Устройство для сбора, обработки и пакетной передачи результатов измерения параметров физической среды

 

Изобретение относится к вычислительной и информационно-измерительной технике, может быть использовано в автоматизируемых регистрирующих системах, в частности в системах мониторинга окружающей среды и контроля экологической обстановки, и позволяет при эксплуатации в необслуживаемом режиме в качестве одного из периферийных устройств сети связи обеспечить пакетную передачу достоверной, малоизбыточной и сгруппированной по определенным признакам информации о параметрах исследуемой физической среды. Устройство для сбора, обработки и пакетной передачи результатов измерения параметров физической среды содержит управляющий вычислительный комплекс с адресно-информационной и командной магистралью, n аналоговых измерительных датчиков, n аналого-цифровых преобразователей, n блоков обработки данных, k оперативных запоминающих устройств, два буферных запоминающих устройства, коммутатор, выполненный в виде соединителя n·k, блок управления коммутатором, два формирователя передаваемой информации, два узла передачи данных и канал ввода-вывода. 1 ил.

Изобретение относится к вычислительной и информационно-измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных регистрирующих системах, в частности в системах мониторинга окружающей среды и контроля экологической обстановки.

Известно многоканальное устройство для регистрации, содержащее блок управления с адресно-информационной и командной магистралью, к которой подключены каналы сбора, преобразования и регистрации измерительных данных, при этом каждый из каналов содержит последовательно соединенные программируемый усилитель, на вход которого поступает измерительная информация от источника аналогового сигнала, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти и формирователь выходного сигнала, подсоединенный своим выходом к магистрали, а также соответствующие блоки сопряжения, входы которых связаны с адресно-информационной и командной магистралью, а выходы с входами управления соответственно программируемого усилителя, аналого-цифрового преобразователя, блока памяти и формирователя выходного сигнала, при этом синхровходы всех каналов сбора, преобразования в регистрации измерительных данных и блока управления связаны с выходом генератора тактовых импульсов [1] В данном устройстве не обеспечивается режим передачи для регистрации только тех значений входного аналогового сигнала, которые превышают некоторую заранее установленную величину, задающую границу нормального протекания исследуемого процесса, что в некоторых случаях приводит к накоплению в блоке памяти малозначимой избыточной информации и следовательно к неэффективному использованию входящего в состав устройства оборудования. Кроме того, в известном устройстве отсутствует возможность осуществления первичной экспресс-обработки измерительных данных, позволяющая исключать из накапливаемых пакетов измерительной информации недостоверные результаты единичных измерений, возникающие в результате воздействия на измерительные аналогичные датчики и цепи преобразования их выходных сигналов разнообразных помех.

Известно также устройство для ввода информации, подключаемое к центральному процессору и предназначенное для сбора и экспресс-обработки информации от аналоговых и цифровых датчиков [2] Данное устройство содержит аналоговые датчики, коммутатор, в качестве которого использован мультиплексор аналоговых сигналов, блок управления коммутатором, блоки буферной и оперативной памяти и блок сбора и обработки данных, связанный с блоком микропрограммного управления.

К недостаткам данного устройства, осуществляющего анализ входной информации, например, экстремальный анализ, отсев сбойной информации, статистический анализ, следует отнести невозможность одновременной регистрации сигналов нескольких аналоговых датчиков.

Кроме того, известные устройства не ориентированы на использование в их составе существующих комплексов технических средств, эксплуатируемых в сетях связи, в частности выпускаемого промышленностью и апробированного оборудования квазиэлектронных автоматических телефонных станций (АТСКЭ).

Задачей данного изобретения является создание устройства для сбора, обработки и пакетной передачи результатов измерения параметров физической среды, работающего в необслуживаемом режиме, ориентированного как на автономную эксплуатацию, так и на эксплуатацию в качестве одного из периферийных устройств сети связи и обеспечивающего при приемлемых аппаратурных затратах регистрацию всей необходимой, малоизбыточной и достоверной информации об исследуемом процессе как при его нормальном протекании, так и в случае выхода значений параметров, характеризующих этот процесс, за границы установленных предельных величин.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для сбора, обработки и пакетной передачи результатов измерения параметров физической среды, содержащее управляющий вычислительный комплекс с адресно-информационной и командной магистралью, n аналоговых измерительных датчиков, аналого-цифровой преобразователь, блок обработки данных, буферное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, коммутатор и блок управления коммутатором, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, вход блока обработки данных связан с выходом аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что в него введены (n-1) аналого-цифровых преобразователей, (n-1) блоков обработки данных, (k-1) оперативных запоминающих устройств, второе буферное запоминающее устройство, два формирователя передаваемой информации, два узла передачи данных и канал ввода-вывода, а коммутатор выполнен в виде соединителя n·k, при этом выход каждого из (n-1) аналого-цифровых преобразователей соединен с информационным входом соответствующего блока обработки данных, выход i-го аналогового измерительного датчика (i=1-n) подсоединен ко входу i-го аналого-цифрового преобразователя, выход i-го блока обработки данных связан с i-м входом коммутатора, j-й выход которого (j= 1-k) подключен к информационному входе j-го оперативного запоминающего устройства, первый выход каждого из оперативных запоминающих устройств соединен с информационным входом первого буферного запоминающего устройства, а второй выход с информационным входом второго буферного запоминающего устройства, первые выходы первого и второго буферных запоминающих устройств подсоединены к информационному входу первого формирователя передаваемой информации, а вторые их выходы к информационному входу второго формирователя передаваемой информации, выход которого связан со вторыми входами первого и второго узлов передачи данных, первые входы которых подключены к выходу первого формирователя передаваемой информации, периферийный выход канала ввода-вывода, соединенного с адресно-информационной и командной магистралью управляющего вычислительного комплекса, связан с информационно-управляющими входами-выходами блоков обработки данных, управляющие входы аналого-цифровых преобразователей, управляющий вход блока управления коммутатором, адресно-управляющие входы оперативных запоминающих устройств и буферных запоминающих устройств, информационно-управляющие входы формирователей передаваемой информации и управляющие входы узлов передачи данных подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому периферийным выходам канала ввода-вывода.

На чертеже представлена блок-схема устройства для сбора, обработки и пакетной передачи результатов измерения параметров физической среды, выполненного согласно данному изобретению для сбора информации с восьми аналоговых измерительных датчиков параметров физической среды.

Устройство содержит аналоговые измерительные датчики 1,1-1,8, аналого-цифровые преобразователи 2,1-2,8, блоки 3,1-3,8 обработки данных, коммутатор 4, блок 5 управления коммутатором, оперативные запоминающее устройства 6,1-6,4, буферные запоминающие устройства 7,1 и 7,2 формирователи 8,1 и 8,2 передаваемой информации, узлы 9,1 и 9,2 передачи данных, канал 10 ввода-вывода и управляющий вычислительный комплекс 11 с адресно-информационной и командной магистралью 12.

В качестве датчиков 1,1-1,8 могут быть использованы различные аналоговые измерительные датчики, например, измерители параметров физических величин, характеризующих уровень радиационной загрязненности атмосферы и интенсивность ионизирующих излучений.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 2,1-2,8 могут быть выполнены как в виде АЦП прямого преобразования с входом управления выводом результата, так и на микросхеме К1108ПВ2А, представляющей собой быстродействующий АЦП последовательного приближения.

Каждый из блоков 3,1-3,8 обработки данных состоит из процессора сбора данных, в качестве которого может быть использована микросхема К1804ВС1, и блока микропрограммного управления, содержащего блок памяти микропрограмм, узел управления последовательностью микрокоманд (например микросхема К1804ВУ4), регистр адреса микрокоманд и шинный формирователь. При этом в качестве блока памяти микропрограмм может быть использовано как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), так и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). В случае, если объем памяти внутренних регистров процессора сбора данных окажется недостаточным для хранения вводимого в процессор блока данных, в состав блока обработки данных может быть введено оперативное запоминающее устройство требуемой емкости.

Каждое из оперативных запоминающих устройств (ОЗУ) 6,1-6,4 и каждое из буферных запоминающих устройств (БЗУ) 7,1 и 7,2 может быть реализовано на микросхеме К565РУ1. Особенность выполнения этих запоминающих устройств заключается в наличии у каждого из них двух запареллеленных по информационным входам выходных регистров с тремя состояниями на выходе, имеющих раздельные входы управления состоянием.

Формирователи 8,1 и 8,2 передаваемой информации предназначены для формирования сообщения стандартного формата, состоящего, например, из пяти шестнадцатиразрядных слов, содержащих соответственно, служебную информацию о времени измерения, индексе передаваемого измеренного параметра, номере датчика, номере прибора и измерительные данные о текущем значении параметра.

Формирователи 8,1 и 8,2 передаваемой информации могут быть выполнены, например, на базе сдвигающих регистров с параллельной записью информации, поступающей от различных источников на входы соответствующих разрядов и регистров, и ее последовательным или параллельно-последовательным считыванием.

Для реализации коммутатора 4, блока 5 управления коммутатором, узлов 9,1 и 9,2 передачи данных, канала 10 ввода-вывода и управляющего вычислительного комплекса 11 с адресно-информационной и командной магистралью 12 могут быть использованы серийно выпускаемые технические средства, входящие в состав оборудования АТСКЭ типа "Квант" [3, 4] Управляющий вычислительный комплекс 11 может состоять из одной или двух, в случае выполнения его резервированным, специализированных управляющих ЭВМ, микропрограммные процессоры которых имеют четыре аппаратных уровня программы с глубиной ухода на подпрограмму, равной четырем на каждом уровне.

Структурно управляющая ЭВМ содержит подключенные к адресно-информационной и командной магистрали микропрограммный процессор, состоящий из накопителя микропрограммы, устройства управления и арифметико-логического устройства, оперативное запоминающее устройство, включающее в свой состав матрицу динамической памяти, узел стыковки с запоминающим устройством и формирователь адресных токов, генератора тактовых импульсов со схемой управления тактовыми импульсами и канала ввода для ввода программы обслуживания и исходных данных с устройства ввода, в качестве которого может быть использован, например, кассетный накопитель на магнитной ленте или магнитофон.

В случае выполнения управляющего вычислительного комплекса 11 резервированным в его состав включается канал межмашинного обмена, обеспечивающего синхронную работу обеих управляющих ЭВМ и сравнение результатов их функционирования.

Канал 10 ввода-вывода, в состав которого входят также и блоки канала для связи с периферийным оборудованием (см. [4] с. 57-66) предназначен для передачи и согласования временных и электрических параметров сигналов, которыми обмениваются в процессе работы управляющий вычислительный комплекс 11 и подключенное к каналу периферийное оборудование, обеспечивая при этом их полную гальваническую развязку. Имеющееся в канале 10 ввода-вывода оборудование (дешифраторы выбора координат, блоки управления и сканирования объектов периферии, интерфейс сигналов управления и сканирования и т.п.) позволяют передавать сигналы к периферийным устройствам или принимать сигналы от периферийных устройств.

Узлы 9,1 и 9,2 передачи данных предназначены для преобразования поступающей на их входы числовой информации и передачи ее по линии связи многочастотным способом кодом "2 из 6" методом импульсный челнок, импульсный пакет и т.п.

Коммутатор 4, выполненный в виде соединителя 8 х 4, представляет собой, например, часть стандартного двухпроводного матричного ферридового соединителя МФС 1. Управление работой такого соединителя осуществляется блоком 5 управления коммутатором, в котором имеется генератор колоколообразных импульсов, подключаемый с помощь стандартного оборудования АТСКЭ типа "Квант" к требуемым в данный момент управляющим шинам соединителя. Сигналы управления этим подключением поступают в блок 5 из канала 10 ввода-вывода, в составе которого имеются также и исполнительные устройства управления коммутационным полем.

Устройство для сбора, обработки и пакетной передачи результатов измерения параметров физической среды работает следующим образом.

Запуск устройства инициируется после ввода в управляющий вычислительный комплекс (УВК) 11 программ обслуживания и служебного информационного массива, каждый элемент которого содержит номер датчика, пороговое значения измеряемого этим датчиком параметра и другую, определяемую пользователем служебную информации.

После запуска УВК 11 осуществляет загрузку программ экспресс-обработки измерительных данных в блоки 3,1-3,8 обработки данных, а именно в ОЗУ входящих в состав этих частей устройства блоков микропрограммного управления. Если в блоках обработки данных для хранения программ экспресс-обработки результатов измерения использования ПЗУ, то операция загрузки программ экспресс-обработки отсутствует.

По завершении процедур загрузки устройство переходит к процедуре сбора и экспресс-обработки измерительных данных.

УВК 11 в соответствии с программой обслуживания осуществляет опрос аналоговых измерительных датчиков 1,1-1,8, управляя через канал 10 ввода-вывода работой АЦП 2,1-2,8. Частота и порядок опроса датчиков задается программно и может изменяться в процессе работы устройства, причем возможен одновременный опрос нескольких или даже всех датчиков.

В каждый из блоков 3,1-3,8 обработки данных записывается несколько (например, 15-10) текущих значений соответствующего измеряемого параметра. Затем, по команде УВК, осуществляется обработка накопленных данных. Может выполняться экстремальный анализ, отсев сбойной информации, статистический анализ, т. е. вычисление среднего арифметического значения, среднего квадратичного отклонения и т.п. Окончательный результат этой экспресс-обработки сравнивается с переданным из УВК 11 через канал 10 ввода-вывода и хранящимся в одном из внутренних регистров процессора блока обработки данных пороговым значением измеряемого параметра. Результат этого сравнения через канал 10 ввода-вывода поступает в УВК 11. Если полученное в процессе экспресс-обработка значение измеряемого параметра не выходит за пределы заданного порогового значения, то оно в дальнейшем не регистрируется, а УВК 11, подавая управляющие сигналы на соответствующие АЦП и блок обработки данных, осуществляет очередной цикл опроса соответствующего датчика.

Если же полученное при экспресс-обработке значение измеряемого параметра превышает установленную для этого параметра пороговую величину, то УВК 11 осуществляет запись информации в любое доступное в данный момент оперативное запоминающее устройство 6,1-6,4, т.е. в то ОЗУ, в котором в данный момент времени не осуществляется, например, регенерация хранимой информации. Для этого УВК 11 через канал 10 ввода-вывода и блок 5 управления коммутатором производит соответствующие соединения входов и выходов коммутатора 4, задает адрес очередной ячейки выбранного ОЗУ и по получении от одного из блоков 3,1-3,8 обработки данных сигнала о превышении значением измеряемого параметра пороговой величины передает на это ОЗУ сигнал разрешения записи. В передельном случае, если в данный момент времени доступны все ОЗУ 6,1-6,4 и положительные результаты сравнения поступили с четырех блоков обработки данных, то благодаря использованию в качестве коммутатора 4 соединителя 8 х 4, выходные данные этих блоков обработки могут быть записаны в соответствующие ОЗУ одновременно. Таблица соответствия номеров опрошенных датчиков номерам ОЗУ 6,1-6,4 и адресам ячеек этих ОЗУ, содержащая также и другую служебную информацию (например, время измерения) формируется УВК 11 и сохраняется в его оперативном запоминающем устройстве.

По мере накопления информации в ОЗУ 6,1-6,4 УВК 11, не прерывая процесса опроса датчиков, управления работой блоков 3,1-3,8 обработки данных, коммутатора 4 и ОЗУ 6,1-6,4, осуществляет передачу накопленной информации из ОЗУ 6,1-6,4 в буферные запоминающие устройства 7,1-7,2. Результаты измерений записываются в БЗУ 7,1-7,2 в упорядоченном виде, т.е. формируются страницы памяти, содержащие блоки данных, соответствующих либо номеру одного или нескольких датчиков, либо времени измерения и тому подобное. Для выполнения этих процедур используются данные хранящихся в УВК 11 таблиц соответствия. Возможность работы одного из БЗУ с тем ОЗУ, из которого поступает считанная информация, обеспечивается переводом выходных цепей соответствующих выходных регистров незадействованных в данный момент ОЗУ в высокоимпедансное состояние. При этом возможно одновременное считывание информации из двух ОЗУ и ее передача в соответствующие БЗУ.

В процессе выполнения процедуры формирования в БЗУ 7,1-7,2 массивов упорядоченных данных УВК 11 также формирует и сохраняет в своем оперативном запоминающем устройстве соответствующую служебную информацию в виде таблиц соответствия номера БЗУ и адресов его ячеек номеру датчика, времени измерения и т.п.

После завершения формирования в каком-либо из БЗУ 7,1-7,2 очередного упорядоченного массива данных, т.е. после заполнения очередной страницы памяти, этот массив может быть передан по линии связи.

Для этого УВК 11 формирует соответствующую управляющую и служебную информацию и передает ее в канал 10 ввода-вывода. На четвертом информационном выходе канала 10 ввода вывода, подключенном к адресно-управляющим входам БЗУ 7,1 и 7,2 выставляются сигналы, разрешающие работу соответствующего БЗУ в режиме чтения данных и выдачу считываемой информации на одном (или двух) его выходах. На пятом периферийном выходе канала 10 ввода-вывода, связанном с информационно-управляющими входами формирователей 8,1 и 8,2 передаваемой информации, выставляются сигналы разрешения работы одного или двух формирователей и необходимая служебная информация, входящая в подлежащие формированию сообщения. На шестом периферийном выходе канала 10 ввода-вывода появляются сигналы разрешения работы задействуемых узлов 9,1 и 9,2 передачи данных.

Вслед за этим УВК 11 через канал 10 ввода-вывода организует поочередное считывание ячеек задействованного БЗУ, хранящих элементы передаваемого массива измерительной информации, прием считанной информации в требуемый формирователь передаваемой информации по его информационному входу и прием служебной информации по его информационно-управляющему входу, управление формированием сообщений в этом формирователе и управление передачей сформированных сообщений в линию связи через задействованный узел передачи сообщений.

В зависимости от программы обслуживания данное устройство позволяет также осуществлять параллельную передачу сформированного массива данных по двум каналам связи.

Положительным свойством устройства является также возможность программного отключения любого из блоков и узлов, хранящих и передающих измерительную информацию, прошедшую экспресс-обработку, в случае возникновения неисправности. При этом не происходит нарушения работоспособности устройства, обеспечивающего и в этом случае накопление и пакетную передачу в линию связи достоверной, малоизбыточной и сгруппированной по определенным признакам измерительной информации о параметрах исследуемой физической среды.

Формула изобретения

Устройство для сбора, обработки и пакетной передачи результатов измерения параметров физической среды, содержащее управляющий вычислительный комплекс с адресно-информационной и командной магистралью, n аналоговых измерительных датчиков, аналого-цифровой преобразователь, блок обработки данных, буферное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, коммутатор и блок управления коммутатором, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, вход блока обработки данных связан с выходом аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что в него введены n 1 аналого-цифровых преобразователей, n 1 блоков обработки данных, k 1 оперативных запоминающих устройств, второе буферное запоминающее устройство, два формирователя передаваемой информации, два узла передачи данных и канал ввода-вывода, а коммутатор выполнен в виде соединителя n x k, при этом выход каждого из n 1 аналого-цифровых преобразователей соединен с информационным входом соответствующего блока обработки данных, выход i-го аналогового измерительного датчика (i 1 + n) подсоединен к входу i-го аналого-цифрового преобразователя, выход i-го блока обработки данных связан с i-м входом коммутатора, j-й выход которого (j= 1 + k) подключен к информационному входу j-го оперативного запоминающего устройства, первый выход каждого из оперативных запоминающих устройств соединен с информационным входом первого буферного запоминающего устройства, а второй выход с информационным входом второго буферного запоминающего устройства, первые выходы первого и второго буферных запоминающих устройств подсоединены к информационному входу первого формирователя передаваемой информации, а вторые их выходы к информационному входу второго формирователя передаваемой информации, выход которого связан с вторыми входами первого и второго узлов передачи данных, первые входы которых подключены к выходу первого формирователя передаваемой информации, периферийный выход канала ввода-вывода, соединенного с адресно-информационной и командной магистралью управляющего вычислительного комплекса, связан с информационно-управляющими входами-выходами блоков обработки данных, управляющие входы аналого-цифровых преобразователей, управляющий вход блока управления коммутатором, адресно-управляющие входы оперативных запоминающих устройств и буферных запоминающих устройств, информационно-управляющие входы формирователей передаваемой информации и управляющие входы узлов передачи данных подключены соответственно к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому периферийным выходам канала ввода-вывода.

РИСУНКИ

Рисунок 1