Устройство передачи информации по волоконно-оптической линии связи

 

Изобретение относится к волоконно-оптическим системам передачи информации. Цель - повышение достоверности передачи и сокращение энергопотребления. Передача информации осуществляется после предварительного опроса линии связи, соединяющей аналоговые и дискретные датчики 14i-14n, 15i-15i и мультиплексоры 18, 19, 20, 21. При коротком замыкании (обрыве ) в линии связи срабатывают пороговые элементы 27-30, которые запрещают прохождение сигнала на передатчик и формируют сигнал аварийного состоянии линии связи. Устройство содержит на передающей стороне 1. блок 2 питания, формирователь 3 сигнала сброса, регистр 4 сдвига, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛ И 5, элемент НЕ 6, элемент И 7, генератор 8 тактовой частоты, делитель 9 частоты, передатчик 10, волоконно-оптическую линию связи, ключи 22-25, элементы 33,34 аналоговой памяти, триггер 26, элементы ИЛИ 31, 32, элементы 35. 36 памяти, аналоговый ключ 37, группы шунтирующих элементов 38, 39, группы развязывающих элементов 40-45, ограничительные элементы 46, развязывающие элементы 47, блок 48 согласования. На приемной стороне - регистр сдвига, буферный регистр, дешифратор адреса, формирователь импульса записи , приемник, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент И, делитель частоты, регистр, ЦАП, блок индикации, регистр и блоки коррекции . 2 ил. w Ё 0 VI ел о ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК!

Ж 1675919 А1 (si)s 6 08 С 19/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

I!1...,, Ай!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4Ю, К A8TO PC KO IVY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I (21) 4601415/24 (22) 05.11.88 (46) 07.09.91. Бюл. М 33 (71) Донецкий филиал Государственного проектно-конструкторского и научно-иссле- . довательского института по автоматизации угольной промышленности "Гипроуглеавтоматизация" (72) Н,А. Чехлатый, А.Д. Рубан, Н.П. Демченко, А.P. Шадур и С.А. Захаров (53) 621.398(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1413655, кл. G 08 С 19/28, 1988, (54) УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ПО ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ (57) Изобретение относится к волоконно-оптическим системам передачи информации.

Цель — повышение достоверности передачи и сокращение энергопотребления. Передача информации осуществляется после предварительного опроса линии связи, соединяющей аналоговые и дискретные датчики 141-14>, 15 — 15 и мультиплексоры

18, 19, 20, 21. При коротком замыкании (обрыве) в линии связи срабатывают пороговые элементы 27-30, которые запрещают прохождение сигнала на передатчик и формируют сигнал аварийного состоянии линии связи, Устройство содержит на передающей стороне 1; блок 2 питания, формирователь 3 сигнала сброса, регистр 4 сдвига, элемент

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5, элемент НЕ 6, элемент И 7, генератор 8 тактовой частоты, делитель 9 частоты, передатчик 10, волоконно-оптическую линию связи, ключи 22 — 25, элементы 33, 34 аналоговой памяти, триггер

26, элементы ИЛИ 31, 32, элементы 35, 36 памяти, аналоговый ключ 37, группы шунтирующих элементов 38, 39, группы развязывающих элементов 40 — 45, ограничительные элементы 46, развязывающие элементы 47, блок 48 согласования. На приемной стороне — регистр сдвига, буферный регистр, дешифратор адреса, формирователь импульса записи, приемник, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛ И, элемент И, делитель частоты, регистр, ЦАП, блок индикации, регистр и блоки коррекции, 2 ил. Ъ

I6759i9

Изобретение относи гся к волоконнооптическим системам передачи информации и может быть использовано в системах управления автоматизированным оборудованием, Цель изобрете ия — г,овышение достоверности передачи информации и сокращение энергопотребления.

I Ia фиг, 1 и 2 показана структурная блоксхема устройства.

Устройство содержит на передающей стороне 1 блок 2 питания, формирователь 3 сигнала сброса, регистр 4 сдвига, элемент

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5, элемент НЕ 6, элемент И 7, генератор 8 гактовой частоты, делитель 9 частоты, передатчик 10, состоящий из преобразователя 11 кода и электрооптического преобразователя 12, волоконно-оптиче "кую линию 13 связи, аналоговые 1.4 и дискретные 15 датчики, счегчик 16 адреса и аналого-цифровой преобразователь 17, аналоговые 18 и 19 и цифровые 20 и 21 мультиплексоры, ключи

22-25, триггер 26, пороговые элементы 2730, элементы ИЛИ 31 и 32, элементы 33 и 34 аналоговой памяти, элементы 35 и 36 памяти., аналоговый ключ 37, группы шунтирующих элементов 38-38„, 39 — З п, группы развязывающих злсментов 40 — 45, первые ограничительные элементы 46; развязывающие элементы 47, блок 48 соглассвания, на приемной стороне 49 регистр 50 сдвига, буферный регистр 51, дешифратор 52 адреса, формирователь 53 импульса записи, приемник 54, содержащий оптоэлектрический преобразователь 55 и преобразователь 56 кода, элемент VICKJ1IO×ÀÞÙÃE

ИЛИ 57, элемент И 58, делитель 59 частоты, регистр 60, цифроаналоговые преобразоватали 611-61п, блок 62 индикации, регистр 63 и блоки 641 †6 коррекции, Устройство работает следующим образом, При включении блока 2 сигнал через формирователь устанавливает в исходное состояние элементы 33 — 36, триггер 26, счетчик 16 адреса и делитель 9 частоты. Включается генератор 8 тактовой частоты, вырабатывающий импульсы с фиксированной частотой, которые поступают на вход делителя 9 частоты, С делителя 9 частоты импульсы частотсй 2f поступают на тактовый вход преобразователя 1,1, с третье о выхода — импульсы частотой f поступают на блок 48 согласования (например, трансформатор) и тактовый вход регистра 4 сдвига, с четвертого выхода — импульсы частотой f (N+1) поступают на элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 и на Vi 7, с второго выхода— импульсы частотой 4ц поступают на так5

40 товый, вход аналого-цифроврщ преобразователя (АЦП) 1 7 причем faun выбирается таким образом, чтобы время преобразования блока было меньше или равно длительности цикла работы регистра 4. При наличии логического "О" на входе установки режима регистр 4 сдвига работает в режиме последовательного ввода, С выхода регистра 4 последовательный код поступает на элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5, а с выхода этого элемента — на последовательный вход регистра 4, При поступлении на элемент

ИЛИ 5 импульса частотой f(N+1) с четвертого выхода делителя 9 соответствующий бит последовательного кода инвертируется, При поступлении этого же импульса на элемент И 7 одновременно с присутствием логической "1" на выходе регистра 4 сдвига на выходе элемента И 7 формируется импульс, который переводит регистр 4 сдвига в режим параллельного ввода, причем в последний разряд регистра записывается логический "О", который поступает на последний параллельный вход регистра 4 с выхода элемента HE 6.

Таким образом, цикл работы параллельно-последовательного регистра 4 сдвига содержит 2 (И+1) бит информации, причем в первой in второй половине цикла первые номера бит идентичны, а последний, который играет роль синхроимпульса, инвертируется — в первой половине цикла в качестве синхроимпульса передается логический "0", а во второй — логическая "1".

В соответствии с вышеизложенным на выходе элемента И 7 формируются импульсы с часто ой следования f/2(N+1), которые переводят регистр в режим параллельного ввода, а также запускают АЦП 17, поступают на счетчик 16 и на триггер 26. По заднему фронту этих импульсов изменяется кодовая комбинация на выходе счетчика 16 адреса, которая подается на шестой вход регистра

4, а также адресные входы цифровых 20 и 21 и avàëàãîâûõ 18 и 19 мультиплексоров.

При этом по заданной программе осуществляется съем информации с датчиков

14 и 15 и опрос состояние линии связи.

Т8К, в момент времени tl осуществляется опрос линии связи, подключенной к аналоговому датчику 122 по цепи: блок 2 питания, ключ 24. элементы 31г, 44 и первый вход аналогового мультиплексора 19 и передача информации с датчика 14 через открытые элементы 43, 45 на мультиплексор 18. С выхода аналогового мультиплексора 19 напряжение поступает ни элементы 27 и 28, где происходит сравнение сигнала с порогом. В том случае, если в линии связи произошло нарушение типа короткое замы1675919

АЦП 17 и после преобразования в цифровой код подается на пятый вход регистра 4 сдвига, В дальнейшем, при поступлении импуль- 45 са 1/2 f(N+1) цикл работы устройства повторяется.

В том случае, если число входов мультиплексора 6 п больше числа датчиков 14 на

n — m входов мультиплексора 19 через эле- 50 мент, например, 46, 46з и элементы 481, 48г подается напряжение с ключей 23 и 24. Причем нечетные входы подключены к выходам ключей 22 и 24, а нечетные входы — к ключам

23 и 25. Напряжение, поступающее на эле- 55 менты 27 и 28, меньше уставки короткого замыкания и больше уставки. Обрыв линии связи не вызывает срабатывания пороговых кание (обрыв), на мультиплексор 19 поступает (не поступает) напряжение с, блока 2 питания по указанной выше цепи. При коротком замыкании (обрыв) срабатывает элемент 27 (28), в котором происходит сравнение сигнала с порогом и на его выходе появляется сигнал, При поступлении импульса 1/2 f(N+1) происходит запись информации в элемент 33 (34), переключение триггера 26 и смена адреса. Триггер 26 выключает ключи 24 и 25 и включают ключи

22 и 23. Ключ 22 подключает к цепи второй аналоговый вход мультиплексора 18, третий выход блока 2 и аналоговый датчик 14, а ключ 23 — к цепи второй вход аналогового мультиплексора 19 второй выход блока 2 питания, В рассматриваемом выше случае в линии связи было нарушение типа короткое замыкание (обрыв), поэтому сигнал с датчи-. ка 142 не поступает на мультиплексор 18 и на его входе могут быть электромагнитные наводки или неполный сигнал, который поступает на ключ 37. Однако, с приходом импульса 1/2 f (N+1) ключ 37 запирают сигналом, поступившим с элемента 27 (28) через элемент ИЛИ 31. Таким образом, блокируется вход ALP 17, и на вход регистра 4 сдвига поступает "0" с выхода элемента

ИЛИ 32, на регистр 4 поступает "1", фиксирую.цая нарушение в линии связи. Во втором цикле происходит проверка линии связи, соединяющая датчик 14 и третий вход мультиплексора 19.

При отсутствии сигнала на выходах элементов 27 и 28 в мсмент, когда поступает импульс 1/2 f (N+1), в элементы 33 и 34 запишется логический "0". Сигнал логического "0" на выходе элемента ИЛИ 31 открывает ключ 37 и снимает сигнал неисправности линии связи, поступающий в предыдущем цикле на седьмой вход регистра 4. При этом аналоговый сигнал с выхода датчика 14з через ключ 37 поступает на

5 l0

30 устройств и на регистр 4 сдвига не поступит сигнал нарушения линии связи.

Для времени 11 характерно и то, что с данного момента в течение цикла осуществляется опрос состояния линии связи и передача информации с дискретных датчиков

15>-15. При этом с первого выхода блока 48 положительный полупериод тактовой частоты через элементы 382 и диод 411 поступает на первый вход мультиплексора 21, а отрицательный — с второго выхода блока 48 через элементы 45 и 44 и замкнутый контакт датчика 15 на первый вход мультиплексора

20. Таким образом, в течение одного такта осуществляется передача сигнала о состоянии датчика 151 и контроль линии связи, соединяющей датчик 15р и мультиплексор

21, Сигнал с выхода мультиплексора 21 поступает на элементы 29 и 30, в которых осуцествляется сравнение его с уставкой на короткое замыкание и обрыв в линии связи.

B случае, если в линии связи короткое замыкание (обрыв), то срабатывает элемент 29 (30} и сигнал с его выхода поступает на элемент 35 (36), При поступлении импульса с формирователя 43 (содержащий, например, дифцепочку, выпрямитель и ключ) происходит запись информации в элемент 35 (36). С выхода элемента 35 (36) логическая "1" через элемент ИЛИ 32 поступает на регистр 4, где на соответствующей позиции записывается информация о состоянии линии связи.

Одновременно с поступлением "1" на вход элемента ИЛИ 32 на управляющий вход элемента 42 поступает сигнал, запрещая прохождение информации с выхода датчика 142 через мультиплексор 20 на регистр 4 сдвига, В следующем такте первого цикла происходит опрос второго датчика и линии связи, соединяющей датчик 14з с мультиплексором 21.

При числе датчиков К меньше числа мультиплексора 20 — К информационных входов мультиплексора 21 через последовательно включенные элементы 46 и 47 подключаются к блоку 48, причем нечетные входы к первому выходу, а четные к второму.

В этом случае на соответствующих тактах сигнал с блока 48 через элементы 465, 46, 47, 475 и мультиплексор 21 поступает на элементы 29 и 30. Так как величина напряжения отличается от уставки короткого замыкания и обрыва линии связи,то на выходе элементов 29 и 30 отсутствует сигнал, а следовательно, на седьмой вход регистра 4 сдвига не будет поступать сигнал нарушения в линии связи. В следующем цикле последовательный опрос датчиков 151 — 15п и линии связи выполняется аналогично предыдущему циклу. Мультиплексированные

1675919 си налы с датчиков 151-15, с eèxoäà мультиплексора 20 поступиат на шестой вход регистра 4 сдвига.

С выхода регистра 4 последовательный код поступает на информационный вход преобразователя 11, на тактовый вход которого подаются импульсы ча:татой 2f с первого выхода делителя 9, Преобразователь

11 осуществляет преобразование последовательного кода без возвращения к нулю в линейный самосинхранизирующий код, который поступает на вход электрооптическога flpeo5p330BBTGJlsl 1 2, преобразующего электрические. сигналы .з оптические. Оптический сигнал с выхода электрооптическаго преабразанателя 12 через волоконно-оптический кабель 13 поступает на вход аптаэлектрическаго преобразователя 55, осуществляющий обратное г реабраэавание, С выхода оптоэлектрическага преобразователя 55 линейный самасинхранизирующий кад поступает на вход преобразователя 56, котарый производит ега преобразование в последовательный код беэ возвращения к нулю и выделения тактовой частоты. Последовательный кад и импульсы тактовой частоты с выхода преобразователя 56 гаступают на соответст вующие входы регистра 50, который имеет К+2 параллельных выходов, и таким образом, на его первом и последнем выходах одновременно будут находиться биты кодовой посылки с одинаковыми порядковыми номерами. В элементе

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛYI 57 блока 53 происходит поразрядное сравнение соответствующих битов кодовой,1асыгки из первой и второй частей цикла передачи, При их неидентичности на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 57 появляется логическая

"1", а с приходом следующего тактового импульса на первом нь хоре регистра 60 также появляется логическая "1" и делитель 59 сбрасывается н "0", на выходе делителя 59 логическая "1" появится только н том случае, если N бит в первой и второй половинах цикла передачи будут идентичны.

С приходом синхраимпульса, который постоянна иннертируетсл, на выходах элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 57 и делителя

59 одновременно появляется логическая "1" и, таким образом, на выходе элемента И 58 — тоже. С приходом следук щего тактового импульса на выходе регистра 51 формируется импульс записи, информация с первых выходов регистра 50 сдвига переписывается в регистр 51, Если в кодовой посылке содержится ошибка — н первой и второй частях цикла переда и какой-либо из информационных битов не совпадает — записи в регистр 51 не проиксхадит. С второго выхода регистра 51 код адреса поступает на вход дешифратора 52, который осуществляет распределение импульсов записи в ячейки регистра 63 и преобразователи 611-61л, 5 Информационный выход регистра 63 соединен с третьим выходом регистра 51. В соответствии с кодом адреса информация с этого выхода регистра 51 записывается в определенные ячейки регистра 63 и сохраняется на его выходах в течение цикла изменения кода адреса, С первого выхода регистра 51 информация поступает на информационные входы преобразователей

551-55>. В соответствии с кодом адреса информация записывается в регистр определенного преобразователя 551 †5, 20

Ç0

55 преобразуется в аналоговый сигнал и через блок 64 -64п поступает на панель индикации или исполнительное устройство (установленное на контролируемом пункте). В блоке 64>-64r осуществляется вычитание напряжения, которое на передающей стороне использовалось для устранения влияния элементов 38 -38л, 391 39п на передачу аналоговых сигналов с датчиков на мультиплексор 18, При наличии сигнала "Обрыв (короткое замыкание) линии связи" оператор может своевременно обнаружить неисправность и при последующем анализе определить к какай группе датчиков (аналоговых или дискретных) следует отнести данную неисправность, Такое решение позволяет исключить аварийные ситуации, возникающие при передаче аналоговой и дискретной информации, напр:.1мер об уровне концентрации метана.

Формула изобретения

Устройство передачи информации по волоконно-оптической линии связи, содержащее на передающей стороне аналоговые и дискретные датчики, регистр сдвига, генератор тактовой частоты, выход которого соединен с входом делителя частоты, первый выход которого соединен с первым входом передатчика, второй выход — соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ и элемента И, третий выход — соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, четвертый выход- подключен к первому управляющему входу регистра сдвига, выход которого подключен к второму входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемента

И, передатчика и через элемент НŠ— к своему второму управляющему входу, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с третьим управляющим входом регистра сдвига, выход элемента И подключен к четвертому управляющему входу регистра, управляющему входу аналого-цифрового

1675919 вующий развязывающий элемент первой группы подключен к соответствующему информационному входу первого цифрового мультиплексора и через соответствующий развязывающий элемент второй группы — к 45 соответствующему информационному входу второго цифрового мультиплексора, второй вывод каждого дискретного датчика через одноименный развязывающий элемент третьей группы соединен с вторым вы- 50 водам соответствующег мунтирующего элемента первой группы и через последовательно подключенные соответствующие первые ограничительный и развязывающий элементы — с соответствующим адресным 55 входом первого цифрового мультиплексора, выход первого аналогового мультиплексора подключен соответственно через первый и второй пороговые элементы к первым входам первого и второго элементов аналогопреобразователя и входу счетчика адреса, первые цифровой и аналоговый мультиплексоры, выход передатчика соединен с входом волоконно-оптической линии связи, на приемной стороне — приемник, вход которого соединен с выходом волоконно-оптической линии связи, первый выход приемника соединен с информационным входом регистра сдвига и первым входом формирователя импульса записи, информационные входы которого объединены с соответствующими входами буферного регистра и подключены к соответствующим выходам регистра сдвига, первый выход буферного регистра соединен с входом дешифратора адреса, второй и третий выходы буферного регистра подключены к объединенным информационным входам цифроаналоговых преобразователей и входу регистра, каж-, дый из выходов дешифратора адреса подключен к входу. каждого цифроаналогового преобразователя и соответствующему информационному входу регистра, выход которого соединен с входом блока индикации, о.т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности и сокращения энергопотребления, в него введены íà передающей стороне блок питания, пороговые элементы, группы шунтирующих элементов, вторые цифровой и аналоговый мультиплексоры,. блок согласования, элементы аналоговой памяти, триггер, элемент запрета, формирователь импульса, аналоговый ключ, элементы памяти, элементы ИЛИ, ключи, формирователь сигнала сброса, orраничительные элементы, группы развязывающих элементов, первый вывод каждого дискретного датчика соединен с первым выводом соответствующего шунтирующего элемента первой группы и через соответст5

40 вой памяти, выход первого дискретного мультиплексора соединен соответственно ч,;раз третий и четвертый пороговые элементы с первыми входами первого и второго элементов памяти, первый выход блока питания через формирователь сигнала сброса согдинен с установочным входом делителя частоты, триггера, элементов памяти, счетчика адреса, элементов аналоговой памяти, выходы первого и второго элементов аналоговой памяти соединены соотве ственно с первым и вторым входами первого элемента

ИЛИ, выход которого подключен к первому входу аналогового ключа и второго элемента ИЛИ, второй и третий входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго элементов памяти, выходы второго элемента ИЛИ и аналого-цифрового преобразователя подключены соответственно к первому и второму входам регистра сдвига, выход счетчика адреса соединен с третьим входом регистра сдвига и управляющим входом первых и вторых аналоговых и цифровых мультиплексоров, выход второго цифрового мультиплексора подключен к прямому входу элемента запрета, инверсный вход которого соединен с выходом второго элемента памяти, выход элемента запрета подключен к четвертому входу регистра сдвига, вторые выводы всех шунтирующих элементов первой группы подключены к соответствующим выходам блока согласования и через формирователь импульса — к второму входу первого и второго элементов памяти, выход элемента И соединен с входом триггера и вторыми входами элементов аналоговой памяти, выход второго аналогового мультиплексора подключен к второму входу аналогового ключа, выход которого подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, четвертый выход делителя частоты подключен к входу блока согласования, прямой и инверсный выходы триггера соединены с первыми входами соответственно первого, второго, третьего и четвертого ключей, второй и третий выходы блока питания подключены к вторым входам соответственно первого, четвертого и второго, третьего ключей, первый выводхаждого аналаговогодатчика соединен с первым выводом соо TBQTcTBðoùåro шунтиручащего элемента второй группы и через соответствующий развязывающий элемент четвертой группы — с соответствующим информационным входом первого аналогового мультиплексора и через соответствующий развязывающий элемент пятсй груп r.û — с соответствующим информационным входом второго аналогового мультиплексора, второй вывод каждого

1675919

73

Й . 3

Соста вител ь 3, Не замутди нова

Техред М.Моргентал . Корректор Т. Малец редактор (3. Бугррнкана

Заказ 3005 Тираж 308 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 аналогового датчика через одноименный развяэывающий элемент шестой группы соединей с вторым выводом соответствующего шунтирующего элемента второй группы, выходом соответствующего ключа и через последовательно подключенные соответствующие вторые ограничительный и развязывающий элементы — с соответствующим адресным входом второго аналогового мультиплексора, на приемной стороне введены блоки коррекции, выходы каждого цифроаналогового

5 преобразователя через соответствующий блок коррекции соединен с соответствующим информационным входом блока индикации.