Автор работы: Пользователь скрыл имя, 26 Марта 2014 в 13:24, курсовая работа
Системы телеизмерения предназначены для передачи на расстояние значений различных электрических и не электрических величин. Телеизмерение представляет собой разновидность дистанционного измерения, при котором передача значения измеряемой величины осуществляется не непосредственно, а путем преобразования этой величины в другую, вспомогательную величину, более удобную для передачи по каналу связи на значительные расстояния, и последующего преобразования этой вспомогательной величины с показания прибора, установленного на пункте управления.
в) Время передачи сигнала (команды).
Структура сигнала телеуправления зависит также от применяемого метода синхронизации.
При циклической синхронизации каждый сигнал телеуправления будет состоять из последовательности синфазирующего импульса и ряда информационных импульсов, соответствующих элементам «0» или «1» кодовой комбинации.
При пошаговой синхронизации каждый сигнал телеуправления будет состоять из последовательности синфазирующего и ряда синхронизирующих и информационных импульсов.
Для образования синфазирующих и синхронизирующих импульсов также необходимо использовать различные импульсные признаки.
На рисунке 4.1 показана временная диаграмма передачи одной команды телеуправления (кодовой комбинации) при амплитудном импульсном признаке и циклической синхронизации. Как видно, команда состоит из последовательности синфазирующего импульса (СИ) длительностью tси, информационных импульсов n (0 и 1) длительностью каждый tи и n+1, разделительных пауз длительностью tn.
Рисунок 4.1
При этом синфазирующие и информационные элементы вида «1» команды характеризуются наличием импульсов отрицательной полярности, а информационные импульсы вида «0» - отсутствием импульсов отрицательной полярности.
В общем случае время передачи (длительность цикла) одной команды Тц будет определяться следующим выражением:
(4.10)
Для правильного различения на приемном пункте синфазирующих и информационных импульсов можно принять
(4.11)
Кроме того, если принять
то время передачи одной команды телеуправления
(4.12)
Рисунок 5.1
Числу командных ключей К1 – Кi (число входов шифратора) равно числу передаваемых команд I (по нашему заданию i=10). Число выходов шифратора CD равно числу элементов j каждой команды (количество элементов кодовой комбинации в данной работе j=8). Число выходов n распределителя Р должно быть n > j.
Рассмотрим работу передающего устройства по структурной схеме (см. Рисунок 5.1). Для передачи заданной команды ТУ включает соответствующий ключ управления Кi и нажимается пусковая кнопка Кп. При включении ключа Кi на выходных шинах 1,2,…, шифратора CD образуется кодовая комбинация, соответствующая заданной команде управления. После нажатия пусковой кнопки Кп триггер пуска переключается и запускает генератор тактовых импульсов G. Выходные импульсы G поступают на вход распределителя Р, и он начинает поочередно (последовательно во времени) выдавать рабочие сигналы на выходах 0,1,2,…, n - 1.
Рабочий сигнал с выхода 0 распределителя через элемент И(S) переключает триггер ТгСИ в единичное состояние. Рабочий синфазирующий сигнал с единичного выхода ТгСИ через элементы ИЛИ, =1, и ЛБ поступает в линию связи. После появления рабочего потенциала на выходе 1 распределителя элемент И-НЕ1 перебрасывает триггер ТгСИ в нулевое состояние и на выходе элемента И(СИ) появляется единичный сигнал, на следующем такте ТгСИ находится в нулевом состоянии и элемент И(СИ) тоже, в результате прекращается поступление в линию связи синфазирующего импульса с длительностью , где - длительность импульса управления. Выходные шины 2,3,4,…, n – 2 распределителя соединены с соответствующими входами элементов И1, И2,…,Иj. Другие входы этих элементов соединены с соответствующими входными шинами 1,2,3,…,j шифратора CD и на все входы поступают сигналы с генератора G. Если в первом элементе (позиции) заданной кодовой комбинации (команды) имеется цифра 1 и соответственно на шине 1 шифратора имеется положительный потенциал, то при появлении очередного рабочего сигнала на выходе 2 распределителя элемент И1 откроется и через ИЛИ, =1 и ЛБ в линию связи будет посылаться импульс управления 1 в виде положительного импульса (см. Рисунок 5.2).
Для формировании синфазирующего импульса необходимо рассмотреть следующие элементы: генератор прямоугольных импульсов (G), распределитель (Р), триггер синфазирующих импульсов (ТгСИ) и ряд логических элементов.
Рисунок 6.1
Схема симметричного мультивибратора приведена на рисунке 6.1. Ее основой служит компаратор на ОУ с положительной обратной связью. Времязадающая цепь R1C1, подключенная к инвертирующей цепи, создает автоколебательный режим.
Длительность импульса симметричного мультивибратора определяется формулой:
(6.1)
где – постоянная времени цепи R1C1.
Тогда частота следования импульсов симметричного мультивибратора:
(6.2)
В результате расчетов, при частоте следования импульсов f=120 Гц, получаем: R1=104кОм, R2=R3=1кОм, С1=0.073мкФ.
Распределитель является важной частью передающего устройства системы ТУ с временным разделением сигналов.
Распределитель поочередно распределяет поступающие на его входы импульсы по отдельным выходным цепям.
При относительно небольшом числе выходных цепей (до восьми-десяти) целесообразно применять распределитель по схеме кольцевого счетчика и регистра сдвига, собранных на интегральных микросхемах.
Для моделирования соберем распределитель на двух регистрах сдвига (Рисунок 6.2).
Рисунок 6.2
В качестве регистров возьмем микросхему КР1533ИР24, при последовательном соединении 2-х таких регистров сдвига, можно получить распределитель на 16 импульсов.
Для их работы в качестве распределителя необходимо: на вход CLK подавать сигналы генератора прямоугольных импульсов, на вход S0 подавать высокий потенциал, а на вход S1 – низкий (для его работы в режиме регистра сдвига вправо) и, наконец, для того, чтобы на его выходах поочередно появлялся единичный импульс требуется на вход SR подать кодовую комбинацию, состоящую только из одного импульса.
Моделирование синфазирующего импульса системы телеуправления произведено в программе Micro-Cap 9.0. Далее представлена схема и временная диаграмма работы данного устройства.
Рисунок 6.3
Генератор прямоугольных импульсов собран по схеме, рассмотренной в пункте 6.1, рспределитель был разобран в пункте 6.2. Для создания синфазирующего импульса был также использован RS-триггер и некоторые логические элементы, в том числе для создания кодовой комбинации с шифратора. Принцип работы рассмотрен в пункте 5.
В ходе моделирование была получена временная диаграмма работы устройства телеуправоения, по которой можно увидеть, как формируется синфазирующий импульс . Упрощенный вид диаграммы представлен на рисунке 6.4.
На временной диаграмме устройства телеуправления видно, что был достигнут желаемый результат, а именно:
;
.
При создании систем телеизмерения часто требуется разработать передающее устройство, обеспечивающее передачу непрерывного измеряемого параметра в пределах от до с заданной относительной погрешностью квантования .
По заданным условия определяются число уровней (число комбинаций кода) N и шаг квантования ∆х согласно уравнениям (7.1) и (7.2).
(7.1)
(7.2)
Если кодовые комбинации выбираются из обычного двоичного кода вида 2n, где n – число элементов каждой комбинации, то выражение (7.2) можно представить в следующей форме:
Из уравнения (7.1) определим шаг квантования:
Согласно заданию рекомендуется взять обычный двоичный код.
Общее число комбинаций двоичного кода определяется выражением
(7.3)
где n – число элементов каждой комбинации кода.
Общее число комбинаций N двоичного кода равно общему числу дискретных уровней квантования измеряемого параметра.
Число элементов n определяется по выражению
(7.4)
По значениям N и n составляются все 2n комбинаций двоичного кода.
Общее число комбинаций кода
N = 251
Общее число элементов каждой комбинации
n = Log2251 ≈ 8
Рисунок 8.1
В данной схеме используется временной метод разделения элементов сигнала телеизмерения. Применяется амплитудный импульсный признак и циклический метод синхронизации.
Схема работает следующим образом. При нажатии ключа Кп триггер управления ТУ переключается в единичное состояние. Единичный выходной сигнал ТУ открывает схему совпадения Иn-1, и выходные прямоугольные импульсы генератора G1, начинают поступать на вход счетчика С2. Одновременно единичным выходным сигналом ТУ, запускается генератор пилообразных напряжений ГПН, на выходе которого появляется линейно-нарастающее эталонное напряжение Uэ (см. временную диаграмму Рисунок 8.2). Напряжение Uэ поступает на один из входов схемы сравнения СС. На другой вход СС поступает преобразуемое (входное) напряжение Uх. В момент равенства напряжений Uэ и Uх схема сравнения СС выдает сигнал и перебрасывает триггер ТУ в нулевое состояние. Триггер ТУ закрывает схему совпадения Иn-1 и приводит ГПН в исходное состояние. При этом поступление импульсов G1 в G2 прекращается и завершается цикл преобразования входного напряжения Uх. Накопленное в счетчике количество счетных импульсов будет пропорционально временному интервалу ∆t (Рисунок 8.2) от момента запуска ГПН и до момента достижения равенства Uэ и Uх, т.е. входному напряжению Uх. Накопленное в счетчике СЧ количество импульсов в виде кодовой комбинации поразрядно выдается в линию связи следующим образом. Триггер ТУ, закрывая схему Иn-1, одновременно открывает схему Иn-2, и выходные прямоугольные импульсы генератора G2 начинают поступать на вход распределителя Р. Выходные шины распределителя Р и счетчика С2 соединены с входами соответствующих элементов совпадения И1 - Иn-3. Вырабатываемый на выходе 1 распределитель Р сигнал через элементы И1, ИЛИ2, И или ИЛИ3 выдает в линию связи младший (нулевой) элемент (0 или 1) накопленной в счетчике С2 кодовой комбинации. Сигнал на выходе 2 распределителя выдает в линию связи следующий (первый) элемент кодовой комбинации счетчика С2 и т.д. Сигнал на выходе n-2 распределителя поступает на вход одновибратора ОВ, который вырабатывает и через элемент ИЛИ3 посылает в линию связи синфазирующий сигнал.
Последний сигнал на выходе n-1 распределителя через элемент задержки ЭЗ переводит в исходное нулевое состояние Р, СЧ и единичное состояние ТУ и начинается новый цикл преобразования и выдачи в линию связи входного напряжения Uх.
Ниже приведена временная диаграмма работы устройства телеизмерения, времяимпульсного типа, в котором используется амплитудный импульсный признак и циклическая синхронизация (Рисунок 8.2).
Рисунок
8.2
Принцип получения пилообразного напряжения заключается в медленном заряде (или разряде) конденсатора через большое сопротивление во время прямого хода и в быстром его разряде (или заряде) через малое сопротивление во время обратного хода. В упрощенном виде это показано на рисунке 9.1.
Рисунок 9.1
Конденсатор С заряжается при разомкнутом ключе К через резистор Rз, а разряжается при замкнутом ключе К через резистор Rр.
Такая схема не позволяет получить напряжения высокой линейности, поскольку повышение напряжения на конденсаторе уменьшает зарядный ток. Для получения линейного напряжения конденсатор необходимо заряжать постоянным во все время заряда током.
В настоящее время ГПН с малым значением коэффициента нелинейности и его незначительной зависимостью от сопротивления нагрузки создают на основе интегральных усилителей.
В ГПН на операционном усилителе (Рисунок 9.2) высокая линейность пилообразного напряжения достигается действием положительной обратной связи в цепи зарядки конденсатора С1.
Во время действия на входе положительного импульса транзистор VT1 открыт и насыщен. Происходит формирование обратного хода пилообразного напряжения, во время которого конденсатор разряжается через малое сопротивление насыщенного транзистора практически до нулевого уровня.
В паузах между входными импульсами транзистор закрыт, и конденсатор заряжается током I2 от источника E. и резистор R2.
Рисунок 9.2
Параметры схемы:
R1=R2=R3=R4=R5 = 1 кОм, C1 = 57 мкФ
Операционный усилитель (DA1): К544УД1A
Полевой транзистор (VT1): КТ660А
Напряжение , образуемое на конденсаторе, поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя, работающего в линейном режиме с коэффициентом усиления по неинвертирующему входу
Информация о работе Спроектировать передающее устройство системы телеуправления