CC BY
15
Разработка многоканального устройства преобразования и передачи информации, получаемой с комбинированного гидроакустического приёмника
Лукин Г. С.
Лукин Георгий Сергеевич /Lukin Georgii Sergeevich - инженер, студент, кафедра систем автоматического управления и контроля, Национальный исследовательский университет Московский институт электронной техники, г. Москва
Аннотация: в статье рассматривается разработка многоканального устройства преобразования и передачи информации с использованием сетей Ethernet 10/100BASE-TX и 100BASE-FX, получаемой с комбинированного гидроакустического приёмника. Описываются принцип работы устройства, его функциональная схема и применённые компоненты. Рассмотрены особенности применения медиаконверторов, для передачи данных по волоконно-оптическому кабелю.
Ключевые слова: комбинированный гидроакустический приёмник, цифровая обработка сигналов, волоконно-оптическая связь, BlackFin.
Производимые во ВНИИФТРИ гидрофоны и комбинированные гидроакустические приёмники хорошо зарекомендовали себя в различных отраслях промышленности и в условиях специальных морских полигонов. Данные гидрофоны и комбинированные приёмники являются аналоговыми устройствами, что вызывает трудности при их использовании с длинными кабельными линиями - это приводит к значительному уровню наводимых шумов в условиях больших индустриальных помех. По этой причине ведётся разработка устройств преобразования и передачи данных, получаемых с гидрофонов и комбинированных гидроакустических приёмников. Одним из преимуществ преобразования аналогового сигнала в дискретный код является большая помехозащищённость передаваемого сигнала, что позволяет увеличить дальность передачи данных и производить предварительную обработку сигнала непосредственно на самом устройстве для разгрузки линии передачи данных. Ранее разработанные образцы не удовлетворяют требованиям современного потребителя по параметрам размера и производительности [2]. Поэтому была поставлена задача разработки нового устройства преобразования и передачи информации.
Гидроакустический комбинированный приёмник предназначен для преобразования градиента звукового давления в водной среде (колебательной скорости) по трём взаимно перпендикулярным осям и звукового давления в пропорциональные электрические сигналы. В соответствии с этим необходимо составить схему, которая преобразовывала бы сигнал с гидроакустических приёмников в цифровой вид, обрабатывала их и передавала на персональный компьютер.
Функциональная схема устройства приведена на рисунке 1.
Рис. 1. Функциональная схема системы управления комбинированным гидроакустическим приёмником
Данная функциональная схема состоит из:
1. Головки гидрофона (ГГ) и датчиков градиента давления (ГД), выполненных с использованием пьезоэлементов. Внешняя гидроакустическая волна создаёт в пьезоэлементе волны упругих деформаций, вследствие чего на электрических выводах пьезоэлемента появляется электрическое напряжение, соответствующее внешнему акустическому давлению.
2. Предварительных усилителей, необходимых для нормирования сигнала, поступающего с головки гидрофона и датчиков градиента давления.
3. Схемы согласования сигнала, которая преобразует его в дифференциальный вид в соответствии с входными цепями аналого-цифрового преобразователя.
4. Аналого-цифрового преобразователя. Он служит для преобразования аналогового сигнала в дискретный вид для дальнейшей обработки этого сигнала на микропроцессоре, передача данных осуществляется через интерфейс PPI.
5. Кварцевого резонатора, необходимого для генерации стабильной частоты работы цифрового сигнального процессора.
6. Стабилизатора напряжения, используемого для задания режима сброса процессора, за счёт встроенного супервизора, и для подачи стабильного напряжения питания на цифровые и аналоговые схемы устройства.
7. Медиаконверторов, выступающих в качестве преобразователя витая пара 10/100-Base-T <-> оптический кабель 100Base-FX в составе устройства и оптический кабель 100Base-FX <-> витая пара 10/100-Base-T у персонального компьютера, для организации передачи данных по волоконно-оптическому кабелю.
8. Цифрового сигнального процессора, который выполняет такие функции, как получение информации от АЦП, выполнение предварительной обработки информации, получение и передача информации по стандарту 10-Base-T/100-Base-T, правление режимами работы устройства [1].
Для решения этой задачи было выбран процессор BF518F16 семейства BlackFin, так как процессоры данного семейства обладают достаточной производительностью при малых габаритах [4].
Цифровые, а также аналоговые схемы гидроакустического прибора получают напряжение питания от стабилизатора ADP-5041. Микросхема представляет собой понижающий импульсный стабилизатор, два LDO стабилизатора и супервизор питания со сторожевым таймером.
В устройстве применено 8-канальное, 24-разрядное АЦП AD7768 производительностью 256 kSPS. Данные 24-разрядные АЦП с низким энергопотреблением имеют универсальный порт последовательного интерфейса [5].
Для организации оптического канала связи планируется применять медиаконверторы SNR-CVT-100A/B с технологией WDM (Bi-Directional). Медиаконверторы применяются для смены среды передачи данных, в данном случае микропроцессор для передачи данных использует стандарт 10-Base-T/100-Base-T, в качестве среды передачи данных используется витая пара, медиаконвертор преобразует данные в стандарт 100Base-FX для передачи по волоконно-оптическому кабелю, затем происходит обратное конвертирование и данные поступают в персональный компьютер. В медиаконверторах применена технология мультиплексирования WDM (Bi-Directional), для передачи информации используются две стандартные длины волны 1310 нм и 1550 нм. Большая разность длины волн (240 нм) обеспечивает реализацию устройства без каких-либо специальных фильтров. WDM имеет преимущество - для создания канала в классическом решении используются два волокна (к одному подключён излучатель, а другому - приёмник), в схеме WDM (Bi-Directional) - достаточно одного волокна [3].
Медиаконверторы SNR-CVT-100A/B имеют размер 26x70x97 мм, энергопотребление до 5,6 ватт с питающим напряжением 5 вольт и способны обеспечить передачи информации на расстояние до 20 км со скоростью до 100 Mbps [6]. Важно отметить, что медиаконверторы стандартизированы и могут заменяться в соответствии с текущими требованиями заказчика, также возможен полный отказ от их использования, если возможно прямое подключение устройства к компьютеру.
Литература
1. Вальпа О. Д. Разработка устройств на основе цифровых сигнальных процессоров фирмы Analog
Devices с использованием Visual DSP++. М.: Горячая линия-Телеком, 2007. 270 с.
2. Лосев Г. И., Кузнецов С. И., Лукин Г. С. Разработка устройства преобразования и передачи
информации, получаемой с гидроакустического преобразователя // Наука, техника и образование,
2016. № 5 (23). С. 48-50.
3. Гуртов В. А. Оптоэлектроника и волоконная оптика. Петрозаводск. ПетрГУ, 2005.
4. ADSP-BF518F16 Datasheet and Product Info | Analog Devices. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.analog.com/en/products/processors-dsp/blackfin/adsp-bf518f16.html/ (дата обращения: 20.11.2016).
5. Data Sheet AD7768. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD7768.pdf/ (дата обращения 20.11.2016).
6. Медиаконверторы. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://shop.nag.ru/catalog/01897.Mediakonvertery/ (дата обращения: 20.11.2016).
Определение оптимальной структуры парка подвижного состава как многокритериальная задача Тарасов И. В.1, Терентьева В. А.2
'Тарасов Иван Владимирович / Tarasov Ivan Vladimirovich — аспирант;
2Терентьева Валерия Алексеевна / Terenteva Valeriia Alekseevna — аспирант, кафедра транспортно-технологических процессов и машин, электромеханический факультет, Санкт-Петербургский горный университет, г. Санкт-Петербург
Аннотация: в статье анализируется влияние возрастной структуры парка подвижного состава на эффективность работы автотранспортного предприятия. Приводится необходимость решения многокритериальной задачи при выборе оптимальной структуры парка автомобилей. Ключевые слова: парк подвижного состава, управление возрастной структурой, многокритериальная задача.
Современные производители транспортных услуг постоянно сталкиваются с необходимостью совершенствования транспортного процесса. В условиях рыночной экономики эта проблема особенно актуальна в связи с тем, что потребители транспортной продукции стремятся приобрести услугу высокого качества, но по минимально низкой цене. Решение данной задачи возможно, если перевозчик располагает соответствующим парком подвижного состава (ПС).
Значительный средний возраст парка автомобилей негативно отражается на показателях эффективности работы автотранспортного предприятия, таких как показатели технической эксплуатации, производительности, потребности в обслуживании производственно-технической базы (ПТБ) и т.д. Возрастная структура парка подвижного состава влияет на эффективность транспортной работы в целом. При этом, чем значительнее средний возраст автомобиля, тем более пагубное влияние он оказывает на безопасность транспортных процессов, на экологические показатели работы автомобилей и эффективность их использования [1].
Управление возрастной структурой парка автомобилей позволяет:
1. Устанавливать оптимальные сроки службы ПС, соответствующие регулированию амортизационных отчислений и организации вывода из эксплуатации и ввода в эксплуатацию новых автомобилей, обеспечивающие реализацию для парка рациональных условий функционирования. При изменении сроков службы автомобилей изменяются эксплуатационные затраты и капиталовложения, уменьшаются затраты на техническое обслуживание (ТО) и ремонт, потребность в персонале и ПТБ для ТО и ремонта, потребность в затратах на запасные части и т. д.
2. Регулировать пропорции списания и соотношения в парке автомобилей разных возрастных групп при необходимом обеспечении заданного для предприятия объёма транспортной работы при минимальных затратах.
Выбор наиболее эффективного варианта использования ПС применительно к конкретным условиям эксплуатации с учетом реальных объемов перевозок и сложившейся структуры парка является сложной оптимизационной задачей. Для этого необходимо оценить транспортное средство по целому ряду показателей качества: назначения, надёжности, экономного использования ресурсов, эргономические, технологичности, экологичности, безопасности и эстетические. Однако следует отметить один общий недостаток всех частных показателей: они не позволяют объективно определить ни эффективность, ни качество, ни конкурентоспособность автомобиля, а характеризуют лишь одно его свойство [2].
Таким образом, сегодня возникает потребность оценивать качество автомобиля не по одному, а по целому ряду критериев с присущими им показателями. Для этого существует большое количество методов, которые можно разделить на две группы:
