К для получения результата в требуемых единицах с заданной точностью, вывод результатов на индикацию. Техническая реализация программного блока 11 в общем виде включает в себя два основных узла: постоянное запоминающее устройство с записанным в нем микропрограммным алх.оритмом функционирования, выполненное, например, на программируемых пользователем интегральных схемах памяти, и схему формирования адреса, исполненную, например, на элементах средней степени интеграции.

Блок 10 управления предназначен для синхронизации и управления работой и взаимодействием ряда узлов уст хэйства и функционирует по жесткому алгоритму.

Блок 10 управления содержит элемент И 13, переключатель 14, элемент И 15, переключатель 16, дешифратор 17, делитель 18 частоты, .элемент 19 задержки, элемент И 20, элемент НЕ 21, элемент 22, счетчик 23.

Устройство работает следующим образом. .

При проведении испытательного заезда по мерному участку дороги коммутатор 12 ставится в положение а, а в блоке 3 аналоговой памяти включается режим Запись. Аналоговый сигнал с датчика 1 через первый усилитель 2 поступает на вход блока 3 аналоговой памяти и регистрируется в нем в течение времени, определяемого генератором 9 импульсов. Одновременно сигналы с выхода первого усилителя 2 через коммутатор 12 поступают на вход полосового фильтра 4, полоса пропускания которого соответствует наиболее высокочастотному анализируемому диапазону. Отфильтрованная составляющая сигнала подается на вход втрого усилителя 5. На втором усилителе 5 блок 10 управления устанавливает наиболее благоприятный коэффициент усиления, при котором напряжение на выходе второго уси- , лителя 5 имеет величину, позволяющую производить его преобразование в аналого-цифровом преобразователе 6 с минимальной погрешностью. Коэффициент усиления второго усилителя 5 выбирается из ряда чисел ряда 2, где п 0±1, +2, и т.д. Циф0ровой код с выхода аналого-цифрового преобразователя 6 поступает в вычислительный блок 7 и блок 10 управления. Если цифровой код на выходе аналого-цифрово.го преобразователя б превышает верхнюю величи5ну, заданную в блоке 10 управления, что говорит о слишком большой величине сигнала навыходе второго усилителя 5, то блок 10 вырабатывает сигнал, по которому уменьшается

0 величина коэффициента усиления во втором усилителе 5. Аналогично производителя увеличение коэффициента усиления при величине цифрового кода на.выходе аналого-цифрового

5 преобразователя 6 меньше установленного нижнего порогового значения, заданного в блоке 10. Таким образом поддерживается наиболее оптимальный уровень сигнала на вы0ходе аналого-цифрового преобразователя 6. Код текущего значения коэффициента усиления второго усилителя 5 из блока 10 управления поступает в программный блок 11, кото5рый производит в вычислительном блоке 7 соответствующий сдвиг поступающего из аналого-цифрового преобразователя 6 числа.

В блоке 7 по командам Программного блока 11 производится обработ0ка поступающей информаци, результаты которой заносятся в соответст- вующий регистр общего назначения микропроцессора.

Генератор 9 импульсов (таймер)

5 определяет время проведения эксперимента и соответственно число дискретных отсчетов измеряемой величины, которое используется при усреднении в процессе обработки резуль0татов измерения.

Затем производится обработ1 а зарегистрированной информации в других частотных диапазонах. Для этого коммутатор 12 ставится в

5 положение б и по сигналу из блока 10 управления блок 3 аналоговой памяти включается в положение Воспроизведение. Скорость воспроизв.едения, задаваемая из блока 10

0 управления, определяется номером анализируемого частотного диапазона и превышает скорость записи во столько раз, во сколько средняя геометрическая частота анализируемого диапазона меньше среднегеомет5

рической частоты диапазона, на котрый настроен полосовой фильтр 4. Соответственно сокращается и время анализа для данного частотного диапазона. Сигналы с выхода блока 3 поступают через коммутатор 12 на выход полосового фильтра 4, и далее повторяется цикл обработки, аналогичной описанной вы1ле, по окончании которого результат для данного частотного диапазона записывается в соответствующий РОН микропроцессора вычислительного блока 7. Затем выполняется обработка информации в следующем частотном диапазоне и т.д.

Во внутренни-х регистрах микропроцессора получают результаты обработки частотным диапазонам в требуемых единицах измерения Вывод результатов осуществляется поканально по сигналам блока 10 управления, поступающим в пррграммный 11, который управляет пересылкой информации и,з соответствующего регистра общего назначения микропроцессора на блок 8 индикации.

Во время испытательного заезда блок .10 управления обеспечивает следующие функции: управление блоком 3 аналоговой памяти (включение его на регистрацию с минимальной скоростью движения ленты, соответсвующей самому высокочастотному диапазону анализа), управление вторым усилителем 5 (поддерживание в нем оптимального коэффициента усиления при котором сигнал на выходе, имеет величину,, обеспечивающую минимальные погрешности преобразования в ЛЦП 6), синхронизацию работы АЦП управление выдачей командной информации из программного блока 11 в вычислительный блок 7. Выполнение указанных функций производится -блоком 10 управления следующим образом.

В течение времени измерения, проводимого при испытательном заезде транспортного средства, из генератора 9 импульсов по второму входу блока 10 по первой шине поступает положительный единичный потенциал, а по второй шине - последвательность импульсов с частотой

Переключатель 14 включен в положение Запись, поэтому в течение времени измерения на ВЕЛХОДВ элемента И 15 будет присутствовать положительный потенциал, который через магистраль Вых.1 поступит в блок 3 аналоговой памяти, задавая ему режим Запись. На переключателе 16 устанавливается номер первого частотного диапазона анализа, которому соответствует наименьшая скоростъ движения ленты в блоке 3 ана логовой памяти. При этом на выходе дешифратора 17 из десятичной системы счисления в двоичную, имеющего инверсные входы, появится двоичный код номера анализируемого диапазона, которьл через магистраль Вых.1 поступает в блок 3 аналоговой памяти, задавая в нем скорость движения ленты. Кроме того, этот код поступает.через магистраль Вых.II в схему формирования адреса программного блока 11, указывая номер регистра общего назначения (РОН) вычислительного блока 7, в котором хранятся результаты обработки для данного частотного диапазона (при измерении во время испытательного заезда это -будет нулевой РОН) .

Импульсы частоты f с второй шины магистрали второго входа через магистральВых.II поступают в программный блок 11, синхронизируя генерацию микрокоманд из него в вычислительный блок 7, Импульсы частоты подаются на делитель 18 частоты, с выхода которого прореженная последовательность с частотой 2. поступает на вход . синхронизации АЦП 6 и к элементу. 19 задержки, величина которой равна времени срабатывания АЦП 6. Коэффициент деления частоты . имеет значение, превосходящее число микрокоманд, которые должны быть сгенерированы программным блоком 11 в вычислительный блок 7 и исполнены последним при обработке очередного отсчета входной величины до поступления следующего.

Управление коэффициентом усиления второго усилителя 5 производится следующим образом. Значения m старших разрядов числового кода с выхода АЦП 6 через магистраль первого входа поступают на многовходовые элементы И 20 и элемент И-НЕ 22 Если значения этих разрядов равны единице, что говорит о приближении величины сигнала к верхней границе динамического диапазона АЦП 6, то очередной импульс, поступающий с выхода элемента 19 задержки на ноль элемента И 20 будет пропущен элементом и, поступив на вход вычитания счет-чика 23, уменьшит значение, зафиксированное в нем на единицу.. Уменьшенный код с выходов счечика 23 через магистраль Вых.IV поступит в усилитель 5 и вызовет в нем уменьшение коэффициента усиления. Аналогичным образом происходи увеличение: коэффициента усиления второго усилителя 5, если код числ на выходе АЦИ 6 содержит ноль в m младших рг1зрядах, т.е. если сигна имеет слишком малую величину. Код

УСТРОЙСТВО Д)1Я КОНТРОЛЯ РАБОТЫ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ, содержащее датчик, выход которюго соединен с входом первого усилителя, коммутатор, полосовой фильтр, второй усилитель, выход которого подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первыми входами вычислительного блока и блока управления, к второму входу которого подключенвыход генератора импульсов, первый, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с вторыми входами второго усилителя и аналого-цифрового преобразователя и через программный блок .с вторым входом вычислительного блока, выход которого подключен к входу блока индикации, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения устройства, в него введен блок аналоговой памяти, вьсход которого соединен с первым входом коммутатора, выход которого через полосовой фильтр подключен к .первому входу второго усилителя, выход первого уси лителя соединен с вторым входом коммутатора и с первым входом блока аналоговой памяти, к второму входу которого подключен четвертый выход блока управления.