Приемопередающее устройство по ферромагнитному каналу

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к системам передачи и приема сигналов телеметрии на промышленных объектах и жилых зданиях и может применяться для сбора данных с удаленных устройств. Технический уровень.
Известна мобильная система связи (Патент на полезную модель RU 109623 МОБИЛЬНАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ НА ПОВЕРХНОСТНОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЕ), предназначенная для приема и передачи сигналов на промышленных объектах. Система обеспечивает выдачу в линию передачи, представляющую собой границу раздела двух сред, в которых, одна подстилающая поверхность представляет собой металлический или металлизированный корпус подвижного объекта, а вторая среда границы раздела линии передачи поверхностной электромагнитной волны является проводником на заданной рабочей длине волны, в том числе и проводником, покрытым диэлектриком, при этом связь осуществляется вдоль линии передачи, в том числе и в процессе движения подвижного объекта. Передатчик, преобразует электромагнитную волну в поверхностную, которая которая излучается и распространяется вдоль линии передачи и которая принимается приемным преобразователем поверхностной электромагнитной волны пропорционально собственному коэффициенту усиления при участии собственной подстилающей поверхности, и эта величина приемной мощности с выхода приемного преобразователя поверхностной электромагнитной волны поступает в приемник. Передающий и приемный преобразователи электромагнитной волны расположены на собственных подстилающих поверхностях или в непосредственной близости от них и выполнены в виде антенн поверхностной электромагнитной волны.
Недостатком известной системы является то что требуются, по крайне мере, две среды передачи и затухание сигнала при распространении существенно зависит от характеристик этих сред (влажность, температура, удельная проводимость).
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является система передачи информации (Патент на изобретение RU 2205514 СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ), в которой сигнал передают по ферромагнитной линии связи, при передаче воздействуют магнитным полем на ферромагнитную линию связи, в месте приема сигнала воздействуют магнитным полем на выходную индуктивность, взаимно индуктивно связанную с входной индуктивностью, расположенной на передающем конце линии связи. Система содержит входную и выходную индуктивности, взаимно индуктивно связанные по линии связи. В системе используются различные виды модуляции высокочастотной несущей, в качестве которой применяется гармоническое колебание с частотой порядка 50 МГц.
Недостатками указанной системы является следующие факторы:
- в качестве приемного элемента является электромагнитная катушка, которая наряду с основной функцией (прием полезного магнитного сигнала) выполняет и паразитную побочную - прием индустриальных электромагнитных помех;
- в качестве несущей в известной системе используется гармоническое колебание, которое на передающей и приемной индуктивности генерирует меньшие значения эдс самоиндукции чем импульсные, с длительностью нарастания\спада фронтов 20-50 нс последовательности высокой скважности, что снижает помехозащищенность известной системы.
Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение помехозащищенности приемопередающего устройства по ферромагнитному каналу (далее ФМК).
Сущность полезной модели.
Для достижения указанного технического результата в объекте настоящей полезной модели предложено устройство, содержащее микроконтроллер, подключенный к источнику сигналов (например, внешние датчики), передающему модулю, приемному модулю и устройству индикации. Электропитание приемопередатчика осуществляется встроенным модулем питания, который вырабатывает напряжения постоянного тока, необходимые для работы устройства.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена структурная схема приемопередающего устройства по ферромагнитному каналу. На фиг. 2 представлена функциональная схема устройства.
Как представлено на структурной схеме, в устройстве размещены микроконтроллер (2) с установленной в нем программой кодирования передаваемых в ФМК цифровых сигналов и декодирования принимаемых из ферромагнитного канала сигналов, передающий модуль (3), нагруженный на передающую катушку индуктивности (4), датчик магнитного поля (6), принимающий полезный сигнал и передающий его в приемный модуль (5), подключенный к микроконтроллеру (2). Передающая катушка (4) и датчик (6) размещены на поверхности ферромагнитного канала (9). На вход микроконтроллера поступают цифровые или аналоговые сигналы с источника (1), а декодированная информация из принятого по ФМК сигнала отображается на жидкокристаллическом индикаторе (7). Электропитание приемопередатчика осуществляется модулем питания постоянного тока (8).
Осуществление полезной модели.
Заявляемое устройство представляет собой программируемое промышленное изделие для передачи, приема и обработки сигналов, передаваемых и принимаемых из ФМК, в качестве которого может быть использована любая поверхность, являющаяся проводником магнитного поля, например, металлические конструкции зданий или трубы системы тепло и водоснабжения зданий.
Алгоритм работы приемопередающего устройства поясняется функциональной схемой устройства и заключается в следующем.
Приемный, передающий модуль и микроконтроллер находятся в режиме микропотребления в ожидании команды запроса с диспетчерского центра, передатчик которого подключен к ФМК.
При поступлении и декодировании команды запроса микроконтроллер (2) активирует передающий модуль, и формирует команду ответа в USART формате с преобразованием ее в канальный сигнал. Команда ответа содержит информацию о величине сигналов, поступающих с источника (1) на вход микроконтроллера (2).
Формирование канального сигнала происходит в 2 этапа.
На первом этапе программа микроконтроллера преобразует исходный передаваемый USART сигнал в последовательность однополярных импульсов по следующему алгоритму: логическому «0» соответствуют 2 импульса длительностью 5 мкс каждый, с интервалом между ними 10 мкс, логической «1» соответствует пауза. При передаче логического «0» временное положение импульсов центрировано относительно середины тактового интервала передаваемой посылки, при этом защитные интервалы в начале и конце посылки составляют, не менее, 5 мкс. Длительности логического «0» и логической «1» определяются величиной скорости передачи USART сигнала. На втором этапе каждый импульс с выхода микроконтроллера (2) поступает в передающий модуль (3), где преобразуется в знакопеременный импульс длительностью 100-120 нс, с временами нарастания\спада фронтов 20-50 нс и амплитудой 400 В, который поступает на передающую катушку (4). Передающая катушка создает модулированный знакопеременный магнитный поток, распространяющийся по ферромагнитному каналу (9).
Прием и декодирование канального сигнала на приемном конце осуществляется следующим образом.
Высокочувствительный, с приведенной чувствительностью 3 mv\B\Гс магниторезистивный датчик магнитного поля (6), расположенный в ФМК (9) и реагирующий только на модулированный магнитный поток, преобразует его в последовательность электрических импульсов, поступающих в приемный модуль (5) с усилением 12 дБ, выход которого подключен к пиковому детектору с пороговым устройством (10), связанному со входом микроконтроллера (2) и формирующего, при превышении порога обнаружения, импульсы прямоугольной формы с амплитудой, примерно равной напряжению питания микроконтроллера (2). Преобразование входного импульсного сигнала в USART формат и его декодирование осуществляется программой, находящейся в памяти микроконтроллера. При регистрации микроконтроллером первого импульса, по его заднему фронту программно формируется задержка 8 мкс и во временном интервале 8-10 мкс ожидается появление второго импульса. В случае его обнаружения принимается решение о приеме логического «0», в случае его не обнаружения первый импульс считается помехой и принимается решение о приеме логической «1». Декодированный поток преобразуется в последовательность символов, которая отображается на ЖКИ (7).
Исходя из представленных выше характеристик максимальная скорость передачи заявляемого устройства ограничена величиной 33 кбит\с.
Данное устройство может найти применение в низкоскоростных системах телеметрии и системах сбора данных с удаленных устройств, когда невозможно или экономически нецелесообразно использовать иные проводные или беспроводные способы передачи информации.