Система телеуправления и телесигнализации

KP_electr_A1.dwg

В цепь включения объекта 1
В цепь отключения объекта 1
В цепь включения объекта 2
В цепь отключения объекта 2
В цепь включения объекта 3
В цепь отключения объекта 3
В цепь включения объекта 4
В цепь отключения объекта 4
В цепь включения объекта 5
В цепь отключения объекта 5
В цепь включения объекта 36
В цепь отключения объекта 36
В цепь включения объекта 37
В цепь отключения объекта 37
В цепь включения объекта 38
В цепь отключения объекта 38
В цепь включения объекта 39
В цепь отключения объекта 39
В цепь включения объекта 40
В цепь отключения объекта 40
Электрическая функциональная схема устройства КП

Algoritm_PU.dwg

Есть команда ТУ от диспетчера?
Формирование адреса КП
Кодирование номера группы
Кодирование номера объекта в группе
Формирование ФА команды ТУ
Кодирование адреса КП
Формирование ФА запроса ТС
Кодирование запроса в циклический
Адреса совпадают с запрашиваемыми?
Отправка подтвержения
Декодирование посылки из циклического кода
Формирование запроса
За Аt получен ответ?
Увеличение счетчика переспросов на 1
Превышен лимит переспросов?
Обнуление счетчика переспросов
Индикация прохождения команды ТУ
Анализ состояния пульта дичпетчера
Увеличение номера группы
Номер группы больше 8?
Увеличение номера КП
Индикация авария линии связи
Схема алгоритма функционирования устройства ПУ

str_KP_A3.dwg

Устройство считывания ТС
Устройство кодирования в циклический
Преобразователь параллельного кода в последовательный
Устройство защиты от ошибок
Дешифратор номера КП
Дешифратор номера группы
Восстановитель импульсов
Структурная электрическая схема устройства КП

PU_electr_A1.dwg

Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7
Электрическая функциональная схема устройства ПУ

str_PU_A3.dwg

Устройство первичного кодирования команды
Выходные исполнительные элементы
Устройство кодирования в циклический
Преобразователь параллельного кода в последовательный
Запоминающее устройство
Устройство декодирования из циклического кода
Дешифратор сообщений с ТС
Формирователь синхросигнала
Устройство индикации
Восстановитель импульсов
Устройство формирования подтверждения для ИОС
Устройство приема сигнала обратной связи
Структурная электрическая схема устройства ПУ

Algoritm_KP.dwg

Получение кодовой комбинации
Формирование сообщения ТС
Есть синхрокод из ЛС ?
Декодирование из циклического кода
Выделение адреса опрашиваемого КП
Кодирование в циклический код
Передача сообщения на ПУ
Адрес КП совпадает с текущим ?
Дешифрация номера группы
Дешифрация номера объекта
Выдача команды отключить на ВИЭ
Считывание информации от группы датчиков
Передача на ПУ приянятого адреса КП
Есть сигнал подтверждения за At?
Выдача команды включить на ВИЭ
Прием данных из линии связи
Анализ функционального адреса
Схема алгоритма функционирования устройства КП

Soderzhanie.doc

Область применения системы и описание технологического процесса ..6
1 Выбор структуры системы 7
2 Выбор линии вязи 7
3 Выбор структуры сигналов 8
Алгоритм функционирования системы 10
1 Алгоритм функционирования передающего устройства 10
2 Алгоритм функционирования приемного устройства 13
Разработка структурной схемы системы 16
1 Структурная схема передающего устройства 16
2 Структурная схема приемного устройства 16
Проектирование принципиальной электрической схемы системы 18
1 Выбор элементной базы системы 18
2 Принципиальная электрическая схема передающего устройства 21
3 Принципиальная электрическая схема приемного устройства 22
1Расчет частотных и временных параметров .23
2 Выбор и расчет линии связи 24
Системные расчеты 26
1 Расчет помехоустойчивости 26
2 Спектр сигнала линии cвязи 26
3. Пропускная способность канала 27
4 Расчет надежности 28
Разработка программного обеспечения 29
1 Программное обеспечение передающего устройства .29
2 Программное обеспечение приемного устройства 35

zapiskaTUTS.doc

К характерным особенностям современной техники относится широкое внедрение методов и средств автоматики и телемеханики вызванное переходом на автоматизированное управление.
Непрерывно усложняются функции выполняемые системами автоматизированного управления а относительная значимость этих систем в процессе производства непрерывно растет.
Разрабатываемые в данном курсовом проекте системы телеуправления (ТУ) и телесигнализации (ТС) предназначены для управления подготовки нефти на промыслах ( обезвоживание обессоливание и стабилизация).
В первом разделе выбирается структура системы и сигналов. Во втором и третьем разделах описаны алгоритмы и структурные схемы пункта управления и контролируемых пунктов. Они объясняют принцип работы системы. В четвертом разделе рассчитываются длина кодового сообщения и время передачи команды ТУ и сообщения ТС. В следующем разделе выбирается наиболее подходящая линия связи. В шестом и седьмом разделе проектируется принципиальная электрическая схема и выбирается элементная база. В восьмом разделе осуществляются основные системные расчеты. И в последнем разделе осуществляется разработка программного обеспечения.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ И ОПИСАНИЕ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Областью применения проектируемой системы является нефтегазовая отрасль. В частности подготовка нефти на промыслах ( обезвоживание обессоливание и стабилизация). Схема процесс очистки приведена на рисунке 1.1. Управления осуществляется путем открытия и закрытия клапанов.
Рисунок 1.1-Схема управления системы подготовки нефти
1 Выбор структуры системы
В соответствии с техническим заданием спроектируем следующую структурную схему системы ТУ-ТС. Структура данной системы будет приведена на рисунке 2.1. Данная система будет состоять из пункта управления и 9 контролируемых пунктов. На ПУ будет расположены пульт диспетчера с которого будут подаваться сигналы телеуправления и схема индикации выполненная на базе световых индикаторов. При помощи схемы индикации будут отображаться текущие состояния объектов. Устройство ПУ будет передавать команды ТУ на КП а также в соответствии с получаемыми данными о положении объектов на КП управлять схемой индикации. Передача данных будет осуществляться с помощью модема.
Устройство КП должно выполнять команды полученные с ПУ путем подачи сигналов на включение или отключение на внешние исполнительные элементы. Также устройство КП должно считывать информацию с датчиков ТС и передавать на ПУ.
Рисунок 2.1 – Структурная схема системы ТУ-ТС.
Системы телемеханики разделяются по характеру расположения объектов в пространстве на системы для сосредоточенных и рассредоточенных объектов. Объекты могут быть рассредоточены вдоль общей линии связи по площади или в пространстве. Для сосредоточенных объектов характерно то что сам оператор и объекты управления расположены в двух раздельных пунктах: пункте управления (ПУ) и контролируемом пункте (КП) и соединены в единую систему управления с помощью аппаратуры телемеханики и канала связи.
Для системы с рассредоточенными объектами управления подключается по меньшей мере несколько КП. Все данные системы сводят к четырем основным видам: однолучевая (линейная) радиальная радиально-узловая древовидная.
Все КП расположены вдоль общей линии поэтому используем однолучевую структуру линии связи. Однолучевая структура линии связи приведена на рисунке 2.2 .
Рисунок 2.2- Однолучевая структура линии связи.
3 Выбор структуры сигналов
Устройство ПУ может выдавать команды на телеуправление или опрос датчиков телесигнализации. Следовательно со стороны ПУ на КП может быть два вида сигналов. Первый вид – это сигнал с командой ТУ его структура изображена на рисунке 1.3.
Рисунок 2.3-Структура сигнала посылаемого с ПУ на КП. Команда ТУ.
В состав данного сигнала входят:
-СК – синхрокод состоит из восьми единиц;
-ФА – функциональный адрес для команды ТУ будет содержать комбинацию «01»;
-АКП – адрес опрашиваемого контролируемого пункта;
-НО – номер объекта в группе;
-КОМ – команда ТУ: «1»-включить «0»-отключить;
-КС – контрольные символы;
Второй вид – это сигнал с командой на опрос датчиков на указанном КП в указанной группе. Структура данного сигнала изображена на рисунке 1.4.
Рисунок 2.4-Структура сигнала посылаемого с ПУ на КП. Запрос
на получение данных ТС.
-ФА – функциональный адрес для ТС будет содержать комбинацию «10»;
-НГ – номер группы для опроса датчиков ТС;
Со стороны КП на ПУ будут приходить посылки содержащие информацию о положении объекта после выполнения команды ТУ. Функциональный адрес для данного вида посылок примем «11». Также со стороны КП будут отправляться ответы на запросы ТС. ФА для данного вида посылок «00». Структура сигналов представлена на рисунке 1.5.
Рисунок 2.5-Структура сигнала посылаемого с КП на ПУ. Запрос
-ФА – функциональный адрес
-ДД – данные с датчиков;
АЛГОРИТМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ
1 Алгоритм функционирования контролируемого пункта
Алгоритм функционирования контролируемого пункта имеет вид приведенный на листе 1 графического материала.
В начале работы устройство КП находится в режиме ожидания запроса. Признаком начала запроса является получение из линии связи синхрокода. Если получен синхрокод то осуществляется прием всей остальной кодовой комбинации. Далее полученная комбинация декодируется из циклического кода. Из полученного запроса выделяется адрес запрашиваемого КП если он не совпадает с адресом текущего КП то система снова переходит в режим ожидания запроса.
В случае совпадения адресов выполняется реализация защиты всех адресов при помощи информационной обратной связи. Для этого на ПУ передаются АКП ФА НГ и если присутствуют в запросе номер объекта. После этого система ожидает сигнал с ПУ. Если подтверждение не получено запрос принимается заново.
В случае подтверждения запроса анализируется значение функционального адреса. Если получена команда на ТУ то происходит дешифрирование номера группы номера объекта и команды. Далее команда выдается на внешний исполнительный элемент. Так как отработка ВИЭ происходит не моментально система ждет заданное время. После отработки ТУ происходит считывание информации от группы датчиков формируется сообщение ТС данные кодируются в циклический код и передаются на ПУ.
Если в ФА содержится номер функции на считывание ТС то происходит дешифрация номера группы объектов после чего происходит считывание и передача информации как в случае после отработки ТУ.
2 Алгоритм функционирования пункта управления
Алгоритм функционирования пункта управления имеет вид приведенный на листе 2 графического материала.
Схема алгоритма работы устройства ПУ следующая. При запуске системы происходит инициализация начальных данных и счетчиков. Далее в цикле поочередно опрашиваются на всех КП все группы объектов. Причем при каждом прохождение цикла проверяется наличие команды на ТУ.
В случае если команда ТУ есть происходит формирование запроса из адреса КП ФАТУ номера группы номера объекта в группе и команды на включение или отключение все данные запроса задает диспетчер. Если команды нет то кодируется адрес очередного КП ФАТС и очередного номера группы.
Далее запрос кодируется циклическим кодом и осуществляется передача в линию связи. После отправки ПУ находится в ожидания ответа с КП в состав которого входят все адреса запроса. Если полученные адреса совпали с адресами отправленными в запросе то высылается подтверждение. В противном случае запрос отправляется снова. После отправки подтверждения принимаются данные ТС происходит их декодирование и вывод на индикацию.
РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ СИСТЕМЫ
1 Структурная схема контролируемого пункта
В соответствии с алгоритмом работы КП разработаем структурную схему КП. Данная схема приведена на листе 3 графического материала курсового проекта.
Сигнал с ПУ поступает на ФМП демодулятор через линейный блок 1 . С демодулятора – на восстановитель импульсов. Далее посылка через последовательный интерфейс поступает в буферную память. При получении данных из линии связи интерфейс подает соответствующий сигнал на блок управления. Из буферной памяти данные поступают на устройство защиты от ошибок. Сигнал о правильности или ошибочности приема выдается на блок управления. Если ошибка не обнаружена дешифрируется номер опрашиваемого КП соответствующим устройством и результат поступает на БУ. Если номер текущего КП совпадает с номером опрашиваемого то БУ отправляет на ПУ полученные адреса из приемного регистра. После чего БУ ждет подтверждения правильности приема адресов.
В случае получения подтверждения дешифрируется значение ФА. Если поступила команда ТУ запускается блок выдачи команды. Блок выдачи команды снимает данные с дешифратора группы объектов и дешифратора команды номера объекта. На основании этих данных выдается сигнал на включение или отключение требуемого объекта.
После отработки сигнала ТУ БУ запускает устройство считывания ТС. Данное устройство на основе адреса из дешифратора группы объектов получает данные о положении требуемой группы объектов. Полученные данные кодируются устройством кодирования в циклический код и преобразователем в из параллельного кода в последовательный через ФМП модулятор и линейный блок 2 отправляются на ПУ.
Если с ПУ пришел запрос ТС то сразу запускается устройство считывания ТС. Данные отправляются так же как было описано выше.
2 Структурная схема пункта управления.
В соответствии с алгоритмом работы ПУ разработаем структурную схему ПУ. Данная схема приведена на листе 4 графического материала курсового проекта.
Задача ПУ это отправка команд телеуправления на КП опрос всех КП о состоянии датчиков телесигнализации а также отображение их состояний на панели или блоке индикации. Команды на ТУ выдаются диспетчером
Команда на ТУ подается с пульта диспетчера. В качестве пульта выступает группа переключателей при помощи которых задается адрес КП (АКП) номер группы объектов (НГ) номер объекта в группе (НО) и сама команда “включить” или “отключить”. На основании положения переключателей устройство первичного кодирования формирует команду на ТУ. Структура команды была рассмотрена в пункте 1.3 пояснительной записки.
Закодированная команда на ТУ записывается в регистр. В случае поступления от диспетчера команды на ТУ соответствующий сигнал приходит на блок управления. После чего БУ запускает формирователь синхросигнала импульсы из которого через линейный блок поступают в линию связи. После отправки синхрокода без паузы отправляется команда ТУ. Вся информация из регистра хранения кодируется циклическим кодом соответствующим устройством преобразуется из параллельного кода в последовательный и через ФМП модулятор и линейное устройство 1 отправляется на КП.
Так как в системе используется защита всех адресов дополнительной информационной обратной связью то после отправки запроса на КП устройство ПУ ожидает ответа с КП в виде закодированных адресов. Принятые адреса записываются в приемный регистр и сравниваются устройством сравнения с адресами которые были отправлены. Результат сравнения поступает на блок управление. В случае совпадения БУ запускает устройство формирования подтверждения для ИОС. Если адреса не совпали БУ подает команду на начало работы преобразователя из параллельного кода в последовательный через который повторно выдается весь запрос на КП.
Если запроса на ТУ со стороны диспетчера нет то устройство ПУ поочередно опрашивает состояния всех групп объектов на каждом КП. БУ подает команду на опрос следующей группы объектов устройству формирования запросов ТС. Который в регистр хранения записывает ФААКП и НГ. Дальнейшая обработка запроса ТС происходит так же как и при ТУ.
КП на ПУ присылает информацию о состоянии объектов ТС. Сначала передается синхрокод который поступает на детектор синхроимпульсов через линейный блок 2 ФМП демодулятор и восстановитель импульсов. При поступлении синхроимпульсов детектор синхроимпульсов подает сигнал на БУ и на преобразователь из последовательного кода в параллельный. В параллельном коде информация декодируется и записывается в приемный регистр. Устройство декодирования подает сигнал об ошибке или о правильном приеме на БУ.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ
1 Выбор элементной базы системы
Данная система телеуправления телесигнализации организована на микропроцессорной логике поскольку в настоящее время оптимальным является использование микроконтроллеров (устройств включающих в себя арифметико-логическое устройство ОЗУ ПЗУ порты для работы с внешними устройствами и др.). Кроме того микропроцессорная логика обладает определенными преимуществами. Габариты схемы существенно уменьшаются. Следовательно основная работа возлагается на написание программы предназначенной для обработки принимаемой информации кодирования хранения и работы с линией связи. Из-за уменьшения количества элементов входящих в систему увеличивается ее надежность. Кроме того в дальнейшем без существенных затрат можно изменить алгоритм работы системы на более рациональный. Существуют и недостатки применения данной логики. Основным недостатком является низкое быстродействие – если время обработки данных на жесткой логике составляет десятки наносекунд то на микропроцессорной логике для тех же операций может потребоваться до нескольких микросекунд. Тем не менее по полученным в четвертом разделе данным система может тратить на обработку данных доли миллисекунд. То есть вопрос о быстродействии является не таким существенным.
При выборе контроллера учитывается следующие факторы. Возможность работы с внешним ОЗУ что позволяет упростить работу с модемом и микросхемами АЦП. Большое число параллельных портов ввода вывода что позволит на каждый порт назначить отдельную функцию по управлению периферийными микросхемами и несколько упростить программирование. Большой объем команд. Желательно что бы семейство контроллеров было ранее изучено. Имелась хорошая поддержка в виде документации и удобного и доступного программного обеспечения для работы с микроконтроллером. Всем заданным параметрам соответствует 8-разрядный высокопроизводительный AVR микроконтроллер с малым потреблением ATmega64. Характеристики микроконтроллера:
-130 высокопроизводительных команд большинство команд выполняется за один тактовый цикл
-32 8-разрядных рабочих регистра общего назначения
-Полностью статическая работа
-Производительность приближается к 16 MIPS (при тактовой частоте 16 МГц)
-Встроенный 2-цикловый перемножитель
Энергонезависимая память программ и данных:
- 64 Кбайт внутрисистемно программируемой Flash памяти (In-System Self-Programmable Flash)
-Обеспечивает 1000 циклов стираниязаписи
-Дополнительный сектор загрузочных кодов с независимыми битами блокировки
Внутрисистемное программирование встроенной программой загрузки:
-Обеспечен режим одновременного чтениязаписи (Read-While-Write)
-Обеспечивает 100000 циклов стираниязаписи
-4 Кбайт встроенной SRAM
- До 64 Кбайтов пространства дополнительной внешней памяти
- Программируемая блокировка обеспечивающая защиту программных средств пользователя
- SPI интерфейс для внутрисистемного программированияпользователя
Интерфейс JTAG (совместимый с IEEE 1149.1)
- Возможность сканирования периферии соответствующая стандарту JTAG
- Расширенная поддержка встроенной отладки
- Программирование через JTAG интерфейс: Flash EEPROM памяти перемычек и битов блокировки
Встроенная периферия
- Два 8-разрядных таймерасчетчика с отдельным предварительным делителем один с режимом сравнения
- Два 16-разрядных таймерасчетчика с расширенными возможностями с отдельным предварительным делителем и режимами захвата и сравнения
- Счетчик реального времени с отдельным генератором
- Два 8-разрядных канала PWM
- Шесть каналов PWM с возможностью программирования разрешения от 1 до 16 разрядов
- 8-канальный 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь
- 8 несимметричных каналов
- 7 дифференциальных каналов
- 2 дифференциальных канала с программируемым усилением в 1 10 или 200 крат
- Байт-ориентированный 2-проводный последовательный интерфейс
- Сдвоенный программируемый последовательный USART
- Последовательный интерфейс SPI (ведущийведомый)
- Программируемый сторожевой таймер с отдельным встроенным генератором
- Встроенный аналоговый компаратор
Специальные микроконтроллерные функции
- Сброс по подаче питания и программируемый детектор кратковременного снижения напряжения питания
- Встроенный калиброванный RC-генератор
- Внутренние и внешние источники прерываний
- Шесть режимов пониженного потребления: Idle Power-save Power-down Standby Extended Standby и снижения шумов ADC
- Программная установка тактовой частоты
- Режим обеспечения совместимости с ATmega103 (перемычки)
- Глобальный запрет подтягивающих резисторов
- 53 программируемые линии вводавывода
- 64-выводной корпус TQFP
В качестве дисплея для отображения вводимых команд диспетчера выбираем модуль MT-24C. Модуль позволяет отображать 4 строки по 10 символов. Символы отображаются в матрице 5х8 точек. Между символами имеются интервалы шириной в одну отображаемую точку. Каждому отображаемому на ЖКИ символу соответствует его код в ячейке ОЗУ модуля. Модуль содержит два вида памяти — кодов отображаемых символов и пользовательского знакогенератора а также логику для управления ЖК панелью. Модуль управляется по параллельному 4-х или 8-ми битному интерфейсу. Модуль содержит контроллер HD44780 фирмы HITACHI. В нем ОЗУ размером 160 байт для хранения данных (DDRAM) выводимых на ЖКИ.
Таблица 5.1- Функции выводов MT-24C
Напряжение питания (5В3B)
Управление контрастностью
Адресный сигнал — выбор между передачей данных и команд управления
Выбор режима записи или чтения
Разрешение обращений к модулю (а также строб данных)
Шина данных (8-ми битный режим)(младший бит в 8-ми битном режиме)
Шина данных (8-ми битный режим)
Шина данных (8-ми и 4-х битные режимы)(младший бит в 4-х битном режиме)
Шина данных (8-ми и 4-х битные режимы)
Структура контроллера HD44780 приведена на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1-Структура контроллера HD44780.
2 Принципиальная электрическая схема контролируемого пункта
Работа схемы контролируемого пункта управляется посылками с ПУ. Работой всей схемой управляет микроконтроллер. Посылка с ПУ приходит на ФМП демодулятор на основе кольцевого преобразователя частоты (рис. 5.71) [1]. С выхода детектора посылка поступает на последовательный вход микроконтроллера где обрабатываются данные в соответствии с описанным ранее алгоритмом работы КП. Если получен запрос ТС то контроллер выполняет считывание состояний датчиков положения двухпозиционных объектов опрашиваемой группы. Для чего на линии PB0-PB2 выдает в двоичном коде номер опрашиваемой группы. Адрес группы поступает на адресные входы A0-A2 мультиплексоров DD2-DD6. На вход мультиплексора DD2 подключаются все сигналы относящемуся к первому параметру к DD3 – ко второму и так далее. Вход D0 мультиплексора относится к группе 1 D1—группе 2 D2—группе 3 и так далее. После того как микроконтроллер выдает адрес группы срабатывают коммутаторы и сигналы нужной группы ТС поступают на выходы DD2-DD6 откуда – на входы PD0-PD4 микроконтроллера DD1. Откуда одной операцией чтения считывается значения параметров всей группы. К считанным данным добавляется адрес КП функциональный адрес ответа ТС номер группы и передается на ПУ.
Для передачи используется последовательный интерфейс микроконтроллера (выход Tx) который с заданной скоростью в последовательном виде выдает посылку. Далее сигнал поступает на преобразователь уровней DA1 который формирует полярный сигнал для работы модулятора.
Несущая частота подается на первичную обмотку трансформатора T1 а напряжение двоичных посылок – в средние точки трансформаторов T1 и T2.При напряжении двоичных сигналов большем чем напряжение несущей диоды VD1-VD2 будут являться электронными ключами управляемыми только напряжением этих сигналов. В таких условиях сопротивление открытых диодов можно принять равным нулю а сопротивление закрытых диодов – бесконечности. Учитывая сказанное по схеме легко проследить что при поступлении положительной посылки диоды VD1 и VD4 открыты а диоды VD2 и VD3 закрыты. В случае поступления отрицательной посылки откроются диоды VD2 и VD3 и наоборот закроются диоды VD1 VD4. При переходе от одной полярности посылки к другой фаза сигнала поворачивается на выходе схемы на 180°.
В качестве датчика ТС выступает сухой контакт который повторяет положение интересующего объекта. Простейший вариант получения положение датчика - это подать с одной стороны датчика +5В (уровень сигналов микроконтроллера) второй подключить к мультиплексору рисунок 5.2.
Рисунок 5.2-Схема подключения датчика телесигнализации.
Приведенная на рисунке 5.2 имеет ряд недостатков. Между датчиком ТС и схемой КП может быть расстояние в несколько десятков метров сигнал же 5В достаточно мал и его может подавить помеха то есть возникнуть ложные сигналы изменения положения контролируемого объекта. Кроме того на самом датчике ТС может быть большое сопротивление возникающие при плохом контакте для прохождения которого указанного напряжения недостаточно и схема не будет реагировать на изменения положения. Ещё одной особенностью является вероятность попадания на вход высокого напряжения как наведенного так и вследствие неверного подключения. Поэтому для получения положения датчика ТС используется схема изображенная на рисунке 5.3 на основе оптопары. Применение оптопары позволяет защитить основную часть схемы от высоких напряжений из внешних цепей.
Рисунок 5.3-Схема подключения датчика телесигнализации.
Для схемы используется более высокое напряжение в курсовом проекте применяем 24В с одной стороны более устойчивое от помех с другой – безопасное для человека. Уровень напряжения срабатывания схемы зависит от номинала сопротивления R1. Если контакт датчика замкнут через диод оптопары и R1 идет ток и транзистор открывается. Напряжение +5В (уровень логической единицы) поступает на выход схемы. Если датчик разомкнут транзистор оптопары закрыт и на выход схемы чрез R2 поступает нулевой уровень (уровень логического нуля).
Если из канала связи поступает команда ТУ то контроллер выделяет из посылки номер группы и выдает его в двоичном виде на выходы PC2-PC5 микроконтроллера откуда на дешифратор DD8. В результате на одном из выходов дешифратора появляется единица. Далее из посылки выделяются параметры (для более высокой надежности ТУ параметр передаётся не в двоичном виде а каждый разряд соответствует одному параметру) и выдаются на выход PA0-PA5. После чего если поступила команда включить на выход PC0 выдается единица иначе на выход PC1.
Данные сигналы дешифрируются схемой на базе элемента И с тремя входами. Часть схемы представлена на рисунке 5.4. На первый поступает сигнал с линии включения или отключения в зависимости от выполняемой функции. На второй вход элемента И поступает одна из линий параметра на третий – одна из линий дешифратора.
Рисунок 5.4- Схема выдачи ТУ на исполнительное устройство.
Рассмотрим пример работы схемы на рисунке 5.4. Если поступает команда включить первый объект группы 1 на все вход схемы поступают единицы в результате на выходе логического элемента DD1 высокий уровень напряжения. После появления высокого уровня через R1 и переход база эмиттер транзистора VT1 начинает течь ток и транзистор открывается. Транзистор используется в качестве ключа. После открытия VT1 на обмотку реле KV1 подается напряжение которое приводит к срабатыванию реле. В результате цепь включения замыкается которая приводит к включению управляемого объекта. Через небольшой интервал времени сигнал с линии включить микроконтроллером снимается и на выходе DD1 появляется низкий уровень. Транзистор VT1 закрывается напряжение с обмотки KV1 снимает цепь включения размыкается. Дальнейшее управление включением управляет схема в самом управляемом объекте. Через некоторое после выдачи команды контроллер считывает состояние группы в которой выполнялось управления и сравнивает положение до управления и после если положение изменилось то выдается квитанция успешного выполнения команды ТУ в противном случае передаётся квитанция о не выполненной команде.
3 Принципиальная электрическая схема пункта управления
Схема ПУ работает в двух режимах первый это опрос всех КП второй – формирование и отправка команд ТУ.
Команда ТУ подается диспетчером номер КП группы параметра операция включить или выключить задается с ключей SW1-SW25. Ключи подключаются в виде матрицы контроллера периодически опрашивает состояния клавиш. Для чего на каждый выход контроллера PB0-PB4 поочередно выдается высокий уровень. После выдачи очередной единицы на один из выходов PB0-PB4 считывается состояния выходов PD0-PD4. Если один из ключей замкну то на входе PB0-PB4 появляется логическая единица. Зная на каком из выходов PB0-PB4 был высокий уровень и состояние входов PD0-PD4 можно точно определить какой ключ замкнут.
После считывания состояния ключей в соответствии с положением ключей отображается выбранная группа параметр и команда на ЖК дисплее DD2 на основе контроллера HD44780. Структура приведена на рисунке 6.1. ВыводыDB0-DB7отвечают за входящиеисходящие данные. Высокий уровень на выводе RS указывает индикатору что сигнал на выводахDB0-DB7является данными а низкий – командой. ВыводWR отвечает за направление данных пишутся ли данные в память или читаются из нее. Импульс на выводеЕ(длительностью не менее 500 нс) используется как сигнал для записичтения данных с выводов. Для вывода информации на ЖК индикаторы сначала в контролер HD44780 записываются управляющие символы где устанавливается режим работы и начальный адрес с которого будет осуществляться запись кодов символов.
Запись управляющего слова осуществляется следующим образом:
Установить значение линии RS в 0
Вывести значение байта данных на линии шины DB0 DB7
Установить линию Е = 1
Установить линию E = 0
Установить линии шины DB0 DB7 = HI(состояние высокого импеданса)
После записи управляющего слова в контроллер HD44780 записываются коды символов причем после каждой записи указатель в ОЗУ дисплея автоматически увеличивается на 1.
Запись байта данных осуществляется следующим образом:
Установить значение линии RS в 1
В общем виде временная диаграмма записи представлена на рисунке 5.5.
5-Временная диаграмма операции записи
Схема модулятора и демодулятора устройства ПУ аналогична схеме КП.
Для индикации состояния схемы используется диспетчерский щит работающий по методу темного щита. Для каждому объекта каждого КП на щите соответствует одна лампа HL и ключ для квитирования. После изменения состояния индикатор загорается и горит до того момента пока диспетчер на заметит изменения состояния и не переведет ключ в другое положение соответствующему новому состоянию двухпозиционного объекта (сквитирует). После чего лампа погасает. Если все объекты сквитированы щит темный. Схема для одного двухпозиционного объекта приведена на рисунке 5.6.
Рисунок 5.6-Схема отображения для одного двухпозиционного объекта
Двухпозиционный ключ SB коммутирует +5В к входу сброса R или входу установки S триггера DD1. Выход регистра вместе с выхода регистра для параметра поступает на схему исключающего ИЛИ. Если положения ключа соответствует текущему состоянию объекта то на входе DD2 находятся одновременно или два нуля или две единицы. На выходе DD2 логический ноль то есть низкий уровень напряжения VT1 закрыт лампа HL1 не горит. Если произошло изменение объекта то на втором входе DD2 состояние изменяется на противоположное и на выходе DD2 появляется высокий уровень. Транзистор VT1 открывается и HL1 загорается.
Состояния всех объектов хранятся в регистрах (на схеме DD7 DD13 ). Запись новых состояний в регистры осуществляется контроллером после опроса КП. Для чего на выходы PA0-PA4 выдаются состояние параметров полученной группы. На PC0-PC3 выдается адрес КП в двоичном виде который поступает на дешифратор DD3. Номер группы выдается на PC4-PC6 откуда на дешифратор DD4. В результате дешифрирование на одном из контактов DD3 соответствующему номеру КП а на DD4 номеру группы будут логические единицы. Для каждого из регистров собирается схема И DD6 DD12.. на которую заводится по одному из выходов дешифратор DD3 DD4. В зависимости от данных на входах дешифраторов на одном из элементов И будет две логические единицы после выдачи стробируещего сигнала с выхода PС7 микроконтроллера на этом элементе И появляется третья единица и на выходе схемы И появляется высокий уровень который является стробирующим сигналом для записи в нужный регистр информации с линий PA0-PA4 контроллера. Таким образом схемы на элементах логического И определяют в какой из регистров будет идти запись в соответствии с адресом КП и номером группы.
1 Расчет частотных и временных параметров
Для обмена информацией между ПУ и КП принята побайтная передача сигналов.
Для передачи синхрокода отведен один байт. Определим число разрядов (nКП ) необходимых для кодирования адреса КП.
где - количество контролируемых пунктов в группе согласно ТЗ =9.
Аналогичным образом определим количество бит необходимых для кодирования номера группы (пгр) и номера объекта (nоб).
где - количество групп объектов где - число двухпозиционных объектов на КП.
где - количество объектов в группе согласно ТЗ =8.
Количество разрядов для ФА зададим 3 бит.
Количество информационных символов в команде на опрос КП:
=++=4+4+3=11бит (6.4)
Число контрольных символов для запроса закодированного в циклическом коде:
Выбираем образующий полином x5+x2+1(100101)
=++=8+11+5=24 бит (6.6)
Сигнал структура которого изображена на рисунке 1.5 будет содержать информационные символы количество которых определяется в 6.7
=+++=3+4+3+8=18бит (6.7)
Число контрольных символов
Длина всего сигнала:
По быстродействию проектируемое устройство отнесем к первой группе. Время на опрос всех КП должно составить не более 1с. Количество переданных бит на опрос одной группы объектов:
где =8– количество бит сигнала подтверждения в системе с ИОС.
Определим длительность одного бита
Тогда частота передачи последовательного интерфейса
Зададим стандартную частоту следования импульсов в последовательном интерфейсе равную 9600 битс.
2 Выбор и расчет линии связи
Каналом связи называется совокупность технических средств и тракта (среды кабеля проводной линии) для передачи сообщений на расстоянии. Передача по заданному каналу связи осуществляется независимо от других каналов. Каналы связи организуются в линии связи.
По назначению каналы связи бывают: телефонные телеграфные фототелеграфные телевизионные и др.
По характеру эксплуатации: выделенные и коммутируемые.
Проводные линии связи подразделяют на воздушные и кабельные.
В данном проекте выбрана проводная линия связи. Телефонный кабель марки ТГ. Его параметры представлены в таблице 6.1. Расчет произведем для длины кабеля равной 1км .
Таблица 6.1 – Параметры телефонного кабеля ТГ
Сопр. двух-проводной цепи
Инд. двух-проводной цепи
Емкость между проводами
Коэффициент затухания:
где R – сопротивление двухпроводной цепи;
L - индуктивность двухпроводной цепи;
С - емкость между проводами;
Тогда коэффициент затухания в ЛС α=0275 Нп.
Следовательно напряжение на передатчике:
1 Расчет помехоустойчивости
Для передачи сообщений в проектируемой системе согласно техническому заданию используются ФМП сигналы. Напряжение сигнала UС = 14В среднеквадратическое значение напряжения помехи составляет 15% от Uc или UП.СК. =2.1В. Рассчитаем вероятность искажения символа для симметричного канала.
Для передачи ФМП сигнала необходима полоса частот
Определим удельное напряжение помехи
Коэффициент характеризующий потенциальную помехоустойчивость найдем из выражения 7.2
где А1(t) и А2(t) – образцы сигналов.
Для фазовой манипуляции (ФМП) А1(t)=UC sin1(t) а А2(t)=UC sin(1t+p). Подставляя А1(t) и А2(t) в выражение (7.2) и учитывая что 21>>2pt получим
Подставляя в (2.4) значения получим
Вероятность искажения элементарного сигнала будет
Для симметричного канала а следовательно вероятность искажения элементарного сигнала будет
В системе используется защита от ошибок циклическим кодом с d=3. Согласно пункту 4 количество информационных символов n==18+5=23. В нашей системе циклический код только обнаруживает ошибки тогда вероятность обнаружения ошибки:
Вероятность правильного приёма:
Вероятность необнаруженной ошибки:
Помехоустойчивость удовлетворяет требованиям ТЗ.
2 Спектр сигнала линии связи
Выражение для расчета составляющих спектра ФМП сигнала:
Выражения для расчета спектра ФМП сигналы при :
Подставим численные значение в (7.7):
Расчет частотных составляющих ФМП сигнала сведем в таблицу 1.2.
Таблица 1.2 – Значения амплитуд и частот гармонических составляющих ФМП сигнала
Составляющие на частотах
Спектр ФМП сигнала представлен на рисунке 7.1
Рисунок 7.1- Спектр ФМП сигнала.
3 Пропускная способность канала
Пропускная способность для симметричного дискретного канала телеизмерения рассчитывается по формуле 7.8
Где техническая скорость передачи информации.
Следовательно пропускная способность равна:
С=9600*099=9590 дв.ед. с
Надежность – свойство изделия выполнять определенные задачи в определенных условиях эксплуатации т.е. надежность есть внутреннее свойство изделия включающее в свою очередь такие свойства как безотказность долговечность ремонтопригодность и сохраняемость
В основе понятия надежности лежит понятие отказа. Отказом называется событие заключающееся в нарушении работоспособности объекта.
В практических расчетах вероятностью безотказной работы определяют по формуле:
где t – заданное время работы изделия.
– интенсивность отказов системы
Произведем расчет количественных показателей надежности спроектированной системы. Данные для расчета занесем в таблицу 7.1
Транзисторы кремневые
Цифровые интегральные микросхемы
Конденсаторы керамические
Резисторы постоянные компазиционные
Кварцевые резонаторы
Наработка до отказа
Вероятность безотказной работы при времени работы системы равном 2500ч. будет:
Следовательно вероятность отказа составит
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
1 Программное обеспечение ПУ
начало основной программы
разрешение всех прерываний
разрешение внешнего прерывания
MOVDPTR #0000H;обнуление регистра DPTR
MOVR2 #96H;длина блока данных в байтах
MOVP1 #открытие фиксаторов на портах
POLL:JBP4.0 опрос линий 01 порта P4
JBP4.1 о готовности выдачи
;подпрограмма записи информации
;от первого источника
DATA1:MOVR1 #01H;номер источника информации
MOVR3 длина блока информации
;сохранение информации
SAVE1:строб формирователя блока
MOVA данных на выдачу информации
MOVXDPTR A;запись в ВПД
DJNZR3 проверка длины блока данных
;от второго источника
DATA2:MOVR1 #02H;номер источника информации
SAVE2:строб формирователя блока
;от третьего источника
DATA3:MOVR1 #02H;номер источника информации
SAVE3:строб формирователя блока
;от четвертого источника
DATA4:MOVR1 #02H;номер источника информации
SAVE4:строб формирователя блока
;от пятого источника
DATA5:MOVR1 #02H;номер источника информации
SAVE5:строб формирователя блока
;от шестого источника
DATA6:MOVR1 #02H;номер источника информации
SAVE6:строб формирователя блока
2 Программное обеспечение КП
формирование вектора
JMP внешнего прерывания
ORG 06H; основная программа
INT:MOVP1 A; подпрограмма обработки прерывания
MOVXR0 A; из А в ячейку BПД
UNDMI: MOV DPTR #2000H
MOVR1 #50H;адрес начала массива
MOVR3 #00H;счетчик тетрад
MOVR4 #162H;количество байт информации
MOVR6 #00H;для хранения промежуточного
JNBACC.0 сложение по модулю 2
UNDMI2: 0 и 1 биты одинаковы
UNDMI4:запись в РПД первой тетрады
UNDMI5:запись в РПД второй тетрады
;подпрограмма декодирования
CYCLIC:MOVR5 #0состояния триггерных ячеек 0 – 23
CYCL_1:MOVR5 #00H;записываются в трёх байтах РПД
A – 0C и первоначально равны
CJNER5 #10H CYCL_1;нулю
;предыдущие состояния: 0D – 0F
MOVDPTR #2000H;начало зашифрованного блока
MOVXA первый байт блока записывается в
MOVDPL добавление к блоку информации
трёх нулевых байт исходя из того
MOVXDPTR #00H;что старшая степень образующего
MOVA новая длина блока информации
ADDA #03H;равна длине блока исходных
MOVR3 A;данных плюс три дополнительных
;начало основного цикла
CYCL_B:MOVR6 #08H;количество бит
;начало внутреннего цикла
CYCL_M:сброс флага переноса
MOVR5 #0организация циклического сдвига
MOVA вправо всех ячеек сдвигового
регистра деления длиной в три
байта и перезапись нового
MOVA состояния ячеек с адресов для их
предыдущего состояния на адреса
MOVR5 #0для их текущего состояния
установка указателя адреса на
;старший байт ячеек сдвигового
MOVA анализ байта входных данных
проверка старшего бита и переход
MOVR7 A;сохранение сдвинутого байта
JNCBYTE_1;переход к анализу старшего байта
если старший бит единица то
после сложения по модулю два он
JMPBYTE_1;равен нулю
JMPBYTE_1;сложения по модулю два он равен
BYTE_1:MOVR5 Aопределение последнего бита
MOVR5 #0ячеек регистра деления из
MOVA предыдущего его состояния
переход если бит равен нулю
если бит равен единице то
MOVR5 #0старший байт регистра деления
MOVA изменяется в соответствии с
MOVR5 #0аналогично производится
MOVA обработка младшего байта
SAVE:MOVR5 #0перезапись текущего состояния
MOVA ячеек регистра деления на адреса
MOVR5 #0для их предыдущего состояния
DJNZR6 CYCL_M;проверка прохождения цикла по
;всем восьми битам входного байта
;если предыдущий цикл завершён
то производится обработка
MOVXA следующего байта входных
DJNZR3 CYCL_B;проверка завершения основного
MOVDPL добавление полученных
контрольных символов в ячейках
MOVR5 #0регистра деления к исходной
CYCL_2:MOVA кодовой комбинации
В данном курсовом проекте была спроектирована система телеуправления и телесигнализации. Разработанная система может использовать на многих производственных объектах без существенных изменений.
Основной частью схемы контролируемого пункта и пункта управления является микроконтроллер. Благодаря которому упрощается схема системы. А также сокращается время на настройку и наладку системы что немаловажно в настоящее время.
Также следуют отметить что возможна доработка и усовершенствование системы. В частности использование в качестве пульта диспетчера и средства отображения информации ПЭВМ. Что даст более гибкие возможности для использования системы. Организация архивации получаемых данных с контролируемых пунктов настройка прав на выполнение различных функций обслуживающему персоналу объектов.
В целом система телемеханики отвечает всем требованиям предъявленным в техническом задании к проекту.
Сорока Н.И. Кривинченко Г.А. Телемеханика: Конспект лекций. Ч.1: Сообщения и сигналы. Мн.: БГУИР 2000. – 126 с.
Сорока Н.И. Кривинченко Г.А. Телемеханика: Конспект лекций. Ч.2: Коды и кодирование. Мн.: БГУИР 2001. – 168 с.
Сорока Н.И. Кривинченко Г.А. Телемеханика: Конспект лекций. Ч.3: Линии связи и помехоустойчивость информации. Мн.: БГУИР 2004. – 130 с.
Сорока Н.И. Кривинченко Г.А. Телемеханика: Конспект лекций. Ч.4: Системы телемеханики. Мн.: БГУИР 2005. – 154 с.
Сорока Н.И. Кривинченко Г.А. Телемеханика: Конспект лекций. Ч.5: Технологии передачи дискретной информации. Электронный вариант.
Богданович М.Ню и др.Цифровые интегральные микросхемы: Справочник. Мн.: Беларусь 1991.492с.
Сташин В.В. Урусов Ф.В. Мологонцева О.Ф.. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. - М.: Энерга-атомиздат 1990.
Сопряжение ПК с внешними устройствами: Пер. с англ. –М.: ДМК Пресс 2001. – 320 с.: ил.

tsikl_kod.docx

Исходная: 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0
Полином: 1 0 0 1 0 1
Процесс получения остатка:
Результат: 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0
Циклический код с d=3 . Эти коды могут обнаруживать одиночные и двойные ошибки или обнаруживать и исправлять одиночные ошибки. Можно предложить следующий порядок кодирования кодовых комбинаций в циклическом коде с .
) выбор числа контрольных символов. Выбор производят как и для кода Хемминга с исправлением одиночной ошибки по выражению (2.4) или (2.5);
) выбор образующего многочлена . Степень образующего многочлена не может быть меньше числа контрольных символов . Если в прил. 1 имеется ряд многочленов с данной степенью то из них следует выбирать самый короткий. Однако число ненулевых членов многочлена не должно быть меньше кодового расстояния ;
) нахождение элементов дополнительной матрицы. Дополнительную матрицу составляют из остатков полученных от деления единицы с нулями на образующий полином . Порядок получения остатков показан в подразд.1.2.4. При этом должны соблюдаться следующие условия:
а) число остатков должно быть равно числу информационных символов ;
б) для дополнительной матрицы пригодны лишь остатки с весом w не меньшим числа обнаруживаемых ошибок т.е. в данном случае не меньшим ;
в) количество нулей приписываемых к единице при делении ее на многочлен определяется из условий а и б;
г) число разрядов дополнительной матрицы равно числу контрольных символов ;
) составление образующей матрицы. Берут транспонированную единичную матрицу размерностью и справа приписывают к ней дополнительную матрицу размерностью ;
) нахождение всех комбинаций циклического кода данного сомножества. Это достигается суммированием по модулю 2 всевозможных сочетаний строк образующей матрицы как было показано при рассмотрении циклического кода с ;
) при индивидуальном кодировании любой из кодовых комбинаций принадлежащей к сомножеству k разрядных комбинаций поступают по общей методике в соответствии с (2.29).
Пример 2.7. Образовать циклический код позволяющий обнаруживать двукратные ошибки или исправлять одиночные ошибки из всех комбинаций двоичного кода на все сочетания с числом информационных символов .
Решение. По уравнению (2.5) находим число контрольных символов
Из прил. 1 выбираем образующий многочлен . Находим остатки от деления единицы с нулями на которые соответственно равны
Строим образующую матрицу
Так как все члены единичной матрицы являются комбинациями заданного пятиразрядного двоичного кода то пять комбинаций образующей матрицы представляют собой пять комбинаций требуемого циклического кода. Остальные 26 комбинаций циклического кода (начиная с шестой) могут быть получены путем суммирования по модулю 2 строк образующей матрицы в различном сочетании.
Пример 2.8. Закодировать комбинацию циклическим кодом с .
Решение. Находим число контрольных символов по (2.5)
Из прил. 1 выбираем образующий многочлен .
Умножая на получим .
Разделив полученный результат на найдем остаток . И тогда окончательно в соответствии с (2.29) получаем кодовую комбинацию в циклическом коде с :
Декодирование циклических кодов. Обнаружение ошибок. Идея обнаружения ошибок в принятом циклическом коде заключается в том что при отсутствии ошибок закодированная комбинация делится на образующий многочлен без остатка. При этом контрольные символы отбрасываются а информационные символы используются по назначению. Если произошло искажение принятой комбинации то эта комбинация преобразуется в комбинацию
где - многочлен ошибок содержащий столько единиц сколько элементов в принятой комбинации не совпадает с элементами переданной комбинации.
Пусть например была передана комбинация кода (7 4) закодированная с помощью . Если она принята правильно то деление на дает остаток равный нулю. Если же комбинация принята как то при делении на образуется остаток что свидетельствует об ошибке и принятая комбинация бракуется.