АДАПТИВНЫЙ КОММУТАТОР СИСТЕМЫ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЙ Советский патент 1968 года по МПК G08C19/28 

В радиотехнических системах телеметрических измерений с кодовым разделением каналов используются коммутаторы, частота переключений которых зависит от скорости изменения измеряемых процессов, т.е. частота опроса каналов адаптируется к текущим характеристикам измеряемых процессов.

В ряде случаев процессы, протекающие в различных объектах, телеметрируемые по разным каналам, оказываются сильно коррелированными. Это проявляется в том, что если скорость изменения какого-либо процесса, телеметрируемого по одному из каналов, увеличивается, то это увеличение неизбежно скажется на увеличении активности ряда других измеряемых процессов. В результате интервалы между соседними требованиями в объединенном потоке уменьшаются и становятся меньше длительности обслуживания прибора. Создается очередь на обслуживание. Кроме того, ожидание обслуживания происходит еще и потому, что требования в объединенном потоке в указанном случае могут поступать группами (по два, по три и т.д.).

В таких устройствах необходимо решить две задачи: обеспечить наименьшее время ожидания каждого требования и организовать определенную дисциплину обслуживания создавшейся очереди.

Известен коммутатор многоканальной импульсной связи с переменной частотой отбора. Его недостаток в том, что в момент опроса одного канала требования от анализаторов активности других каналов теряются причем время, в течение которого происходит потеря требований, зависит от активности процесса опрашиваемого канала.

Предложенное устройство содержит анализаторы активности измеряемых процессов, схему памяти моментов появления требований, детектор максимального сигнала, логическую схему выбора каналов, схемы статической и динамической памяти адресов, диодную матрицу, ключи и схему «ИЛИ» и отличается тем, что, с целью упрощения устройства, повышения надежности и точности в нем анализаторы активности измеряемых процессов, подключенные к датчикам полезных сигналов, соединены со схемой памяти моментов появления требований, выполненной на генераторах пилообразного напряжения. Выходы этих генераторов подключены к детектору максимально го сигнала, связанному через логическую схему выбора каналов с обмотками считывания схемы статической памяти адресов каналов. Выходы последней подключены к триггерам динамической памяти адресов каналов, соединенным с диодной матрицей, выходы которой подсоединены к ключам, связанным с датчиками сигналов, и к схеме «ИЛИ», соединенной также с анализаторами активности измеряемых процессов.

Целью предложенного изобретения является то, что независимо от устройства анализатора активности при повышении скоростей изменения измеряемых процессов, когда интервалы времени между соседними требованиями меньше длительности их обслуживания или когда требования поступают группами, создается задержка требований объединенного потока с дальнейшим обслуживанием их в порядке очередности появления, а при поступлении требований группами - в порядке нумерации каналов. Это достигается тем, что моменты поступления требований запоминаются генераторами пилообразного напряжения, детектор максимального сигнала выбирает то требование, которое пришло раньше, или несколько требований, если моменты их появления совпадают. Логическая схема выбора каналов обеспечивает выбор требований при групповом их появлении в порядке нумерации каналов. Схема статической памяти адресов приписывает двоичный номер каналу, который поступает в регистр памяти, и обеспечив опрос соответствующего канала. Минимальное время ожидания каждого требования обеспечивается постоянной длительностью обслуживания каждого требования.

На чертеже приведена функциональная схема описываемого устройства.

Адаптивный коммутатор состоит из анализаторов 1 активности; схемы 2 памяти моментов появления требований на опрос каналов которая содержит генераторы 3 пилообразного напряжения; детектора 4 максимального сигнала; логической схемы 5 выбора каналов, которая содержит схемы совпадения 6, схемы «ИЛИ» 7 и каскады антисовпадения 8; схемы 9 статической памяти адресов; схемы 10 динамической памяти адресов; диодной матрицы 11; ключей 12 и схемы «ИЛИ» 13.

Функциональная схема адаптивного коммутатора, работает следующим образом.

Напряжения с датчиков поступают на соответствующие входы адаптивного коммутатора. Эти напряжения непрерывно анализируются анализаторами 1 активности. Анализаторы активности выполняют неравноотстоящую дискретизацию непрерывных сообщений по выбранному алгоритму. В момент, когда разность между полезным сигналом, выдаваемым датчиком, и сигналом, вырабатываемым анализатором активности, достигает допустимой погрешности приближения, анализатор 1 активности вырабатывает импульс (требование) на опрос данного канала. Фронтом этого импульса запускается генератор 3 пилообразного напряжения схемы 2 памяти моментов появления требований на опрос каналов. Длительность импульса, вырабатываемого анализатором, зависит от количества требований, поступивших за время обслуживания прибора . Длительность обслуживания каждого требования выбрана постоянной и равной длительности слова в двоичном коде, состоящего из информационной и адресной частей, телеметрического кадра. Необходимость постоянства обслуживания каждого требования базируется на известном положении о том, что время ожидания требований очереди в среднем будет тем меньше, чем более стандартизованы длительности обслуживания этих требований. Тогда наименьшая длительность импульса анализатора 1 равна , а наибольшая - где N - число каналов коммутатора. Если требования от нескольких анализаторов 1 поступают одновременно, то генератор 3 запускают тоже в один и тот же момент времени. Каждый генератор 3 вырабатывает линейно-нарастающее (или линейно-падающее) напряжение с одинаковым наклоном. Напряжения с генераторов 3 поступают на детектор 4 максимального сигнала.

Детектор 4 максимального сигнала представляет собой схему сравнения на N входов и состоит из N транзисторов, имеющих общее эмиттерное сопротивление. В момент сравнения, который соответствует началу слова в телеметрическом кадре, с общего синхронизатора (представляющего собой задающий генератор с необходимым числом каскадов деления) передающей аппаратуры системы телеизмерений поступает импульс. В этот момент на выходах детектора 4 появляется сигнал на той выходной шине, на входе которой действовало наибольшее напряжение. Наибольшее напряжение будет поступать от того генератора 3 пилообразного напряжения, запуск которого произошел раньше. Если в момент сравнения на входах детектора 4 действовало два и более одинаковых напряжения, что соответствует групповому поступлению требований, то на соответствующих выходах в это же время появятся напряжения. Отсюда видно, что детектор 4 выполняет роль диспетчера, организующего дисциплину обслуживания «пришел первым - первым обслужен».

С выходов детектора 4 сигналы поступают на входы логической схемы 5 выбора каналов.

Логическая схема 5 выбора каналов состоит из N шин, равное числу каналов. Схемы совпадения 6 включены между каждыми соседними шинами, через одну шину, через две и так далее. Общее число схем совпадения 6 равно числу сочетаний из N по два. К N-й шине подключены N-1 схем совпадения 6, вторые входы этих схем подключены соответственно к первой, второй и т.д. шинам. Со схем совпадения сигналы через схемы «ИЛИ» 7 поступают на каскады антисовпадения 8, которые расположены во всех шинах, кроме первой, соответствующей первому каналу. В случае, если с выхода детектора 4 напряжение поступило только на один вход логической схемы 5, то каскады логической схемы 5 пропускают это напряжение на выход, не оказывая на него никакого воздействия. Если же в момент сравнения напряжение появляется сразу на нескольких выходах детектора 4, то на выход логической схемы 5 выбора каналов проходит напряжение с того входа, который соответствует наименьшему номеру канала. Например, пусть напряжение с детектора 4 поступило только на входы а и б, что соответствует первому и второму каналу. Напряжение, действующее на входе а, проходит на выход схемы 5, а напряжение, действующее на входе б, через каскад антисовпадения 8 не проходит, так как срабатывает схема совпадения 6, и образовавшийся импульс закрывает каскад антисовпадения 8. В результате этого при поступлении требований группами (по два, по три и т.д.) логическая схема 5 выбора каналов организует дисциплину обслуживания в порядке нумерации каналов.

Напряжение с одного из N выходов логической схемы 5 поступает на схему 9 статической памяти адресов, которая представляет собой запоминающее устройство номеров каналов адаптивного коммутатора в двоичном коде. Разрядность двоичного кода определяется из выражения n=log₂(N+1). Отсюда следует, что канальность адаптивного коммутатора должна быть N=2ⁿ-1, причем адрес номера канала, содержащий одни нули, является запрещенным (запись номера канала в двоичном коде производится перед работой). Если необходимо сменить адреса в процессе работы, то в составе передающей аппаратуры должно быть программное устройство с записанными адресами номеров каналов, которое включается по соответствующей команде. Для этого схема 9 статической памяти должна иметь каскады ввода адресов. Кроме того схема статической памяти адресов 9 должна иметь устройство считывания, а элементы памяти должны быть выбраны такими, что при считывании записанная информация должна сохраняться (элементы памяти с неразрушаемым считыванием информации). Устройство считывания схемы статической памяти 9 должно состоять из обмоток считывания и набора схем «ИЛИ». Общее число схем «ИЛИ» равно числу разрядов в двоичном коде, а число входов в каждой схеме «ИЛИ» равно числу каналов.

Выходы логической схемы 5 являются обмотками считывания схемы статической памяти адресов 9. Напряжение, поступающее по одному из выходов логической схемы 5, является сигналом считывания номера соответствующего канала в двоичном коде. Двоичное число в параллельном коде поступает на схему 10 динамической памяти адресов, представляющая собой отдельные триггерные ячейки памяти (связи между триггерами отсутствуют). В начале каждого слова триггеры схемы 10 динамической памяти устанавливаются в исходное (нулевое) состояние импульсами сброса, поступающими с хронизатора передающей аппаратуры. Частота следования импульсов сброса равна частоте следования слов в телеметрическом кадре (запуск триггеров - раздельный). С приходом сигнала на обмотку считывания схемы статической памяти адресов 9 двоичное число из ячеек статической памяти переписывается в ячейки схемы 10 динамической памяти адресов.

В соответствии с записанным числом в схеме 10 возбуждается соответствующая выходная шина диодной матрицы 11, и ключ 12 данного канала открывается. Диодная матрица 11 обычная, но запрещенной является комбинация, состоящая из одних нулей. Если триггеры динамической памяти соединять по схеме счетчика, то совместно с диодной матрицей 11 и ключами 12 будут представлять собой обычный электронный коммутатор. Напряжение с.датчика, прошедшее через ключ 12, поступает на анолого-цифровой преобразователь, в котором к измерительной информации приписывается адрес канала, поступающий со схемы 10 статической памяти адресов. Затем цикл повторяется.

При таком методе передачи в кадре возможны холостые слова, когда требования на опрос каналов поступают редко. В этих условиях обычно используют сочетания временного и кодового разделения каналов, т.е. используют циклический и адаптивный коммутаторы. Схема «ИЛИ» 13 предназначена для того, чтобы в случае, занятости адаптивного коммутатора поступал сигнал запрета на передачу информации циклическим коммутатором.

Адаптивный коммутатор системы телеизмерений для обслуживания каналов связи в порядке поступления требований, содержащий анализаторы активности измеряемых процессов, схему памяти моментов появления требований, детектор максимального сигнала, логическую схему выбора каналов, схемы статической и динамической памяти адресов, диодную матрицу, ключи и схему «ИЛИ», отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, повышения точности и надежности, в нем анализаторы активности измеряемых процессов, подключенные к датчикам полезных сигналов, соединены со схемой памяти моментов появления требований, выполненной на генераторах пилообразного напряжения, выходы которых подключены к детектору максимального сигнала, связанному через логическую схему выбора каналов с обмотками считывания схемы статической памяти адресов каналов, выходы последней подключены к триггерам динамической памяти адресов каналов, соединенным с диодной матрицей, выходы которой подсоединены к ключам, связанным с датчиками сигналов, и к схеме «ИЛИ», соединенной также с анализаторами активности измеряемых процессов.