Устройство для передачи информации, например,о загрязнении окружающей среды Советский патент 1978 года по МПК G08C19/12 

.де дискретных отсчетов «мгновеншх значений измеряемых параметров окружающей среды, не фильтруется, а только накапливается 8 течение определенного интервала времени. В подавляющем же большинстве случаев требуются фильтрованные значения параметров окружающей среды, так как такая информация точнее отражает состояние объекта. В частности при использовании неотфильтрованной информации для цепей тревожной сигнализации возможно появление ложных сигналов тревоги, обусловленных измерением параметра в некор4)ектных условиях. Например, при резком повышении концентрации пыли вблизи датчика на незначительное время, вызванном движением автомобиля, появляются сигналы тревоги. (Правильно выбранный цифровой фильтр производит сглаживание и сигналы тревоги появятся лишь в действительно соответствующей им ситуации).

Передача на центральный пункт измеряемых значений с последующей, фильтрацией данных в центре значительно перегружает канал связи и является существенным недостатком при работе системы из нескольких станций и центра с одним каналом связи, т. е. требуется специально выделенный канал связи, что сужает диапазон функциональных возможностей.

Кроме того, увеличение интервала накопления tjy (например, с целью повышения помехоустойчивости устройств тревожной сигнализации) снижает оперативность получения информации. Например, при t« 30 м в течение каждого такого интервала можно получить лишь информацию, накопленную за предыдущие 30 м.

Получение фильтрованных значений параметров окружающей среды (с возможностью изменения как периода фильтрации Т, так и частоты регистрации фильтрованных значений) имеет большое значение и для научных исследований.

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства, расширение его функциональных возможностей и повышение оперативности получения информации.

Эта цель достигается тем, что в предложенное устройство введены формирователь частот и в каждый информационный канал - инвертор и цифровой фильтр, вход которого подключен к выходу АЦП, выход - к первому входу первого элемента И, ко второму входу которого подключен выход инвертора. Выходы первого и второго элементов И соединены через первый элемент ИЛИ с информационным входом сдвигаюш его регистра, тактовый вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ. Выход сдвигающего регистра соединен с первым входом второго элемента И и соответствующим входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу блока тревожной сигнализации и ко второму входу блока связи. Первый выход формирователя частот подключен ко второму входу блока вызова, второй выход - к первому входу бдока

управления, третий выход - к первому входу второго элемента ИЛИ каждого информационного канала, второй вход которого подключен к соответствующему выходу блока управлення. 5 Другие выходы блока управления соединены со входом инвертора, вторым входом второго элемента И соответствующего информационного канала и со входами блока идентификации, выход которого подключен Ко второму входу блока тревожной сигнализации и к третьему входу блока связи. Выход блока вызова соединен со вторым входом блока управления.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства для передачи информации о состоянии окружающей среды; на фиг. 2 - цифро5 вой фильтр.

Устройство содержит датчики 1, 2, АЦП, преобразователи 3, 4, цифровые фильтры 5, 6, инверторы 7, 8 элементы И 9-15, элементы ИЛИ 16-20, формирователь частот 21, триггер 22, блок управления 23, сдвигающие региетры 24, 25, распределитель 26, счетчики 27, 28, шифратор пороговых значений 29, блок тревожной сигнализации 30, блок идентификации 31, блок вызова 32 и блок связи 33. С выхода датчиков 1, 2 снимается электрический сигнал, величина которого соответствует величине измеряемого параметра окружающей среды.

Преобразователи 3, 4 преобразуют выходные сигналы соответствующих датчиков в частоту (или число-импульсный код).

0 Цифровые фильтры 5, 6 (фиг. 2) служат для фильтрации частоты, соответствующей и.з меряемому параметру, за определенный период времени Гу. Частота, поступающая с выходов фильтров, пропорциональна значению измеряемого параметра, фильтрованного за период Tf,. Фильтр осуществляет выделение переменной составляющей сигнала с выхода преобразователя (девиация частоты) и деление этой переменной составляющей на коэффициент К..

0 Фильтр содержит .шину 34 частоты f,, шину 35 частоты 1, реверсный счетчик 36, дешифратор 37, Триггер 38, формирователь 39, элемент И 40 и делитель частоты 41.

Сигналы с выхода преобразователя поступают поочередно на шины 34 и 35 цифрового

фильтра: в течение 1 с на шину 34, связанную с суммирующим входом счетчика 36 поступает частота fj, в следующую секунду на шину 35 поступает частота f,, и т. д., причем информацию о величине измеряемого параметра несет

0 девиация частоты, т. е.

М -f, - fo X)

Шина 35 связана с вычитающим входом счетчика 36 и с элементом И 40.

Сигнал на выходе дешифратора 37 появляется и том случае, если счетчик 36 обнулен

5 и есть импульсы частоты fx.

Этим сигналом триггер 38 устанавливается

в состояние «1, тем самым дается разрешение

на один вход элемента И 40. В состояние «О

триггер 38 устанавливается импульсами часто0 ты f, поступающими по шине 34. При этом

формнроватепь выдает сигнал на сброс в «О счетчика 36Фильтр начинает работу с поступления в течение 1 с. на шину 34 частоты f,. В счетчике 36 за это время записывается число Ад. Затем по шине 35 поступает в течение I с. частота fj,, причем, как только число импульсов этой частоты станет равно До, счетчик 36 обнуляется, появляется сигнал на выходе дешифратора 37, триггер 38 устанавливается в «1 и импульсы поступают через второй вход элемента И 40 на делитель частоты 41, выход которого является выходом цифрового фильтра. Затем начинается новый секундный интервал, на шину поступают импульсы частоты (,, триггер 38 устанавливается в «0, сигнал с выхода формирователя 39 обнуляет счетчик 36 и т. д.

Формирователь частоты 21 предназначен для формирования «сетки частот требуемых значений.

Триггер 22 служит для формирования интервалов считывания информации.

Блок управления 23 вырабатывает сигнал считывания информации для каждого канала измерения и сигнал окончания считывания, поступающий на блок вызова 32.

Распределитель 26 входит в состав блока управлеиия 23 и предназначен для формирования сигналов разрешения при считывании информации с регистров 24 и 25 и команд на блок идентификации 31.

Шифратор пороговых значений 29 входит в состав блока тревожной сигнализации 30. На вход этого шифратора поступают сигналы с выхода блока идентификации 31. Выходы шифратора 29 связаны с установочными входами счетчика 28. При поступлении на вход шифратора 29 кода - идентификатора параметра с выхода блока идентификации 31 в счетчике 28 импульсио устанавливается параллельный обратный код порогового значения для данного параметра, сформированный на выходах шифратора 29.

При поступлении на счетный вход счетчика 28, связанного с выходом элемента ИЛИ 20, числа импульсов, соответствующего пороговому значению, на выходе счетчика 28 появляется импульс переполнения. Этот импульс, являющийся сигналом тревожной сигнализации, поступает на блок связи 33.

Блок тревожной сигнализации 30 предваэначен для сравнения полученной информации с пороговыми значениями и выработки соответствующих сигналов превышения этих порогов.

Блок идентификации 31 предназначен для получения кода-идентификатора того параметра, считывание которого производится в данный момент.

Блок вызова 32 предназначен для формирования команды считывания информации при поступлении на его вход сигналов запроса. Сигналы запроса могут поступать как из блока связи 33; так и с различных внешних устройств (на чертежах не показаны), например

с дополнительных регистраторов или информационных табло.

Блок связи 33 предназначен для установления связи и передачи информации на центральный пункт, а также для регистрации информации об измеренных значениях параметров и о превышении ими пороговых значений на долговременный носитель, например магнитную ленту. Причем регистратор может быт:, расположен как в месте установки самой станции контроля окружающей среды, так н на центральном пункте. В зависимости от предъявляемых требований станция может быть использована либо как пассивное звено, системы контроля окружающей среды (связь устанавливается только по вызову из центрального пункта), либо как активное звено (центр вызывают по сигналам блока тревожной сигнализации 30). Этими требованиями определяется выбор схемы блока связи 33.

Устройство работает следующим образом.

По команде «Начальная установка (на чертеже шины команды не показаны) все триггеры и счетчики обнуляются. С выходов датчиков 1 и 2 поступает информация о соответствующих параметрах окружающей среды. Рассмотрим прохождение этой информации по каналу одного датчика (например датчика 1). G выхода преобразователя 3 частота, соответствующая сигналу датчика 1, поступает на вход фильтра 5, с выхода которого на вход эле.мента И П поступает частота, величина которой определяется значением параметра окружающей среды и способом построения фильтра. Так как распределитель 26 обнулен, то на всех его выходах - запрещающие уровни, на выходе инвертора 7 - разрешающий уровень, и частота с выхода фильтра 5 проходит через элемент И 11 и элемент ИЛИ 16 на информационный вход регистра 24. На тактирующий вход этого регистра поступает частота из формирователя частоты 21 через элемент-ИЛИ 17. Тактирующая частота определяется по формуле.

- 7V

где Т -период фильтрации,

Z - число разрядов регистра. Число разрядов регистра определяется максима.;1ьным значением параметра, полученным

за период фильтрации, т. е.

м

- IN «„те

При таком выборе числа разрядов регистра и тактирующей частоты в каждый разряд регистра за время одного такта

tc, f

«f

может поступить не более одного импульса с фильтра. Так как в регистре 24 осуществляется непрерывный сдвиг информации тактирующей частотой, то информация в регистре соответствует фильтрованному значению измеряемого параметра за интервал Т, предшествующий данному моменту времени, т. е. осуществляется непрерывное приведение информации NI {(7;,t) к виду N f,(t) Аналогичное преобразоваиие выполняется по каналу датчика 2, т-, е. в регистре 25 записывается информация N f,(t) Считывание этой информации производится ПО сигналу из блока вызова 32, поступающему на триггер 22. По этому сигналу триггер 22 устанавливается а состояние «1, записывая тем самым «I в первый разряд распределителя 26 и выдавая разрешающий сигнал на элемент И 9. На второй вход этого элемента поступает частота считывания с формнрователя частоты 21, значение которой сч 5 I lcyt Эта частота поступает на суммирующий вход счетчика 27, емкость которого равна Z. Каждый импульс переполнения с выхода счетчика 27 поступает на вход распределителя 26, тем самым осуществляется переключение разрешающего сигнала на следующий разряд распределителя 26, т. е. его сдвиг. Выходы распределителя 26 связаны с одними входами элементов И 14, 15, на вторые входы каждого из которых подается частота считывания с формирователя частоты 21. Следовательно, на выходе каждого элемента И 14, 15 появляется последовательность импульсов Z. Так как в начальный момент считывания разрешение поступает только с выхода первого разряда распределителя 26, то первая последовательность импульсов поступает через элемент И 14 на вход элемента ИЛИ 17 и далее на тактирующий вход регистра 24. Разрешение с выхода первого разряда поступает также на одни вход элемента И 10, на другой вход которого поступают сигналы с выхода регистра 24, поступающие, таким образом, через элемент ПЛИ 16 на выход этого же регистра. Через инвертор 7 на один вход элемента И 11 подается запрещающий сигнал на прохождение информации с выхода цифрового фильтра 5 на вход регистра 24. Итак, на тактирующий вход регистра 24, выход которого на момент считывания соединен со своим входом, подается число импульсов Z, равное числу разрядов регистра. Следовательно, по окончании последовательности импульсов на тактирующем входе регистра 24, число, записанное в каждом разряде регистра {«О или «1) соответствует числу в этом же разряде регистра до начала считывания, т. е. осуществляется неразрушающее считывание ин формации. Последовательность импульсов с выхода регистра 24 поступает также на элемент ИЛИ 20, и с его выхода - на блок тревожной сигналнзации 30 и блок связи 33. На другие входы этих блоков поступает сигнал с выхода блока идентификации 31, код которого соответствует номеру (или другому признаку), присвоенному параметру, информация о котором считывается. Появление этого кода на выходе блока идентификации обусловлено появлением сигнала разрешения на выходе первого разряда распределителя 26, связанного с одним из входов блока идентификации 31. После того как ка вход счетчика 27 поступит Z импульсов (от момента установки триггера 22 в состояние «I), импульс переполнения на выходе счетчика 27 производит сдвиг распределителя 26, т. е. разрешение поступает с выхода второго разряда распределителя. Тем самым осуществляется неразрушаю щее считывание информации, запиЬанной в регистре 25, аналогично считыванию информации с регистра 24. Информация с выхода регистра 25 поступает на вход элемента ИЛИ 20 и далее на блок тревожной сигнализации 30 и блок связи 33. На другие входы этих блоков поступает сигнал с выхода блока идентификации 31, соответствующий коду, принятому для номера второго параметра (на выходе блока идентификации 31 разрешение с выхода второго разряда распределителя.26). Таким образом, командами с распределителя 26 осуществляется последовательное считывание информации, измеряемой в каждом канале станцин. Время считывания информации с каждого сдвигающего регистра значительно меньше одного периода частоты, поступающей на тактирующий вход регистра в режиме записи информации, так как считывание производится высокой частотой. Следовательно, хотя на время считывания информации с каждого сдвигающего регистра, подается запрещающий сигнал на прохождение информации с выхода соответствующего цифрового фильтра, эта информация не теряется, а записывается сразу же после окончания времени считывания информации с perKCTpqi. Синхронизация частот, поступающих на тактирующие входы регистров в режимах записи и считывания информации, производится в формирователе частот 21 и связанном с ним блоке вызова 32. Этим запрещается прохождение тактирующей частоты на считывание в те моменты времени, когда это может вызвать потерю записываемой информации. После того как считана информация с последнего сдвигающего регистра, сигнал переключения с выхода распределителя 26 поступает на вход триггера 22, устанавливает его в состояние «О и считывание информации прек-, ращается. На блок тревожной сигнализации 30 поступает в интервал считывания число-импульсный код с выхода элемента ИЛИ 20. Этот числоимпульсный код соответствует значениям измеряемых параметров. Перед началом поступления число-импульсного кода каждого параметра с блока идентификации 31 поступает код самого параметра, определяемый схемой блока идентификации 31, т. е. требуемым макетом сообщения. Код-идентификатор с б.лока идентификации 31 поступает на шифратор пороговых значений 29 в блок тревожной сигнализации 30. На выходе шифратора 29 появляется параллельный обратный код порогового значения параметра, считывание которого начинается. Этот- обратный код порогового значения импульсно устанавливается в счетчике 28. После этого на счетный (суммирующий) вход счетчика 28 с выхода элемента ИЛИ 20 начинает поступать число-импульсный код измеренного значения параметра. Если число импульсов этого кода превысит пороговое значение, на выходе счетчика 28 формируется импульс переполнения, который и является сигналом тревоги, поступающим с блока тревожной сигнализации 30 на блок связи 33. Так проводится контроль каждого измеряемого параметра и, следовательно, всей информации при считывании. Такой контроль практически можно проводить как угодно часто.

Выход формирователя частот 21 соединен со входом блока вызова 32, и периодичность сигналов, поступающих по этому выходу, ortределяет периодичность считывания информации и, следовательно, ее контроля. При этом информацию НС обязательно передавать в центральный пункт или фиксировать на долговременный носитель при каждом считывании. Достаточно того, что эта информация поступает на блок связи 33, что позволяет решать широкий круг задач: фиксировать информацию на долговременный носитель в требуемые моменты времени, передавать в центр как вместе с сигналами тревожной сигнализации, так н без них, вызывать центральный пункт при поступлении сигналов тревоги с блока 30, начинать считывание по запросу из центра (для этого выход блока связи 33 связан со входом блока вызова 32) и т. д. Этими задачами и обусловлен выбор схемы блока связи.

При большом числе потребителей информации станции контроля окружающей среды в блоке вызова 32 должна быть использована схема приоритета для работы при одновременном вызове от. различных потребителей информации.

На фиг. 1 показаны два канала измерения (число каналов измерения может быть любым).

Период фильтрации можно легко изменять, выбирая соответствующую тактирующую частоту на выходе формирователя частот 21.

Характер фильтрации определяется выбором цифрового фильтра соответствующего типа.

Технико-экономический эффект изобретения заключается в расширении функциональных возможностей станции контроля окружающей среды и повышении оперативности при получении фильтрованных значений измеряемых параметров. Станцию контроля окружающей среды можно использовать как низовое звено сбора информации об окружающей среде и для ее контроля, при этом на центральный пункт передается отфильтрованная информация, наиболее .точно отражающая состояние объекта и позволяющая делать более надежные прогнозы. Передача этой информации может осуществляться как по запросу из центра (при этом важным фактором является высокая oneративность, так как информация перелается практически сразу после запроса), так и по инициативе самого низового звена в определенные моменты времени или при достижении пороговых значений параметрами окружающей среды. Возможность считывания информации многократно и в любой момент времени позволяет рационально использовать канал связии регистрирующую аппаратуру.

Предлагаемое устройство можно использовать в качестве автономного прибора для измерения небольшого числа параметров, при этом сравнительно просто изменить и структуру и объем станции.

Сравнительная простота изменения периода и способа фильтрации измеряемых значений параметров окружающей среды позволяет эффективно использовать станцию контроля окружающей среды и для научных исследований.

Формула изобретения

Устройство для передачи информации, например, о загрязнении окружающей среды, содержащее: блок связи, выход которого соединен с первым входом блока вызова, блок тревожной сигнализации, первый выход которого подключен к первому входу блока связи, блок управления, блок идентификации, элемент ИЛИ и в |саждом информационном канале - датчик, выход которого подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, сдвигающий регистр, элементы И и ИЛИ, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены -формирователь частот и в каждый информационный канал - инвертор и цифровой фильтр, вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, выход соединен с первым входом первого элемента И, ко второму входу которого подключен выход инвертора; выходы первого и второго элементов И соединены через первый элемент ИЛИ с информационным входом сдвигающего регистра, тактовый вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ; выход сдвигающего регистра соединен с первым входом второго элемента И и соответствующим входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу блока тревожной сигнализации и ко второму входу блока связи; первый вылод формирователя частот подключен ко второму входу блока вызова, второй выход - к первому входу блока управления, третий выход -- к первому входу второго элемента ИЛИ каждого информационного канала, второй вход которого подключен к соответствующему выходу блока управления; другие выходы блока управления соединены со входом и::зертора, вторым входом второго элемента И соответствующего информационного канала и со входами блока идентификации, выход которого подключен ко второму входу блока треножной сигнализации и .к третьему входу блока связи; выход блока вызова соединен со Езторым в-ходом блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент Франции № 1:420.503. кл. G 01 К, 1967.

2.Лвтоматическая станция КРАМС. Л., Гидрометеоиздат, 1974.

3.Заявка Франции №2.140.119, О 08 в 11/00 1976. .