Разработка бесконтактного устройства телеуправления (ТУ)

Содержание
Введение 3
1 Исходные данные 5
2 Расчет числа разрядов кода необходимых для передачи заданного числа команд ТУ 6
3 Построение таблицы кодовых комбинаций 7
4 Выбор принципа действия устройства 8
5 Выбор импульсных признаков. Формат одной кодовой посылки команды ТУ 9
6 Выбор принципа построения устройства защиты от ошибок УЗО 10
7 Описание функционально-логической схемы устройства 11
Заключение 27
Список литературы 28

_________________________________________________________________

Работа № 4301. Это ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ работы.

Цена оригинала 1000 рублей. Оформлен в программе Microsoft Word.

Оплата. Контакты

_________________________________________________________________

Введение
Одной из характерных особенностей конструкции большинства современных технических средств является широкое внедрение элементов автоматики и телемеханики что позволяет автоматизировать процесс управления. При этом функции выполняемые системами автоматизированного телеуправления постоянно усложняются также как постоянно возрастает и относительная значимость этих систем в производственном процессе.
Основой любой технической системы управления являются информационные процессы непосредственно направленные на сбор и предварительную обработку первичной информации ее передачу хранение распределение отображение регистрацию считывание и исполнение управляющих команд.
Увеличение сложности системы требует дифференцирование функций выполняемые отдельными ее устройствами создаются специализированные устройства сбора передачи исполнения команд управления. Комплекс этих устройств в совокупности с устройствами передачи информации на расстояние представляет собой систему телемеханики.
Актуальность темы данной курсовой работы заключается в том что укрупнение систем управления и высокая степень автоматизации процессов обработки информации способствует тому что системы телемеханики превращаются в крупномасштабные автоматизированные информационные системы развитие которых происходит по двум направлениям. Первое предусматривает постепенное усложнение системы телемеханики за счет наращивание ее структуры либо за счет увеличения удельного веса процессов обработки информации. Второе направление предусматривает повсеместное внедрение и использование вычислительной техники в процессе производственного управления.
Задачей курсового проекта является разработка бесконтактного устройства телеуправления ТУ одностороннего действия по исходным данным.
В ходе решения данной задачи необходимо спроектировать устройство с одним из достаточно сложных и нестандартных методов передачи телемеханических сообщений которые на практике встречаются достаточно редко.
1 Исходные данные
Исходные данные на проектирование приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Исходные данные
варианта Тип устройстваКоличество ИПКоличество 2-х позиционных
объектов на один ИПСтруктура линии связи между ПУ и КПРежим передачиФормула метода передачиИмпульсные признакиДлительность передачи команды ТУ извещения ТС с
29ТУ170 ради-альнаяспоради-ческий2+C_n1^m+2^n_2+1длит.
имп.06
2 Расчет числа разрядов кода необходимых для передачи заданного числа команд ТУ
В соответствии с исходными данными и формулой передачи
2+C_n1^m+2^n_2+1 2.1
где 2- два двоичных разряда кода обеспечивающего передачу характера операции 10 – «включено» 01 – «выключено»
C_n1^m- код с постоянным весом единица m единица и n1-m нулей номер группы
2^n_2+1- двоичный код с проверкой на четность с информационными символами и одним проверочным код объекта
разделим объекты на ИП на 5 групп по 14 объектов. Таким образом
m=1 n1=5 n2=4.
Тогда
n=2+5+4+1=12 бит.
Необходимо также добавить два служебных импульса таким образом получается – 14 символов.
3 Построение таблицы кодовых комбинаций
Зная количество разрядов кода построим таблицу включающую все возможные комбинации табл. 3.1.
Таблица 3.1 – Возможные комбинации
объектаХарактер операцииНомер группыНомер объекта
На основании данных таблицы 3.1 строятся шифраторы всех частей сообщения.
4 Выбор принципа действия устройства
Для реализации устройства ТУ по заданным исходным данным выберем асинхронный последовательный метод передачи кодовых комбинаций команд с использованием старт-стопных символов.
Использование последовательного метода позволит обеспечить передачу команд ТУ по двухпроводной линии. Асинхронность же требует синхронизации работы передающей и приемной сторон устройства т.е. необходимо обеспечить синфазирование и обнаружение расфазирования передатчика и приемника.
В качестве метода синхронизации выберем потактовый метод который предусматривает разделение передаваемых импульсов с помощью пауз. Таким образом каждый такт передачи будет состоять из импульса и паузы.
Синфазность передающей и приемной части устройства обеспечивается передачей старт-импульса а обнаружить расфазирование можно по стоп-импульсу.
Таким образом старт- и стоп-синхроимпульсы сигнализируют о начале и конце передачи.
5 Выбор импульсных признаков. Формат одной кодовой посылки команды ТУ
В соответствии с заданием на проектирование импульсным признаком при передаче сообщения является длительность импульса. На рисунке 5.1 представлен формат сообщения в случае передачи последовательности «1.10.10000.01100.1» соответствующего команде «Включить объект 13 группы 5» см. табл. 3.1.
Рисунок 5.1 – Формат кодовой посылки
Примем длительность паузы за τ. Тогда первый и последний синхронизирующие символы имеют длительность импульса 3τ. Символы отображающие «1» имеют длительность импульса 2τ а символы отображающие «0» — τ.
Для определения значения τ выберем самое длинное сообщение т.е. содержащее больше всего единиц например команда «Включить объект 14 группы 5» «1.10. 10000.11101.1». Длительность данного сообщения составляет 38τ. Для выполнения требования длительности передачи команды которая согласно условия составляет 06 с определим необходимую длительность импульса τ
τ<06/38≈00157 с = 16 мс.
6 Выбор принципа построения устройства защиты от ошибок УЗО
Согласно методическим указаниям на курсовое проектирование необходимо разработать принцип осуществления защиты устройства. Суть защиты заключается в том что УЗО должно приводить к защитному отказу в случае искажения символа в принимаемой кодовой комбинации или расфазирования.
Для реализации УЗО первичный код сформированный передатчиком команд необходимо закодировать избыточным кодом позволяющим обнаруживать ошибки.
В случае рассматриваемом в данной работе код характера операции и номера группы является кодом с постоянным весом 1 и 4 соответственно а код номера объекта – код с проверкой на четность.
На приемной стороне в УЗО можно получить синдром ошибки и запретить изменение состояния объекта если произошла ошибка.
Защиту от ошибок из-за расфазирования можно обнаружить сопоставляя время прихода стоп-импульса и соответствующего состояния в распределительном регистре на приемной стороне. Если они не совпадают изменение состояния объекта не происходит.
7 Описание функционально-логической схемы устройства
С учетом всего вышесказанного разработаны функционально-логические схемы передающей и приемной части устройства ТУ которые представлены на рисунках 7.1 7.2 и 7.4 7.5 соответственно.
Передающая часть представляет собой устройство передачи данных состоящее из устройства ввода данных УВД реализованного на элементах DD1 – DD3 DD7 и устройства передачи данных УПД реализованного на элементах DD5 DD6 – DD23.
УВД предназначено для ручного ввода передаваемого сообщения команды ТУ и его представления в виде параллельного кода. Оно содержит ключ выбора характера операции S1.0 ключи выбора номера группы S2.0 – S2.4 номера объекта S3.0 – S3.13 и ключа запуска передачи S4.0.
Шифраторы первичного кодирования реализованы на логических элементах DD1 DD2 и на двоичном шифраторе DD3. Шифратор корректирующего кодирования выполнен на логическом элементе DD7.
Таблица истинности 16-ти разрядного шифратора приведена в таблице 7.1.
Таблица 7.1 – Таблица истинности шифратора
На RS-триггерах DD5 DD6 и элементе DD8 построен узел начальной установки. Элементе DD8 служит для формирования короткого импульса по фронту. На элементе DD9 реализован генератор тактовых импульсов.
Устройство передачи данных УПД представляет собой старт-стопное устройство последовательного действия осуществляющее преобразование параллельного кода в последовательный и формирование сигнала старт-стопной последовательной кодовой посылки в соответствии с выбранными импульсными признаками.
Преобразование параллельного кода в последовательный осуществляется с помощью 16-ти разрядного регистра сдвига с асинхронной загрузкой. Таблица истинности 16-ти разрядного регистра сдвига в режиме сдвига приведена в таблице 7.2.
Таблица 7.2– Таблица истинности регистра сдвига
Схема управления длительностью импульса состоит из делителя на 2 выполненного на элементе DD17 и устройства формирования выходных импульсов реализованного на элементах DD18 – DD20 диодах VD3 – VD6 и резистора R27.
Двоично – десятичные счетчики DD11 DD13 DD15 совместно с элементами DD12 DD14 DD16 образуют устройство формирования выходной импульсной последовательности. При этом счетчики DD11 DD15 формируют стартовый и стоповый импульсы соответственно и имеют коэффициент пересчета 2. Счетчик DD13 служит для формирования информационной импульсной последовательности и имеет коэффициент пересчета 12. На данные элементы поступают импульсы непосредственно с выхода тактового генератора.
Рассмотрим работу устройства в случае передачи команды ТУ «10.00010.11011» соответствующего команде «Включить объект 12 группы 2».
Временная диаграмма передающей части устройства ТУ иллюстрирующая работы схемы для этого случая приведена на рисунке 7.3 .
Перед началом передачи необходимо произвести выбор характера операции номера группы и номера объекта. Для этого следует замкнуть соответствующие ключи в положение ВКЛ S1.0 и S2.2. После этого на линиях 1-11 шины установятся уровни соответствующие кодовой комбинации «10.00010.11011».
После нажатия ключа S4.0 триггер DD5 переходит в единичное состояние триггер DD6 также устанавливается в состояние 1. По фронту импульса срабатывает элемент DD8 и переводит сдвиговый регистр DD10 в режим загрузки. В регистр записывается параллельный код 100001011011 и сбрасывает триггер DD17 Сброс счетчиков DD11 DD13 DD15 осуществляется за счет заряда конденсаторов С1 С2 С3 в результате чего формируются короткие отрицательные импульсы обнуляющие счетчики.
Низкий уровень на входе генератора DD9 запускает его и на его выходе появляются тактовые импульсы.
Низкий уровень на входе R счетчика DD11разрешает счет и счетчик начинает считать тактовые импульсы. На выходе элемента DD12 в это время присутствует низкий уровень который инвертируется элементом DD2 и в линии присутствует сигнал высокого уровня.
Так как счетчик DD11 имеет коэффициент пересчета 2 то с приходом третьего тактового импульса на всех входах элемента DD12 установится высокий уровень и сигнал с его выхода сбросит счетчик DD11и запретит его дальнейшую работу. Таким образом в линию будет подан стартовый импульс длительностью 3τ.
Высокий уровень сигнала с выхода DD12 инвертированный DD21 разрешит счет DD13 на который поступают тактовые импульсы. Эти же импульсы подаются на тактовый вход регистра DD10 который в данный момент уже находится в режиме сдвига включенного высоки уровнем с выхода DD22. На выходе регистра последовательном появляются символы комбинации 100001011011 которые поступают на один вход элемента DD19. Одновременно с этим на другой вход этого элемента подаются импульсы с выхода делителя DD17 длительностью 2τ а на вход элемента DD18 подаются тактовые импульсы. В результате этого на выходе DD18 формируются импульсы высокого уровня длительностью 2τ что соответствует передаче «1» и τ — что соответствует передаче «0». Через диод VD3 импульсы поступают в линию связи.
Так как счетчик DD13 имеет коэффициент пересчета 11 то с приходом 12 импульса на всех входах элемента DD14 установится высокий уровень и сигнал с его выхода сбросит счетчик DD14и запретит его дальнейшую работу регистру DD10 будет запрещен режим сдвига а счетчику DD15 разрешен режим счета.
Аналогично DD11 счетчик DD15 через два тактовых импульса сбросится и в линию будет подана стоповая посылка длительностью 3τ.
Низкий уровень с выхода DD23 переведет схему в исходное состояние и передача импульсов прекратится. Таким образом в линию связи будет подана кодовая комбинация «10.00010.11011».
Рисунок 7.1 – Функционально-логическая схема передающей части устройства ТУ
Рисунок 7.2 – Функционально-логическая схема передающей части устройства ТУ продолжение
Рисунок 7.3 – Временная диаграмма сигналов передающей части
Приемная часть устройства ТУ представлено на рисунках 7.4 7.5. Оно представляет собой ответную часть рассмотренного выше устройства. Поэтому его функционирование должно соответствовать протоколу заложенному в передающей части а устройство преобразования входных сигналов должно быть синтезировано по тому же формату что и на передающей стороне. Таким образом приемной части устройство ТУ должны быть известны все расчетные параметры и структура принимаемой кодовой посылки.
Исходя из этого рассчитываются и разрабатываются схемы различителей импульсных признаков отображающих синхроимпульсы и импульсы соответствующие передаваемой кодовой комбинации а также разрабатываются схемы преобразования последовательного кода в параллельный код дешифраторы содержимого команды и устройство вывода принятой команды ТУ объектам одному из 70-ти.
Причиной искажения формы сигналов являются ограниченная полоса пропускания линии связи. Для восстановления прямоугольной формы сигналов используется компаратор DD1. На инверсном выходе DD1 мы получаем импульсную последовательность с различной длительностью пауз это необходимо для нормальной работы линий задержки о чем будет сказано ниже.
Формат передачи выбран таким образом чтобы по принятым сигналам можно было восстановить такты осуществить синхронизацию и выделить синхроимпульсы а также сформировать униполярные двоичные коды кодовых комбинаций ХО и номера объекта с параметрами лог. 1 и лог. 0 соответствующими уровнями ТТЛ.
Для выделения пауз длительностью 3τ 2τ и τ соответствующих синхроимпульсам импульсам передающим уровни «1» и импульсам передающим «0» кодовых комбинаций используются элементы задержки DD2 и DD3. Принцип их действия основан на использовании интегрирующих RC-цепей постоянные времени которых выбраны таким образом что DD2 срабатывает если длительность входной паузы превышает 2τ а DD3 — τ.
Для преобразования сообщения из последовательного кода в параллельный применяется сдвиговый регистр DD27 аналогичный используемому в передающей части устройство. При этом число используемых разрядов выходов регистра будет на 1 меньше чем в передатчике так как стартовый импульс используется лишь для установки схемы в исходное состояние и его не нужно запоминать для дальнейшего использования.
Для записи значений в ячейки регистра используется элемент DD4 который формирует импульсы разрешения записи при срабатывании элемента DD3 импульс с паузой двойной длительности.
Для дешифрования характера операции применяется дешифратор DD28 устанавливающийся в единицу при входе «10» включение и в ноль при «01» выключение. Также применяется элемент DD29 который устанавливается в ноль если подана иная комбинация 00 или 11. Таблица истинности 16-ти разрядного дешифратора приведена в таблице 7.3
Таблица 7.3 – Таблица истинности дешифратора
Устройство контроля номера группы состоит из дешифратора DD30 и схемы ИЛИ выполненной на диодах VD1 – VD5 и резисторе R2. Таким образом на выводе 22 шины установится высокий уровень только если на первых пяти выходах дешифратора DD30 будет единица. Содержательная часть таблицы истинности устройства контроля номера группы приведена в таблице 7.4.
Таблица 7.4 — Таблица истинности устройства контроля номера группы
Выходы дешифратора DD30Вывод шины
Для дешифрования номера объекта используется дешифратор DD31 и элемент DD32 контролирующий четность последовательности включающей проверочный бит.
Устройство вывода представлено элементом DD33 срабатывающим когда 12-ый триггер в распределительном регистре установлен в единицу и элемент DD2 обнаружил длинную паузу. Элемент DD34 срабатывает если сработал DD33 и все элементы сообщения приняты верно.
Элементы DD35 – DD39 выбирают нужную группу.
Элементы DD40 – DD69 формируют выходные сигналы для 14 объектов первой группы.
Элементы DD69 – DD99 формируют выходные сигналы для 14 объектов второй группы.
Элементы DD100 – DD129 формируют выходные сигналы для 14 объектов третьей группы.
Элементы DD130 – DD159 формируют выходные сигналы для 14 объектов четвертой группы.
Элементы DD160 – DD189 формируют выходные сигналы для 14 объектов пятой группы.
Таким образом можно изменить значение любого из 70-ти триггеров подключенных к каждому из 70-ти управляемых элементов. Функционально-
Рисунок 7.4 – Функционально-логическая схема приемной части
Рисунок 7.5 – Функционально-логическая схема приемной части
Рассмотрим работу устройства в случае передачи команды ТУ «1.10.00010.11011.1» соответствующего команде «Включить объект 12 группы 2». Временная диаграмма сигналов приемной части устройства ТУ для данного случая приведена на рисунках 7.6 7.7 при этом на выходах элементов не обозначенных на диаграмме присутствует сигнал низкого логического уровня.
Первый импульс последовательности является синхронизирующим. Он активирует элемент DD2 сбрасывает триггеры DD15 – DD26 и устанавливает триггер DD4 в высокое состояние. DD4 разрешает запись в регистр DD27. Цепь R1 C1 сбрасывает триггер при включении устройства. По завершению приема кодовой комбинации триггер сбрасывается стоповым импульсом с DD2.
Запись производится через последовательный вход – выход DS/SO начиная с первой ячейки при этом импульсы для записи берутся с прямого выхода компаратора. Одновременно с записью на выходах регистра DD27 появляются записанные уровни. С приходом следующего импульса 1 во вторую ячейку регистра DD27 записывается единица. Элемент DD3 активируется и содержимое триггера DD16 изменяется на единицу. С приходом следующего импульса 0 единица записывается в следующую ячейку регистра DD27. Элемент DD3 не активируется содержимое DD17 не изменяется.
С приходом последнего стопового импульса активируется элемент DD33. Так как сообщение было передано верно активируется также DD34. Выход элемента DD36 изменяется на единицу и в 12-ый триггер этой группы DD92 записывается единица.
Таким образом приемное устройство позволяет осуществить прием кодовой комбинации посылаемой передающей частью устройства ТУ в соответствии с заданием на курсовой проект.
Рисунок 7.4 — Временная диаграмма сигналов приемной части
Рисунок 7.5 — Временная диаграмма сигналов приемной части
продолжение
Заключение
В курсовом проекте разработано устройство ТУ одностороннего действия в соответствии с исходным заданием на разработку.
По принципу действия устройство относится к асинхронным адресным системам связи со старт-стопной последовательной передачей данных и потактовой синхронизацией передатчика и приемника осуществляемой восстановлением тактовых импульсов непосредственно из кодовых посылок.
Защита от ошибок при передаче осуществлена применением кода с постоянным весом и с проверкой на четность.
1. Методические указания по выполнению курсового проекта по курсу “Технические средства автоматизации и управления” – М. МИРЭА 2012. – 20 с.
2. Тутевич В.М. Телемеханика. Учебное пособие для вузов. 2-е изд. перераб. и доп. – М. Высш.шк. 2001 – 435 с.
3. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. Учебное пособие для вузов. – СПб. БХВ-Петербург 2014 – 800 с.
4. Опадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника Полный курс Учеб. для вузов / Ю.Ф. Опадчий О.П. Глудкин А.И. Гуров Под ред. О.П. Глудкина. – М. Горячая Линия – Телеком 2012. – 768 с.
5. Основы построения систем и сетей передачи информации Учеб. пособ. для вузов / В.М. Ломовицкий А.И. Михайлов К.В. Шестак В.М. Щекотихин. – М. Горячая линия-Телеком 2014. – 382 с.
6. Передача данных в информационно-управляющих системах Конспект лекций. – М. МИРЭА 2011.
7. Шило В.Л. Популярные микросхемы КМОП Справочник. – М. Горячая Линия – Телеком 2003. – 548 с.