Устройство для передачи и приема информации по двухпроводной линии связи

 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для сбора информации с территориально-рассредоточенных и труднодоступных объектов при большом числе источников информации. Устройство содержит в центральном блоке 1 генератор 2, трансформатор 3, элемент ИЛИ 4, ключ 5, оптрон 7, в каждом из периферийных блоков 9 - накопительный конденсатор 10, ограничительный диод 11, ключ 15, аналого-цифровой преобразователь 13, селекторы 20, 24, 28, введены в периферийный блок - ограничитель тока 12, накопительный конденсатор 16, ограничительный резистор 17, ограничительный диод 18, формирователь импульсов 19, триггер 21, элемент ИЛИ 22, регистр сдвига 25, компаратор 26, задатчик кода адреса 29 с соответствующими связями. Устройство позволяет обеспечить работоспособность оборудования в случае короткого замыкания в шине питания одного или нескольких периферийных блоков. Изменение связей счетчика позволяет запретить ответ периферийного блока, если в результате искажения кода адреса помехой изменяется число импульсов кода адреса, принятое периферийным блоком и таким образом повысить достоверность измерительной информации. 3 ил.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для сбора информации с территориально-рассредоточенных и труднодоступных объектов при большом числе источников информации.

Известно устройство для сбора телеметрической информации (1), содержащее в каждом контролируемом пункте датчик телеизмерений: аналого-цифровой преобразователь, преобразователь параллельного кода в последовательный, ключ, ограничитель тока и линейный блок, в пункте управления - источник питания, генератор тактовых импульсов, формирователь тактовых импульсов, распределитель импульсов, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, декодер, датчик температуры, ограничитель тока, а также измерительную и управляющую линии связи.

Однако, известное устройство имеет низкую надежность. В случае неисправности в некотором контролируемом пункте, приводящей к короткому замыканию в шине питания, устройство теряет работоспособность, в связи с чем его использование для сбора информации с труднодоступных объектов, а также при большом числе контролируемых пунктов не эффективное.

Известно устройство для сбора телеметрической информации (2), содержащее на каждом контролируемом пункте датчик телеизмерений, аналого-цифровой преобразователь, преобразователь параллельного кода в последовательный, который состоит из распределителя импульсов, элементов И, элементов ИЛИ, элемент И, ключ, ограничитель тока, линейный блок, канальный ключ, распределитель импульсов, триггер, таймер, двухпроводную линию связи, на пункте управления - источник питания, генератор тактовых импульсов, формирователь тактовых импульсов, распределитель импульсов, коммутатор аналоговых сигналов, аналого-цифровой преобразователь, декодер, датчик температуры и ограничитель тока.

Однако данное устройство имеет низкую надежность, поскольку теряет работоспособность в случае короткого замыкания в шине питания хотя бы на одном контролируемом пункте, в связи с чем использование устройства для сбора информации с труднодоступных объектов, а также при большом числе контролируемых пунктов, неэффективное.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности является устройство (3) для передачи и приема информации по двухпроводной линии связи, содержащее в центральном блоке генератор, трансформатор, ключ, элемент ИЛИ, линию связи, оптрон, блок формирования сигналов выборки, в периферийном блоке - конденсатор, диод, первый ключ, аналого-цифровой преобразователь, второй ключ, первый, второй и третий селекторы, первый счетчик, первый дешифратор, элемент И, второй счетчик, второй дешифратор. В центральном блоке выход генератора соединен со входом трансформатора, второй выход которого соединен с первым проводом линии связи и входом оптрона, первый выход трансформатора через ключ подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с третьим выходом трансформатора, первый вход ключа соединен с выходом блока формирования сигналов выборки, входы которого являются информационными входами устройства, выход элемента ИЛИ соединен со вторым проводом линии связи и первым входом оптрона, выход которого является информационным выходом устройства, в каждом периферийном блоке - второй вывод конденсатора соединен со вторым проводом линии связи, первым выходом первого ключа и является положительным выводом источника питания, первый вывод конденсатора соединен с анодом диода, вторым выходом первого ключа, выходом второго ключа и является отрицательным выводом источника питания, второй вход ключа соединен с катодом диода, входом первого ключа и первым проводом линии связи, первый вход второго ключа соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, третий вход которого соединен с третьим выходом первого ключа и со входами первого, второго и третьего селекторов, первый вход аналого-цифрового преобразователя является информационным входом периферийного блока, а второй вход аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого дешифратора, второй вход - с выходом второго дешифратора, вход которого подключен к выходу второго счетчика, второй вход которого подключен к выходу третьего селектора, первый вход второго счетчика объединен со вторым входом первого счетчика и выходом второго селектора, выход первого селектора подключен к первому входу первого счетчика, выход которого подключен к входу первого дешифратора.

Недостатком прототипа является низкая надежность. В случае короткого замыкания в шине питания хотя бы одного периферийного блока, вызванного замыканием токоведущих частей или выходом из строя элементов, устройство становится неработоспособным. В случае неисправности периферийного блока, при которой второй ключ постоянно замкнут, устройство также становится неработоспособным. Кроме того, при наличии помех в линии возможно ложное срабатывание одного или обоих счетчиков, которое может привести к запуску аналого-цифрового преобразователя одного или нескольких периферийных блоков одновременно, что приводит к получению ошибочной информации, причем такая ситуация в общем случае не может быть обнаружена устройством.

Целью изобретения является повышение функциональной надежности устройства.

Возможность достижения технического результата изобретения обусловлена введением в каждый периферийный блок ряда блоков со связями, которое позволяет в случае короткого замыкания в шине питания одного или нескольких периферийных блоков обеспечить работоспособность устройства, т.е. возможность опроса исправных периферийных блоков.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 - временная диаграмма напряжения в линии связи; на фиг.3 - возможные схемы функциональных блоков.

Устройство (фиг.1) содержит в центральном блоке 1 генератор 2, трансформатор 3, первый элемент ИЛИ 4, первый ключ 5, линию связи 6, оптрон 7, формирователь сигналов 8, в каждом периферийном блоке 9 - накопительный конденсатор 10, ограничительный диод 11, ограничитель тока 12, аналого-цифровой преобразователь 13, информационный вход 14, ключ 15, накопительный конденсатор 16, ограничительный резистор 17, ограничительный диод 18, формирователь импульсов 19, селектор (импульса конца кода адреса) 20, триггер 21, элемент ИЛИ 22, счетчик 23, селектор (импульса сброса) 24, регистр сдвига 25, компаратор 26, элемент И 27, селектор (кода адреса) 28, задатчик кода адреса 29.

На фиг.2 приведена временная диаграмма работы устройства в соответствии с программой ЭВМ, формирующей управляющие сигналы на входе формирователя 8. Ограничитель тока 12 может быть выполнен, например, по схеме, приведенной на фиг.3,а. В качестве аналого-цифрового преобразователя 13 может использоваться аналого-цифровой преобразователь, преобразователь напряжение-длительность (широтно-импульсный модулятор) и т.д. Второй ключ 15 выполнен в виде транзисторного ключа. Формирователь импульсов 19 выполнен, например, как триггер Шмитта с интегрирующей RC-цепью на входе (фиг.3,б). Селекторы 20, 24, 28 выполнены, например, как селекторы по длительности (соответственно фиг. 3, в, г, д). Блок задания кода адреса 29 представляет собой набор перемычек на печатной плате, которыми задается адрес конкретного периферийного блока.

Работает устройство следующим образом. Генератор 2 вырабатывает прямоугольные импульсы, которые преобразуются трансформатором 3 в две последовательности импульсов, находящиеся в противофазе. Эти последовательности, проходя через первый элемент ИЛИ 4 (двухполупериодный выпрямитель), преобразуются в постоянное напряжение, гальванически развязанное с генератором 2, которое через первый ключ 5 поступает в линию связи 6. Ключ управляется формирователем 8, на вход которого поступают управляющие сигналы (фиг.2), например от ЭВМ, в результате чего в линии связи 6 формируется сигнал. Поступая по линии связи 6 в каждый из периферийных блоков 9, указанный сигнал через ограничительный диод 11 и ограничитель тока 12 заряжает первый накопительный конденсатор 10, энергия которого используется для питания всех элементов данного периферийного блока 9. Кроме того, этот сигнал подается на формирователь импульсов 19, на выходе которого формируются импульсы, аналогичные изображенным на фиг.2. Эти импульсы поступают на тактовый вход аналого-цифрового преобразователя 13, входы селекторов 20, 24, 28, первый вход второго элемента ИЛИ 22. В селекторах 20, 24 выделяются соответственно импульсы конца кода адреса и сброса. С выхода второго селектора 24 импульсы поступают на входы сброса триггера 21, счетчика 23 и регистра сдвига 25. По окончании импульса сброса (фиг.2) периферийный блок 9 готов к приему кода адреса опрашиваемого периферийного блока. Данный код передается с помощью фазовой манипуляции (фиг.2) так, что длительность 1 высокого уровня единичного элемента кода меньше длительности высокого уровня 2 нулевого элемента кода. Декодирование кода адреса осуществляется третьим селектором 28. Прием импульсов кода адреса в регистр сдвига 25 осуществляется по отрицательным перепадам напряжения, поступающего на его тактовый вход с формирователя импульсов 29 через второй элемент ИЛИ 22.

Длительность выходного импульса третьего селектора 28 занимает промежуточное положение между длительностями 1, 2, в результате чего в регистр сдвига 25 записывается значение соответствующего разряда кода адреса. После выделения импульса конца кода адреса триггер 21 переключается в единичное состояние, запрещая прохождение импульсов с формирователя импульсов 19 на регистр сдвига 25 и счетчик 23, который переключается отрицательными перепадами напряжения на счетном входе. После этого код адреса, принятый из линии связи 6, с параллельных выходов регистра сдвига 25 подается на первые входы цифрового компаратора 26, который выдает уровень "логическая 1" в случае совпадения принятого адреса с адресом периферийного блока, заданными перемычками наборного поля задатчика кода адреса 29. Счетчик 23 подсчитывает число импульсов кода адреса и выдает уровень "логическая 1" (с выхода переноса) только в том случае, если содержимое счетчика 23 совпало с числом разрядов кода адреса, что повышает достоверность телеизмерений. Выходные сигналы счетчика 23, компаратора 25, триггера 21 подаются на элемент И 27, выходной сигнал которого (уровень "логическая 1") запускает аналого-цифровой преобразователь 13, синхронизируемый импульсами опроса, поступающими с формирователя импульсов 19. Сигнал с информационного входа 14 поступает на информационный вход аналого-цифрового преобразователя 13 и преобразуется в последовательный код, который поступает на ключ 15, который "подпитывает" линию связи 6 в моменты низкого уровня сигнала опроса аналого-цифрового преобразователя 13, передавая таким образом последовательный код измеряемой величины, принимаемый оптроном 7 центрального блока 1. Накопительный конденсатор 16, ограничительный резистор 17 и второй ограничительный диод 18 служат для повышения надежности устройства. Если в результате неисправности периферийного блока 9 ключ 15 постоянно замкнут, накопительный конденсатор 16 заряжается и ключ 15 перестает шунтировать линию связи 6 за исключением небольшого тока через ограничительный резистор 17, что сохраняет работоспособность устройства в целом.

Введение в каждый периферийный блок ограничителя тока позволяет, в отличие от прототипа, обеспечить работоспособность устройства в случае короткого замыкания в шине питания одного или нескольких периферийных блоков. Введение в каждый периферийный блок накопительного конденсатора, резистора, ограничительный диод обеспечивает, в отличие от прототипа, работоспособность устройства в случае короткого замыкания ключа в периферийном блоке и при прочих неисправностях, приводящих к тому, что этот ключ оказывается постоянно замкнутым, а также в случае, когда периферийный блок постоянно выдает информацию в линию связи, даже если к нему нет обращений. Изменение связей счетчика позволяет, в отличие от прототипа, запретить ответ периферийного блока, если в результате искажения кода адреса помехой изменяется число импульсов кода адреса, принятое периферийным блоком, и таким образом повысить достоверность измерительной информации. Для обнаружения отсутствия ответа периферийного блока диапазон выходных сигналов источника информации может быть смещен так, что выходной код преобразователя не может быть нулевым, поэтому прием нулевого кода будет означать отсутствие ответа периферийного блока.

Таким образом, устройство сохраняет работоспособность при отказе одного или нескольких периферийных блоков и имеет повышенную достоверность измерительной информации в условиях помех. Отказоустойчивость устройства обеспечивает возможность подключения большого числа периферийных блоков в условиях с ограниченным доступом к ним, например, в зоне, опасной для пребывания человека, или в зоне вечной мерзлоты. Допускается ремонтонепригодность периферийных блоков и снижение затрат на обслуживание устройства, если допустим выход из строя одного или нескольких периферийных блоков.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ИНФОРМАЦИИ ПО ДВУХПРОВОДНОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ, содержащее в центральном пункте генератор, выход которого через трансформатор соединен с первым проводом линии связи и с одним входом оптрона, выход которого является информационным выходом устройства, другой вход оптрона соединен с вторым проводом линии связи, управляющий вход ключа соединен с выходом формирователя сигналов, вход которого является входом устройства, и элемент ИЛИ, на каждом из периферийных блоков - аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого является первым входом блока, второй вход соединен с выходом первого элемента И, третий вход и входы селекторов объединены, выход второго селектора соединен с первым входом счетчика, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к первому входу ключа, первый выход которого объединен с отрицательной клеммой источника питания и с одним выводом первого накопительного конденсатора, второй вывод которого объединен с положительной клеммой источника питания и соединен с вторым проводом линии связи, и первый ограничительный диод, катод которого соединен с первым проводом линии связи, отличающееся тем, что, в центральном блоке выходы трансформатора через элемент ИЛИ подключен к входу ключа, выход которого соединен с вторым проводом линии связи, в каждый периферийный блок введены второй ограничительный диод, ограничитель тока, регистр сдвига, задатчик кода адреса, компаратор, элемент ИЛИ, триггер, формирователь импульсов и параллельно соединенные ограничительный резистор и второй накопительный конденсатор, одни выводы которых объединены с входом формирователя импульсов и катодом первого ограничительного диода, вторые выводы через второй ограничительный диод соединены с вторым выводом ключа, первый вывод которого через ограничитель тока соединен с анодом первого ограничительного диода, выход формирователя импульсов соединен с входами селекторов, выход первого из которых подключен к первому входу триггера, второй вход которого и первый вход регистра сдвига соединены с выходом второго селектора, выходы триггера, счетчика и компаратора соединены с входами элемента И, выход формирователя импульсов и выход триггера через элемент ИЛИ подключены к вторым входам счетчика и регистра сдвига, третий вход которого соединен с выходом третьего селектора, входы и выходы задатчика кода адреса соединены с соответствующими входами компаратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3