Устройство для измерения расстояния Советский патент 1986 года по МПК G01C22/00 

СО ND

О

двоичный счетчик 6, десятичный счетчик 7, цифровой индикатор 8 и 6jjoK 9 ввода масштабного коэффициента. При движении на местности (Срабатывает датчик 1 шага, на выходе формирователя. 2 импульсов датчика шага появляется сигнал высокого уровня, который разрешает прохождение через элемент И 4 импульсов генератора 3 на вход двоичного умножителя 5, на выходе которого формируются на каж1

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике, в частности к электронным шагомерам, предназначено дпя определения пройденного пользователем расстояния ,по среднепересеченной местности и может быть использовано в спорте и

медицине. I

Цель изобретения - расширение

функциональных возможностей и повышение эксплуатационных возможностей.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения расстояния; на фиг. 2 - структурная 1схема формирователя импульсов датчика шага; на фиг. 3 - структурная схема блока ввода масштабного коэффициента; на фиг. 4 - структурная схема двоичного умножителя.

Устройство для измерения расстояния (фиг,1) содержит датчик 1 шага, выполненный, например, в виде электромагнитного герконового датчика, формирователь; 2 импульсов датчика шага, генератор 3 импульсов, элемент И 4, двоичный умножитель 5, двоичный счетчик 6, десятичный счетчик 7, цифровой индикатор 8 и блок 9 ввода масштабного коэффициента.

Формирователь 2 импульсов датчика шага (фиг. 2) содержит J)-триггеры |10 и 11, двоичный счетчик 12, эле- |менты НЕ 13 и 14 и элемент И-НЕ 15.

Блок 9 ввода масштабного коэффициента (фиг.З) содержит Б-триггеры 16 и 17, элементы И-НЕ 18-20, элемент И 21, двоичный счетчик 22, восьмиканальные мультиплексоры 23 и 24 и десятичный счетчик 25.

дом шаге пачки импульсов, с числом импульсов в каждой пачке, пропорциональным средней длине перемещения. Эти импульсы суммируются в двоичном счетчике бив момент его переполнения поступают на счетный вход десятичного счетчика 7. Контроль пройденного расстояния в метрах осуществляется по цифровому индикатору 8. 3 з. п. ф -лы. 4 ил.

Двоичный умножитель 5 (фиг.4) содержит двоичный счетчик 26, восьмиканальные 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 счетчика 7 подключены к первой группе входов

цифрового индикатора 8, вторая группа входов которого подключена к группе выходов десятичных разрядов блока 9 ввода масштабного коэффици- ента. Другая группа выходов - двоичных разрядов блока 9 подключена к

вторым входам двоичного умножителя 5.

Тактовые, входы D-триггеров 10 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). Информационный)-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 обнуленияD-триг

гера 11. Выход D-триггера 11 подключен к входу обнуления -D-триггера 10 информационный ЛЭ-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.

V-. Счетный вход двоичного счетчика 26 подключен к выходу элемента ц 4 устройства, а выходы - к соответст- вукщим адресным входам восьмиканаль ных мультиплексоров 27 и 28 и к одному из входов элемента И 30, выполняющего в блоке функции однока- нального 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 двоичного умножителя. 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 D-входы триггеров 16 и 17 подключены к шинам управления М - Медленньй ввод и Б - Быстрый ввод, которые через ключи соединяются с источниками формирования логической единицы (на фиг.3 источники и ключи не показаны). Первый вход элемента И-НЕ 18 соединен с шиной генератора |на которой.присутствует частота i, , обеспечивающая медленную скорость ввода информации, и со стробирую- щими входами 1)-триггеров 16 и 17. Первый вход элемента И-НЕ 19 соединен с шиной генератора, на которой присутствует частота i , обеспечивающая сравнительно высокую скорость ввода информации. Обе скорости ввода (частоты -i, и ij ) выби- ра()тся такими, чтобы пользователь при вводе масштабного коэффициента, численно равного длине его шага, мог визуально контролировать по цифровому индикатору 8 вводимую ин- jформацию. Вторые входы элементов IИ-НЕ 18 и 19 подключены к выходам D-триггеров 16 и 17 соответственно.

219922

а выходы - к входам элемента И-НЕ 20, Выход этого элемента соединен с первым входом элемента И 21 и счетным входом двоичного счетчика 22.

5 Выходы разрядов двоичного счетчика .22 подключены к соответствующим адресным входам 8-канаг1Ьных мультиплексоров 23 и 24, причем старший 7-й разряд двоичного счетчика 22 под10 ключен непосредственно к первому информационному входу мультиплексора 24. Выход мультиплексора 24 подключен к первому информационному входу мультиплексора 23, выход которого

15 подключен к второму входу элемента И 21. Остальные информационные входы мультиплексоров 23 и 24 соединены между собой соответствующим образом и подключены к источникам формирова20 НИН уровней логического нуля и еди- . Двоичный счетчик 22, мультиплексоры 23 и 24 и элемент И 21 при указанных связях образуют 7-разрядный двоичный умножитель, выполняющий

25 в блоке 9 функции масштабирующего преобразователя кодов. Кодом управления такого двоичного умножителя- преобразователя является двоичный код 1100011. Младший разряд,кода ,

30 1 поступает на первый информационный вход мультиплексора 24 непосредственно с выходов 7-го разряда двоичного счетчика. В результате на 127 входных импульсов, поступающих на счетньй вход двоичного счетчика 22, на выходе элемента И 21 формируется 99 выходных импульсов, которые поступают на счетный вход десятичного счетчика 25. R -входы счетчиков 22 и 25 соединены меяду собой и подключены к шине Установка нуля. Выходы разрядов двоичного счетчика 22 образуют первую группу выходов блока 9, которая подключена к соответствую1цим входам двоичного умножителя 5, а вы35

40

45

50

ходы разрядов десятичного счетчика 25 образуют вторую группу выходов блока 9, которая подключена к соответствующим входам цифрового индикатора 8, что позволяет в момент ввода или коррекции масштабного коэффициента (средней длины шага пользова- . теля) контролировать вводимзто информацию по цифровому табло.

55 Формирователь 2 импульсов датчика 1 шага вьшолнен по схеме формиро- вания импульса калиброванной длительности с защитой от дребезга кон

тактной группы геркона. Длительност формируемого временного интервала определяется входной частотой 1р , поступающей с одной из шин генератора импульсов, и объемом двоичного счетчика 12.D -триггеры 10 и 11 выполняют функции элементов защиты от дребезга контактов датчика и синхронизации. При появлении на входе элемента НЕ 13 сигнала высокого уровня (логическая единица), поступающего с выхода датчика 1 шага, по передне фронту импульса частоты 1 срабатывает Л) -триггер 10, работающий совместно с элементом И-Н Е 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 работу двоичного счетчика 12 и разрешает Л -триггеру 11 обработку сигнэла окончания формирования временного интервала калиброванной длительности. При этом, если на-входе формирователя 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 -триггер 11, который приводит формирователь 2 в исходное состояние. Практическое время формирования длительности импульса фор-- мирователя 2 составляет 0,2-0,3 с и определяется техническими возможностями датчика 1 шага,, в частное- ти его инерционностью.

Перед началом работы устройства пользователю необходимо с помощью блока 9 ввести в устройство значени средней длины своего шага. Для этог обнулив счетчики 22 и 25, включени- ем соответствующих ключей шин М и Б в счетчики 22 и 25 записывается двоичный N,Q и десятичный N,0 коды в соотношении

N...

rrno

mi

Таким образом, при вводе масштабного коэффициента (средней длины шага) информация контролируется пользователем в десятичной системе счисления, а ее двоичньй промасшта- бированньй эквивалент вводится в . устройство автоматически.

10

s

Работа двоичных умножителей устройства основана на принципах муль- :Типлексирования логических состоя- ний разрядов 7-разрядного кода управления. Поскольку техническое решение двоичного умножителя блока 9 аналогично дво1рчному умножителю 5, то их работу эассмотрим на примере работы двоичного умножителя 5. При поступлении на счетный вход двоичного умножителя 5 число-импульс - ного потока частоты f, изменяются состояния разрядов счетчика 26 и, следовательно, адреса коммутируемых

15 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 умножи20 телем, присутствующего на информационных входах мультиплексоров, в последовательности, определяемой закономерностью формирования выходного число-импульсного потока при умно25 жеНИИ входной частоты на двоичный параллельный код. Задержанные элементом НЕ 31 импульсы входной часто30

35

0

0

5

ты Ig , 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 и 7 обнулены, а на управляющих вхо.дах 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 формирователя 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 разрешакщего сигнала формирователя 2 импульсов должно быть равно числу импульсов заполнения

.7-разрядного двоичного счетчика 26

7

умножителя или кратно ему как 2 1, t 0,1 2,...,k, i - число кратности (в этом случае объем 7-разрядного счетчика 6 устройства должен б,ыть также увеличен с кратностью 2). В результате умножения входной частоты {д 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 бив 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 пшн 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 равнинг ной или среднепересеченной местности

Формула изобретения

1. Устройство для измерения расстояния, содержащее датчик шага, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, десятичный счетчик, выходы разрядов которого соединены с первыми входами цифрового индикатора, отличающее- с я тем, что, с целью расширения информационных в-озможностей 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 вькод - с первым входом двоичного умножителя, вторые

228

входы которого соединены с первой Группой выходов блока ввода масштабного коэффициента, а выход - со счетным входом двоичного счетчика,

выход переполнения которого соединен со счетным входом десятичного счетчика, вторая группа выходов блока ввода масштабного коэффициента соединена с вторыми входами цифрового индикатора.

2.Устройство по n.t, отличающееся тем, что формирователь импульсов выполнен в виде двух D-триггеров, двух элементов

НЕ, двоичного счетчика и элемента И-НЕ, причем стробирующие входы Л-триггеров и счетный вход двоичного счетчика соединены между собой и с первой выходной шиной генератора импульсов, информационный D-вход первого триггера соединен с выходом элемента И-НЕ, первый вход которого соединен с информационным -входом второго триггера и с выходом

первого элемента НЕ, вход которого является входом формирователя, вто- рой вход элемента И-НЕ соединен с входом обнуления двоичного счетчика, выходом первого 3) -триггера и

выходной шиной формирователя, выход - двоичного счетчика через второй элемент НЕ соединен с выходом блокировки работы двоичного счетчика и вько- дом обнуления второго Л-триггера, выход которого соединен с выходом

.обнуления первого 3J-триггера.

V : - . : ,- .. , . ; л

3.Устройство по П.1 о т л и - чающееся тем, что блок ввода / масштабного коэффициента выполнен в

виде 3)-триггера, трех элементов

И-НЕ, элемента И, двоичного счетчика ; десятичног о счетчика и двух восьми- канальньгх мультиплексоров, причем входы стробирования 1 -триггеров со

единены с первым входом первого элемента И-НЕ и выходной шиной генера- тора импульсов, информационный -вход первого триггера соединен с первой шиной управления, выход - с

вторым входом первого элемента И-НЕ, первый вход второго элемента И-НЕ соединен с выходной шиной генератора импульсов, второй вход - с.выходом второгоD-триггера, информационный

вход которого соединен с второй шиной управления, выходы первого и второго элементов И-НЕ соединены с negiBbM и вторым входами третьего

9

элемента И-НЕ, выход которого соединен 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 п ерво- то 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, четвертьй, 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 992210

дон блока ввода масштабных коэффициентов.

4, Устройство по п.1,°о т л и - чающееся тем, что двоичный

5 умножитель выполнен в виде двоично- ,го счетчика, двух восьмиканальных мультиплексоров, двух элементов И и элемента НЕ, причем счетный вход двоичного счетчика соединен с вхо0 дом элемента НЕ и с входом двоичного умножителя, выход элемента НЕ соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого мультиплексора, а

5 выход является выходом двоичного умножителя,.адресные входы мультиплексоров и первый вход второго элемента И соединены с соответствующими входами разрядов двоичного счетчика,

0 выход второго мультиплексора соединен с первым информационным входом первого мультиплексора, а остальные информационные входы мультиплексоров соединены между собой, с вторым

5 входом второго элемента И и с шиной

управления двоичньтм умножителем, : а выход второго элемента И соединен с первым информационным входом второго мультиплексора.

Фиг2

20

я

-1

25

f -t

I

I

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике, касается электронных шагомеров для определения расстояния, пройденного по среднепересеченной местности, и используется в спорте и медицине. Устройство содержит датчик 1 шага формирователь 2 импульсов датчика шага, генератор 3 импульсов, элемент И 4, двоичный умножитель 5,