Устройство контроля состояния каналов связи при передаче информации

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах передачи дискретной информации с широтно-импульсной или частотной манипуляцией сигналов. Технический результат заключается в разработке устройства контроля состояния каналов связи при передаче информации, обеспечивающего контроль изменения сопротивления канала связи, а также более точный контроль сопротивления при появлении импульсной помехи в канале связи. Устройство состоит из источника модулированного сигнала (1), усилителя (2), формирователя импульсов (3), источника порогового напряжения (4), компаратора нижнего уровня (5), компаратора верхнего уровня (6), элемента ИЛИ (7), генератора импульсов (8), элемента И (9), первого счетчика (10), второго счетчика (11), блока гальванической развязки (12), канала связи (13), преобразователя тока в напряжение (14), порогового элемента (15), приемника модулированного сообщения (16). 3 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах передачи дискретной информации с широтно-импульсной или частотной манипуляцией сигналов.

Известно устройство передачи дискретной информации по интерфейсу типа "токовая петля", реализующее способ передачи дискретной информации по интерфейсу типа "токовая петля", в соответствии с которым на передающей стороне формируют модулированный электрический сигнал, и через аналоговый канал связи пропускают импульсы тока с амплитудой 10-20 мА [Гук М. Интерфейсы ПК: Справочник. - Санкт-Петербург: Питер КОМ, 1999, с.77-82]. При использовании данного устройства для ограничения тока на приемной стороне устанавливают резисторы, поэтому размах амплитуды напряжения в канале связи составляет (10...30) В, что приводит к большому уровню сопутствующих помех. Недостатком данного устройства является отсутствие дополнительного контроля за состоянием канала связи и, например, увеличение активного сопротивления канала связи приводит к снижению достоверности передачи данных.

Из известных наиболее близким к заявленному (прототипом) по своей технической сущности является устройство передачи дискретной информации по аналоговому каналу связи, реализованное в способе передачи дискретной информации по аналоговому каналу связи RU №2173942, заявленному 14.07.99, опубликованному 20.09.01.

Устройство-прототип содержит источник модулированного сигнала, который подключен к первому входу усилителя и через формирователь импульсов соединен со стробирующим входом компаратора, один вход которого подключен к источнику порогового напряжения. Второй вход компаратора соединен с выходом усилителя и через блок гальванической развязки подключен к каналу связи, который через преобразователь тока в напряжение и пороговый элемент соединен со вторым входом усилителя. Кроме того, выход преобразователя тока в напряжение подключен к приемнику модулированного сообщения.

Это позволяет по сравнению с устройствами аналогами повысить достоверность передачи данных за счет проведения контроля параметров канала связи непосредственно в процессе формирования модулированного электрического сигнала.

Однако устройство-прототип имеет недостатки:

- не позволяет контролировать уменьшение сопротивления канала связи;

- имеет низкую точность контроля технических параметров канала связи при появлении импульсной помехи.

Технический результат, на достижение которого направленно изобретение, заключается в разработке устройства контроля состояния каналов связи при передаче информации, обеспечивающего контроль изменения сопротивления канала связи, а также более точный контроль сопротивления при появлении импульсной помехи в канале связи.

Для достижения технического результата в известном устройстве-прототипе передачи дискретной информации по аналоговому каналу связи, содержащем источник модулированного сигнала, усилитель, формирователь импульсов, компаратор верхнего уровня, источник порогового напряжения, блок гальванической развязки, канал связи, преобразователь тока в напряжение, пороговый элемент, приемник модулированного сообщения, причем источник модулированного сигнала подключен к первому входу приемника модулированного сигнала, к первому входу усилителя и через формирователь импульсов соединен со стробирующим входом компаратора верхнего уровня, первый вход которого подключен к источнику порогового напряжения, второй вход компаратора верхнего уровня соединен с выходом усилителя и через блок гальванической развязки подключен к каналу связи, который через преобразователь тока в напряжение и пороговый элемент соединен со вторым входом усилителя, кроме того, выход преобразователя тока в напряжение подключен к приемнику модулированного сообщения дополнительно введены элемент ИЛИ, элемент И, генератор импульсов, первый и второй счетчики, компаратор нижнего уровня, первый вход которого соединен с вторым выходом источника порогового напряжения, второй вход компаратора нижнего уровня подключен к выходу усилителя, а его стробирующий вход соединен с выходом формирователя импульсов, а выход компаратора нижнего уровня подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом компаратора верхнего уровня, а выход элемента ИЛИ подключен к второму входу элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов и с входом первого счетчика, выход которого подключен к второму входу второго счетчика, первый вход которого соединен с выходом элемента И, а выход второго счетчика включен в цепь отрицательной обратной связи усилителя.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественны всем признакам заявленного устройства контроля состояния каналов связи при передаче информации, отсутствуют, поэтому изобретение соответствует условию патентоспособности "Новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "Изобретательский уровень".

Заявленный объект изобретения поясняется чертежами, на которых показаны:

на фиг.1 - структурная схема устройства контроля состояния каналов связи при передаче информации;

на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства контроля состояния каналов связи при передаче информации без воздействия помехи;

на фиг.3 - временные диаграммы работы устройства контроля состояния каналов связи при передаче информации с воздействием помехи.

Устройство контроля состояния каналов связи при передаче информации, показанное на фиг.1, состоит из источника модулированного сигнала 1, усилителя 2, формирователя импульсов 3, источника порогового напряжения 4, компаратора нижнего уровня 5, компаратора верхнего уровня 6, элемента ИЛИ 7, генератора импульсов 8, элемента И 9, первого счетчика 10, второго счетчика 11, блока гальванической развязки 12, канала связи 13, преобразователя тока в напряжение 14, порогового элемента 15, приемника модулированного сообщения 16.

Источник модулированного сигнала 1 подключен к первому входу приемника модулированного сигнала 16, к первому входу усилителя 2 и через формирователь импульсов 3 соединен со стробирующими входами компаратора нижнего уровня 5 и компаратора верхнего уровня 6, первые входы которых подключены к первому и второму выходу источника порогового напряжения 4, вторые входы компаратора нижнего уровня 5 и компаратора верхнего уровня 6 соединены с выходом усилителя 2 и через блок гальванической развязки 12 подключены к каналу связи 13, который через преобразователь тока в напряжение 14 и пороговый элемент 15 соединен со вторым входом усилителя 2, в цепь отрицательной обратной связи которого включен выход второго счетчика 11, второй вход которого соединен с выходом первого счетчика 10, а первый вход подключен к выходу элемента И 9, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов 8 и с входом первого счетчика 10, а второй вход подключен к выходу элемента ИЛИ 7, первый вход которого подключен к выходу компаратора нижнего уровня 5, а второй вход подключен к выходу компаратора верхнего уровня 6, кроме того, выход преобразователя тока в напряжение 14 подключен к второму входу приемника модулированного сообщения 16.

Устройство работает следующим образом. Частотно-манипулированный (или широтно-манипулированный) сигнал, поступающий от источника передаваемого сообщения 1 на вход усилителя 2, усиливается и одновременно подается на первичную обмотку блока гальванической развязки 12 и на первые входы компаратора нижнего уровня 5 и компаратора верхнего уровня 6, стобируемых выходными импульсами формирователя 3. По вторичной обмотке блока гальванической развязки 12, содержащей один или несколько витков W_кс провода аналогового канала связи 13, протекает модулированный токовый сигнал, амплитуда которого зависит от отношения числа витков W₁/W_кс первичной и вторичной обмоток блока гальванической развязки 12, амплитуды напряжения U_м на его первичной обмотке и сопротивления R_кс короткозамкнутого провода канала связи 13:

Протекание тока с амплитудой I_м по каналу связи приводит к появлению напряжения на выходе преобразователя тока в напряжение 14 U_14M=(I_м·W₂·R)/W_кс, в качестве которого можно использовать трансформатор тока с вторичной обмоткой W₂, зашунтированной резистором R. Напряжение U_14M подается на пороговый элемент 15 с порогами срабатывания U_пор, -U_пор - и при уровне сигнала U_пор≤U_14M или U_14M≤-U_пор сопротивление порогового элемента 15 изменяется. Это приводит, в свою очередь, к появлению корректирующего сигнала U_корр=(U_14M-(±U_пор)) на инвертирующем входе усилителя 2, имеющего коэффициент усиления напряжения k>>1, и ограничению амплитуды его выходного напряжения на уровне U_2M=(U_1M+(±U_пор))R_кс/R.

При постоянной амплитуде U_1M модулированного сигнала, поступающего от источника 1, амплитуда выходного напряжения усилителя 2 будет прямо пропорцианальна сопротивлению R_кс канала связи 13, поэтому любое изменение этого сопротивления приводит к соответствующему изменению уровня напряжения U_2M.

Приемник модулированного сообщения 16, подключенный к выходу преобразователя тока в напряжение 14, используется при работе устройства в режиме приема модулированного сигнала. На время передачи информации функционирование приемника модулированного сообщения 16 запрещается сигналом, поступающим от источника модулированного сообщения 1.

Для исключения влияния коммутационных процессов на работу компаратора нижнего уровня 5 и компаратора верхнего уровня 6 применено их стробирование выходными импульсами формирователя импульсов 3, срабатывающего с некоторой задержкой относительно сигнала источника 1 (фиг.2). Подстройка уровня срабатывания компаратора нижнего уровня 5 и компаратора верхнего уровня 6 выполняется регулировкой напряжения на выходе источника порогового напряжения 4 при номинальном сопротивлении R_кс канала связи 13.

Для повышения точности контроля технических параметров канала связи 13, и уменьшения влияния импульсных помех на результаты контроля вносятся элемент ИЛИ 7, генератор импульсов 8, элемент И 9, первый счетчик 10 и второй счетчик 11, обеспечивающие кратковременную задержку при выполнении корректирующего воздействия. Генератор импульсов 8 формирует последовательность импульсов с частотой следования f≥2f_ФИ3, поступающей на вход первого счетчика 10 и параллельно на первый вход схемы И 9. На второй вход схемы И 9 поступает импульсная последовательность с выхода схемы ИЛИ 7, показывающая наличие отклонения значения напряжения U_2M с заданными пороговыми уровнями на компараторе нижнего уровня 5 и компараторе верхнего уровня 6 при длительном отклонении этого параметра (длительность задается первым счетчиком 10) на втором счетчике 11 формируется сигнал, поступающий на цепь отрицательной обратной связи усилителя 2 и позволяющий производить коррекцию (фиг.2).

При отклонении значения напряжения U_2M от нормированного значения на временной интервал меньше t заданного первым счетчиком 10 происходит сброс значения во втором счетчике 11, а следовательно, и игнорирование необходимости коррекции усилителем 2 (фиг.3).

Предложенное устройство контроля состояния каналов связи при передаче информации, реализованное на примере структурной схемы (фиг.1), позволяет повысить скрытность передачи цифровых данных, особенно при небольшой (до 1 км) длине канала связи, за счет минимизации амплитуды напряжения в канале связи и соответствующего снижения уровня помех, наводимых в процессе обмена информацией. В частности, при использовании монтажного провода типа МГШД-0,5 сопротивление канала связи длиной 1 км составляет R_кс=80 Ом, поэтому максимальный размах напряжения в канале связи составляет U_{кс max}≤0,24 В при токе I_кс=5 мА, т.е. в 40......120 раз ниже, чем при использовании устройства, реализующего передачу данных по интерфейсу RS-232C или т.п. Кроме того, при передаче информации предложенным устройством обеспечивается гальваническая развязка как на приемной, так и на передающей стороне. Это позволяет использовать существующие линии электроснабжения или каналы связи, находящиеся под напряжением в другой полосе частот, для передачи дискретной информации. Выделение необходимого частотно-манипулировнного сигнала в этих случаях можно производить, используя известные принципы фильтрации, например подключением соответствующих конденсаторов параллельно обмоткам W₁ и W₂ в блоке гальванической развязки 12 и в преобразователе тока в напряжение 14 (фиг.1).

Устройство контроля состояния каналов связи при передаче информации сравнительно просто может быть реализовано на КМОП-микросхемах серии КР1561, К561, КР1554, К140 и К521. Источник модулирующего сигнала 1 собран на элементах К1564ГП, усилитель 2 - на микросхеме типа КР140УД1208, формирователь импульсов 3 и приемник модулированного сигнала 16 - на цифровых микросхемах типа К561ТЛ1, элемент ИЛИ 7 - на микросхеме К561ЛЕ5, генератор импульсов 8 - на микросхеме КР1561ЛП14 и RC-цепочке, элемент И 9 - на микросхеме КР1561ЛИ2, счетчик первый 10 и счетчик второй 11 - на микросхемах КР1554ИЕ10 (К561ИЕ10), компаратор нижнего уровня 5 и компаратор верхнего уровня 6 - на микросхемах К521СА3, К561ТМ2, пороговый элемент 15 - на диодах КД522 и стабилитроне КС139. В источнике порогового напряжения 4 применен стабилитрон КС191А, резисторы типа С2-29В и потенциометр СП5-2, а в блоке гальванической развязки 12 и преобразователе тока в напряжение 14 использованы ферритовые кольца типа М2000 с обмотками W₁, W₂ на проводах типа ПЭВ-0,25 и резистор С2-29В.

Устройство контроля состояния каналов связи при передаче информации, содержащее источник модулированного сигнала, который подключен к первому входу приемника модулированного сообщения, к первому входу усилителя и через формирователь импульсов соединен со стробирующим входом компаратора верхнего уровня, один вход которого подключен к источнику порогового напряжения, второй вход компаратора верхнего уровня соединен с выходом усилителя и через блок гальванической развязки подключен к каналу связи, который через преобразователь тока в напряжение и пороговый элемент соединен со вторым входом усилителя, выход преобразователя тока в напряжение подключен к второму входу приемника модулированного сообщения, отличающееся тем, что дополнительно введены элемент ИЛИ, элемент И, генератор импульсов, первый и второй счетчики, компаратор нижнего уровня, первый вход которого соединен с вторым выходом источника порогового напряжения, второй вход компаратора нижнего уровня подключен к выходу усилителя, а его стробирующий вход соединен с выходом формирователя импульсов, а выход компаратора нижнего уровня подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом компаратора верхнего уровня, а выход элемента ИЛИ подключен к второму входу элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов и с входом первого счетчика, выход которого подключен к второму входу второго счетчика, первый вход которого соединен с выходом элемента И, а выход второго счетчика включен в цепь отрицательной обратной связи усилителя.