Адаптивный коммутатор Советский патент 1983 года по МПК G08C19/28 

Изобретение относится к информационнЪ-измерительной технике и может быть использовано в системах сбора и обработки данных с целью сокращения потока передаваемой информации.

Известен адаптивный коммутатор, содержащий анализаторы активности измеряемых процессов, схему памяти моментов появления требований, детектор максимального сигнала, логическую схему выбора каналов, схемы статической и дина -шческой памяти адресов, диодную матрицу и схему ИЛИ 1 .

Недостаткам данного устройства являются низкая надежность и. значительные весогабаритные характеристики, что особо проявляется при . большом количестве первичных датчиков и обусловлено сложностью выполнения генераторов пилообразного напряжения, необходимостью буферизации, разравнивания данных и запоминания моментов взятия отсчетов при групповых требованиях на опрос. Кроме того,известное устройство отличается низким быст1родействием, нерозмсщностью пpoгpaм w oй коррекции частот опроса первичных датчиков. ; . . ;

Наиболее близким к предлагаемсму по технической су1цности является адаптивный ко1Ф4утатор, содержащий aHaJni заторыактивности, входы которых соединены с выходами первичных датчиков и информационными входами 1 анальяых элементов, /выходы которых соединены с шиной данных .адаптивного коммутатора, блок фоЕ шрования приоЕдатетов, блоки контрольных сигналов,блоки сравнения, выходы соединены с входами блока формирования приоритетов, выходы которого соединены с входами блока памяти моментов появления требований, выходы которого соединены с входами детектора максимального сигнала, выходы которого соединены с входами блока выбора каналов, выходы которого соединены с входами шифратора, первые входы которого соединены с шиной адреса адаптивного коммутатора, а вторые - с входами регистра, выходы которого чере дешифратор соединены с управляющими входами канальных элементов, а также блок опроса каналов и элемент ИЛИ Щ.

Наличие в каждся4 канале генератора линейно изменяющегося напряжения приводит к недопустимому снижению надежности устройства уже П1Ж количестве опрашиваемых датчико более ста. В то же время в случае группового требования в известном устройстве возможны потери информа ции, степень сжатия информации в

нем невелика, также как и степень адаптации к изменению активности первичных датчиков.

Цель изобретения - повышение надежности адаптивного коммутатора, снижение его весогабаритных характеристик, повышение степени сжатия информации.

Указанная цель достигается тем, что в адаптивный коммутатор, содержащий анализаторы активности входных сигналов, входы которЛдх объединены с информационными входами канальных элементов и подключены к входам адаптивного комму- татора, выходы канальных-элементов соединены с первым выходом адаптивного коммутатора, блок формирования приоритета, блоки сравнения, переключатель каналов, выход которого соединен с информационным входом шифратора, первые выходы которого соеди нены с вторым выходом адаптивного кс 1мутатора, вторые выходы через последовательно соединенные регистр и дешифратор соединены с управляющими входами канальных элементов введены генератор нормального шума, масштабирующий преобразователь и узел коррекции, при этом первый и второй выходы генератора нормального шума соединены с соответствующими входами масштабирующего преобразова теля выход которого соединен с первыми входами блоков сравнения, вторые входы которых соединены с выходами блока формирования п даоритетов, третьи входы - с выходами соответствующих анализаторов активности входных сигналов и соответствующими входами узла коррекции, выход которого соединен с управляющим входом генератора нормального шума, а выходы блоков сранения соединены с вхрдами переключателя каналов.

jkpoMe того, масштабирующий преобразователь выполнен на компараторе, умножителях, вычитателе и переключателе, выход компаратора соединен с управлягацим входом переключателя, выход которого через первый умножитель соедкнеи с выходом масштабирующего преобразователя, выхфд второго умножителя соединен с первым входом вычитателя, выход которого соединен с первым информационным входом переключателя, второй информационный вход которого объединен с вторым входом вычитателя и подключен к первсму входу масштабирующего преобразователя, второй вход которого соединен с входом второго умнсякителя. Шмимо этого узел коррекции выполнен в виде параллельно соединенных пикового детектора и сумматоpa, входы которых объединены и соединены с входом блока коррекции, а выходы соединены с первым и вторым входами арифметического блока, выход, которого соединен с выходом, узла коррекции.

На фиг. 1 приведена структурная хема адаптивного коммутатора а г. 2 - масштабирующий преоб- . азователь; а на фиг. 3 - узел кор рекции.

Устройство содержит (фиг.1) анаизаторы 1 активности входных сиг налов по числу первичных преобразователей информации, генератор 2 нормального шума, Масштабируюпщй реобразователь 3, блок 4 формирования прюритетов, блоки 5 сУравнерия, переключатель 6 каналов, шиф- . ратор 7, регистр 8, дешифратор 9,/ канальные элементы 10 и узел 11 кор- екции. ,: , / , - - - - : - ,

Масштабирующий преобразователь 3 (фиг.2) содержит компаратор 12, переключатель 13, первый умножитель 14, вычитатель 15 и второй умноитель 16.

Узел 11 коррекции (фиг. 3) выполнен в виде параадельно соединенных пикового детектора 17 и сума:тора 18 / выходы которых соединены с входс(ми арифметического блоКа 19. .-, / / ;/:;: -.

Генератор 2, масштабирующий преобразователь 3, блоки 4 и 5, узел 11, а также анализаторы 1 активности могут быть выполнены как в аналоговой, так и в цифровой формег однако в дальнейшем для простоты предполагаете я, что они выполнены в виде аналоговых схем с выходным сигналом в виде напряжения, а не кода.,

Устройство работает следующим образом.

Анализаторы 1 активности, измеряя уровень и скорость измене- , ния входных величин, вырабатывают напряжение, пропорциональйое скорости изменения входных величий либо их уровню (отклонению от нормального значения ), либо cimepnoзиции уровня и скорости - в зависимости от априорных данных о порядке опроса первичных датчиков.

Выходные сигналы анализаторов 1 активности, определяющие динамический приоритет входных величин посч|упают на третьи входы блоков 5, на первые входы которых постуjiaeT выходное напр шение масшта- бирующего преобразователя 3, а на

вторые - выходные напряжения с соот- ветствуклцих выходов блока 4, которые определяют программный прио1 тет на основании априорных данных. В блоке 5 п1р6исходит сравнение суммь .

программного и динамического приоритетов (суммы напряжений с выхода соответствующего анализатора 1 активности и соответствующего выхода

блока 4) с выходным напряжением Масштабирунадего преобразователя 3, при этом выходной сигнал поступает с блока 5 на соответствующий вход переключателя б в том случае,

если сравнимые напряжения отлича1ртся менее чем на величину А, определяемую из соотношения

,:. , . где К - коэффвдиент пропорциональности, определяемый экспериментально или по априорным данньлм; Е - вероятностное отклонение

выходного сигнала генератора 2;

1 - количество первичных датчи ков или, что то же, выходов адаптивного коммутатора. По сигналам блоков 5 переключатель б иргоизводит выбор опрашиваемого канала. В случае однойременногр прихода нескольких входных сигналов переключатель б осуществляет запоминание требований и последующую их обработку в порядке, определяемом сигналами управления, поступаквдми на его вход (не показан), или априорно. Таким образом, тре-бования на опрос поступают с входа переключателя б на его выход. лиОо непосредственно, либо с за держкой, определяемой количеством требований за интервал времевд, равный рабочему такту устройства и задаваемому хронизатором (не показан), осуществляющим тактирование схешл, выработку служебных сигналов обнуления, перезаписи и т.п. В шифраторе 7 формируется адрес соответствукнцегЬ информационного канала, который можно изменить, по сигналам, подаваемым на установочный вход шифратора 7. Адрес поступает в шину адреса и на дешифратор 9, который открывает соответствуквдий канальный элемент 10, осу- ; ществляющий трансляцию входного/ сигнала в шину данных.

Выходные сигналы анализаторов 1 ;активности поступают также на входа узла 11, который анализирует уровень активности первичных датчиков , количество активизированных датчиков и, в зависимости от указанных величин осуществляет управление дисперсией генератора 2.

Масштабирующий преобразователь 3 (фиг. 2) осуществляет преобразование выходного сигнала генератора2, подчиняющегося нормальному закону распределения, симметричному значению U(или случае цифрового выполнения генератора 2) , равному математическому ожиданию выходного сигнала, в асимметрично распределенный сигнал с удвоенной средней частотой появления значений.

Так, на вход компаратора 12 поступает текущее значение выходного сигнала генератора 2 (U или N) и ег математическое ожидание. В случае, если UiUg, переключатель 13 пропускает на вход первого умножителя 14 величину и, а в случае, если U Uoвеличину Uo(U-Uo), при этом коэффициент передачи второго умножителя 16 равен двум, а коэффициент передачи первого умножителя 14 определяется диапазоном изменения текущего приоритета, равного сумме программного (поступающего с блока 4) и динамического (поступающего с анализаторов 1 активности).

Пиковый детектор 17 в узле 11 (фиг. 3) осуществляет определение максимальной величины динамического приоритета. Сумматор 18 измеряет средний уровень выходных сигналов анализаторов 1 активности, а арифметический блок 19 по среднему уровню и максимальному значению динамического приоритета определяет оптимальное значение дисперсии выходного сигнала генератора 2. , Устройство может работать в трех основных р симах.

При отсутствии априорных данных выходные сигналы блока 4 устанавливают равными нулю. В.этом случае выбор канала производится со средней частотой, которая зависит лишь от активности данного канала. Устройство осуществляет при этом адаптивную выборку входной информации.

В случае необходимости адаптивйый коммутатор мсисет осуществлять программное сжатие данных. для чего выходной сигнал анализаторов 1 активности устанавливают равным константе, величину которой определяют из условия оптимальной дисперсии для априорно определяемых средних частот опроса каналов, а выходные сигналы блока 4 устанавливают в соответствии с указанными частотами.

В общем случае устройство работает в смешанном режиме, когда текущий приоритет определяется как программным, так и динамическим. При этом начальное значение дисперсии бо выбирается исходя из программного приоритета, т.е. априорного соотношения необходимых частот опроса каналов, а в процессе работы, в зависимости от активности первичных датчиков, узел 11 осуществляет изменение текущего значения дисперсии (5 в сторону уменьшения, если активности датчиков отличаются сильно в сторону увеличения по сравнению сй , в случае

5 необходимости опроса датчиков с близкими средними частотами опроса. Диапазон изменения текущего приоритета выбирается оавным Up-KE , где .

0 Наилучшие результаты получают при большом количестве каналов (более ста), когда погрешность восстановления данных за счет отклонения реальной частоты опроса каналов от

5 средней необходимой частоты опроса становится на порядок ниже погрешностей, обусловленных прочими факторами, в том числе.и информационными потерями.

0 о

Регулировка выходных сигналов

блока 4 и анализаторов 1 активности может осуществляться как однократно. при наладке устройства по априор5 ным данным, так и программно по управляющим входам (не показаны). Таким образе, частота опроса каналов в. предлагаемом устройстве определяется не только порогом срабатывания анализаторов 1 активно сти, одинаковым для всех каналов, но и величиной отклонения скорости изменения входных сигналов адаптивного коммутатора, т.е. адаптация носит дифференцированный характер,

5 что способствует увеличению точности восстановления передаваемой информации. Достигается это с минимальными аппаратурными затратгили в каждом канале, благодаря чеМу

0 конструкция коммутатора упрощается, а надежность повышается, поскольку вклад схем, общих для всех каналов, при большом числе последних, является незначительным по сравнению

5 с суммой аппаратурных затрат всех, каналов. Этому способствует введе ние в адаптивный коммутатор ynj a ляемого генератора нормальногб шума, масштабирующего преобрйзовй.т

Q теля и блока коррекции, предлагаемый адаптивный коммутатор Обладает широкими функциональными возможностями, так как может работать в различных режимах, а также повышенной степенью сжатия информации.

5 Технико-экономическая эффектив.-йость. применения адаптивного коммутатора обуславливается снижением аппаратурных затрат, повышением отказоустойчивости и ремонтолригодО ности, а также рядом косвенных фак- торов, таких как повышение точности передачи информации, большей пропускной способностью.

Ш ... Ш

Ш

1. АДАПТИВНЫЙ КОММУТАТОР, содержащий анализаторы активности входных сигналов, входы которых объединены с информационными входами канальных элементов и подключены к входам адаптивного коммутатора, ходы канальных элементов соединены с первым выходом адаптивного коммутатора, блрк формирования приогдатета, блоки сравнения, переключатель , каналов, выход которого соединен с информационным входом шифратора i первые выходы которого соединены с вторым выходом адаптивного коммуЧ татора, вторые выходы через последовательно соединенные регистр и дешифратор соединены с управляю- / (НИМИ входами канальных элементов, о т л и,ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения надежностиадап-: тивного коммутатора, в него введены генератор нормального шума,;масштабирующий преобразователь и узел Kopiрекции, первый н второй выходы генератора нормального шума соединены :с соответствующими входгиш масштабирующего преобразователя, выхсщ . которого соединен с первыми входгиш; блоков сравнения, вторые входы которых соединены с выходами блока .формирования приоритетов, третьи входы - с выходами соответствующих анализаторов активности входных сигналов и соответствующими входами узла коррекции, выход которого соединен с управляющим входом генератора нормальйогр шума, выходы блоков сравнения соединены с входами переключателя каналов. 2;. Коммутатор по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что масшта- . бирующий преобразователь выполнен на компараторе, умножителях, вычитателе и переключателе, выход компаратррй соединен с управляющим 9 входом переключателя, выход которого через первый умножитель соединен с выходом масштабирующего преобразователя , выход .второго умножителя соединен с первым входом вычитателя, выход которого соединен с пер- S 1ВЫМ информационным входом переключателя, второй информационный вход ;которого объединен с вторым входом вычитателя и подключен к первому входу масштабирующего преобразователя, второй вход которого соединен с входом второго умножителя. 3. Кэкмутатор по п. 1, от л и ч а ю щ и и с я тем, что узел ксфрекции выполнен в виде параллельно соединенных пиково:го детектора и сумматора, входы которых объединены и соединень с входом блока коррекции, выходы соединены с первым л и втойзэм входами арифметического блока, выход которого соединен с выходом узла коррекции.