Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Телемеханика»


НазваниеМетодические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Телемеханика»
страница7/14
Дата публикации07.03.2013
Размер1.47 Mb.
ТипМетодические указания
referatdb.ru > Информатика > Методические указания
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   14

^ 4.7 Расчетная часть
В данном подразделе выполняется расчет линии связи и расчет частотных и временных параметров, например, периода опроса датчиков; длительности сигналов ТУ, ТС, ТИ; числа разрядов телемеханической функции; длительности бита и символа; частота тактовых сигналов; спектра сигнала в линии связи, полосы частот и т. д. Необходимые соотношения для расчета частотных и временных параметров систем приведены в [9].

Пример 4.16. Произвести расчет частоты генератора тактовых импульсов в режиме передачи команды ТУ или уставки ТР для телемеханической системы телерегулирования, которая предназначена для управления и контроля рассредоточенными объектами.

Исходные данные: конфигурация линий связи комбинированная; количество контролируемых пунктов – 30; количество выполняемых функций – 10; количество групп объектов – до 16; количество объектов в группе – 8; количество уставок телерегулирования – 250.

Для обмена информацией между ПУ и КП принята побайтная передача сигналов. Структура сигналов в режиме ТУ и ТР имеет одинаковый вид, приведена на рисунке 4.24 и соответствует структуре сигналов примера 4.9.

Рисунок 4.24 – Структура сигналов в системе телерегулирования:

а – передача ТУи КУ; б – квитанция о приеме
Решение. Для передачи синхрокода отведен один байт. Определим число разрядов (), необходимых для кодирования номера КП.
,
где – количество контролируемых пунктов.

Аналогичным образом определим количество бит, необходимых для кодирования функционального адреса (), номера группа (), кода установки телерегулирования ()
;

;

.
Для передачи синхрокода отведен первый байт, во втором байте передается код начала – 3 бита и код номера КП, в третьем байте передается номер группы и функциональный адрес. В данной системе для выбора номера объекта в режиме ТУ используется распределительный метод избирания, для выбора номера объекта или передачи уставки предназначен четвертый байт.

В данной системе предусмотрена защита команды телеуправления и телерегулирования кодом с двукратным повторением (и дополнительной защитой каждого байта по паритету), поэтому через промежуток времени, равный одному байту, осуществляется повторная передача команды. Контролируемый пункт в случае правильно принятой информации передает обратно квитанцию, которая состоит из трех байт (рисунок 4.24, б).

Таким образом, для передачи команды ТУ (ТР) и приема квитанции необходимо 11 байт. С учётом промежутка времени перед повторной передачей команды nбайт = 11+1 = 12. Система относится к первой группе по быстродействию, поэтому время передачи команды и получения квитанции не должно превышать 1 секунды.

Исходя из этого, определим время, необходимое для передачи одного байта.
с.
В системе предусмотрена дополнительная защита каждого байта по паритету, поэтому в каждом байте будет по 9 бит. Определим длительность одного бита
с.
Тогда частота генератора тактовых импульсов
Гц.

Пример 4.17. Рассчитать частоту генератора тактовых импульсов в телеметрической системе с циклическим опросом датчиков. Количество датчиков , максимальная частота изменения телеметрируемого параметра  Гц, погрешность преобразования в цифровой эквивалент , способ защиты сообщений от помех – код Хэмминга с .

Решение. В соответствии с теоремой Котельникова, время, за которое необходимо опросить каждый датчик, определяется
, примем с.
Полное время передачи телеметрической информации складывается из времени передачи синхрокода и времени передачи измерительного эквивалента , умноженного на количество датчиков N. Структура сигналов приведена на рисунке 4.25.
Синхрокод 1й Канал Nй Канал

tск tк

T

τу τп

k·tт r· tт

nи·tт

tт


Рисунок 4.25 – Временная структура канальных сигналов

в телеметрической системе с циклическим опросом датчиков
Число информационных символов k определяется из выражения для приведенной погрешности , откуда
.
Число контрольных символов для кода Хэмминга определяется по выражению (2.5) [7]
.
Таким образом, количество бит, необходимых для передачи информации от одного датчика .

Время передачи информации от одного датчика , примем время передачи синхрокода , тогда время опроса всех датчиков , отсюда с, а длительность одного бита с.
Частота генератора тактовых импульсов

Гц.

Пример 4.18. Рассчитать и построить спектр частотно–манипулирован-ного сигнала и определить практическую полосу частот, если частота носителя  кГц, амплитуда носителя В, частота модулирующего сообщения  Гц, а девиация частоты составляет Гц.

Примечание. При расчете спектра сигнала (принятого или заданного метода передачи сигнала в линии связи) определяются амплитуды всех гармонических составляющих, входящих в практическую полосу частот, мощность сигнала, определяется полоса частот, необходимая для передачи сигнала и строится амплитудно–частотный спектр. Для расчета спектров рекомендуется использовать литературу [10].

Решение. Как известно [10], спектр ЧМП сигнала состоит из бесконечного множества гармонических составляющих вида . Однако на практике число гармонических составляющих n принимают равным индексу частотной модуляции m, так как при амплитуды гармонических составляющих имеют малые значения.

Определим индекс частотной манипуляции.
.
Учитывая, что , полосу частот определим из выражения (4.15) [5]
Гц,
т.е. необходимо учитывать четыре верхних и четыре нижних боковых гармонических составляющих. Тогда выражение для указанного ЧМП сигнала будет иметь вид:

Расчет амплитуд гармонических составляющих сведем в таблицу 4.3.


Таблица 4.3 – Значения амплитуд гармонических составляющих спектра ЧМП сигнала

Вид составляющей

Частота,

Гц

Выражение для
расчета амплитуд

Амплитуда,
В



2000



2,12



2100



0



1900



2200



3,82



1800



2300



5,0



1700



2400



2,73



1600


Спектр ЧМП сигнала, построенный в соответствии с таблицей 4.3, показан на рисунке 4.26.

Полоса частот, занимаемая ЧМП сигналом
Гц.
Определим среднюю мощность сигнала в полосе частот Гц.

Вт.

Гц

1600

1700

1800

1900

2000

2100

2200

2300

2400

2,73

3,82

2,12

3,82
2,73
5,0

5,0

A0

A1

A1

A2

A3

A2

A3

A4

A4

F
Рисунок 4.26 – Спектр ЧМП сигнала при m = 3 и Q = 2

Полная мощность сигнала на сопротивлении 1 Ом
Вт.

Тогда , т.е. в практической полосе частот Гц будет передано около 98 % мощности всего ЧМП сигнала.

Если бы мы выбрали при m = 3 полосу частот из выражения Гц, то тогда средняя мощность сигнала в этой полосе составит:
Вт.
Или отношение , т.е. только около 80 %, что для практических целей недостаточно.

В данном разделе в зависимости от области применения системы, принятой структуры и типа линии связи (физическая, телефонная, радио) и выбора конкретной марки кабеля и марки радиостанции производится расчет параметров линии связи и уровня сигнала. Для волоконно–оптической линии связи рассчитывается число строительных длин линии, затухание, среднеквадратическое значение дисперсии, максимальная длина регенеративного участка и порог чувствительности приемника.

Расчет проводной линии связи заключается в определении уровня сигнала на выходе передатчика, затухания, вносимого расстоянием передачи, уровня и мощности сигнала на входе приемника. Если проводная линия связи состоит из отдельных участков, то строится диаграмма уровней и затуханий (см. пример 1.3 [11]).

Расчет радиолинии и гидроакустической производится по методике, приведенной в разделе 1.11 [11].

Пример 4.19. Произвести расчет волоконно-оптической линии связи для передачи цифровой информации на расстояние до 80 км. Передача сообщений производится от 31 источника блоками по 1600 бит. Режим обмена данными – дуплексный, линейный код BI-2, тактовая частота 1 МГц.

Решение. Поскольку в проектируемой системе применен линейный код BI–L, который является разновидностью блочного кода 1В2В, тактовая частота возрастает в 2 раза и скорость передачи в линейном тракте равна

^ Bлт = 2·1 = 2 МГц.

– проверочный расчет выбранной длины ВОЛС:

Число строительных длин линии nc определяется по формуле:


где lру – длина регенерационного участка, равная 80 км;

lc – строительная длина оптического кабеля (ОК), равная 2 км.

Для монтажа строительных длин кабеля потребуется nнс = nc–1 = 40–1= 39 неразъемных соединителей, а для ввода в ОК и вывода из него оптического излучения потребуется nрс = 2 разъемных соединителя.

Затухание αру на расчетном участке линии определяется по формуле

где α – коэффициент затухания на длине волны λ = 1550 нм, равный 0,2 дБ/км;

αнс – коэффициент затухания неразъемного соединения, равный 0,4 дБ;

αрс – коэффициент затухания разъемного соединения (SC), равный 0,7 дБ;

аt – допуск на температурные изменения параметров ВОСП и равный 1 дБ (10–30 оС);

ав – допуск на ухудшение со временем параметров ВОСП и равный 2 дБ.

Подставляя значения величин в формулу, получаем

Сравнивая αру с минимально допустимым затуханием, определяемым величиной Эп (энергетический потенциал ВОСП, равный для применяемого передающего и приемного оптоэлектрических модулей Эп =рперрпр=40–(–8)=48 дБ), то есть (αру = 36) ≤ (Эп = 48), делается вывод, что по затуханию длина расчетного участка линии ВОСП выбрана верно.

Правильность выбора безретрансляционного участка (РУ) ВОСП оценивается также с помощью дисперсионных свойств ОВ.

Среднеквадратичное значение дисперсии выбранного ОВ σ, с/км для одномодового волокна определяется из соотношения

где ∆λ – ширина полосы оптического излучения, равная 0,2 нм для применяемого ЛД ПРОМ;

σн – нормированная среднеквадратичная дисперсия, равная 1630 нс/(нм·км).

С учетом дисперсионных свойств ОВ максимальная длина РУ lmax, км определяется по выражению


Таким образом, длина РУ удовлетворяет требованиям и по дисперсионным свойствам ОВ, т.е. lруlmax. При этом условии быстродействие системы, как правило не рассчитывается.

Расчет минимально детектируемой мощности оптического сигнала:

Для рассчитываемого РУ вероятность ошибки не должна превышать
рош = 1,67∙10–10lру = 1,67∙10–10 ∙80 = 0,13∙10—7.
Порог чувствительности ПРОМ рmin, дБм определяется по формуле

В соответствии с выше рассчитанными значениями в проектируемой СПЦИ с ВОСП 80 км используем одномодовый кабель 9/125 SMF–28 . Оптический передатчик и приемник, по своим параметрам удовлетворяют требованиям безретрансляционной передачи на расстояние 80 км с рош = 10–10.

Пример 4.20. Сигнал мощностью Px=10 Вт подаётся по линии связи, которая имеет затухание α = 0,02 дБ/км, на расстояние 100 км. Определить мощность сигнала в конце линии связи.

Решение. Уровень сигнала на выходе передатчика согласно выражению (1.22) [11]:
дБ.
Затухание вносимое линией связи определяем из выражения (1.25) [11]:
b = d·α = 0,02·100 = 2 дБ.
Тогда уровень сигнала в конце линии связи будет
P(Pпрм) = P(Pпрд) – b = 40 – 2 = 38 дБ.

Определим мощность сигнала на входе приёмника из выражения (1.22) [11]:

P(Pпрм) = 10·lgPвх; 38 = 10·lgPвх;

Откуда Pвх = 103,8 = 6,3 Вт.
^ 4.8 Системные расчёты
4.8.1 Расчёт надёжности. В этом разделе производится расчёт вероятности безотказной работы, наработки до отказа и вероятность отказа. Значения интенсивности отказов выбирать из соответствующей литературы или из таблицы 4.4.
Таблица 4.4 – Значения интенсивности отказов наиболее часто

применяемых элементов электронной техники

Тип элемента

λ, 1/час

Резисторы:

постоянные композиционные

угольные плёночные

металлизированные плёночные

плёночные

проволочные прецензионные

переменные композиционные

с ведущей червячной передачей


5·10–8

5·10–8

5·10–7

2·10–8

1·10–6

2·10–6

5·10–6

Продолжение таблицы 4.4

Тип элемента

λ, 1/час

Конденсаторы:

постоянной ёмкости керамические

электролитические, с алюминиевой фольгой

электролитические, танталовые, твёрдые


10–7

2·10–6

4·10–7

Диоды:

кремниевые

германиевые

Зенера


5·10–8

8·10–7

1·10–7

Транзисторы:

кремниевые

германиевые


1·10–7

8·10–8

Интегральные микросхемы

кремниевые цифровые

линейные


1·10–7 – 5·10–7

3·10–7 – 6·10–7

Реле герметичное с одним переключающим

контактом


3·10–8

Геркон

Переключатель на контакт

Ручная пайка

Пайка погружением

Роликовая сварка

Сварные соединения

3·10–9

3·10–9

3·10–10 – 6·10–9

10–10

2·10–8

2·10–9

Монтаж накруткой

Соединители коаксиальные концевые (на штырь)

Штепсельный соединитель

Лампы:

неоновые

накаливания

Электромоторы малой мощности

Двигатели шаговые


4·10–12

10–8

3·10–9
2·10–7

1·10–6

5·10–6

3·10–6








Следует помнить, что λ(t), оставаясь постоянной во времени на основном участке работы, существенно зависит от условий эксплуатации изделия (климатических, механических и радиационных воздействий, электрической нагрузки и т.п.), т.е.

,
где – интенсивность отказов изделия при номинальных (лабораторных) условиях эксплуатации;

– поправочный коэффициент i –го эксплуатационного фактора.

Расчёт количественных показателей надёжности приведён в примере 4.21.

Пример 4.21. Произвести расчет количественных показателей надежности изделия, в состав которого входят: цифровые интегральные микросхемы в количестве – 20 штук, транзисторы кремневые – 10 шт., конденсаторы керамические – 40 штук, резисторы пленочные – 50 шт., диоды германиевые – 5 шт., реле герконовые – 2 шт., переключатели трехконтактные – 10 шт., штепсельный разъем – 1 шт., трансформатор – 1 шт. Число ручных паек – 100.

Решение. Надежность – свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Надежность является комплексным свойством, которое обуславливается качественными характеристиками (безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью) и количественными:

– вероятностью безотказной работы
, (4.1)
где е – основание натурального логарифма;

t – заданное время работы изделия;

– средней наработкой до отказа
To = 1/ λсх ; (4.2)
– интенсивностью отказа схемы
λсх = λR · k1 + λC · k2 + λпайки · k3 + … , (4.3)
где λi – интенсивность отказов элементов данной группы;

ki – количество элементов данной группы;

Q= 1 – Pвероятностью отказа

Порядок расчета:

– из таблицы 4.4 выбираем значения λi для элементов, которые входят в состав нашего изделия;

– по выражению (4.3) рассчитываем интенсивность отказа схемы;

– из выражения (4.2) находим наработку до отказа;

– по выражению (4.1) определяем вероятность безотказной работы.

Произведем расчет количественных показателей надежности изделия, заданного в условии задачи. Для удобства расчета λсх составим таблицу 4.5.

Таблица 4.5 – Таблица расчета интенсивности отказа схемы

Тип элемента

λ, 1/час

Кол–во,
шт


λi, 1/час

Цифровые интегральные микросхемы

2,5 · 10–7

20

5 · 10–6

Транзисторы кремневые

8 · 10–8

10

8 · 10–7

Конденсаторы керамические

10–7

40

4 · 10–6

Резисторы пленочные

2 · 10–8

50

10–6

Диоды германиевые

8 · 10–7

5

4 · 10–6

Реле герконовые

3 · 10–8

2

6 · 10–8

Переключатели трехконтактные

3 · 10–9

3х10

9 · 10–8

Разъем штепсельный

3 · 10–9

1

3 · 10–9

Трансформатор

5 · 10–6

1

5 · 10–6

Пайка ручная

2 · 10–10

10

2 · 10–9

λсх = 199,55 · 10–7


Тогда наработка до отказа составит
ч.
Вероятность безотказной работы при времени работы изделия, равным 10000 ч., будет

.
Следовательно, вероятность отказа составит
.

^ 4.8.2 Расчет помехоустойчивости. При расчете помехоустойчивости дискретных сообщений в зависимости от метода передачи определяется коэффициент, характеризующий потенциальную помехоустойчивость, вероятность искажений элементарного сигнала и вероятности правильного приема, появления обнаруживаемых и необнаруживаемых ошибок, а также вероятность исправления, если применяемый код это позволяет. Расчет производить для случая симметричного канала. Необходимые значения интеграла вероятностей приведены в приложении литературы [11].

Пример 4.22. Команда телеуправления длиной , закодированная кодом с двукратным повторением, передается в линию связи методом амплитудной манипуляции. Определить вероятности правильного приема , появления обнаруженных и необнаруженных ошибок, если длительность элементарного сигнала составляет мс, амплитуда полезного сигнала на входе приемника В, а в канале связи действует флуктуационная помеха со среднеквадратическим значением амплитуды В.

Решение. Расчет потенциальной помехоустойчивости произведем по методике, изложенной в разделе 3 [11], согласно которой вероятность подавления и воспроизведения ложного сигнала в симметричном канале одинаковы и определяются выражением
, (4.4)

где V – вероятностный интеграл, значения которого приведены в приложении [11];

– величина, характеризующая потенциальную помехоустойчивость:
, (4.5)
где – удельное напряжение помехи в полосе частот 1 Гц, определяется из выажения:
; (4.6)
и – образцы передаваемых сигналов.

При амплитудной манипуляции , а .

Подставляя в (4.5) и произведя интегрирование, получим, что при

. (4.7)

Для передачи радиоимпульса длительностью мс необходима полоса частот Гц.

В соответствии с (4.6), В/Гц.

Согласно (4.7), .

Тогда из выражения (4.4) находим, что

.
Зная вероятность искажения элементарного сигнала, определим , , .

Код с двукратным повторением не обнаруживает ошибок, возникающих одновременно в сравниваемых при приеме разрядах двух частей кода. Вероятность ошибочного приема в данном коде при



.

Вероятность правильного приема будет
.

Тогда вероятность появления обнаруженных ошибок
.
В заключение следует отметить, что вероятность появления необнаруженных ошибок значительно меньше вероятности возникновения обнаруженных ошибок.

^ 4.8.3 Расчет скорости передачи и пропускной способности канала связи. Для расчета скорости передачи и пропускной способности дискретных каналов необходимо воспользоваться вероятностью искажения элементарного сигнала, полученной при расчете потенциальной помехоустойчивости.

При расчете скорости передачи информации необходимо знать избыточность кода.

При передаче информации многоуровневыми цифровыми методами модуляции, рассмотренными в [10], расчет скорости передачи данных необходимо вести по формуле Найквиста (4.5).

Расчет пропускной способности непрерывного канала производить по выражению (1.57) [11], а пропускной способности симметричного дискретного канала по выражению (1.56) [11].

Пример 4.23. В бинарном симметричном канале вероятности подавления и воспроизведения ложного сигнала одинаковы и равны. Длительности символов одинаковы и равны  мс. Определить пропускную способность канала.

Решение. Пропускную способность определим из выражения (1.56) [11]:
,
где – техническая скорость (скорость модуляции) передачи сигнала, бод.

Подставив значения, получим:

Пример 4.24. Рассчитать скорости передачи сигнала и передачи данных R в дискретном канале. Длительность единичного элемента мс, каждый информационный элемент несёт 1 бит информации и пусть на каждые семь информационных элементов приходится один проверочный.

Решение. Скорость модуляции (передачи сигнала) и, следовательно, бод. Скорость передачи данных (информации) будет определяться числом информационных элементов, переданных в секунду, т.е. бит/с.
Пример 4.25. Определить скорость передачи данных по каналу связи, если скорость передачи сигнала составляет бод, а передача информации осуществляется многоуровневым методом модуляции КАМ–16.

Решение. Скорость передачи данных определим из выражения:
бит/с.
Пример 4.26. Определить скорость информации в телефонном канале связи (Гц), если отношение сигнал/шум дБ.

Решение. Скорость передачи данных определим из выражения для пропускной способности непрерывного канала [12]
кбит/с.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   14

Похожие рефераты:

Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Основания и фундаменты»
Основания и фундаменты. Методические указания к курсовому проектированию. – Павлодар: Издательство ниц
Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Основания и фундаменты»
Основания и фундаменты. Методические указания к курсовому проектированию. – Павлодар: Издательство ниц
Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Теория организации»
Настоящие методические указания разработаны с целью закрепления лекционного материала, приобретения студентами навыков в решении...
Методические указания по курсовому проектированию по дисциплине «основы...
Методические рекомендации по выполнению курсового проекта разработаны преподавателем спец дисциплин Н. А. Салий
Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальностей
Основания и фундаменты: Методические указания / Белорусская государственная сельскохозяйственная академия; с о с т. В. И. К у м а...
Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности...
Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности 1-25 01 07 «Экономика и управление на предприятии»...
К курсовому проектированию для студентов специальности 1-50 01 02
Методические указания к курсовому проекту по курсу «Композиция костюма» для студентов специальности 50. 01. 02 «Конструирование...
Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Механика...
Основная цель настоящих методических указаний состоит в том, чтобы помочь студентам освоить основные принципы проектирования и устройства...
Методические указания по курсовому проектированию по курсу «Гидротехнические сооружения» Часть 2
Гидротехнические сооружения: Методические указания / Брестский государственный технический университет/ Сост. М. Ф. Мороз, Н. Н....
Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Технология швейных изделий»
Авторы: Раймхен Е. П. Методические указания курсовому проекту по дисциплине «Технология швейных изделий» для студентов специальности...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза