УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВХОДНОГО СИГНАЛА

Полезная модель относится к области цифровой техники и может быть использована в системах сигнализации, передачи и обработки информации, при построении разного рода управляющих автоматов циклического действия, то есть устройств, принимающих при воздействии входные сигналы, предназначенных для формирования последовательностей управляющих сигналов.
Из уровня техники известно устройство для контроля работы объекта (RU 13711, U1, G07C 3/04, опубл. 10.05.2000). В состав известного устройства контроля работы объекта входят блок индикации, датчики тока и напряжения, блок управления, выполненный с помощью клавиатуры, блок осредненной нагрузки, выполненный на базе микропроцессора. Недостаток известного устройства состоит в том, что индикация контролируемых параметров может осуществляться только через заданные интервалы времени, которые могут быть изменены блоком управления.
Из уровня техники известно устройство для контроля и защиты электроустановок (RU 76179, U1, H0H 3/08, опубл. 10.09.2008), которое является наиболее близким к предлагаемому техническому решению. Известное устройство содержит реле, светоизлучатель-табло в виде сигнальной лампы, питающий провод, соединенный с источниками напряжения, сигнальную шину, к которой подключен основной вход преобразователя входного сигнала в бинарное выражение и выходную шину преобразователя, токоограничительный резистор резистивной планки, вторым выводом соединенный с входом модуля дискретного ввода контроллера. Конструкция известного устройства сложна, и наладка его требует значительных трудозатрат.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в создании базового устройства, имеющего простую конструкцию и позволяющего проводить обработку, хранение и контроль принятого дискретного электрического сигнала для систем автоматики и сигнализации с использованием их для управления объектами как в составе АСУ ТП, так и автономно. При этом, затраты на наладку и ремонт устройства должны быть минимальными.
Технический результат, который достигается предлагаемой полезной моделью, заключается в простоте его конструкции, изготовления, эксплуатации, обслуживания, наладки и ремонта устройства.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что устройство для контроля входного сигнала содержит элемент И, два элемента И-НЕ, D-триггер. Вход сигнала устройства подключен к первым выводам первого, второго и третьего резисторов. Входная цепь включает последовательно включенные второй резистор и конденсатор. В состав параметрического стабилизатора входят третий резистор и стабилитрон, катод которого является первым выходом устройства, подключенным ко второму выводу третьего резистора, входу делителя напряжения, содержащего соединенные последовательно четвертый и пятый резисторы, и первому входу первого элемента И-НЕ. Второй вход первого элемента И-НЕ подключен к шине питания устройства и первому выводу кнопки сброса, второй вывод которой подключен к первому выводу шестого резистора и второму входу элемента И. Первый вход элемента И подключен к выходу второго элемента И-НЕ и информационному входу D-триггера и является третьим выходом устройства. Выход элемента И подключен к первому входу пятого резистора. Выход первого элемента И-НЕ является вторым выходом устройства, подключенным к первому и второму входам второго элемента И-НЕ. Вторые выводы первого, четвертого и шестого резисторов объединены с общей шиной устройства и анодом стабилитрона, выводом конденсатора и первым и вторым катодами двухцветного светодиода, первый и второй аноды которого через седьмой и восьмой резисторы подключены соответственно к прямому и инверсному выходам D-триггера.
Работа устройства для контроля входного сигнала поясняется чертежом. В состав предлагаемого устройства входят первый резистор (1), входная цепь, включающая второй резистор (2) и конденсатор (3), параметрический стабилизатор, в состав которого входят третий резистор (4) и стабилитрон (5), делитель напряжения, содержащий четвертый и пятый резисторы (6), (10) соответственно, первый и второй элементы И-НЕ (7), (8), элемент И (9), шестой резистор (11), кнопка сброса (12), D-триггер (13), седьмой и восьмой резисторы (14), (15), двухцветный светодиод (16).
В предлагаемом устройстве для приема и преобразования дискретного электрического сигнала в виде напряжения или одиночного прямоугольного импульса электрического тока положительной полярности, соответствующих ГОСТ 26.013-81, введена входная цепь. Входная цепь состоит из резистора (1), «RC-амортизатора» (последовательно включенные второй резистор (2) с номинальным сопротивлением 100 Ом и конденсатор (3) с номинальной емкостью 0,1 мкФ) и параметрического стабилизатора напряжения. Первый, второй и третий резисторы (1), (2) и (4) своими первыми выводами соединены между собой и с входом сигнала устройства. Вторые выводы первого (1) и четвертого резисторов (6), конденсатора (3) и анод стабилитрона (5) подключены к общей шине устройства.
Параметрический стабилизатор напряжения состоит из третьего резистора (4) и стабилитрона (5).
Контроль «сигнального» входа, удержания его измененного состояния и сопряжения с внешними устройствами осуществляется в предлагаемом устройстве с помощью контроля логического состояния выходов D-триггера.
Устройство содержит входной делитель напряжения, реализованный на четвертом (6) и пятом резисторах (10), причем, сопротивление четвертого резистора (6) намного превышает сопротивление пятого резистора (10), первый элемент И-НЕ (7), последовательно включенный с ним второй элемент И-НЕ (8), элемент И (9) в цепи обратной связи, цепь возврата в исходное состояние, состоящая из шестого резистора (11) и кнопки сброса (12).
У предлагаемого устройства имеется три выхода: Выход-1, Выход-2 и Выход-3. Выход-1 является непосредственным выходом параметрического стабилизатора. Выход-2 и Выход-3 являются выходами первого и второго элементов И-НЕ (7) и (8) соответственно.
Входящие в состав предлагаемого устройства D-триггер (13); седьмой и восьмой резисторы (14), (15) и двухцветный светодиод (16) позволяют обеспечить двухцветную светодиодную индикацию отображения логического состояния «сигнального» входа устройства.
общ.
С выхода логического элемента И-НЕ (8) на информационный вход D-триггера 13 поступает сигнал, который передается на прямой и инверсный выходы D-триггера (13) и затем через резисторы (14) и (15) на двухцветный светодиод (16), катоды которого подключены к общей шине (U). Тактовый вход D-триггера (13) подключен к тактовому генератору (на схеме не показан).
Устройство может быть выполнено на стандартных микросхемах КМОП или ТТЛ технологии. Так, логические элементы И-НЕ (7), (8) могут быть реализованы например, на элементах К561ЛА7 или КР1533ЛА8, логический элемент И (8) - КР1561ЛИ2 или КР1533ЛА3, D-триггер (13) - К561ТМ3 или КР1533ТМ8.
Работа устройства для контроля входного сигнала осуществляется следующим образом. При подаче на вход устройства сигнала постоянного напряжения или одиночного прямоугольного импульса электрического тока положительной полярности с длительностью и амплитудой, обеспечивающих протекание заданной величины постоянного тока через стабилитрон параметрического стабилизатора напряжения, на его выходе устанавливается стабилизированное напряжение (Uст.). Параметрический стабилизатор напряжения рассчитывают исходя из условия, что минимальное значение стабилизируемого напряжения (Uст.мин.) должно быть достаточным, чтобы обеспечить на четвертом нагрузочном резисторе (6) (с пятым резистором (10) образует делитель напряжения) падение напряжения, значение которого должно находиться внутри выбранного диапазона высокого логического уровня (ГОСТ 26.013-81).
пит.
пит.
Например, для стандартных микросхем КМОП технологии величина стабилизируемого напряжения составляет от +7,00 до +9,45 В при U=12 В, и от +2,00 до +5,25 В при U=5 В.
пит.
Для стандартных микросхем ТТЛ технологии величина стабилизируемого напряжения составляет от +2,00 до +5,25 В, при U=5 В.
ст.мин.
Выбор этих значений стабилизируемого напряжения - U обеспечит надежное переключение логических элементов и высокую помехозащищенность предлагаемого устройства.
Поступление на вход сигнала высокого логического уровня с четвертого нагрузочного резистора (6) обеспечит на выходе первого элемента И-НЕ (7) низкий логический уровень. На выходе второго логического элемента И-НЕ (8) установится высокий логический уровень, который при поступлении на первый вход логического элемента И (9) вызовет переключение его и установку высокого логического уровня, который через пятый резистор (10) поступит на первый вход первого логического элемента И-НЕ (7).
Изменение уровня сигнала на выходе второго логического элемента И-НЕ (8) переключит D-триггер (13) в состояние, противоположное исходному, и изменит цвет свечения двухцветного светодиода.
После снятия сигнала с входа устройства высокий логический уровень на выходе логического элемента И (9) обеспечит протекание тока через четвертый и пятый резисторы (6) и (10) делителя напряжения. Номинальные сопротивления четвертого и пятого резисторов (6) и (10) делителя напряжения подобраны так, что бы ток, протекающий через них, создал падение напряжения на четвертом резисторе (6), значение которого должно находиться внутри выбранного диапазона высокого логического уровня соответствующего ГОСТ 26.013-81. С четвертого резистора (6) высокий логический уровень поступит на первый вход первого логического элемента И-НЕ (7), что обеспечит удержание измененного логического состояния устройства после снятия напряжения с его входа.
Перевод устройства в исходное состояние осуществляется квитированием, то есть, путем кратковременного нажатия на кнопку сброса, что приводит к установлению низкого уровня на втором входе логического элемента И (9) и переключению его выхода и первого входа первого элемента И-НЕ на низкий логический уровень.
Для осуществления электрической связи с внешними устройствами предусмотрены три выхода: Выход-1, Выход-2 и Выход-3.
На базе предлагаемого устройства создан тридцатидвухканальный блок сигнализации с памятью событий поступления аварийных сигналов для опытной установки каталитической очистки газов.
Для достижения технического результата в предлагаемом устройстве применены стандартные ИМС логики. Отсутствие микропроцессорной элементной базы и микросхем ПЛИС позволяет исключить необходимость применения дорогостоящих программаторов и программного обеспечения, что приводит к упрощению устройства, снижает трудозатраты по его наладке и ремонту.