VYPUSKNAYa_KVALIFIKATsIONNAYa_RABOTA_BAKALAVRA

3.3Равномерные коды

Всвязи с широким использованием кодирования сообщений в различных областях техники получили значительное развитие теория и методы кодирования, в частности при передаче телемеха нической информации [8]. В данном пункте рассмотрены цифровые коды с точки зрения возможности и целесообразности их применения в цифровых телеизмерительных системах.

Под к о д о м понимают группу сигналов (импульсов), образованных по определенному закону. Код может быть записан в различных системах счисления: десятичной, двоичной, троичной и т. д. Обычно основание счисления не больше 10. Для удобства передачи и расшифровки применяют,

как правило, равномерные коды, характеризующиеся постоянным числом элементов в кодовых комбинациях.

Коды подразделяют на коды с пассивной помехоустойчивостью (коды с обнаружением ошибок), и на коды с активной помехоустойчивостью (или коды с обнаружением и исправлением ошибок).

Рассмотрим свойства и характеристики кодов, которые применяют или могут применять в цифровых телеизмерительных системах.

Е д и н и ч н о - д е с я т и ч н ы й к о д базируется на десятичной системе счисления, в которой число может быть выражено следую щей формулой:

−1

= ∑ 10 ,

=0

где п — число разрядов; — коэффициент, который может принимать значения от 0 до 9.

При единично-десятичном кодировании каждый разряд десятичного числа может быть представлен соответствующим числом одно родных импульсов, причем группы разрядных импульсов могут быть разделены интервалами.

31

Недостатком такого кода является его информационная неэкономичность. Информационная неэкономичность кода приводит к увеличению времени передачи измерительной информации.

Д в о и ч н ы й к о д базируется на двоичной системе счисления, в

которой число может быть выражено формулой

−1

= ∑ 2 ,

=0

где п — число разрядов; — коэффициент, который может принимать значения 0 или 1 (применяют два символа).

Преимущество данного кода заключается в его информационной экономичности. Погрешность при семиразрядном двоичном коде не превышает ±0,4%, для передачи используются 7 импульсов и интервалов.

Недостатком же является более сложное осуществление цифровой формы отсчета в приемнике.

Д в о и ч н о - д е с я т и ч н ы й к о д обладает наибольшими

преимуществами, он базируется на двоично-десятичной системе счисления. В

этой системе расположение десятичных разрядов сохраняется, но при этом цифра каждого десятичного разряда изображается в двоичной систем е. Для записи числа в двоично-десятичной системе необходимо по 4 двоичных разряда на каждый десятичный разряд, так как это наименьшее число разрядов, которое позволяет записать числа от 0 до 9 в двоичной системе.

Двухразрядный двоично-десятичный код обеспечивает возможность передачи 159 уровней при использовании для этого лишь 8 импульсов и интервалов. Приемник с цифровой формой отсчета измеряемой величины при двоично-десятичном коде несколько проще, чем при двоичном коде.

Возможно осуществление десятичных кодов с иными «весами» элементов в разрядах, чем в двоично-десятичном коде. Такие коды применяют в цифровых измерительных приборах.

32

Т р о и ч н ы й к о д базируется на троичной системе счисления. Однако ряд чисел

30, 31, 32 , 33, … , 3

не дает возможности образовать любое целое число в интервале от 1 до ∑=1 3 , Для решения этой задачи к троичному коду дол жен быть

добавлен еще один код, выбранный таким образом, что бы получились все заданные числа в требуемом интервале.

Троичный код обладает большей информационной эффективностью по сравнению с рассмотренными кодами. При п = 3 необходимы четыре такта, Nm=80,

что обеспечивает погрешность дискретности не больше ±0,62%. Необходимость использования дополнительного качества импульса усложняет передающую и принимающую аппаратуру.

Рассмотренные равномерные коды являются позиционно-импульсными,

потому что значащие импульсы разделены интервалами. Возможно образование позиционных равномерных кодов, у которых значащие импульсы в соседних тактах интервалами не разделяются

Позиционные коды имеют преимущество по сравнению с позиционно-

импульсными кодами, так как при их передаче по каналу связи требуется меньшая полоса частот.

3.4 Коды с обнаружением и исправлением ошибок

Наличие помех в канале связи может обусловить искажение равномерного кода и соответственно погрешность телеизмерений, так как искажение за счет помехи хотя бы одного элемента кодовой комбинации приводит к образованию другой кодовой комбинации. Помехи в канале связи разнообразны по причинам

их возникновения и по форме проявления.

Встречаются промышленные помехи в результате работы различных электротехнических установок, которые создаются коммутационными

электропоезда, электросварочные аппараты и др.), и атмосферные, вызываемые главным образом молниевыми разрядами и др.

По характеру проявления различают флуктуационные и случайные импульсные помехи.

Флуктуационные помехи представляют собой непрерывный во времени процесс, состоящий из большого числа кратковременных импульсов со случайной амплитудой. Если импульсы следуют очень часто, переходные процессы в приемнике накладываются друг на друга, что и создает непрерывный случайный процесс. Характерной особенностью помехи этого типа является отсутствие значительных отдельных выбросов.

Случайная импульсная помеха возникает в приемнике в тех случаях,

когда переходные процессы, вызванные отдельными импульсами, не накладываются друг на друга. Случайная импульс ная помеха может состоять из импульсов различной амплитуды и длительности, следующих с различной частотой.

Импульсная помеха наиболее опасна для цифровых телеизмерительных систем, так как появление в коде лишнего импульса (или импульсов)

приводит к искажению кодовой комбинации. Импульсная помеха может обусловить также пропажу импульса в кодовой комбинации или слияние двух импульсов в позиционно-импульсном коде.

При энергетических телеизмерениях широко используют кана лы связи,

образованные на высоковольтных линиях электропередачи энергии (ЛЭП). В

этих каналах помехи образуются главным образом за счет коронирования проводов, коммутационных процессов в ЛЭП и атмосферных явлений (грозы).

В отдельных случаях уровень помех может достигать нескольких сот милливольт, характер помех в основном флуктуационный.

В связи с развитием автоматизированных систем управления (АСУ) для создания каналов связи весьма перспективно использование силовых кабельных сетей различного напряжения. Эти сети характеризуются широкой разветвленностью, к ним в различных точках подключается разнообразная

34

аппаратура: трансформаторы, асинхронные двигатели и др. Характер и уровень помех в таких сетях зависят от многих факторов и являются предметом исследований. Помехи в воздушных и кабельных линиях связи обусловлены преимущественно различными наводками и часто носят флуктуационный характер. Уровень их существенно падает с ростом частоты и имеет незначительную величину (порядка нескольких милливольт в полосе

5 кГц).

Важное преимущество цифровых телеизмерительных систем — возможность обеспечения их высокой помехоустойчивости путем применения кодов с обнаружением и исправлением ошибок вызванных действием помех.

Принцип построения таких кодов базируется на создании некоторой избыточности, которая заключается в том, что из всех возможных кодовых комбинаций выбирается их часть, подчиняющаяся определенному закону.

Остальные комбинации считаются запрещенными. Отношение максимального числа кодовых комбинаций к рабочему числу кодовых комбинаций характеризует избыточность кода. Такие коды называют кодами с обнаружением ошибок. Однако при этом построении кодов может быть выявлена лишь часть ошибок, обусловленных помехами в канале связи, по -

тому что возможно и такое искажение кода, когда одна разрешен ная комбинация переходит при искажении кода в другую разрешенную комбинацию, что приводит к погрешности телеизмерений.

Коды с обнаружением и исправлением ошибок строятся также путем введения избыточности. В этих кодах исправление ошибок производится только при определенных видах искажения кода, поскольку искаженный код может совпадать с разрешенной кодовой комбинацией.

Свойства двоичных кодов с обнаружением и исправлением ошибок удобно оценивать, пользуясь понятием о кодовом расстоянии [ 9].

Кодовым расстоянием между двумя дискретными сигналами называют число несовпадающих элементов этих сигналов.

35

4. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

4.1 Измерительный коммутатор

Измерительный коммутатор предназначен для подключения входных напряжений от датчиков к АЦП по очереди. В качестве измерительного коммутатора используется мультиплексор. Это схема, которая подключает любой из множества источников данных к единственному выходу, причем выбор источника определяется его адресом. Схема обратного действия есть демультиплексор.

Рисунок 4.1 – Структурная схема измерительного коммутатора

Здесь К1…Кn – ключи, U1…Un –коммутируемые сигналы, Дш – дешифратор,

Сч – счетчик. Коммутатор, с помощью ключей (К) поочередно подключает n входов к общей линии связи или функциональному устройству. Каждый из ключей имеет два входа, на один подается коммутированный сигнал, а на второй - управляющее напряжение. Управляющее напряжение через дешифратор поступает со счетчика.

После появления на входе счетчика 1-го импульса, открывается ключ К1, а n-й

импульс открывает ключ Кn. А с приходом n+1 импульса начинается новый цикл.

36

Вкачестве измерительного коммутатора используется мультиплексор

AD7506.

Рисунок 4.2 – Мультиплексор AD7506.

Таблица 4.1 – Технические характеристики AD7506

В качестве счетчика возьмем модель SNJ54ALS163BFK компании Texas

Instruments. Счетчик нам понадобится для работы блока считывания.

37

Рисунок 4.3 – Назначение выходов SNJ54ALS163BFK.

Технические характеристики:

Диапазон рабочих температур: -55°C до +125°с

Питание – 5 В

Вкачестве ключа будет использоваться микросхема ADG839 компании

Analog Devices.

Рисунок 4.4 – ADG839.

Технические характеристики:

напряжение питания – 1,65-3,6 В;

Сопротивление– 0,35 Ом

Применив алгебру и логику, имеем следующие уравнения:

38

Из них следует, что дешифратор со счетчиком можно построить следующим

образом:

Рисунок 4.5 – Схема построения дешифратора со счетчиком.

4.2 Аналого-цифровой преобразователь

Аналого-цифровой преобразователь — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Преобразование сигнала происходит в определенные моменты времени, которые называются точками отсчета. Количество отсчетов за единицу времени определяет частоту дискретизации, которая, в свою очередь, определяется условиями и быстродействием АЦП. АЦП подразделяется на: последовательного счета,

параллельного приближения, параллельные, интегрирующие, сигма-дельта АЦП.

39