Функциональная схема аппаратуры каналов автоматики АКА-16 ПРМ

2.4 Функциональная схема аппаратуры каналов автоматики АКА-16 ПРМ

Функциональная схема АКА-16 ПРМ приведена в Приложении 2.[4]

Функционально и конструктивно АКА-16 ПРМ состоит из следующих основных блоков:

А1 - блок входного фильтра (ЛФ);

А2 - блок питания (БП);

А3 - блок обработки высокочастотный (БОВЧ);

А4 - блок синтезаторов частот (ГЕН);

А5 - блок центрального процессора (ПРЦ);

А6 - блок приемника высокочастотный (ПРВЧ);

А7 - блок управления выходными реле (ПДПА);

А8 - блок вспомогательных устройств (БВ1);

А9 - кроссплата КП5;

А10 - кроссплата КП2.

Схема индикации предназначена для отображения информации о состоянии АКА-16 ПРМ:

­  прием КЧ;

­  предупреждение;

­  неисправность.

Блок ПРВЧ предназначен для выделения сигнала передатчика из спектра сигналов и помех, принимаемых по проводам воздушных линий электропередачи и преобразования его в частоты команд противоаварийной автоматики, а также для формирования контрольных уровней принимаемых сигналов.

Блок ГЕН предназначен для программно-аппаратной реализации генераторов частот, необходимых для работы блока ПРВЧ.

Блок ГЕН состоит из следующих основных функциональных узлов:

­  устройство управления и контроля синтезаторов частот;

­  блок синтезаторов частот;

­  формирователь несущей частоты;

­  формирователь системной шины.

В состав устройства управления и контроля синтезаторов частот входят:

­  управляющий контроллер, построенный на микросхеме AT90S4433, с задающим кварцевым резонатором 8 МГц и цепью сброса ;

­  генератор стабильной частоты 32768 Гц со стабильностью ±2*10^-6 в диапазоне температур от минус 40°С до +70°С;

­  триггер Шмидта ;

­  мультиплексор контроля каналов ;

­  развязывающие резисторы .

Блок ПРЦ предназначен для реализации алгоритма работы АКА-16 ПРМ.

В состав блока ПРЦ входят плата ПРЦ и Панель индикации.

Плата ПРЦ состоит из следующих основных функциональных узлов:

­  центральный процессор ;

­  формирователь системной шины ;

­  постоянное запоминающее устройство ;

­  flash – память ;

­  устройство перезапуска ;

Центральный процессор блока ПРЦ реализован на микропроцессоре N80С196KR.

Формирователь системной шины включает в себя:

­  буферные элементы ;

­  дешифратор адреса ;

­  формирователь сигналов выборки .

ПЗУ на микросхеме AT27C512 предназначено для хранения кода рабочей программы.

Flash-память предназначена для хранения текущих параметров и протокола событий. Общий объем flash-памяти 8 кБайт.

Устройство перезапуска предназначено для контроля работоспособности центрального процессора.

Приемник подключается к ВЧ-каналу с характеристическим сопротивлением 75 или 150 Ом (назначается при заказе). Фильтр входной (блок ЛФ) приёмника обеспечивает: согласование с каналом на частоте приёма, высокое входное сопротивление вне полосы приёма, защиту входных цепей приёмника от воздействия импульсов помехи высокой энергии, частичное (30 дБ) подавление помехи в полосе зеркальных частот.

Блок обработки ВЧ-сигнала – БОВЧ представляет собой цепь защиты входа от импульсной помехи и фильтр нижних частот (1,1 МГц), обеспечивающий подавление помех в полосе зеркальных частот (не менее 50 дБ). Основная фильтрация осуществляется в DSP. Тамже осуществляется преобразование в полосу частот (0 - 4) кГц. Аттенюаторы блока ПРВЧ позволяют снизить чувствительность приемника ступенями в 10,20,30 дБ и, дополнительно, плавной регулировкой на 15 дБ. На выход блока БОВЧ сигнал поступает через усилитель – ограничитель. Уровень сигнала, соответствующий началу работы ограничителя, считается уровнем чувствительности приёмника.

Для контроля наличия запаса по перекрываемому затуханию служит детектор. Детектор уровня сигнала на входе блока позволяет устройству контроля точнее определить неисправный узел или блок.

Дальнейшая обработка сигнала осуществляется в цифровом виде в блоке ПРВЧ, где аналоговый сигнал преобразуется с помощью АЦП в цифровой и обрабатывается DSP по программе, реализующей восемнадцать узкополосных фильтров с пороговыми устройствами на выходе. Уровень компарации для каждого порогового устройства определяется индивидуально для каждого фильтра (что позволяет выровнять АЧХ тракта в полосе приёма) и устанавливается на 3 дБ ниже уровня чувствительности. Результаты анализа сигнала (номер принимаемой команды или контрольной частоты, сообщение о низком уровне сигнала на входе), а так же сообщения о текущем состоянии функциональных узлов блока (например, о срабатывании сторожевого таймера) загружаются в регистр системной шины, который является выходом блока ПРВЧ и средством контроля его исправности центральным процессором (блок ПРЦ).

Генераторная система приёмника (блок ГЕН) формирует сигналы гетеродинов с помощью синтезаторов частоты, тактируемых генератором 48 МГц. Загрузка кодов частот в синтезаторы выполняется при помощи микроконтроллера. Кроме того, блок ГЕН содержит опорный термокомпенсированный тактовый генератор. Реализованный программно компаратор частот сигнала опорного генератора и сигнала синтезатора (гетеродина) позволяет определить величину отклонения частоты гетеродина, вычислить и загрузить в синтезатор скорректированный код частоты. Длительность рабочего цикла частотного компаратора - 1 секунда. Блок содержит регистры чтения и записи системной шины, которые служат для проведения операций тестового контроля блока ГЕН под управлением центрального процессора. Для настройки приемника на любую из рабочих частот используется синтезатор частоты перестраиваемый в диапазоне частот (5024 - 6000) кГц с шагом 1 кГц. Перестройка генератора осуществляется с панели управления блока ПРЦ или ПЭВМ.

Блок управления и контроля выходных реле (ПДПА) приёмника имеет в своём составе:

- восемь ключей управления выходными реле команд;

- восемь ключей контроля исправности цепей управления и обмоток реле команд;

- регистры чтения и записи системной шины, с помощью которых, центральный процессор коммутирует ключи управления и контроля, как в процессе тестирования блока, так и при приёме команд.

Блок вспомогательных устройств (БВ1) содержит схему управления реле внешней сигнализации («НЕИСПРАВНОСТЬ», «ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ», «КОМАНДА»), стабилизированный источник контрольного питания (6 В) обмоток выходных реле (для непрерывного контроля целостности элементов выходных цепей приёмника) и коммутатор источников питания рабочего и контрольного режимов, управляемый центральным процессором через регистр записи системной шины. Через регистр чтения системной шины

ПРЦ получает информацию об уровне напряжения питания выходных реле приёмника от устройства контроля этого уровня, расположенного в БВ.

Блок центрального процессора (ПРЦ) имеет в своём составе следующие функциональные узлы:

-  внешний сторожевой таймер, для контроля работоспособности и инициализации сигнала перезапуска системы;

-  центральный процессор;

-  ПЗУ, для хранения кода рабочих программ;

-  энергонезависимую (flash) память, для хранения файла конфигурации системы (например: значение частоты, временные задержки на включение и выключение выходных реле), фиксации времени поступления и номера принятой команды, а так же времени и признака возникшей неисправности;

-  часы реального времени;

-  панель управления и индикации (клавиатура из шести кнопок, тумблер выбора режима и табло ЖКИ);

-  формирователь системной шины, посредством которой, блок ПРЦ имеет возможность подавать тестовые управляющие воздействия и по сигналам отклика контролировать состояние всех функциональных узлов приёмника, а так же, при появлении на выходе блока ПРТЧ сигнала-команды ПА, включать соответствующее выходное реле.

Параметры настройки приемника: частота принимаемого сигнала, количество принимаемых команд, задержка на возврат, задержка на срабатывание, номера команд без ограничения длительности замкнутого состояния контактов выходного реле - задаются с пульта управления и заносятся в энергонезависимую память в режиме настройки приёмника.

Сигналы – команды принимаются одноимпульсным частотным кодом. В режиме ожидания сигнала-команды на вход приёмника должен непрерывно воздействовать сигнал контрольной частоты, пропадание которого (без замены сигналом команды) на 0,3 секунды блокирует работу выходных реле команд.

При пропадании сигнала контрольной частоты и возникновении сигнала команды происходит:

-  включение выходного реле и замыкание двух пар контактов соответствующей команды;

-  запись в энергонезависимую память номера принятой команды, времени поступления;

-  включение реле сигнализации «КОМАНДА».

Неисправность выходных цепей приемника, пропадание любого из вторичных источников питания, отсутствие контрольного сигнала более 5 сек или уменьшение напряжения питания процессора более чем на 10 % (ниже уставки сторожевого таймера), переводит приемник в режим «НЕИСПРАВНОСТЬ». При этом:

-  блокируется срабатывание выходных реле;

-  загорается индикатор НЕИСПР. на лицевой панели ПРЦ;

-  информация о неисправности индицируется на табло ЖКИ;

-  включается реле внешней сигнализации НЕИСПРАВНОСТЬ.

При кратковременном (менее 5 с) пропадании сигнала КЧ или снижении его уровня включается реле сигнализации «ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ» и на табло ЖКИ выводится соответствующая информация. Работа приёмника при этом не блокируется.

Включение приемника в работу (режим приёма команд ПА) осуществляется кнопкой ПУСК. При нажатии кнопки пуск происходит сброс внешней сигнализации, тестирование всех функциональных узлов приёмника и проверка наличия сигнала КЧ. В случае полной готовности системы приёмник включается в работу (о чём появляется сообщение на табло ЖКИ), в противном случае приёмник блокируется (что сопровождается появлением сигнализации «НЕИСПРАВНОСТЬ»).

Высокая помехозащищенность приемника при действии помех в канале связи является одной из важнейших характеристик и определяется построением схемы и программными алгоритмами. Например:

-  в приемном тракте реализована система ШОУ;

-  в каждой выходной цепи, фиксирующей прием соответствующей команды, возможно введение задержки на срабатывание (до 10 мс) и это время дополнительно используется для анализа частоты команды;

-  блокировка выходных реле в случае задержки появления команды после пропадания сигнала контрольной частоты более 250 мс.

Всё это снижает вероятность приёма ложных команд при воздействии помехи высокого уровня.

При приоектировании систем ЦОС требуется обеспечить определенный динамический диапазон при заданной величине отношения с/ш. В этом случае по заданным величинам D и R_ш требуется определить разрядность кодов, используемых для представления отсчетов обрабатываемого сигнала. Необходимо оценить требуемые разрядности входного и выходного сигналов. Т.е. определить требования к АЦП / ЦАП и разрядность элементов памяти DSP.[5]

В нашем случае за основу был взят 16-ти разрядный сигнальный процессор фирмы ANALOG DIVICES ADSP-2191M. т.е. система с заданной архитектурой и параметрами цифрового устройства. Большинство операций предполагает представление чисел в дополнительном коде, в остальных случаях предполагается работа с беззнаковыми числами или простыми последовательностями двоичных символов.[6] В этом случае необходимо определить разрядность входного m_вх и выходного m_вых сигналов. При этом полагают что m_вх = m_вых . Оценим величины m_вх и m_вых по алгоритму приведенному в [4]. При D = 80 дБ и R_ш = 16 дБ. [5]

1) Оценим величину m_D – разрядность цифрового кода входного сигнала, при которой обеспечивается заданная величина динамического диапазона (без гарантии получения требуемой величины отношения с/ш).

m_D = int(D/20lg2) (3.1)

m_D = 14

где int(В) – наименьшее целое число, не меньше , чем число В.

2) Оценим допустимую величину мощности выходного шума, при которой обеспечивается заданная величина отношения с/ш.

Р_ш,доп = σ²_{вых,доп} = 0.5*10 (3.2)

σ²_{вых,доп} = 1.26*10^-10

3) Оценим величину дисперсии собственного шума системы. Поскольку система реализуется на DSP с известными параметрами,то:

σ²_вых,с = 6.23*10^-15

4) Оценим допустимую величину дисперсии составляющей выходного шума, обусловленую квантованием входного и выходного сигналов DSP.

σ²_вых+вх≈ 1.26*10^-10

5) Оценим величину m_R – разрядность цифрового кода входного и выходного сигналов DSP, при которой обеспечивается заданная величина отношения с/ш (без гарантии получения требуемой величины динамического диапазона)

Положив m_вх = m_вых = m_R

Отсюда

m_R = (3.7)

m_R = 16

6) Оценим разрядность входного и выходного сигналов m_вх\вых, при которой обеспечивается заданная величина динамического диапазона и отношение с/ш. Из (3.6) и (3.1) получаем

m_вх\вых = max{ m_D, m_R } (3.8)

m_вх\вых = 16

7) Оценим реальную величину отношение с/ш при определеной из (3.8) разрядности входного и выходного сигналов. Для этого оценим величину мощности полного выходного шума.

Р_ш = σ²_вых = σ²_вых+вх + σ²_вых,с (3.9)

σ²_вых = 8.15*10^-11 ( -100.9 дБ )

8) Оценим величину динамического диапазона входного сигнала

D_вх = 20lg2^mвх (3.10) D_вх = 96.3 дБ

9) Оценим величину порогового отношение с/ш

R^п_ш = 10lg (3.11)

R^п_ш = 1.6 дБ

Собственный шум данного фильтра, реализованного на DSP 2191М, практически не влияет на полный выходной шум. Величины динамического диапазона и отношение с/ш определяются только разрядность входного и выходного сигналов. При заданных требованиях динамический диапазон полностью определяется разрядностью входного сигнала. Полученная величина отношения с/ш на нижней границе динамического диапазона оказалась лучше требуемой. Фактически данная система обеспечивает динамический диапазон порядка 96.3 дБ с хорошим запасом по отношению с/ш. [5]

Похожие работы

Эскизное проектирование радиоэлектронной системы передачи информации

Скачать

17303

1

9

... взаимной нестабильности несущей частоты излучаемого сигнала и частоты настройки приемника и доплеровского сдвига. 2.2 Расчет энергетических характеристик Качество выделения информации приемным устройством цифровой системы передачи информации, связано с вероятностью ошибки приёма разряда сообщения. Связь между допустимым значением вероятности ошибки Рд и пороговым отношением мощности сигнала к ...

Многоканальная система передачи информации

Скачать

22101

4

4

остаточно очень быстро, но полным описанием таких систем очень мало, именно поэтому данная работа выступит в качестве нового проекта по многоканальным системам передачи информации. В работе представлены чертежи, рисунки, схемы, которые наглядно демонстрируют преобразование в многоканальных системах информации. В работе были использованы следующие виды литературы: теоретические источники, статьи, ...

Цифровые системы управления связью

Скачать

103121

8

46

... эксплуатации (станционный сервер). Подключение выполняется посредством соединения через COM-порт или через соединение локальной сети Ethermet 100 Мбит/с. Связь сервера с терминалами центра управления осуществляется посредством локальной сети. 6. Цифровые системы уплотнения аналоговых линий Задача таких систем заключается в экономии физических линий связи, когда на одну пару телефонной линии ...

Каналы связи

Скачать

21869

1

4

... канала связи. Пример. По каналу связи передаются сообщения, вероятности которых соответственно равны:   p(x1)=0,1; p(x2)=0,2; p(x3)=0,3; p(x4)=0,4.   Канальная матрица, определяющая потери информации в канале связи имеет вид:   .   Определить: 1. Энтропию источника информации – H(X). 2. Безусловную энтропию приемника информации – H(Y). 3. Общую условную энтропию ...