Материал: Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем

ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ

Рассматриваются системы сбора, обработки, хранения и передачи информации с удаленных стационарных объектов

В связи с развитием различных отраслей промышленности все в больших масштабах появляются, в том числе и в отдаленных районах, экологически опасные объекты. Сбор, обработка, хранение и передача по радиоканалу информации с этих объектов является важной задачей. Для этих целей используются различные радиоэлектронные средства как импортного, так и отечественного производства. Следует отметить, что системы сбора, обработки, хранения и передачи информации с удаленных стационарных объектов используются в последние годы все чаще и области их применения расширяются. Основные из них следующие:

• структуры МЧС (контроль безопасности потенциально опасных объектов города, школ…)

• системы пожарной сигнализации (передача сигналов о пожаре на ЕСС – 01)

• системы охраны предприятий

• системы охраны банковских и коммерческих структур

• районные и городские отделы вневедомственной охраны

• частные охранные предприятия

• системы охраны дачных поселков

• системы городского хозяйства и т. д.

За период с 1995 года по настоящее время в России внедрены сотни радиосистем передачи информации, подавляющее большинство из них – импортных. Однако следует учесть, что использование отечественных средств имеются следующие достоинства:

• отсутствие таможенных процедур.

• более оперативная поставка.

• возможность работы без предоплаты.

• наличие на складах изготовителя и оперативная поставка подменного фонда.

• оперативное гарантийное обслуживание.

• более низкая и гибкая система скидок.

• совместимость с отечественными объектовыми приборами при работе в в полных протоколах ( по RS-232, ТТЛ и т. д.).

• полная русификация.

• одаптированность к климатическим условиям.

• возможность доработки с учетом требование заказчика и иной специфик.

В связи с указанным необходимо активизировать внедрение отечественного оборудования на функционирующих импортных и вновь вводимых радиосистемах передачи информации.

Автономные системы сигнализации, снабженные только сиренами, стробвспышками и т. п. Не обеспечивают необходимого реагирования. Задачу обеспечения доставки информации до сил реагирования обеспечивают системы централизованного наблюдения.

Современные системы радио-охраны имеют значительные преимущества по сравнению с ранее используемыми телефонными. Поэтому МЧС рекомендует обратить внимание на создание системы контроля безопасности производства на всех потенциально опасных объектах регионов.

После анализа существующих систем автоматического мониторинга и научно-производственного потенциала специалистами ГОЧС были определенны приоритетные направления для решения поставленных задач, собрана информация о технических характеристиках существующих систем, о поставщиках и ценах на оборудование.

Принято решение при развертывании системы максимально использовать возможности.

Определен круг основных событий, информацию о которых целесообразно в автоматическом режиме круглосуточно отображать на пультах централизованного наблюдения: утечка аварийных химически опасных веществ, срабатывание пожарной сигнализации, несанкционированное проникновение на объект, состояние системы энергоснабжения объекта и т. д.

Объекты, подлежащие подключению к системе радио - мониторинга, определяются следующими категориями: крупные потенциально опасные (химически опасные) предприятия; муниципальные объекты социального назначения (учреждения образования, здравоохранения и т. д.); другие потенциально опасные (пожароопасные) объекты.

Управления государственного пожарного надзора обязаны подготовить перечень предприятий и зданий на своей территории, подлежащих оборудованию пожарной автоматикой с передачей сигнала о пожаре по радиотелекоммуникационной системе на пункты связи единой службы спасения «01», а также объектов массового скопления людей, автотранспортных предприятий, АЗС, сельскохозяйственных предприятий.

Реализация указанных мероприятий позволит качественно повысить уровень работы по раннему оповещению о пожарах и чрезвычайных ситуациях, существенно уменьшит риск наступления общественно опасных последствий катастроф природного и техногенного характера, поможет решать и вопросы безопасности на жизненно важных для региона объектах. Позволит прогнозировать и контролировать ситуацию с аварийностью в целом.

Воронежский государственный технический университет

УДК681.3

А.В.Башкиров, И.В.Остроумов, И.В.Свиридова

МЕТОДЫ РАЦИОНАЛЬНОГО КОДИРОВАНИЯ

В статье рассматривается сущность и методы рационального кодирования,а также особенности параметрической адаптивной процедуры

Методы рационального кодирования осуществляют сокращение избыточности сообщений в условиях априорной неопределенности относительно статистических характеристик сигналов, т.е. в условиях, когда неизвестны статистические характеристики этого сигнала. Под рациональным кодированием понимают такое кодирование, при котором измерительная информация представленная в дискретной форме требует минимальное количество символов при заданной верности. Требование рационального кодирования сообщений обусловлены тем, обстоятельством, что в случае нерационального кодирования на первом этапе избыточность сохраняется и на последнем. В случае применения корректирующих (помехоустойчивых) кодов избыточность сообщений еще более возрастает. Процедуры рационального кодирования источника сообщений классифицируются по их возможности менять параметры или структуру кодирующего устройства для обеспечения сжатия данных. Классификация имеет вид (рисунок 1).

Рис. 1

Фиксированная процедура имеет заданную структуру, которая остается неизменной при любых входных воздействиях. Это не позволяет оптимизировать процесс обработки данных при разных сообщениях на входах квантователя (можно оптимизировать для класса разных сообщений), но допускает простую аппаратную реализацию алгоритма. Пример фиксированной процедуры - -квантователь.

Параметрическая адаптивная процедура чувствительна к статистике сообщений и изменяется в соответствии с выбранным критерием свои параметры.

Непараметрическая адаптивная процедура сжатия данных с изменением структуры алгоритмов сообщений является наиболее перспективной с точки зрения эффективности кодирования источника нестационарных сообщений с изменяющимися статистическими характеристиками. В этом случае меняются не только параметры, но и структура алгоритма кодирования. К таким процедурам относят алгоритм адаптивно - разностной ИКМ с перестройкой структуры фильтра – предсказателя.

Предположим, что в результате дискретизации сигнала получается последовательность непрерывных величин для передачи по цифровым каналам связи. Каждый отсчет необходимо проквантовать до конечного множества значений. Целесообразно разделять процесс представления последовательности множеством двоичных символов на два этапа: квантование, результатом которого является последовательность величин = и кодирование, когда последовательности величин ставится в соответствие кодовое слово , т.е. этот процесс можно представить в виде (рисунок 2).

Рис. 2

Обычно для кодирования квантованных отсчетов используют двоичную последовательность. С помощью B-разрядного кодового слова можно представить уровней квантования. Скорость передачи информации в этом случае:

, (1)

где - частота дискретизации, которая выбирается исходя из способа восстановления сигнала в приемнике, - число бит на отсчет сигнала.

Если - const, то единственный путь уменьшения скорости передачи состоит в сокращении числа двоичных единиц на отсчет сигнала.

Обычно отношение сигнал – шум задается в дБ:

. (2)

Из выражения (2) следует, что добавление одного разряда кодового слова улучшает отношение сигнал – шум квантования на 6 дБ. Выражение для отношения сигнал – шум квантования получено при предположении, что диапазон квантования используется полностью, если энергия сигнала изменится, то отношение сигнал – шум квантования уменьшится. В реальных условиях дисперсия телеметрического сигнала можно меняться на 20-30дБ. По этой причине для поддержания отношения сигнал – шум квантования на заданном уровне в случае равномерного квантования необходимо увеличивать число уровней квантования, при этом увеличивается избыточность сообщения. Желательно иметь устройство квантования, при котором отношение сигнал – шум квантования не зависит от уровня сигнала. Это достигается использованием неравномерного распределения уровней квантования.

Имеется два класса схем адаптивного квантования:

1. Квантователь с адаптацией по входу, когда дисперсия входного сигнала оценивается непосредственно по этому сигналу.

2. Квантователь с адаптацией по выходу, когда шаг квантования подстраивают по выходному сигналу или кодовому слову .

Рассмотрим структурную схему квантователя с переменным шагом квантования (рисунок 3).

Шаг квантования должен быть известен на приемной стороне, т.е. в этом случае отсчет описывается кодовым словом и шагом квантования. Если используется квантователь с адаптацией по входу на основе усилителя с переменным коэффициентом усиления, то квантованный сигнал описывается кодовым словом и коэффициентом усиления.

Рис. 3

Экспериментальные исследования в случае, если сигнал имеет функцию плотности вероятностей (ФПВ) Гаусса или Лапласа показали, что адаптивное квантование дает выигрыш в отношении сигнал-шум квантователя не менее 5 - 6 дБ по сравнению с - квантователем. Если дисперсия входного сигнала изменяется в широких пределах (30 дБ и более), этот выигрыш будет увеличиваться.

Схема адаптации по выходу с переменным шагом квантования имеет вид (рисунок 4).

Рис. 4

Недостатком подобных квантователей является высокая чувствительность к ошибкам в кодовых словах, т.к. эти ошибки приводят не только к неправильной установке уровней квантования, но и ошибкам в шаге квантования.

Методы адаптивного квантования дают выигрыш в отношении сигнал-шум квантователя по сравнению с квантованием по - закону при том же динамическом диапазоне сигнала. Этот выигрыш зависит от формы ФПВ входного сигнала и его динамического диапазона. В связи с этим представляет интерес рассмотрение методов разностного кодирования, которые менее чувствительны к форме ФПВ входного сигнала.

Список литературы

1. Радиотехнические методы передачи информации: Учебное пособие для вузов / В.А.Борисов, В.В.Калмыков, Я.М.Ковальчук и др.; Под ред. В.В.Калмыкова. М.: Радио и связь. 1990. 304с.

2. Кириллов С.Н., Бодров О.А., Макаров Д.А. Стандарты и сигналы средств подвижной радиосвязи. Учебное пособие. Рязань. РГРТА, 1999. 80с.

3. Кириллов С.Н., Малинин Д.Ю. Теоретические основы асинхронного маскирования речевых сигналов. Учебное пособие. Рязань. РГРТА, 2000. 80с.

4. Кириллов С.Н., Зорин С.В. Вейвлет – анализ случайных процессов в радиотехнических устройствах. Учебное пособие. Рязань. РГРТА, 2002. 80с.

Воронежский государственный технический университет

УДК681.3

А.В.Башкиров, И.В.Остроумов, И.В.Свиридова

ОСНОВЫ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО РАДИОКАНАЛУ

В статье рассматриваются основы системы передачи данных по радиоканалу

Основная идея проекта состоит в том, чтобы передать данные от одного пункта до другого. Эта передача может быть как беспроводная по радиоканалу, так и по проводам.

В данном проекте передаются 4 типа данных от различных типов датчиков по радиоканалу.

В качестве датчиков используется температурный датчик, датчик уровня топлива,датчик давления и датчик числа оборотов за 1 минуту. Все эти датчики имеют аналоговый выход в форме напряжения, которое преобразуется в цифровые данные, которые мы можем передать.

Почему необходимо преобразовывать аналоговые сигналы в цифровые?

Предположим, что мы преобразовали аналоговые сигналы в цифровые данные. Что дальше? Поскольку четыре различных типа данных мы должны передать по одному каналу, то нам надо их объединить. Аналоговые сигналы объединить невозможно, для цифровых сигналов мы можем использовать цифровой коммутатор, который будет объединять данные в один поток следующими один за другим.

Примечание: скорость передачи данных от 12 до 15 циклов в 1 минуту.

Передача данных:

Блок-схема показывает пример передачи данных с использованием какой либо модуляции сигнала.

После получения данных от приемника и их демодуляции мы получим реальные данные, которые передавались передатчиком и мы легко их показывать.

Функциональная блок-диаграмма:

Схема цифровой части:

Рис.1. (секция А)

Рис.2. (Секция В - радиочастотный передатчик)

Описание схемы:

В секции "А" изображен цифровой приемник сигналов от 4-х датчиков. Здесь используется аналоговый переключатель IC M4066, который также хорошо работает как и цифровой.

Он имеет четыре устройства ввода/вывода и отдельные выводы для контроля передачи аналоговых сигналов через коммутатор. Линии управления коммутатором соединяются с выводами микроконтроллера (порты 2.1 - 2.4).

Поскольку эти все сигналы аналоговые, так что мы должны преобразовать их в цифровые форму посредством аналого-цифрового преобразователя. Для этой цели мы использовали IC ADC0804.

Это 8-разрядный АЦП и на его выходе мы имеем цифровой эквивалент аналогового сигнала с диапазоном значений от 0 до 255. Из АЦП 8-разрядные данные поступают в микропроцессор (порты 1.0 - 1.7). Посредством мультиплексирования 4 аналоговых сигналов последовательно переводятся в цифровую форму и в виде одного потока данных передаются в модулятор передатчика.

Чтобы передать некоторый сигнал на расстояние мы должны промодулировать его в передатчике. Хорошо, когда схема модулятора совмещена с передатчиком. В данной схеме используется частотная модуляция из-за ее простоты и получения большой дальности передачи сигнала, которая может составить около 2 км. Так например вещательный диапазон FM достаточно широк для возможной передачи данных. Этот передатчик передает сигнал на частоте 98 МГц. Но сигнал передатчика не будет точно соответствовать модулирующему цифровому сигналу (форма меандра). Здесь мы говорим, что сигнал лишь похож по форме на меандр. Точный вид формы сигнала передатчика можно увидеть на осциллографе.

Рис.3 (комментарий к цифровой схеме)

Радиочастотный передатчик в данном проекте собран по простейшей схеме (рис.2). Он представляет собой LC возбудитель на одном транзисторе совмещенный с цепями ЧМ модулятора. Выходная мощность передатчика около 0,8 Вт. Частота автогенератора 98 МГц. Приемник - обычный радиовещательный с подходящим УКВ диапазоном. Дальность уверенного приема и демодуляции цифровых данных не более 2-х километров. И при использовании данной аппаратуры не может быть улучшена.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.38

И.А. Лозовой, А.В. Турецкий

ЭТАПЫ АНАЛИЗА РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ