Устройство для контроля работы транспортного средства

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (19

2 А

3(51) G 07 С 5/08

II

Ъ

Ц с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬС ГВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3647728/24-24 (22) 30.09.83 (46) 07.11.84. Бюл. У.41 (72) С.Н. Демиденко, В.Е. Куконин, П.М. Чеголин, Б.А, Тарнопольский, В.И. Петько и Д.Н. Черняковский (71) Институт технической кибернетики АН Белорусской ССР (53) 681.178(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 615515, кл. С 07 С 5/10, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

У 796880, кл.. С 07 С 5/08, 1979 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

РАБОТЫ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащее датчик, выход которого через первый усилитель соединен с входом частотного фильтра, второй усилитель, выход которого подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом блока управления, первый выход которого подключен к второму входу аналого-цифрового преобразователя, генератор импульсов, выход которого соединен с вторым входом блока управления, второй выход которого подключен к первому входу второго усилителя, третий выход блока управления соединен с первым входом программного блока, выход которого подключен к первому входу арифметического блока, первый выход которого соединен с входом блока индикации, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены регистр сдвига, блок цифровой фильтрации и квадратор, выход которого соединен с вторым входом арифметического блока, второй выход которого подключен к втоР рому входу программного блока, вы- 19 ход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом регистра сдвига, выход которого подключен к первому входу блока цифровой филь|трации, выход которого соединен с Я входом квадратора, выход частотного фильтра подключен к второму входу второго усилителя, четвертый и пятый выходы блока управления соединены с вторыми входами соответственно блока цифровой фильтрации и регистра сдвига.

1123042

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит переключатели, блок элементов задержки, делитель частоты, элементы задержки, ревер сивный счетчик, источник опорного напряжения, элемент И и элемент ИЛИ, объединенные информационные входы последних являются первым входом бло ка управления, вторым входом которого является первый вход первого пе- реключателя, выход которого соединен с входом делителя частоты, первый выход которого через первый элемент задержки подключен к управляющим входам элемента И и элемента ИЛИ, выходы которых соединены с входами реверсивного .счетчика, выходы которого подключены к входам блока элементов

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для экспресс-анализа процессов, протекающих в узлах и деталях транспортного средства во время до- 5 рожных или стендовых испытаний, а также в лабораторных условиях для обработки информации, зарегистрированной на магнитном носителе.

Известно бортовое устройство для контроля и регистрации показателей работы транспортных средств, позволяющее измерять дисперсию случай" ного процесса в пяти частотных полосах и содержащее датчик, тензоуси- 15 литель, полосовой фильтр, усилитель, блок преобразования, элемент И, индикатор. блок формирования и преобразования сигналов времени f1) .

Недостатками указанного устройст- 20

sa являются необходимость проведения дополнительных вычислений, невысокая точность и малое быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для контроля работы транспортного средства, содержащее последо вательно соединенные датчик, первый усилитель, полосовые частотные фильт- 30 ры, коммутатор, второй усилитель задержки н являются вторым выходом блока управления, пятым выходом которого являются выходы блока элементов задержки, первый выход делителя . частоты соединен с входом второго ,элемента задержки и является первым выходом блока управления, второй выход делителя частоты подключен к входам третьего и четвертого элементов задержки, к первому входу второго переключателя подключен первый выход источника опорного напряжения, второй выход которого соединен с вторыми входами переключателей, выходы третьего элемента задержки и переключателей являются третьим выходом блока управления, четвертым выходом которого являются выходы второго и четвертого элементов задержки. аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор (арифметический блок) и блок индикации, кроме того, последовательно соединены генератор импульсов, блок управления и программный блок, причем выход аналого-цифрового преобразователя подключен к второму входу блока управления, а выход программного блока подсоединен к второму входу микропроцессора, выходы блока уйравления подключены к вторым входам коммутатора, второго усилителя и аналого-цифрового преобразователя (2) .

Недостатками известного устройства являются невысокая точность и малое быстродействие. Невысокая точность обработки информации обусловлена применением в устройстве аналоговых полосовых частотных фильтров. Малое быстродействие является следствием большой вычислительной нагрузки на микропроцессор при выполнении умножений в процессе определения статистических моментов исследуемых процессов второго и более высоких порядков (например, при определении дисперсии внброускорений при анализе плавности хода и вибраций электрооборудования).

1123042

Кроме того, блок управления содер-45 жит переключатели, блок элементов задержки, делитель частоты, элементы задержки, реверсивный счетчик, источник опорного напряжения, элемент И и элемент ИЛИ, объединенные 50 информационные входы последних являются первым входом блока управления, вторым входом которого является первый вход первого переключателя, выход которого соединен с входом де- 55 лителя частоты, первый выход которого через первый элемент задержки подключен к управляющим входам ssleЦель изобретения — повьппение точности устройства путем использования цифровой фильтрации.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля 5 работы транспортного средства, содержащее датчик, выход которого через первый усилитель соединен с входом частотного фильтра, второй усилитель, выход которого подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом блока управления„ первый выход которого подключен к второму входу аналого-цифрового преобразователя, генератор импульсов, выход которого соединен с вторым входом "блока управления ° второй выход которого подключен к первому входу второго усилителя, 20 третий выход блока управления соединен с первым входом программного блока, выход которого йодключен к первому входу арифметического блока, первый выход которого соединен с входом блока индикации, введены регистр сдвига, блок цифровой фильтрации и квадратор, выход которого соединен с вторым входом арифметического блока, второй выход которо- 30 го подключен к второму входу прог— раммного блока, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом регистра сдвига, выход КОтОрОГО пОдключен к первОму входу блока цифровой фильтрации, выход которого соединен с входом квадратора, выход частотного фильтра подключен к второму входу второго усилителя, четвертый и пятый

40 выходы блока управления соединены с вторыми входами соответственно блока цифровой фильтрации и регистра сдвига.

1 мента И и элемента ИЛИ, выходы которых соединены с входами реверсивного счетчика, выходы которого подключены к входам блока элементов задержки и являются вторым выходом блока управления, пятым выходом которого являются выходы блока элементов задержки, первый выход делителя частоты соединен с входом второго элемента задержки и является первым выходом блока управления, второй . выход делителя частоты подключен к входам третьего и четвертого элементов задержки, к первому входу второго переключателя подключен первый выход источника опорного напряжения, второй выход которого соединен с вторыми: входами переключателей, выходы третьего элемента задержки и переключателей являются третьим выходом блока управления, четвертым выходом которого являются выходы второго и четвертого элементов задержки.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — функциональная схема выполнения блока управления °

Устройство содержит датчик 1, первый усилитель 2, частотный фильтр

3 для фильтрации кижних частот, второй усилитель 4, аналого-цифровой преобразователь 5, регистр 6 . сдвига, блок 7 цифровой фильтрации, квадратор 8, арифметический блок 9, блок 10 индикации, генератор 11 импульсов, блок 12 управления, программный блок 1 3.

Блок 12 управления содержит элемент И 14, элемент ИЛИ 15, реверсивный счетчик 16, блок 17 элементов задержки, элементы 18-21 задержки, первый 22 и второй 23 переключатели, делитель 24 частоты и источник опоркого напряжения с выводами 25 и 26.

На выводе 2 действует напряжение логической единицы, а вывод 26 заземпен и имеет напряжение, соот. ветствующее логическому нулю.

Регистр 6 сдвига предназначен для восстановления истийной величины поступающих чисел и может быть выполнен в виде комбинационной схемы мультиплексора. . Блок 7 цифровой фильтрации представляет собой многодиапазонный цифровой полосовой фильтр реального времени, позволяющий одновременно

1123042 производить фильтрацию исследуемого процесса в нескольких частотных полосах. Примерами такого блока могут служить устройство для цифровой фильтрации и цифровые фильтры с мультиплексированием.

Реализация квадратора 8 может быть выполнена, например, в виде комбинационной схемы по известным для квадратора соотношениям. Это может быть также схема постоянного запоминающего устройства, в котором преобразуемое число поступает на вход регистра адреса, по которому записана информация, являющаяся квадратом входной величины и др.

В качестве арифметического блока

9 могут использоваться интегральные центральные процессорные элементы одной из выпускаемых серий микрот1роцессорных комплектов.

Блок 12 управления предназначен, для синхронизации и управления рабо. той и взаимодействием блоком устройства и функционирует по жесткому алгоритму.

Программный блок 13 представляет собой запоминающее устройство со схемой формирования следующего адреса, исполненное, например, на ос. нове программируемой пользователем постоянной памяти и интегральных схем средней степени интеграции.

° Устройство работает следующим образом.

При проведении испытаний аналоговый сигнал с выхода датчика 1 поступает на вход первого усилителя 2, где происходит его предварительное усиление. Затем усилинный сигнал поступает на вход частотного фильтра 3 (фильтра предваритель-. ной выборки). Этот фильтр ограничи. вает спектр входного сигнала, что необходимо для преобразования сигнала в цифровую форму без искажений, вызываемых эффектом наложения. Ограниченный по частоте сигнал поступает на второй усилитель 4. На втором усилителе 4 блок 12 управления устанавливает наибольший коэффициент усиления, при котором напряжение на выходе второго усилителя 4 не превышает по абсолюткой величине наибольшего значения сигнала, преобразуемого аналого-цифровым преобразователем

5. Коэффициент усиления второго усилителя 4 выбирается из чисел ряда

= О, +1 «+2 и т.д. Частота работы аналого-цифрового преобраз вателя 5, включенного последовательно с усилителем 4, в соответствии с теоремой отсчетов превышает максимальную частоту на выходе фильтра 3 более, чем в два:раза.

Цифровой код с. выхода аналогоцифрового преобразователя 5 поступает на вход регистра 6 сдвига и на вход блока 12 управления. Если цифровой код на выходе аналого-цифрового преобразователя 5 превышает верхнюю пороговую величину, заданную в блоке 12 управления, что говорит о слишком большой величине сигнала ка выходе второго усилителя 4, то блок

12 вырабатывает сигнал, по которому уменьшается величина коэффициен.— та усиления во втором усилителе 4.

Аналогичным образом производится увеличение коэффициента усиления при величине цифрового кода на выходе аналого-цифрового преобразователя

5, меньшей установленного нижнего порогового значения, заданного в блоке 12. Таким образом, подцерживается оптимальный уровень сигнала на входе аналого-цифрового преобразователя 5. Код текущего значения коэффициента усиления второго усилителя из блока 12 поступает в регистр

6 сдвига, который производит соответствующий сдвиг поступающего из аналого-цифрового преобразователя

5 числа. Тем самым производится восстановление исходного сигнала, который был искажен за счет усиления вторым усилителем 4. Сигнал с выхода регистра 6 сдвига поступает на вход блока 7 цифровой фильтрации, который осуществляет фильтрацию в требуемых частотных диапазонах. Отфильтрованные составляющие с выхода блока 7 цифровой фильтрации последовательно поступают на вход квадратора 8. С выхода квадратора 8 числа поступают на информационный вход арифметического блока 9. В последнем по командам программного блока

13 производится обработка поступающей информации.

В программном блоке 13 хранится и в определенной последовательности выдается йрограмма, реализующая требуемый алгоритм обработки информации

»230<2 для определения в нескольких час тотных диапазонах одной из наиболее употребительных характеристик случайного сигнала — среднего квадратического отклонения, вычисляемой

1 и нз выражения =1 программа, хранимая в блоке 13 и, 10 соответственно, вычисляемая арифметическим блоком 9, включает такие операции, как накопление поступающих с выхода квадратора 8 отсчетов х в регистрах общего назначения

Ь

t5 блока 9, соответствующих анализируемым частотным диапазонам, деление на число отсчетов И ло каждому диапазону, извлечение квадратного корня по каждому диапазону.

Результаты обработки по каждому

20 частотному каналу заносятся во внутренние регистры общего назначения блока 9. Вывод результатов измерений осуществляется поканально, для

25 чего производится подача соответствующих сигналов из блока 12 управления в программный блок 13, который управляет выводом информации из регистров общего назначения блока 9 на блок индикации 10. Генератор 11 импульсов (таймер) посылает в блок

12 импульсные отметки времени и определяет продолжительность проведения измерения и, соответственно, число дискретных отсчетов измерений 35 величины, которое используется при усреднении, в процессе обработки результатов измерения.

Функционирование блока 12 управления происходит следующим образом. 4О

Переключатель 23 устанавливается в положение "Измерение", обеспечивающее подачу на шину потенциала логической единицы. При включеннии режима "Пуск" переключателем 22 45 из генератора 11 импульсов .(таймера) через второй вход блока 12 начинает поступать импульсная последовательность частоты f1. Импульсная последовательность подается на вход 50 делителя 24 частоты и на третью ши:ну магистрали с третьего выхода блока 12, который идет к программному блоку 13.

С первого выхода делителя 24 час- 55 тоты импульсная последовательность частоты f поступает через шину пер2. вого выхода на аналого -цифровой преобразователь 5, синхронизируя выдачу с его выхода числового значения сигнала, в схему регулировки усиления на (m + 1)-е входы элементов И 14 и ИЛИ 15 и через элемент 19 задержки на шину четвертого выхода. Со второго выхода делителя

24 импульсы с частотой f> поступают через соответствующие элементы 20 и 21 задержки .к магистралям третьего и четвертого выходов, подключаемым к программному блоку 13 и блоку 7 цифровой фильтрации. Величины задержек элементов 19 и 20 выбраны таким образом, чтобы синхронизировать выполнение операций соответствующими блоками устройства к моменту поступления очередного отсчета на их вход.

Импульсы частоты Е1 поступают, кроме того, к программному блоку 13 через шину третьего выхода, инициируя в последнем смену. адресов в регистре адреса и выдачу последовательности микрокоманд и синхросигналов, определяющих обработку информации в блоке 9. Коэффициент деления частоты

k1 = Е /f5 равен максимальному числу команд, которые должны быть исполнены в блоке 9 над поступившим отсчетом входной величины до прихода следующего, а отношение k2

= Е1 /f> равно числу импульсных сикх росигналов, необходимых для получения с выхода блока 7 отсчетов отфильтрованных составляющих во всех диапазонах анализа для одного дискретного входного значения.

По окончании режима измерения переключатель 22 устанавливается в режим "Стоп", и поступление импульсной последовательности частоты fg в блок 12 прекращается. Затем производится вывод результатов измерения на индикацию. Для этого переключатель 23 устанавливается в положение

"Вывод результатов", что приводит к понижению уровня на шине третьего выхода и вновь переключателем 22 задается режим "ПУСК". В данном случае программный блок 13 генерирует на блок 9 серию микрокоманд вывода информации. По окончании вывода на переключателе 22 задается режим

"СТОП" и устройство готово к выполкению нового этапа измерений.

Управление коэффициентом усиления второго усилителя 4 происходит следующим образом.

1123042

Значения m старших разрядов числового кода с выхода преобразователя

5 через первый вход поступает на многовходовые элементы И 14 и ИЛИ 15.

Если значения этих разрядов равны единице, что говорит о приближении величины сигнала к верхней границе динамического диапазона преобразователя 5, то очередной импульс, поступающий с выхода элемента 20 задержки на 3й + 1-й вход элемента И 14, будет пропущен элементом и, поступив на вход вычитания счетчика 16, уменьшит значение, зафиксированное в нем на единицу. Уменьшенный код с выходов счетчика 16 через второй выход поступит в усилитель 4 и вызовет в нем уменьшение коэффициента усиления. Аналогичным образом происходит увеличение коэффициента усиления второго усилителя 4, если код числа на выходе преобразователя

5 содержит ноль в старших разрядах, т.е, если сигнал имеет слишком малую величину. Код коэффициента усиления с выхода счетчика 16 поступает кроме того через блок 17 элементов задержки в магистраль пятого выхода, задавая регистру 6 сдвига количество сдвигов, которые надо выполнить над отсчетом сигнала с выхода преобразователя 5 для восстановления истинного значения числа.

Введение блока цифровой фильтрации позволяет снизить погрешность устройства, а использование аппаратного квадратора более чем на порядок сокращает длительность операции возведения числа в квадрат. Последнее объясняется тем, что в микропроцессоре возведение в квадрат осуществляется по микропрограмме, включающей несколько десятков микрокоманд, а в квадраторе эта операция осуществляется аппаратурно за один такт. Кроме того, введение связи от операционного блока к второму входу программного блока позволяет организовать условные переходы в программах обработки, что делает программное обеспечение более гибким и простым, дает возможность реализовать более сложные алгоритмы и, в конечном счете, расширять функциональные возможности устройства.

По предварительным оценкам применение устройства позволит снизить затраты на получение одного измеряемого параметра.

1123042

Составитель Г. Усачев

Редактор Н. Данкулич Техред T.Èàòî÷êà Корректор О. Тигор

Подписное

Заказ 8142/40 Тираж 507

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ф

Фф