Интеллектуальный интерфейс

Кроме этого, в интеллектуальных датчиках обеспечивается возможность обмена цифровой информацией, используя стандартную сеть с НART-протоколом [2].

В этой сети цифровые сигналы передаются по той же линии связи, что и аналоговые. Для передачи цифровой информации НART-протокол использует принцип частотной модуляции: логическая единица соответствует одному полному периоду частоты 1200

Гц, а логический ноль—двум периодам синусоиды 2200

Гц.

Цифровой и аналоговый сигналы передаются по одной паре проводов путем простого наложения НART на токовую петлю.

К недостаткам таких систем можно отнести:

— физические ограничения интеграции микроэлектронного интеллекта и элементов сенсора;

— экономические ограничения интеграции микроэлектронного интеллекта и элементов сенсора;

— ограничение полосы аналоговых сигналов порядка 10 Гц в связи с необходимостью разделения с низкочастотным цифровым сигналом;

— топология сети — «звезда».

Процесс тесной интеграции интеллекта в датчиках требует сочетания смешанных технологий изготовления интегральных схем с производственной технологией, применяемой при создании соответствующих датчиков. Для преодоления несовместимости могут потребоваться действия, нерациональные с экономической точки зрения. Например, термопара для работы в температурном диапазоне 300−500 °С будет являться источником вредных примесей, ничтожное количество которых может привести к отказу в работе микроэлектронных устройств.

Рассмотрим возможность создания интеллектуального интерфейса на основе НART-протокола, обеспечивающего более эффективное объединение аналогового и цифрового интерфейсов и свободного от перечисленных выше недостатков.

От указанных недостатков свободен аналоговый интерфейс [3] на основе дифференциально-токовых структур, позволяющих формировать на передающем конце дифференциальные и синфазные сигналы для разного типа передаваемой информации, работающий со стандартными датчиками.

Например, дифференциальные сигналы могут быть испотьзованы атя передачи аналоговой информации, а синфазныецифровой. При этом они могут находиться в одной и той же потоке частот, расширенной за счет более эффективного их разделения на приемном конце измерительным усилителем с дифференциально-токовыми входами. Такой интерфейс может работать с обычными датчиками и с помощью универсальных интеллектуальных интерфейсных блоков обеспечить множество наиболее полезных свойств, пгедусмотрешплх стандартами IEEE 14 512.

Рис. 9 Структурная схема интеллектуального аналогового интерфейса.

Нa рис 1. представлена структурная схема интеллектуального интерфейса. В основе построения такого интерфейса лежит трехпроводный аналоговый интерфейс. Его основными структурами элементами являются трехпроводный канал связи, на передающем конце которого для питания резидентной части используется токовое зеркало ТЗ, в одном из плеч которого включен управляемый источник тока УИТ. Он формирует входной ток токового зеркала. Выходной ток токового зеркала поступает в блок питания БП, обеспечивая питание всей резидентной части интерфейса. При этом цифровая часть передающей части аналогового интерфейса включает однокристальный микроконтроллер, выполненный по CMOS-технологии, например типа TS87C52X2 фирмы TEMIC, являющийся версией однокристальных микро-ЭВМ типа 80С51. Потребление этого контроллера не превышает 1,8 мА при тактовой частоте 1 МГц и напряжении питания 5 В. Это позволяет с помощью управляемого источника тока УИТ, управляемого микроконтроллером посредством блока коррекции БК, обеспечить «спящий» режим аналоговой секции передающей части интерфейса при включении питания, например, задержкой включения питания аналоговой секции передающей части интерфейса (на время инициализации микроконтроллера) и включения управляемого источника тока УИТ в режим малого тока (для питания только цифровой части).

Это обеспечит обесточивание аналоговой секции передающей части интерфейса до тех пор, пока не поступит команда от ведущего устройства — ПК или HART -коммуникатора. Таким образом может быть реализовала шинная архитектура сети.

Информационный сигнал при этом создается с помощью дифференциально-токового модулятора ДТМ, соединенного своими выходами непосредственно с дифференциальными лилиями капала связи. Синфазные токи формируются с помощью управляемого источника напряжения питания Un, расположенного на передающем конце интерфейса, подключаемого к третьему (общему) проводу канала связи.

Разделение дифференциальных и синфазных сигналов на приемном конце осуществляется с помощью суммо-разностного преобразователя ток-напряжение СРПТП, при этом выходное напряжение СРПТП U1 пропорционально разности токов I1 и I2 протекающих в дифференциальных линиях канала связи. Выходное напряжение СРПТ1 U2 пропорционально сумме токов I1 и I2. Разность токов I1 и I2 формируется на передающем конце интерфейса пропорционально информационному аналоговому сигналу с помощью последовательной цепи преобразования выходного сигнала датчика Д, измерительного преобразователя ИП и частотного модулятора U формирующего два противофазных треугольных напряжения, частота которых пропорциональна выходному сигналу датчика. Эти напряжения поступают па дифференциальные управляющие аноды дифференциально-токового модулятора ДТМ, создающего токи I1 и I2 в канале связи. Нa приемном конце выходное напряжение U1, формируемое с помощью СРПТН пропорционально разности токов I1 и I2 будет иметь треугольную форму и частоту пропорциональную измеряемому параметру.

Дтя восстановления формы измерительного сигнала выходной сигнал преобразователя напряжение-частота с импульсной обратной связью поступает на вход восстанавливающего фильтра ВФ, выполненного на основе итерационных интерферирующих преобразователей, что обеспечивает высокую точность и быстродействие восстановления исходного сигнала.

Цифровая информация передается по тому же каналу связи с помощью стандартных модемов «Мод» в соответствии со стандартом BELL 202 в полудуплексной форме, позволяющей управляющей системе получить от полевого устройства 2−4 цифровых сообщения в секунду. При этом аналоговые входные сигналы модема, распотоженного на передающем конце интерфейса, формируются с помощью сумматора, суммирующего напряжения, пропорционатьпые части токов I1 и I2 сбалансированные по дифференциальной составляющей, формируемые с помощью дифференциально-токового модулятора ДТМ. Выходной аналоговый сигнал модема передающей части поступает на управляющий вход управляемого источника тока УИТ, вызывая синфазные изменения части токов I1 и I2 с помощью токового зеркала ТЗ. Эти изменения выделяются на приемном конце с помощью суммо-разностного преобразователя ток-напряжение СРПТН, формирующего выходное напряжение U2, пропорциональной сумме токов I1 и I2, поступающее па аналоговый вход модема приемной части интерфейса. Таким образом, передача цифровой информации от резидентной части к ПК осуществляется по цепи: однокристальная микро-ЭВМ, уииверсатьный синхронно-асинхронный приемопередатчик, модем передающей части, управляемый источник тока, суммо-разностный преобразователь ток-напряжение, модем приемной части, интерфейс RS232C рис.

10.

Рис. 10 Осциллограммы входного и выходного сигналов

На рис.

10 представлены осциллограммы прямоугольного модулирующего сигнала с частотой 30 Гц на входе и выходе аналогового интерфейса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, интеллектуальные интерфейсы позволяют решать главную проблему — обеспечивать практически мгновенный выход неподготовленного пользователя на режим решения интересующих его задач.

Интеллектуальные интерфейсы могут обладать различной мощностью. По-видимому, при их развитом промышленном производстве в продаже будет находиться спектр таких устройств — от самых простых до тех, которые реализуют все описанные выше функции. Ведущие специалисты по интеллектуальным системам считают, что, скорее всего, интеллектуальные интерфейсы будут набираться из стандартных блоков, образующих целые семейства (ряды). Предполагается, что в качестве стандартных блоков будут выступать именно те блоки, которые показаны на рис.

1.

По многим прогнозам, системы, подобные интеллектуальным интерфейсам, получат массовое распространение.

Рассмотренный в курсовой работе интеллектуальный аналоговый интерфейс имеет следующие преимущества

— более высокая точность и помехозащищенность:

— использование одного итого же канала связи для передачи аналоговой и цифровой информации в одной и той же полосе частот:

— возможность использования топологии сетишина:

— на порядок более широкая полоса полезного сигнала.

— возможность работы без модемов и частотной модуляции полезного сигнала (при ограниченных расстояниях) благодаря эффективному разделению синфазного и дифференциального сигналов в более широкой полосе частот с помощью дифференциально-токовых структур.

Было проведено физическое и математическое моделирование элементов описанного интерфейса, подтверждающее его высокие технико-экономические показатели.

Роspelov D. Мodels of Human Communication: Dialogue with Computer// International Journal of General Systems. — 1986. — Vol.12, № 4. — P.333−338.

Лингвистическое обеспечение информационных систем. — М.: ИНИОН АН СССР, 1987.

Севбо И. П. Структура связного текста и автоматизация реферирования. — М.: Наука, 1987.

Микулич Л.И., Поспелов Д. А. Как эволюционируют диалоговые системы// Механизмы вывода и обработки знаний в системах понимания текста. Ученые записки Тар

ГУ. Вып. 621.- Тарту: Тар

ГУ, 1983. — С.86−100.

Поспелов Д. А. Ситуационное управление. Теория и практика. — М.: Наука, 1986.

Шенк Р. Обработка концептуальной информации: Пер. с англ.- М.: Энергия, 1980.

Schank R. Reminding and Memory Organization: an Introduction to MOP’s// Strategies

for Natural Language Processing/ Ed. by W.G.Lehnert, M.H.Ringle. — Hillsdale NJ: Lawrence Erlbaum, 1982. — P.455−494.

Уинстон П. Искусственный интеллект: Пер. с англ. — М: Мир, 1980.

Поспелов Д.А. Логико-лингвистические модели в системах управления. — М.: Энергоатомиздат, 1981.

Микулич Л. И. Проблемы создания экспертных систем// Теория и модели знаний. Ученые записки Тартуского госуниверситета. Вып. 714. — Тарту: Тар

ГУ, 1985. — С.87−115.

Нильсон Н. Принципы искусственного интеллекта: Пер. с англ. — М.: радио и связь, 1985.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист