CC BY
25
6. I. В. Берестов, М. Ю. Куценко. До питання розробки методики визначення комплексного показника характеристики конструк-
тивно- технолопчних параметрiв пристро'1в регулювання швидкостi вiдчепiв: Iнформацiйно - керуючi системи на зашзнич-ному транспорту №5, 6. - Х.:2006, с. 66 - 69.
7. 1.В. Берестов, М.Ю. Куценко. Анашз юнуючих методiв та методик розрахунку сортувальних пристро1'в: Iнформацiйно - керу-
ючi системи на зашзничному транспортi, №2. - Х.:2007, с. 34 - 37.
8. Правила и нормы проектирования сортировочных устройств на железных дорогах Союза ССР: ВСН 207-89/МПС СССР. М.:
Транспорт, 1992, 104 с.
9. Огарь А. Н. Повышение ресурсосбережения и эффективности функционирования сортировочных горок при оптимизации про-
дольного профиля: дисс. канд. техн. наук. - Харьков, 2002.
10. Хемди А. Таха. Введение в исследование операций. - Санкт-Петербург, 2007.- 958 с.
УДК 543.271.3
Обгрунтоваш варiанти оптимi-зацт системного ттерфейсу газо-аналтичних iнформацiйно-вимi-рювальних комплекыв екологiчних параметрiв авiацiйних двигутв. Проаналiзоват функцюнальш мож-ливостi контролерiв. Наведенi конкретнi технiчнi параметри контролерiв i гх вплив на метроло-гiчт характеристики тформацш-но-вимiрювальних компек^в еко-логiчних nараметрiв авiацiйних двигутв
ОРГАН1ЗАЦ1Я СИСТЕМНОГО 1НТЕРФЕЙСУ 1НФОРМАЦ1ЙНО-ВИМ1РЮВАЛЬНОГО КОМПЛЕКСУ ЕКОЛОГ1ЧНИХ ПАРАМЕТР1В АВ1АЦ1ЙНИХ ДВИГУН1В
Я.О. Мельников
Мапстрант* Ю.Г. Кобзар
Мапстрант*
*Кафедра наукових, анал^ичних, та еколопчних приладiв i
систем НТУУ «КП1»
пр.Перемоги, 37, м. КиТв, УкраТна, 03037 В.П. Прим^ський
Кандидат техшчних наук, старший науковий ствроб^ник Директор ТОВ „Автоекоприлад" вул. Предславинська 39, м. КиТв, 03150 Контактний тел.: (044) 521-64-04 E-mail : [email protected]
1. Вступ
Розвиток цив^ьно1 aBia^i в Укра1ш пов'язаний 3i значним зростанням o6'eMiB перевезень i юлькоси
транзитних л1так1в, як1 перетинають украшську тери-тор1ю по м1жнародних ав1ацшних трасах, негативною стороною такого росту е тдвищення впливу ав1ацп на довюлля. до складу ввдпрацьованих газ1в газотурбш-
них двигушв входять наступш основн1 компоненти, що забруднюють атмосферу: оксид вуглецю, вуглевод-ш (метан СН4, ацетилен С2Н2, етан С2Н6, етилен С2Н4, пропан С3Н8, бензол С6Н6, толуол С6Н5СН3 та шш1), оксиди азоту, альдегвди (формальдепди НСНО, акро-лш СН2=СН=СНО, оцтовий альдепд СН3СНО та ш.), оксиди с1рки, сажа (видимий димний шлейф за соплом двигушв), бензатрен. При робот1 турбогвинтового та турбореактивного двигушв протягом 1 хвилини в ат-мосферне повиря викидаеться 2...4 мг канцерогенних речовин.
Шк1длив1 забруднююч1 речовини не т1льки "безпо-середньо" впливають на здоров'я людини, вони впли-вають 1 "опосередковано", змшюючи структуру, склад 1 нав1ть будову атмосфери, яка в новш якост1 негативно впливае вже глобально на життед1яльшсть людини, а також на рослиний та твариний св1т Земль Саме тому виникла потреба побудова шформацшно-вим1рюваль-ного комплексу еколопчних параметр1в ав1ацшних двигушв, що дасть змогу вим1рювати еколопчш па-раметри кожного двигуна, що знаходиться в експлу-атацп 1 анал1зувати вплив ав1ацп на еколопю атмосфери нашо! краши.
3. Варiанти оптимiзащ¡ системного штерфейсу в газоаналiтичних системах
Основою газоаналиичних комплекс1в е автоматич-ш газоанал1затори 1 мжропроцесорш системи обробки вим1рювально! шформацп 1 керування газоанал1зато-рами. Найб1льш типова газоаналиична система рис.1 складаеться з комплекту автоматичних стацюнарних газоанал1затор1в для вим1ру концентрацш (С;) вики-д1в ав1адвигушв (СО, С02, NOx, СпНт), з системою ввдбору 1 тдготовки проби, та шших параметр1в в1д-працьованих газ1в 1 автоматично! мжропроцесорно! системи обробки шформацшних потоюв результат1в вим1рювання 1 керування роботою газоанал1затор1в. Об'ектами системно! оргашзацп шформацшно-вим1-рювального комплексу еколопчних параметр1в двигушв (1ВКЕПД), е газоанал1затори для вим1ру концен-трацп (СО, С02, NOx, СпНт), створеш на ввдповщних ф1зико-х1м1чних методах [2,3].
2. Постановка задачi
Украша е членом М1ж-народно! оргашзацп ци-в1льно! ав1ацп (1КАО). М1жнародний стандарт по викидам (емгая) шкщли-вих речовин вщ ав1ацшних двигушв закршлений в том1 II «Емгая ав1ацшних двигушв» Додатку 16 до конвенцп Чжаго про м1ж-народну цив1льну ав1ащю 1КАО. В рамках держав - учасник1в СНД ем1с1я шкщливих речовин регу-
люеться АП-34 «Охорона навколишнього середовища. Норми ем1сп для ав1ацшних двигушв», в яких норми на ем1с1ю вщповвдають м1жнародним вимогам. В1дпо-ввдно до м1жнародних стандарт1в в даний час норму-еться ем1с1я незгор1лих вуглеводшв, оксиду вуглецю (СО), оксид1в азоту (NOх), диму ^^ 1 забороняеться навмисний викид палива в атмосферу вщ двигушв ВС в зош аеропорт1в. З 2004 року д1ють жорстюш1 норми на ем1с1ю NOх (приблизно на 16%) для нових двигушв 1 модифжацш двигушв, створених тсля 31 грудня 2003 р<жу [1].
В 2000 р. внесено змши до основних природоохо-ронних закошв "Про охорону довюлля" 1 "Про охорону атмосферного повиря", в яких чико оговорено, що р1вш викид1в визначаються по результатам вим1ру "фактичних викид1в". Таким чином виникла потреба в створенш шструментальних шформацшно-вимп рювальних газоаналиичних комплекав, за допомою яких проводиться автоматичний мошторинг юльк1с-ного 1 яюсного складу ем1сп ав1ацшних двигушв.
Рисунок 1. Структурна схема газоанал^ичного комплексу
Загальною особлив1стю структурно'! схеми кожного газоанал1затора е аналогова форма перетворення та обробки вим1рювальних сигнал1в та двоканальна схема !х подальшого перетворення у цифровий код та стикування 1з автономними та перифершними засо-бами вщображення.
Перший канал призначений для формування 1 вщо-браження результат1в вим1ру на цифровому шдикатор1 кожного з газоанал1затор1в,
Другий канал використовуеться для оргашзацп стикування газоанал1затора 1з перифершними при-строями (автономний вар1ант) або для комплексного стикування газоанал1затор1в та системного зв'язку 1ВКЕПД 1з перифершними пристроями (системний вар1ант).
Для реал1зацп вказаних завдань другий канал газоанал1затор1в м1стить багатофункщональний
контролер, структура 1 функцп якого визначають-ся електричними, шформацшними, метролопчними особливостями газоанал1затор1в, а також умовами штерфейсно! оргашзацп 1ВКЕПД та перифершних пристро1в.
Розроблена газоаналггична система складаеться з п-газоанал1затор1в кожен з яких вим1рюе концентра-щю одного з газ1в ( СО, С02, NOx, СпНт ), що входять до складу ем1сп ав1адвигуна [4,5]. Причому газоанал1за-тори можуть бути однод1апазонш 1 багатод1апазонш.
Так , газоанал1затор для вим1ру СО мае один ви-м1рювальний канал пов'язаний 1з концентращею СО лшшною функцюнальною залежшстю:
Ссо = Ксо ' исо (1)
де Ссо — концентращя СО, % об.; исо - напруга нормал1зованого електричного вим1-рювального сигналу, В;
Ксо - коефщ1ент перетворення напруги вим1рю-вального сигналу до концентрацп СО, % об/В. 1нтер-вал вим1ру концентрацп СО вщ 0 до 10% об. Змши напруги електричного вим1рювального сигналу в за-даному штервал1 складають в1д 0 до 4 В.
В газоанал1затор1 вим1ру концентрацп СН форму-еться перший вим1рювальний сигнал, пов'язаний 1з концентращею СН функцюнальною залежшстю:
Кд (сн) ■ Ксн ' исн , (2)
де Ссн — концентращя СН, ррт; ис — напруга нормал1зованого електричного вим1-рювального сигналу, В;
Ксн— коеф1щент перетворення напруги вим1рю-вального сигналу до концентрацп СН в штервал1 ви-м1ру в1д 0 до 150 ррт (I д1апазон), ррт/В;
Кд (сн) — коеф1щент д1апазону вим1р1в концентрацп СН. 1нтервал вим1ру концентрацп СН в залежност1 в1д д1апазошв:
вщ 0 до 50 ррт — I д1апазон; в1д 0 до 200 ррт — II д1апазон; вщ 0 до 1000 ррт — III д1апазон; в1д 0 до 5000 ррт — !У д1апазон Для вдентифжацп д1апазону вим1р1в у газоанал1зато-р1 формуеться другий електричний вим1рювальний сигнал 1з слвдуючими дискретними значеннями напруги: вщ 0,9 до 1,3 В — I д1апазон; в1д 1,9 до 2,3 В — II д1апазон; вщ 2,9 до 3,3 В — III д1апазон; в1д 3,9 до 4,3 В — !У д1апазон.
Iнтервали змши напруги електричного вим1рю-вального сигналу на будь-якому д1апазош в1д 0 до 4 В.
В газоанал1затор1 вим1ру концентрацп N0 формуеться перший вим1рюваний сигнал, пов'язаний 1з концентращею N0 функцюнальною залежшстю:
СШ = Кд(Ш) ■ Кш ■ иш (3)
де С^ — концентращя N0, ррт; иш — напруга нормал1зованого електричного ви-м1рюваного сигналу, В;
Кк0— коеф1щент перетворення напруги вим1рю-вального сигналу до концентрацп N0 з штервалами вим1ру вщ 0 до 100 ррт (I д1апазон), ррт/В;
Кд(ш)— коеф1щент д1апазону вим1ру концентрацп N0.
Для щентифжацп д1апазону вим1р1в у газоанал1за-тор1 формуеться другий електричний вим1рювальний сигнал з слщуючими дискретними значеннями на-пруги:
в1д 0,9 до 1,3 В — I д1апазон;
в1д 1,9 до 2,3 В — II д1апазон;
в1д 2,9 до 3,3 В — III д1апазон;
в1д 3,9 до 4,3 В — !У д1апазон.
Iнтервали змши напруги електричного вим1рю-вального сигналу на будь-якому 1з д1апазошв вим1ру в1д 0 до 4 В.
Ыструментальна похибка вим1ру концентрацш в газоанал1заторах не перевищуе 3%. Аналопчно фор-муються сигнали в шших газоанал1заторах.
4. Структури iнтерфейсiв
На цей час основними е три структури штерфейав, як1 розр1зняються тополопею шин: ланцюгова, рад1-альна та мапстральна.
Використовуються також комбшоваш структури, у яких конф1гуращя частини шин вщповщае однш, а шшо1 частини — шшш структурь У систем^ яка виконана за ланцюговою структурою (рис.2), кожна пара функцюнальних пристро1в "джерело-приймач" зв'язуються парами з'еднувальних лшш, а обмш дани-ми вщбуваеться безпосередньо м1ж функцюнальними пристроями. Керуюч1 функцп розпод1леш м1ж цими пристроями. Однак в деяких випадках для керування обмшом даних ввдокремлюють самостшний пристрш (контролер).
1 2 N
Рисунок 2. Ланцюгова структура системного штерфейсу
В систем! з рад1альною структурою (рис.3) вщо-кремлений центральний пристрш (контролер), з яким кожен 1з пристро1в-джерел сигнал1в з'еднаний за до-помогою 1ндив1дуально1 групи шин. Обмш даними ввдбуваеться безпосередньо м1ж кожним пристроем 1 контролером тд керуванням контролера.
Контролер
' 1 1 Шина ✓ ' даних 1 ' 2 ' к Шина i керуючих Г^ч сигнал1в > г N 1
Приймач Приймач 1 Приймач
Джерело Джерело Джерело
Рисунок 3. Радiальна структура системного iнтерфейсу
В системах 1з маг1стральною структурою (рис.4) заметь групи 1ндив1дуальних шин використан1 колек-
тивн1 шини, до яких П1деднан1 bci джерела, приимач1 сигнал1в i контролер.
Рисунок 4. Мапстральна структура системного штерфейсу
Для мапстрально! структури характерним е те, що вс1 сигнали, як утворюються в шинах штерфейсу, е доступ-ними для вс1х функцюнальних пристро!в, як тд'еднаш до штерфейсу. Однак в кожний момент часу пльки одне 1з джерел 1 пльки один 1з приймач1в можуть бути зв'язаш 1з штерфейсом, виробляти сигнали та реагувати на них.
Не зважаючи на те, що ланцюгова структура штер-фейс1в на цей час використовуеться вщносно рщко та в нескладних системах, яю м1стять к1лька функцюналь-них пристро!в, для системно! оргашзацп 1ВКЕПД вона е найб1льш придатною.
КЕМП
АП1
ГА "СО" "RS-232C"
ЮП
АП1
ГА "СН" "RS-232C"
ЮП
АП1
ГА "NO" "RS-232C"
юп
СП1 "RS-232C"
С1ПП
ГА"СО", "CH","NO" АП1 "RS-232C" СП1 "RS-232C" К/П
— газоанашзатори BHMipy концентрацiи СО, СН, NO
— автономний послщовний штерфейс
RS-232C:
— системний послщовний штерфейс
RS-232C; — комп^ютер/прштер;
По-друге, для забезпечення автономносп кожного i3 газоаналiзаторiв у вiдношеннi до перифершних при-стро!в доречним був би ушверсальний пiдхiд, як автономного, так i системного штерфейсу. Таким умовам задовольняе стандартний послщовний штерфейс RS-232C, на базi якого i е оптимальною оргашзащя ланцю-гово! структури iнтерфеИсу 1ВКЕПД, наведено! на рис.5
Внутршня ланцюгова структура стикування газо-аналiзаторiв виконана на основi автономних штерфей-сiв RS-232C кожного iз газоаналiзаторiв, а приймаль-но-передаючi лiнiï автономних iнтерфеИсiв RS-232C "крайшх" газоаналiзаторiв та паралельнi керуючi лiнiï усiх автономних iнтерфеИсiв утворюють повний системний (зовнiшнiИ) штерфейс RS-232C 1ВКЕПД.
Автономний iнтерфеИс RS-232C входить до складу контролера в структурi кожного iз газоаналiзаторiв. Контролер забезпечуе керування процесами вводу, перетворення та обробки вхщних аналогових вимп рювальних сигналiв з боку газоаналiзатора, а також обслуговуе взаемодiю iз периферiИними пристроями при роботi газоаналiзатора в автономному режимi або через ланцюговий iнтерфеИс — у системному режимь
Особлива увага при оптимiзацiï структурно! схеми контролера була прид^ена питанням мiнiмiзацiï ре-гулювальних процедур в аналогово-цифрових вузлах мжроконтролера . З щею метою прийнята щеолопя повного обчислювального узгодження динамiчного дiапазону вхiдних напруг АЦП та динамiчного дiапа-зону аналого-цифрового перетворення конкретно! мп кросхеми АЦП без зовшшшх регулюючих елементiв.
Узагальнена формула перетворення вхщного аналогового вимiрювального сигналу до концентрацп аналiзуемого газа (СО. СН або NO) та узгодження ди-намiчних дiапазонiв вхiдноï напруги та функцп перетворення АЦП мае вигляд:
Сх = Кх ■ N АЦП(х),
K _ 2K C(XB) Uon
I4Y - ¿!ЧД(Х) ■ ^16 ' U
(4)
а Kx
Рисунок 5. Структурна схема системного штерфейсу 1ВКЕПД
По-перше, 1ВКЕПД м1стить лише три функцю-нальних пристро! (газоанал1затори) 1 тому створення рад1ально! або мапстрально! структури штерфейсу вимагало б впровадження додаткових системних -контролерних пристро!в, ускладнило б конфпуращю шформацшно-керуючих шин 1 в цьому зв'язку було б економ1чно не виправданим.
де Сх — концентращя аналiзуемого газу (СО, СН або NO ) у вщповщних одиницях вимiру, (% об., ppm);
Кх — коефiцiент перетворення вхщно! напруги вимiрювального канала до концентрацп аналiзуемого газу (СО, СН або NO ) з урахуванням узгодження ди-намiчних дiапазонiв, (% об. ppm);
^цП(х)— поточне значення юлькосп дискретних рiвнiв квантування АЦП, вщповвдно концентрацп Сх ;
Кд(х) —коефвдент дiапазону вимiрiв концентрацп аналiзуемого газу (СО, СН або NO ) ;
С(х)в — верхне значення межi вимiру концентрацп аналiзуемого газу (для газоаналiзаторiв СН та NO в межах I дiапазону) у вщповщних одиницях концентрацп (% об., ppm);
ив — верхне значення меж змш напруги вхщних аналогових вимiрювальних сигналiв вiдповiдно концентрацп С(х)в, у В; з урахуванням вхщного динамiч-ного дiапазону АЦП в межах вiд 0 до 5В; ив приймаеть-ся дорiвнюючим 4 В;
Uon —напруга внутршнього джерела опорно! напруги АЦП у В, вимiрювана для кожного окремого ек-земпляру АЦП iз вiдносною похибкою не бiльше 0,01% i записана у ПЗП однокристально! ЕОМ;
n — розрядшсть АЦП, прийнята на n^cTaBi вра-хування багатьох фaкторiв цього використання АЦП, дорiвнюючий 16.
Для досягнення прецизшних метрологiчних характеристик контролера, а також пригшчення впливу на результата вимiру рiзних побочних впливiв, АЦП програмно установлюеться до cлiдуючого режиму роботи: розрядшсть — 16 6ir, коефщент пiдcилення — 1, час перетворення — 10 мс; caмокaлiбровкa перед кожним вимiром.
Робота контролера та реaлiзaцiя його автономних та системних функцш здiйcнюетьcя пiд керуванням однокриcтaльноï мiкро-ЕВМ у вiдповiдноcтi i3 алгоритмами програмного забезпечення, яке записане до ïï енергонезaлежноï флеш-память
5. Висновки
Застосування мiкропроцеcорноï техники дозволи-лил суттево пiдвищити метролопчш показники газоа-нaлiзaторiв (знизити похибку вимiрювaнь) в 1ВКЕПД, за рахунок бaгaторiвневоï обробки вимiрювaльноï ш-формацп. Прaцездaтнicть та оптимaльнicть розгляну-toï системи доведено на прaктицi.
Запропонований iнформaцiйно-вимiрювaльний га-зоaнaлiтичний комплекс дозволить сертифжувати газо-турбiннi aвiaдвигуни на ввдповвдшсть екологiчним стандартам мiжнaродноï оргaнiзaцiï цивiльноï aвiaцiï 1КАО.
6. Лиература
1. Кобзарь Ю.Г., Мельников Я.О. Розрахунок контрольного
параметру емiси ав1адвуигушвна вiдповiднiсть нормам ЖАО// Тези доповщ на НТК «Приладобудування 20093: стан i перспективи.», К.: НТУУ «КШ». 2009 -С. 114-115.
2. Горелик Д.О., Конопелько Л.А., Панков Э.Д. Экологиче-
ский мониторинг.Оптико-электронные приборы и системы - СПб. Крисмас, 1998.-582с.
3. Примиский В.Ф. Хемилюминесцентный газоанализатор
оксида азота // Тезисы доклада Международной научно-технической конференции "АВТА-2000". — КиТв, 2000. — С. 40.
4. Бородавка В.П. ,Дашковський О.А., Примюький В.Пл iншi
Патент УкраТни 64586 А, Еколого-технологiчний газоа-нал™чний комлекс / -2004 -Бюл.№2.
5. Безрук З.Д., Дашковський О.А.,Примюький В.П., i iншi.
Патент УкраТни 65505А Газоанаштичний технологiчний комплекс з мшро- процесорною системою / Опубл. 2004. Бюл. № 3.
В статье рассмотрены существующие антиколлизионные алгоритмы в современных системах радиочастотной идентификации. Предложен путь решения уменьшения времени считывания информации с транспондера при повышении криптографической стойкости системы в целом
УДК 621.395.004.77
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
КОЛЛИЗИЙ В СИСТЕМАХ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ
И.В. Филиппенко
Соискатель Кафедра АПОТ
Харьковский национальный университет радиоэлектроники пр-т Ленина, 14, г.Харьков, Украина, 61058
1. Введение
Главной задачей при проектировании систем радиочастотной идентификации (RFID) является проблема наиболее быстрого и безошибочного считывания информации с транспондеров. При этом
необходимо учитывать возможность возникновения коллизий и принимать меры по их устранению. Целью статьи является предложение путей решения уменьшения времени считывания информации с метки при повышении криптографической стойкости системы в целом.
