Устройство преобразования магнитоиндуктивных сигналов

Полезная модель относится к вычислительной и информационно-измерительной технике и может быть использована в составе дорожного комплекса весового и габаритного контроля в качестве преобразователя сигнала с индукционных датчиков в цифровой код и передачи информации о наличии транспортного средства в зоне контроля на внешнее устройство.
Известно устройство для определения параметров движущегося транспортного средства (RU187948, опуб. 25.03.2019, G08G1/042, G01G19/03), в составе которого контроллер, который выходит из «спящего» (энергосберегающего) режима при изменении величины электрического тока, возникающего при проезде транспортного средства по первой индукционной петле, после чего контроллер получает последовательно показания от весового датчика, от пьезового датчика, от датчиков позиционирования, весоизмерительного тензорезистивного датчика и передает их во внешнюю систему обработки и передачи данных. Во время проезда второй индукционной петли изменение величины электрического тока фиксируется контроллером, после чего он выключается или переходит в «спящий» режим с пониженным энергопотреблением. Перед изменением режима работы контроллера также фиксируется время возникновения электрического тока в первой и второй индукционных петлях, что также передается через контроллер во внешнюю систему обработки и передачи данных, в которой производится вычисление вышеперечисленных параметров транспортного средства, а также скорости транспортного средства.
Недостаток – ненадежность работы устройства, обусловленная тем, что контроллер устройства принимает показания от всех датчиков (позиционирования, весоизмерения и др.) и не предполагает раздельного функционирования, в случае выхода из строя контроллера приостановят работу и другие компоненты устройства.
Известен двухканальный магнитный датчик обнаружения транспортных средств SMA-2 CAME в ударопрочном термопластиковом ABS корпусе классом защиты IP 20, с возможностью установки на DIN рейку 35 мм, содержащий микропроцессор, источник питания 12-24 В, микропереключатель выбора чувствительности, микропереключатель выбора частоты, световые индикаторы (питание, обнаружение). Предназначен для контроля доступа и управления двумя транспортными потоками. Принцип работы основан на измерении изменения индуктивности в магнитной петле при нахождении над ней транспортного средства и передачи сигнала на внешние устройства управления (распашных и откатных приводов, шлагбаумов, приводов секционных и промышленных ворот).
Недостаток – ограниченный набор функций магнитного датчика обнаружения, которые сводятся к передаче команды на блок управления для открывания/закрывания распашных и откатных приводов, шлагбаумов, приводов секционных и промышленных ворот.
Известна схема измерения индуктивной сигнатуры (US6911829, опуб. 28.06.2005, G01R27/28, G01R31/06, H03D1/00), включающая устройство для измерения индуктивности проволочного контура (детектор) с функциями шумоподавления, автоматической калибровки и беспроводной связи. Схема детектора включает в себя по меньшей мере один датчик с проводным контуром, подключенный к резистивно-емкостной сети для формирования схемы драйвера с фиксированной частотой. Схема драйвера подключена к дифференциальному предусилителю с переменным коэффициентом усиления, который буферизует и усиливает дифференциальный выходной сигнал схемы. Предварительный усилитель подключен к схеме демодуляции, которая смешивает компонентные выходные сигналы схемы с выходом генератора демодуляции и генерирует демодулированный сигнал, соответствующий огибающей комбинированной формы сигнала. Схема демодуляции питает фильтр нижних частот, который удаляет внеполосный шум и создает отфильтрованный сигнал. Каскад усиления с переменным коэффициентом усиления усиливает отфильтрованный сигнал. Чтобы получить достаточное усиление и поддерживать усиленный сигнал в пределах одного источника питания, этап формирования сигнала удаляет смещение постоянного тока, которое создается генератором смещения постоянного тока, из отфильтрованного сигнала перед этапом усиления. Аналого-цифровой преобразователь производит выборку усиленного выходного сигнала для получения оцифрованного выходного сигнала измеренной индуктивности, который представляет индуктивную сигнатуру транспортного средства.
Недостаток – сложность (многокомпонентность) схемы работы устройства для измерения индуктивности, невозможность передачи сигнала на дальние расстояния, отсутствие защиты от возникновения нежелательных контуров и перенапряжения.
Технический результат – упрощение схемы работы устройства.
Технический результат достигается тем, что устройство преобразования магнитоиндуктивных сигналов, содержащее по крайней мере два входных канала подключения магнитоиндуктивных петель, каждый из которых соединен с генератором переменного тока, сигнал с генераторов переменного тока поступает на вход компараторов через фильтры помехоподавляющие, выходы компараторов соединены с входом микроконтроллера, питание основных элементов схемы осуществляется основным источником питания, посредством понижающего преобразователя,причем микроконтроллер выполняет функцию преобразователя магнитоиндуктивного сигнала в цифровой код и передает информацию на внешнее периферийное устройство по интерфейсу RS-485 посредством преобразователя.
Устройство преобразования магнитоиндуктивных сигналов поясняется изображениями, где на фиг. 1 - корпус устройства преобразования магнитоиндуктивных сигналов, на фиг. 2 - функциональная схема работы устройства.
Устройство преобразования магнитоиндуктивных сигналов включает ударопрочный термопластиковый ABS корпус 1 с креплением 2 для установки на DIN рейку, съемными клеммами 3 с каналами для подключения датчиков и источника питания, световыми индикаторами 4 (питание, режим, канал 1, канал 2); внутри корпуса располагается печатная плата 5 с электронными компонентами и переключателями частоты 6 работы индукционных петель S1 (канал 1) и S2 (канал 2) (фиг. 1); печатная плата имеет по крайней мере два входных канала 7 подключения датчиков (индукционных петель), каждый из которых оснащен изолирующим трансформатором петель с противогрозовой защитой 8 и соединен с генераторами переменного тока 9, сигнал с генераторов переменного тока 9 поступает на вход компараторов 11 через фильтры помехоподавляющие 10, выходы компараторов соединены с входом микроконтроллера 12, который, в свою очередь, соединен с преобразователем интерфейса RS-485 13; питание генераторов переменного тока (5 В) 9, фильтров помехоподавляющих (3,3 В) 10, компараторов (3,3 В) 11, микроконтроллера (3,3 В) 12 и преобразователя интерфейса RS-485 (3,3 В) 13 осуществляется основным источником питания (24 В) 15, посредством понижающего преобразователя 14, канал для подключения источника питания 15 оснащен защитой от неправильной полярности и повышенного напряжения 16 (фиг. 2).
Устройство преобразования магнитоиндуктивных сигналов работает следующим образом.
Корпус 1 устройства преобразования магнитоиндуктивных сигналов устанавливают с помощью крепления 2 на DIN рейку в шкафу управления в непосредственной близости к индукционным петлям (датчикам), расположенным в дорожном полотне на постах весового и габаритного контроля (зона контроля). Подключение по крайней мере двух датчиков осуществляется через независимые каналы 7 подключения (канал 1, 2) через изолирующие трансформаторы петель с противогрозовой защитой 8. Необходимо, чтобы датчики имели рабочие частоты в пределах 30-50 кГц с разницей не менее 2 кГц и расстояние между ними было не менее длины транспортного средства. Для подстройки частоты работы индукционных петель на печатной плате 5 предусмотрены переключатели 6 S1 (канал 1) и S2 (канал 2). Активизируют индукционные петли независимые генераторы переменного тока 9, непрерывно генерируя переменное напряжение. При пересечении транспортным средством, обладающим «металлической массой», индукционных петель (канал 1 и/или канал 2) изменяются электромагнитные параметры контуров этих индукционных петель, что приводит к изменению частоты работы (изначальной) генераторов переменного тока 9. Через фильтры помехоподавляющие 10, уменьшающие общий уровень помех и влияние посторонних индукционных связей, напряжение с генераторов переменного тока 9 поступает на входы компараторов 11. На выходе компараторов 11 генерируются импульсы, частота следования которых (текущая) равна частоте работы индукционных петель. Микроконтроллер 12 непрерывно вычисляет разницы изначальных частот импульсов и текущих рабочих частот (канала 1 и канала 2) генераторов переменного тока 9, преобразует полученные разницы в цифровой код и передает данные (информацию) о наличии транспортного средства в зоне весового и габаритного контроля посредством преобразователя интерфейса RS-485 13 до программно-технического комплекса на базе персонального компьютера или до иного внешнего устройства, оборудованного стандартным последовательным интерфейсом RS-485. При обработке информации с микроконтроллера 12 программно-техническим комплексом при необходимости определяется промежуток между транспортными средствами при движении на малой дистанции и средняя скорость прохождения как отношение известного расстояния между индуктивными петлями на временной интервал, в течение которого транспортное средство двигалось от одного контура петли к другому.
Питание генераторов переменного тока 9 (5 В), фильтров помехоподавляющих 10 (3,3 В), компараторов 11 (3,3 В), микроконтроллера 12 (3,3 В) и преобразователя интерфейса RS-485 13 (3,3 В) осуществляется основным источником питания 15 (24 В), посредством понижающего преобразователя 14. Вход источника питания 15 имеет защиту от неправильной полярности и повышенного напряжения 16.
Световые индикаторы 4 предназначены для индикации работы устройства на месте установки и управляются микроконтроллером 12. Световой индикатор «Питание» загорается при подключении устройства к источнику питания 15, в нормальном рабочем режиме светится постоянно, в неисправном режиме не светится или мигает. При пересечении транспортным средством контура первой индукционной петли загорается индикатор «Канал 1», при пересечении контура второй индукционной петли загорается индикатор «Канал 2». Световой индикатор «Режим» в нормальном рабочем состоянии устройства мигает, при неисправности постоянно светится или не светится.
Все признаки заявляемого технического решения в совокупности находятся в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом и позволяют создать устройство для преобразования магнитоиндуктивных сигналов в цифровой код с упрощенной схемой реализации работы.