CC BY
35
----------------------------------------- © В.В. Демьянов, С.М. Простов,
Р.Ю. Сорокин, 2006
УДК 622.271.333:550.37
В.В. Демьянов, С.М. Простов, Р.Ю. Сорокин
УСТРОЙСТВА ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ *
Семинар № 2
нформацию о состоянии массива горных пород можно получить с помощью датчиков, созданных на базе различных методов геоконтроля: индукционного, акустического, геомагнитного, естественного электромагнитного излучения, оптического излучения и др. Каждый тип датчика, реализующий тот или иной метод геоконтроля, обязательно включает в себя чувствительный элемент, преобразующий воздействующий на него контролируемый параметр породного массива в электрический сигнал. Величина этого сигнала в большинстве случаев недостаточна для непосредственной его обработки, поэтому требуются специализированные устройства первичной обработки и подготовки геоинформации для передачи.
В Кузбасском государственном техническом университете (ГУ КузГТУ) разработаны несколько типов универсальных микропроцессорных устройств для автоматизированных систем геоконтроля массива горных пород, позволяющие производить предварительную обработку, запоминание и подготовку к передаче данных, полученных с первичных преобразователей измеряемых параметров [1, 2]. На рис. 1 приведена структурная схема устройства, позволяющая полученный с датчика аналоговый сигнал усиливать с помощью операционного усилителя и нормировать его до величины, необходимой для работы аналого-цифрового преобразователя
(АЦП), встроенного в микроконтроллер компании Microchip Technology Incorporated семейства PIC 16F877.
В зависимости от типа датчика в универсальном устройстве используются операционные усилители серий 1408, 284, 544, 548 или 574, отличающиеся коэффициентами усиления, ослабления синфазных входных напряжений, верхней граничной частотой усиления, э.д.с. шума и др. В операционных усилителях регулирование коэффициента усиления для заданного датчика производится изменением величины отрицательной обратной связи резисторами R1 и R2.
Введение микроконтроллера в устройство первичной обработки информации позволяет достаточно гибко (программным способом) задавать предупредительный или аварийный пороги срабатывания датчиков, после превышения которых микроконтроллер дает команду передачи через радиомодем контролируемого параметра породного массива в телекоммуникационную систему горного предприятия. В разработанном устройстве используется последовательный интерфейс стандарта RS-232C, поэтому между микроконтроллером, представляющим собой однокристальную микро-ЭВМ и работающую с уровнями сигналов цифровой логики, и радиомодемом, работающим с уровнями сигналов стандарта RS-232C, стоит микросхема преобразователя уровней
*Работа выполнена при поддержке РФФИ грант № 05-05-64100 162
DA1 КР1408УД1 DD1 PIC16F877
Аналоговый
RA0 мси RB0- -RB7
RE0- RD0-
-RE2 -RD7
CLK0 RC6
CLK1 RC7
Блок
индикации
DD2 МАХ232
ЇХ
RX
Tin
Rout
Tout
Rin
4х
RS-232C
Радиомодем
Рис. 1. Структурная схема устройства первичной обработки и передачи информации геофизических датчиков
MAX232.
Радиомодем позволяет передавать информацию как из микроконтроллера при “считывании” ее в телекоммуникационную систему, так и в микроконтроллер при “запросе” контролируемого параметра или при программном дистанционном изменении порогового уровня. Дополнительно информация может выводиться на блок индикации, представляющий собой жидкокристаллический модуль индикации, например АС 162А, или светодиодный модуль любого типа. Выбор типа радиомодема определяется типом беспро-
водной связи и поэтому можно использовать как, например, микропроцессорный контроллер ADAM-4550 фирмы “Advan-tech”, работающий в диапазоне 2,45 ГГц, так и терминал Siemens MC35i фирмы “Siemens”, работающий в стандарте GSM 900/1800 МГц региональных операторов сотовой связи. Эти радиомодемы компактны, имеют малые размеры, потребляемые токи и встроенные порты стандартов RS-232C и RS-485.
Структурная схема универсального устройства первичной обработки информации с возможностью её запомина-
DD1 PIC16F877
Аналоговые
входы
RA0
RA1
RA2
RA3
RA5
RE0
RE1
RE2
CLK0
CLK1
мси
RB0-
-RB7
RD0-
-RD7
RC6
RC7
D0-
-D7
АО
А1
CS
WR
RD
РЮ
RA0-
-RA7
RB0-
-RB7
RC0-
^RCT
DD3 UM61512AK
А0- -А15 SRAM 64 Kb D0- -D7
ОЕ
CS WR
DD4 МАХ232
Tin
Rout
Tout
Rin
Рис. 2. Структурная схема устройства первичной обработки и запоминания информации
ния, представлена на рис. 2.
В данной схеме оцифрованные входные аналоговые сигналы заносятся в микросхему статической памяти типа иМ61512, имеющей объем 64 Кбайт. Для этой цели используется микросхема параллельного интерфейса типа 18255, с помощью которой формируются шина адреса и шина данных для микросхемы памяти. В микросхеме параллельного интерфейса порт ЯЛ используется как 8разрядная двунаправленная шина данных Б0-Б7, а порты ЯВ и ЯС - как 16разрядная шина адреса Л0-Л15.
В микроконтроллере Р1С16Р877 порты ЯЛ и ЯЕ используются как аналоговые входы, а порт КО управляет операциями чтения и записи данных в регистры микросхемы 18255 и в микросхему памяти
1. Демьянов В.В. Методологические основы создания автоматизированной системы комплексного геоконтроля устойчивости бортов карьеров / В.В. Демьянов, С.М. Простов, Р.Ю. Сорокин // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Изд-во МГГУ. - 2003. - №7. - С. 109110.
иМ61512АК через 8-разрядную шину управления RD0-RD7. В данной схеме за счет использования внешней памяти частота дискретизации аналоговых сигналов выше, по сравнению с первой схемой, в которой частота дискретизации определяется выбранной скоростью обмена информации по интерфейсу Я8-232С вследствие того, что информация вначале заносится в память, а потом уже обрабатывается. К тому же использование параллельного интерфейса позволяет программно обратиться к произвольной ячейке памяти, что дает возможность выборочно и оперативно сравнивать и обрабатывать полученную информацию.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Демьянов В.В. Система автоматизированного геоконтроля и прогноза физических процессов в техногенных массивах карьеров / В.В. Демьянов, С.М. Простов, С.В. Сидельцев, Р.Ю. Сорокин // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Изд-во МГГУ. - 2004. - №10. - С. 156-158.
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------------
Демьянов В.В. - кандидат физико-математических наук, доцент кафедры электропривода и автоматизации,
Простов С.М. - доктор технических наук, профессор кафедры теоретической и геотехнической механики,
Сорокин Р.Ю. - инженер кафедры электропривода и автоматизации,
Кузбасский государственный технический университет.
