Способ сопряжения устройств распределенного контроля по совмещенной двухпроводной линии связи и питания

Использование: в области электротехники и связи. Технический результат - уменьшение энергопотребления и повышение достоверности обмена информацией в распределенных системах контроля с совмещенной двухпроводной линией связи и питания датчиков. Согласно способу ведущим устройством выполняют опрос датчиков импульсами тока в двухпроводной линии связи и питания, а подключенные к линии датчики контроля формируют ответные сигналы изменением длительности этих импульсов тока. В начале каждого импульса опроса задают максимальное значение тока на выходе ведущего устройства, а звеном нелинейной обратной связи регулируют ток и стабилизируют амплитуду импульсов напряжения в двухпроводной линии связи и питания на уровне напряжения питания ведущего устройства. В первом такте цикла опроса ведущим устройством формируют импульс тока длительностью не менее двух периодов тактовой частоты для установки всех датчиков в исходное состояние, а затем передают импульсы длительностью около 75% периода тактовой частоты, число которых соответствует количеству опрашиваемых датчиков. Порядковым номером каждого импульса задают номер опрашиваемого датчика, при срабатывании которого сокращается длительность импульса тока до 25% периода тактовой частоты, а срабатывание датчика подтверждают сокращением длительности импульса напряжения, поступающего по двухпроводной линии связи и питания на вход ведущего устройства. 4 ил.

 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при построении распределенных систем контроля, дистанционного управления и систем охраны объектов для обмена информацией по двухпроводной линии связи.

Известен способ передачи информации по совмещенной линии связи в системе сбора и обработки данных, поступающих на центральный пункт от периферийных терминалов, согласно которому информационный сигнал передают по двухпроводной линии связи через трансформаторы с двумя последовательно соединенными вторичными обмотками. К средней точке соединения этих обмоток подключают источник напряжения питания периферийных терминалов (патент РФ №2217591 от 27.11.2003, МПК H04B 3/54).

Реализация этого способа не позволяет сократить число проводов линий связи до двух, так как напряжение питания для удаленных терминалов формируется между обмотками трансформатора и заземленной шиной, т.е. в качестве третьего провода нужно использовать заземление схемы центрального пункта и удаленных терминалов. При этом для передачи сигналов по линии связи применяют дополнительные буферные усилители, устройства амплитудно-частотной коррекции, аналоговые фильтры и другие аналоговые функциональные узлы, имеющие сравнительно большую потребляемую мощность. Кроме того, передача последовательности импульсов через трансформаторы приводит к искажению их формы и, как следствие, уменьшает достоверность передачи данных по линии связи.

Более совершенным является способ построения систем контроля, дистанционного управления, телеметрии и охраны объектов (патент РФ №2381627 от 10.02.2010, МПК H04L 5/14, H04B 1/56), согласно которому питание отдельных модулей системы и передача информации между ними осуществляют только по одной паре проводов.

Согласно данному способу сопряжения устройств распределенного контроля по совмещенной линии связи выполняют аналоговую модуляцию информационных сигналов, которые суммируют с постоянным напряжением питания и передают по линии связи, а на приемной стороне для восстановления информационного сигнала используют фильтр на основе трансформатора с колебательным контуром и декодирующий микроконтроллер.

Недостатком такого способа совместной передачи напряжения питания и информационных сигналов является необходимость применения нескольких аналоговых устройств. В частности, используются усилители с регулируемым коэффициентом усиления для повышения амплитуды принимаемых высокочастотных сигналов, заграждающие и узкополосные фильтры для выделения информации, поступающей по линии связи, и компараторы с изменяющимся порогом срабатывания для формирования широтно-модулированных импульсов из сигнала, приходящего по линии связи, и т.п.

Вследствие этого такие устройства характеризуются большой потребляемой мощностью независимо от скорости передачи информации. Кроме того, наличие ряда преобразований информационных сигналов (амплитудной модуляции высокочастотного сигнала информационными импульсами, аналоговое суммирование полученной смеси с напряжением питания, выделение информационного сигнала из суммарного напряжения индуктивно-емкостными фильтрами, регулировка порогов срабатывания компараторов в зависимости от скорости изменения продетектированного сигнала) уменьшает достоверность обмена информацией в распределенных системах контроля.

Известен также способ передачи информации и напряжения питания по двухпроводной линии связи в телеметрической системе, применяемой для исследования скважин в нефтяной и газовой промышленности (патент РФ №2474958 от 26.07.2011, МПК H04B 3/00), согласно которому для сбора и обработки данных в центральном и периферийном устройствах используют микроконтроллеры. По совмещенной линии связи передают сумму питающего напряжения и информационного сигнала в виде широтно-модулированных импульсов тока, которые формируют ключевым элементом или управляемым источником тока по командам микроконтроллеров. Информационной сигнал выделяют с помощью дифференцирующих цепей и формирователей импульсов, установленных на входах микроконтроллеров, а в составе каждого периферийного устройства применяют измерительный блок и блок питания с дополнительными стабилизаторами тока и напряжения.

К недостаткам такого способа обмена информацией относится малая амплитуда информационных импульсов напряжения в линии связи, которую формируют путем изменения тока, протекающего по выходному сопротивлению источника питания центрального устройства. Поэтому даже небольшие изменения тока потребления периферийного устройства или случайные флуктуации напряжения питания могут восприниматься как ложный сигнал, что снижает достоверность передачи информации по совмещенной линии связи. Кроме того, применение автономного блока питания и стабилизаторов напряжения и тока в каждом периферийном устройстве приводит к повышению рассеиваемой мощности и, как следствие, к уменьшению времени его работы без замены применяемых гальванических элементов питания.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ сопряжения устройств распределенного контроля по совмещенной двухпроводной линии связи (патент РФ №2404510 от 20.11.2010, МПК H04B 3/54, G06F 13/38), согласно которому в ведущем устройстве на основе микроконтроллера формируют сигнал запроса в виде последовательности амплитудно-модулированных или широтно-модулированных импульсов, подаваемых на совмещенную линию связи и питания, а подключенные к ней датчики с импульсным выходом по запросу ведущего устройства формируют ответные сигналы путем изменения длительности или временной задержки импульсов в совмещенной линии связи и питания.

Недостатком известного способа является большая мощность потребления, т.к. при его реализации напряжение питания в каждом датчике задается блоками выпрямления, фильтрации и стабилизации, и во время формирования ответного сигнала в датчике выход стабилизатора питающего напряжения шунтируется ключевым элементом, рассеивающим большую мощность в течение длительности каждого импульса при передаче ответного сигнала с датчика. Кроме того, амплитуда импульсов, поступающих от датчиков по линии связи и питания на ведущее устройство, формируется за счет протекания импульсов тока через небольшое выходное сопротивление блока питания ведущего устройства, поэтому она значительно меньше напряжения питания ведущего устройства и напряжения питания датчиков. Наличие возможных помех и электрических наводок в линии связи приводит к уменьшению достоверности передачи данных между датчиками и ведущим устройством особенно при большой длине линии связи.

Задачей изобретения является создание способа сопряжения устройств распределенного контроля по совмещенной двухпроводной линии связи и питания, позволяющего получить уменьшение энергопотребления и повышение достоверности обмена информацией в распределенных системах контроля с совмещенной двухпроводной линией связи и питания датчиков.

Сущность способа сопряжения устройств распределенного контроля по совмещенной двухпроводной линии связи и питания заключается в том, что ведущим устройством формируют импульсы тока для опроса датчиков, которые подают в линию связи и питания, а подключенные к ней датчики в ответ на запрос ведущего устройства изменяют длительность этих импульсов тока. В начале каждого импульса задают максимальное значение тока, подаваемого от ведущего устройства в линию связи и питания, а также подключают к выходу ведущего устройства звено нелинейной обратной связи, которым регулируют ток и стабилизируют амплитуду импульсов напряжения в линии связи и питания на уровне напряжения питания ведущего устройства. При этом в первом такте запроса микроконтроллером ведущего устройства формируют импульс тока большой длительности, составляющей не менее двух периодов тактовой частоты, в течение которого выполняют сброс всех датчиков в исходное состояние. После этого передают последовательность импульсов с длительностью, составляющей 75% периода тактовой частоты, число которых определяется количеством опрашиваемых датчиков, причем номером каждого импульса задают номер опрашиваемого датчика. Срабатывание датчика выделяют по сокращению длительности соответствующего импульса тока до 25% периода тактовой частоты, и подтверждают срабатывание датчика сокращением длительности соответствующего импульса напряжения, поступающего по линии связи и питания на вход микроконтроллера ведущего устройства.

Заявляемый способ реализуется устройством, структурная схема которого приведена на фиг. 1, а работа его основных функциональных узлов поясняется временными диаграммами, показанными на фиг. 2. На фиг. 3 приведена схема модели ведущего устройства, а на фиг. 4 - схема модели оптического датчика допускового контроля, подключаемого к совмещенной линии связи и питания.

Структурная схема содержит ведущее устройство 1, к которому через двухпроводную линию связи и питания 2 подключены датчики 3.1…3.N. Для получения импульсов из сигнала, поступающего по двухпроводной линии связи и питания 2 от датчиков 3.1…3.N, в ведущем устройстве 1 применен формирователь импульсов 4, выход которого подключен к микроконтроллеру 5 и к первому входу мажоритарного элемента 6. Выход микроконтроллера 5 подключен ко второму входу мажоритарного элемента 6 и через одновибратор 7 соединен с его третьим входом. Выход мажоритарного элемента 6 через управляемый источник тока 8 и звено нелинейной обратной связи 9 подключен к управляющему входу источника тока 8, выход которого является выходом ведущего устройства 1.

В схеме каждого датчика 3.1…3.N применен амплитудный детектор 10, выходное напряжение которого используется для питания формирователя импульсов 11, таймера 12, счетчика 13, измерительного преобразователя 14 и триггера 15. При срабатывании измерительного преобразователя 14 и появлении высокого логического уровня на выходе счетчика 13, выделяющего номер датчика, триггер 15 формирует импульс, который подается на управляющий вход ключевого элемента 16, коммутирующего двухпроводную линию связи и питания 2. Все датчики 3.1…3.N подключены к этой линии связи параллельно и служат для допускового контроля различных физических величин, т.е. срабатывают при выходе значений контролируемых параметров за допустимые пределы.

Ведущее устройство 1 работает в режиме последовательного циклического опроса датчиков 3.1…3.N и формирует непрерывную последовательность импульсов, передаваемых на датчики по двухпроводной линии связи и питания 2. В каждом цикле опроса микроконтроллер 5 формирует начальный импульс большой длительности TНАЧ, составляющей не менее двух периодов Т тактовой частоты (TНАЧ≥2T) для сброса (установки нуля) счетчиков 13, применяемых во всех датчиках контроля 3.1…3.N. После окончания начального импульса микроконтроллер 5 формирует импульсы одинаковой длительности TОПР=0,75T, причем по порядковому номеру каждого импульса выполняется опрос только одного датчика, имеющего аналогичный номер. Если опрашиваемый датчик не сработал, то длительность импульса опроса не изменяется и составляет TОПР=0,75T, а в случае срабатывания любого датчика контроля, например датчика №2, ключевым элементом 16 этого датчика коммутируется двухпроводная линия связи и питания 2, поэтому длительность тактового импульса сокращается до минимального значения TСРАБ=0,25T (фиг. 2).

Выходные импульсы микроконтроллера 5 проходят через мажоритарный элемент 6 и преобразуются управляемым источником тока 8 в импульсы тока I8, которые по двухпроводной линии связи и питания 2 одновременно подаются на все датчики контроля 3.1…3.N для задания номера опрашиваемого датчика. Кроме того, импульсами тока выполняется подзаряд накопительных конденсаторов в амплитудных детекторах 10, служащих для получения постоянного напряжения питания функциональных узлов 11-15 в каждом из датчиков контроля 3.1…3.N.

Особенности работы устройств распределенного контроля предлагаемым способом заключаются в следующем.

В начале каждого импульса одновибратор 7 в ведущем устройстве 1 формирует короткий импульс длительностью t7≤0,1T, в течение которого в двухпроводную линию связи и питания 2 с выхода управляемого источника тока 8 поступает максимальное значение тока I8, чтобы обеспечить быстрый подзаряд накопительных конденсаторов в амплитудных детекторах 10 датчиков, а также задать ток накачки в активных датчиках, например ток накачки светодиодов, применяемых в оптических датчиках для контроля допуска на охраняемые объекты или для оценки оптического поглощения или отражения контролируемой среды. При подзарядке накопительных конденсаторов в амплитудных детекторах 10 датчиков выполняется автоматическое регулирование (уменьшение) тока I8 и стабилизация амплитуды импульсов напряжения в двухпроводной линии связи и питания 2 на уровне напряжения питания ведущего устройства 1. Благодаря применению звена нелинейной обратной связи 9 в течение времени переходного процесса tПП≤t7 достигается равенство амплитуды импульсов в двухпроводной линии связи и питания 2 с напряжением источника питания ведущего устройства 1, а также устанавливается минимальное значение тока I8, достаточное для питания датчиков в стационарном режиме работы. После окончания импульса длительностью t7, задаваемого одновибратором 7, минимальное значение тока I8 сохраняется вплоть до окончания каждого импульса на выходе микроконтроллера 5 (фиг. 2).

При передаче номера датчика импульсы тока I8 от ведущего устройства 1 проходят по двухпроводной линии связи и питания 2 на вход формирователя 11, применяемого в датчиках 3.1…3.N для преобразования тока в импульсы напряжения и уменьшения длительности их фронтов. Полученные на выходе формирователя 11 импульсы напряжения поступают на входы таймера 12 и счетчика 13, применяемых в схемах датчиков 3.1…3.N. Таймер 12 применен в каждом датчике контроля для задержки фронта импульса на время t12 ≈ 1,5T, он срабатывает только при большой длительности начального импульса TНАЧ≥2T и формирует выходной импульс длительностью t12≥0,5T для сброса счетчика 13, определяющего номер опрашиваемого датчика. После этого начинается цикл поочередного опроса датчиков 3.1…3.N, длительность которого TЦ=N·T зависит от общего количества датчиков контроля N, подключенных к двухпроводной линии связи и питания 2.

При срабатывании в процессе опроса одного из датчиков контроля измерительный преобразователь 14 формирует высокий уровень напряжения «Лог. 1» на входе триггера 15, который переключается выходным импульсом счетчика 13 с задержкой на время t13=0,25T, составляющее 25% от периода тактовой частоты Т. При срабатывании триггера 15 открывается ключевой элемент 16 и замыкает провода двухпроводной линии связи и питания 2. Срабатывание ключевого элемента 16 приводит к появлению низкого уровня напряжения на выходе формирователя 4, вследствие чего появляется уровень «Лог. 0» напряжения U6 на выходе мажоритарного элемента 6 даже при наличии импульса на выходе микроконтроллера 5. Выходным сигналом мажоритарного элемента 6 выключается управляемый источник тока 8, поэтому в паузах между импульсами ток I8 по линии связи не течет, а замыкание ключевого элемента 16 фактически приводит к выключению управляемого источника тока 8. В итоге, за счет подтверждения факта срабатывания каждого датчика уровнем «Лог. 0» на входе микроконтроллера 5 повышается достоверность приема информации при опросе датчиков контроля 3.1…3.N.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности «новизна». Отличительные признаки - установка максимального значения тока в начале каждого импульса, подаваемого от ведущего устройства в линию связи и питания, автоматическое регулирование тока звеном нелинейной обратной связи для стабилизации амплитуды импульсов напряжения в линии связи и питания, дублирование импульсов тока в линии связи и питания импульсами напряжения, поступающими на микроконтроллер ведущего устройства при срабатывании опрашиваемого датчика и выключения управляемого источника тока, - в аналогах не встречаются. Следовательно, заявляемый способ удовлетворяет критерию «изобретательский уровень».

Промышленная применимость функциональных узлов устройства, реализующего предлагаемый способ, обусловлена наличием микромощной элементной базы, на основе которой они могут быть выполнены. В частности, формирователи импульсов 4 и 11 можно реализовать на микросхемах К561ТЛ1 типа «Триггер Шмитта», микроконтроллер 5 - на микросхеме PIC16ZF1936 с внутренним генератором импульсов и током потребления 50 мкА, мажоритарный элемент 6 - на микросхеме К561ЛП13, одновибратор 7 - на микросхеме К561ТЛ1 с времязадающей RC-цепью, ключевой элемент 16 - на транзисторе КПЗ 06. В схеме измерительного преобразователя 14 можно использовать усилитель типа МАХ406 с током потребления не более 1,2 мкА при напряжении питания UПИТ=(2,5…10) В, либо реализовать оптический измерительный преобразователь 14 на светодиоде типа АЛ307 и фотодиоде ФД24К. Управляемый источник тока 8 можно реализовать на транзисторах типов КТ3102 и КТ3107, а звено обратной связи 9 - на диодах КД522 и одном конденсаторе. В схеме таймера 12 можно использовать генератор импульсов на микросхеме К561ТЛ1 с времязадающей RC-цепью и делитель частоты на микросхеме К561ИЕ2, счетчик 13 можно реализовать на микросхеме типа К561ИЕ8, а триггер 15 - на микросхеме типа К561ТМ2.

Применение такой элементной базы позволяет ограничить средний ток потребления каждого датчика на уровне менее 0,3 мА, поэтому их количество ограничивается только максимальным током на выходе ведущего устройства.

Уменьшение энергопотребления устройств распределенного контроля предлагаемым способом достигается за счет автоматической регулировки амплитуды импульсов тока при опросе датчиков ведущим устройством, а также и при изменении длительности импульсов тока при срабатывании датчиков контроля с передачей данных на ведущее устройство. Фактически срабатывание ключевого элемента 16 приводит к формированию в двухпроводной линии связи и питания 2 уровня «Лог. 0» и выключению управляемого источника тока 8, поэтому резко уменьшается мощность, рассеиваемая ключевым элементом 16 в датчике и управляемым источником тока 8 в ведущем устройстве.

Повышение достоверности обмена информацией предложенным способом обеспечивается в устройствах за счет дублирования импульсов тока, передаваемых микроконтроллером 5 через мажоритарный элемент 6 и управляемый источник тока 8 в двухпроводную линию связи и питания 2, выходными импульсами формирователя 4, которые поступают на вход микроконтроллера 5 и подтверждают факт передачи импульсов тока по двухпроводной линии связи и питания 2 как при опросе датчиков контроля, так и при их срабатывании.

Для оценки выигрыша в энергопотреблении предложенным способом проведено исследование параметров упрощенной принципиальной схемы ведущего устройства (фиг. 3) и оптического датчика контроля (фиг. 4) с помощью программы схемотехнического моделирования NI Multisim 12.0.

В схеме ведущего устройства (фиг. 3) для получения импульсов напряжения из импульсов тока I8 в формирователе 4 использована диодно-резистивная цепь на элементах 4.1 и 4.2. Функцию микроконтроллера 5 выполняют генератор импульсов на элементе 5.1 с резисторами 5.3, 5.4 и конденсатором 5.2, который формирует импульсы с длительностью tИ=0,7(R5.3+R5.4)C5.2=0,75T и паузой между ними tП=0,7R5.3C5.2=0,25T, счетчик-распределитель импульсов 5.6, регистр памяти 5.7, RS-триггер 5.8 и логический элемент 5.9, которыми формируется начальный импульс длительностью TНАЧ=2T и последующие импульсы для опроса датчиков с длительностью TОПР=0,75T. Одновибратор 7 реализован на элементе 7.1 с резистором 7.2 и конденсатором 7.3 в цепи обратной связи, а мажоритарный элемент 6 через инвертор 5.10 синхронизирует работу триггера 5.11, который управляет записью информации в регистр памяти 5.7. Одновибратор на элементе 7.1 формирует короткие импульсы длительностью t7=0,1T, превышающей время подзаряда накопительных конденсаторов, применяемых в амплитудных детекторах датчиков контроля.

В процессе работы генератор 5.1 формирует импульсы большой длительности tИ=0,75T, составляющие 75% от периода Т тактовой частоты, которые через мажоритарный элемент 6 проходят на управляемый источник тока 8, содержащий транзистор 8.4 с резистором 8.5 в цепи эмиттера и резистором 8.1 в цепи коллектора, и транзистор 8.3 с резистором 8.2 в цепи эмиттера, ограничивающим максимальное значение тока I8, подаваемого в двухпроводную линию связи и питания 2. Звено нелинейной обратной связи 9 собрано на диодах 9.1, 9.2 с конденсатором 9.3 малой емкости (C9.3≈1000 пФ), который необходим для исключения коротких импульсов тока большой амплитуды, возникающих в моменты коммутации двухпроводной линии связи и питания 2 ключевым элементом 16 датчика контроля (фиг. 3).

В упрощенной схеме оптического датчика контроля (фиг. 4) применен амплитудный детектор на диоде 10.1 с накопительным конденсатором 10.2 большой емкости для получения напряжения питания датчика. Формирователь импульсов 11 собран на диодно-резистивной цепочке 11.1, 11.2 и триггере Шмитта 11.3. Для сброса в начальном такте TНАЧ с задержкой на время 1,5T применен цифровой таймер, содержащий инвертор 12.1, генератор импульсов на триггере Шмидта 12.2 с времязадающими конденсатором 12.3 и резистором 12.4, а также двоичный счетчик 12.5. Для определения номера датчика применен счетчик-распределитель импульсов 13.1, который совместно с элементом 13.2 типа 2И-НЕтслужит для задержки на время tЗД=0,25T импульса нулевого уровня, который открывает транзистор 14.3 с резистором 14.1 в цепи эмиттера, служащим для ограничения тока накачки светодиода 14.2 оптического преобразователя 14. Поток света от светодиода 14.2 при отсутствии нарушителя в контролируемой зоне допуска приводит к появлению фототока на выходе фотодиода 14.4 и повышению падения напряжения на резисторе 14.5. При этом появляется высокий уровень «Лог. 1» на D-входе триггера 14.6, а на его инверсном выходе появляется сигнал «Лог. 0», подаваемый на D-вход триггера 15, который формирует уровень «Лог. 0», и ключевой элемент 16 остается в закрытом состоянии. Если световой поток перед фотодиодом 14.4 перекрывается, то на инверсном выходе триггера 14.6 появляется высокий уровень «Лог. 1», поэтому триггер 15 срабатывает и формирует сигнал «Лог. 1», которым открывается ключевой элемент 16, шунтирующий линию связи и питания 2.

В начале каждого такта работы модели ведущего устройства (фиг. 3) током I8 подзаряжается накопительная емкость 10.2 амплитудного детектора через открывающийся диод 10.1 до тех пор, пока напряжение U8 на коллекторе транзистора 8.3 не сравняется с выходным напряжением U6≈UПИТ мажоритарного элемента 6. При равенстве напряжений U6≈U8 открываются диоды 9.1 и 9.2 звена обратной связи, через которые часть тока I8 протекает через резистор 8.5, увеличивая на нем падение напряжения. Это приводит к частичному закрыванию транзистора 8.4 и уменьшению его коллекторного тока, который снижает ток I8 коллектора транзистора 8.3 до минимального уровня. Амплитуда импульсов тока I8 при открывании диодов 9.1 и 9.2 звена нелинейной обратной связи уменьшается пропорционально коэффициенту усиления тока базы h21≥100 транзистора 8.3, т.е. до 1% от максимального значения тока I8, протекающего в линии связи и питания 2 при закрытых диодах 9.1 и 9.2.

В результате проведенного моделирования установлено, что при срабатывании триггера 15 и открывании ключевого транзистора 16 напряжение U8 в линии связи и питания 2 не превышает 0,5 В. При этом падение напряжения на резисторе 4.2 уменьшается до нуля, что приводит к появлению «Лог. 0» на выходе мажоритарного элемента 6, которым закрывается транзистор 8.4, а ток I8 уменьшается до нулевого уровня независимо от наличия импульса напряжения на выходе логического элемента 5.9, выполняющего функцию 2ИЛИ.

Для оценки динамических параметров устройства при формировании импульсов тока I8 и напряжения U8 в линии связи и питания применялась модель двухканального осциллографа, а амплитуда тока I8 контролировались по падению напряжения на резисторе 8.2 в цепи эмиттера транзистора 8.3.

В результате моделирования установлено, что при амплитуде импульсов тока I8.max≈0,5 А время подзаряда емкости 10.2 амплитудного детектора, составляющей C10.2=10 мкФ, не превышает значения tПП≤10 мкс. Т.е. для времени подзаряда tПП≤0,1T не более 10% периода T тактовой частоты время опроса каждого датчика контроля составляет TОПР=T≈0,1 мс, что позволяет передавать информацию по линии связи и питания с максимальной скоростью V=9,6 кбит/с. Кроме того, установлено, что при формировании тока накачки светодиода 14.2 в оптическом датчике с амплитудой I14.2=5 мА на время t14.2=5 мкс в начале такта опроса длительностью T=100 мкс средний ток питания оптического датчика не превышает значения IПИТ.3≈260 мкА.

При реализации сопряжения устройств распределенного контроля заявляемым способом выполняется автоматическое согласование амплитуды импульсов ведущего устройства и датчиков контроля в стандартном диапазоне питающего напряжения UПИТ=(3…5) В цифровых микросхем. При этом изменение напряжения питания управляемого источника тока от 9 В до 15 В не влияет на достоверность обмена информацией между ведущим устройством и датчиками контроля.

Согласно полученным данным применение звена обратной связи для регулировки амплитуды импульсов тока и выключение управляемого источника тока в ведущем устройстве при срабатывании опрашиваемых датчиков позволяет уменьшить средний ток потребления примерно в 3-5 раз по сравнению с прототипом. При этом обеспечивается передача данных импульсами напряжения большой амплитуды, определяемой напряжением питания цифровых микросхем, что повышает достоверность обмена информацией по совмещенной линии связи и питания в распределенных системах контроля.

Способ сопряжения устройств распределенного контроля по совмещенной двухпроводной линии связи и питания, согласно которому сигнал для опроса датчиков ведущим устройством формируют в виде импульсов тока, подаваемых в двухпроводную линию связи и питания, а подключенные к ней датчики в ответ на запрос ведущего устройства изменяют длительность этих импульсов тока, отличающийся тем, что в начале каждого импульса задают максимальное значение тока, подаваемого от ведущего устройства в двухпроводную линию связи и питания, подключают к выходу ведущего устройства звено нелинейной обратной связи, которым регулируют ток и стабилизируют амплитуду импульсов напряжения в двухпроводной линии связи и питания на уровне напряжения питания ведущего устройства, причем в первом такте запроса микроконтроллером ведущего устройства формируют импульс тока большой длительности, составляющей не менее двух периодов тактовой частоты, в течение которого выполняют сброс всех датчиков в исходное состояние, после чего передают последовательность импульсов с длительностью, составляющей 75% периода тактовой частоты, число которых определяется количеством подключенных датчиков, а порядковым номером каждого импульса задают номер опрашиваемого датчика, срабатывание которого выделяют по сокращению длительности соответствующего импульса тока до 25% периода тактовой частоты, и подтверждают факт срабатывания любого датчика сокращением длительности соответствующего импульса напряжения, поступающего по двухпроводной линии связи и питания на вход микроконтроллера ведущего устройства.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электротехники. Технический результат - расширение функциональных возможностей и повышение надежности.

Изобретение относится к системам связи и может быть использовано для адаптивного управления мощностью передатчика для измерения шума во время связи. Система (100) связи включает в себя модули (120) приемника, соединенные с каналом (105) передачи.

Использование: в области передачи информации по линиям электроснабжения. Технический результат - повышение качества передачи данных.

Использование: в области приборостроения при построении распределенных измерительных систем, систем контроля, телеметрии и дистанционного управления. Технический результат - уменьшение энергопотребления и повышение достоверности обмена информацией.

Изобретение относится к области бурения скважин и предназначено для наземной передачи в пределах буровой площадки информации, получаемой от скважинной аппаратуры и от различных наземных датчиков, установленных на буровой площадке, и используется для контроля и управления процессом бурения в реальном режиме времени.

Использование: в области электротехники. Технический результат - расширение функциональных возможностей.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности и устойчивости к помехам.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности.

Изобретение относится к области передачи данных в энергосистеме и предназначено для более эффективного использования недетерминированных каналов передачи данных, для обмена операционными данными в режиме реального времени между удаленными местами и электростанцией.

Изобретение относится к технике связи и предназначено для обмена данными между надводной системой управления и подводной установкой. Технический результат - повышение пропускной способности. Для этого надводная система управления содержит надводный низкочастотный модем, адаптированный для выполнения обмена данными в первом частотном диапазоне, а подводная установка содержит подводный низкочастотный модем, адаптированный для выполнения обмена данными в первом частотном диапазоне. Надводный низкочастотный модем соединен с подводным низкочастотным модемом линией передачи данных шлангокабеля, который соединяет надводную систему управления с подводной установкой. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности передачи. Система передачи содержит: устройство (1) управления и по меньшей мере одну лампу (3, 11). Устройство (1) управления с другой стороны подсоединено к фазному проводу (L) источника (9) питающего напряжения, а по меньшей мере одна лампа (3, 11) с другой стороны соединена с нейтральным проводом (N) источника (9) питающего напряжения. Лампа (3, 11) содержит нагрузку (4), регулируемую относительно своей мощности, регулятор (7) обратной связи, переключатель (5) обратной связи и токоизмерительный резистор (6). Нагрузка (4) содержит декодирующее устройство для анализа полученной дейтаграммы(DT), схему управления, силовое звено и осветительное средство. Контролирующая схема регулятора (7) непрерывно контролирует напряжение в линии (L') нагрузки на предмет возникновения сетевых помех (ST), после их обнаружения регулятор (7) переключает переключатель (5) обратной связи, вследствие чего ток, замыкающий накоротко нагрузку (4), устанавливается посредством токоизмерительного резистора (6) и переключателя (5) обратной связи, вызывающего кратковременное импульсное увеличение (Kl) тока в линии нагрузки, которое обнаруживается защитой от коротких замыканий устройства (1) управления, вследствие чего инициируется повторная передача ранее искаженной дейтаграммы(DT). 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение возможности управления большими нагрузками. Система содержит: управляющее устройство (1), которое, с одной стороны, подключено к фазному проводнику (L) источника (4) питающего напряжения и выход которого образует нагрузочную линию (L') для подключения по меньшей мере одной нагрузки или модуля (2.1, 2.2, 2.n) нагрузки, который, с другой стороны, соединен с нулевым проводником (N) источника (4) питающего напряжения. Управляющее устройство (1) только в течение периодически возникающих для питающего напряжения (U) временных окон (EF) передачи энергии пропускает питающий ток от источника (4) на по меньшей мере один модуль (2.1, 2.2, 2.n), и в течение временных окон (KF) коммуникации, не перекрывающихся с временными окнами (EF) передачи энергии, возникает двунаправленная коммуникация за счет регистрации и/или модуляции коммуникационного тока через нагрузочную линию (L') между управляющим устройством (1) и по меньшей мере одним модулем (2.1, 2.2, 2.n) нагрузки. При этом предусмотрен по меньшей мере один модуль (3.1, 3.2, 3.m) расширения нагрузки, который, с одной стороны, соединен с фазным проводником (L), с другой стороны, - с нагрузочной линией (L'), и соединен через управляющую линию (S) с управляющим устройством (1). Модуль (3.1, 3.2, 3.m) расширения нагрузки управляется таким образом, что в течение временного окна (EF) передачи энергии, однако не в течение временного окна (KF) коммуникации, питающий ток пропускается от источника (4) питающего напряжения на по меньшей мере один модуль (2.1, 2.2, 2.n) нагрузки. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - упрощение системы связи. Устройство (200) связи по линии электропередачи содержит узел (210) соединителей сетевого электропитания с тремя или более первыми соединителями (211), присоединяемыми к электрической распределительной сети. Сетевой фильтр (220) обеспечивает цепь фильтрации между каждым из его первых портов (221) и соответствующим одним из вторых портов (222), причем каждый первый порт (221) соединен с одним из первых соединителей (211). Каждый второй порт (222) соединен с одним из трех или более вторых соединителей (282) розетки (280) электропитания переменного тока. Блок (250) связи по линии электропередачи соединен с каждым из первых портов (221) и передает и/или принимает данные в соответствии со способом передачи, в котором используется более одного канала передачи между двумя устройствами, соединенными через электрическую распределительную сеть. Фильтр (220) улучшает качество передачи PLC, подавляя помехи, создаваемые устройствами, и уменьшая паразитное излучение PLC. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к системам связи, которые используют для связи линии электропитания. Предложено устройство передачи, содержащее вывод, электрически соединенный с выводом другого устройства, и блок передачи, приспособленный для передачи информации через вывод путем осуществления модуляции нагрузкой согласно контакту между упомянутым выводом и выводом другого устройства. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 13 ил.
Наверх