Передача и прием информации

     Содержание 

    Введение           2

1. Общие сведения о передаче, приеме     

и обработке информации       2

  1.1. Интеллектуальные измерительные системы   3 1.2. Принципы обмена данными      4 1.3. Режимы передачи сигналов      6 1.4. Ширина полосы        7 1.5. Отношение сигнал/шум       7

  1.6. Принципы  построения передатчиков     8

  1.7. Способов кодирования - декодирования

     информации         9

2. Разработка устройства сбора и обработки информации    22   2.1. Структурная схема  передатчика     22

     2.2. Принципиальная схема передатчика     24

3. Результаты исследования        27

Заключение          29

Список используемой литературы       30                      
 
 
 
 
 

Введение 

     Необходимость приёма и передачи информации беспокоило человечество всегда. Существует способ приёма и передачи информации между передатчиком и приемником по радиоканалу. В этом случае используется устройство модуляции и демодуляции[5].

     Обмен информацией является её передача от одной точки к другой. Многие системы обмена информации работают с аналоговыми данными – примером является телефонная связь, радио и телевидение[5].

     Понятие «распределенная система» применяется  сегодня очень широко, независимо от того, идет ли речь о комплексах из нескольких машин или мультипроцессорных системах различных архитектур. Благодаря этому в большинстве случаев оно потеряло свой смысл. Рассмотрим концепцию распределенных систем, полученных объединением датчиков и исполнительных механизмов, формирующая систему автоматизированного управления. Распределенная система управления(РСУ) представляет собой некоторое упорядоченное соединение узлов, обменивающихся друг с другом данными об измерениях и управлении[8].

     Сферы применения РСУ многочисленны, перечислим основные[8]:

1. Компьютерная сеть
2. Промышленность
3. Распределенные системы измерения
4. Распределенные системы управления
5. Интернет

     В рамках курсовой работы будет реализовано  устройство для сбора и передачи информации по радиоканалу с Амплитудно-импульсной модуляцией. Принцип работы устройства заключается в модуляции низкочастотным сигналом несущим информацию, высокочастотного сигнала с  ультра-короткими волнами.

1. Общие сведения о передачи, приеме и обработки информации

 

     Почти все современные измерительные  приборы связаны с цифровой передачей  данных.

     Для любой системы обмена данными необходим передатчик, чтобы отправлять данные, приемник, чтобы принимать их, и находящийся между ними канал связи. Каналом связи может быть медный провод, оптоволокно, радио или микроволновое излучение[5]. 

     Между принимающей и передающей сторонами должна быть взаимная договоренность о том, как надо декодировать данные. Приемник должен уметь понимать то, что ему передает передатчик. Правило, по которому устройства общаются друг с другом называется протоколом[5].

     Современные системы контроля и управления получают данные от измерительных приборов и передают контроллеру – обычно это компьютер, но сами измерительные приборы тоже являются такой же сравнительно не большой системой - системой сбора, передачи и обработки полученных данных от датчика базовому устройству. Управление последовательностью операций традиционно производилось с помощью реле, таймеров и других компонентов. Это нужно для контроля передачи информации на базовое устройство с приемником, через определенные промежутки времени[5]. 

1. Цифровые измерительные системы

 

     В 1960-х годах в качестве стандарта  для измерительных приборов de facto был принят аналоговый интерфейс с токовой петлей 2—20 мА. В результате этого производители измерительного оборудования получили стандартный коммуникационный интерфейс, который они использовали при производстве своих приборов. Пользователи имели большой выбор приборов и датчиков от большого числа производителей, которые могли быть использованы в их системах управления[5].

     С приходом микропроцессоров и развитием цифровых технологий ситуация изменилась. Большинство пользователей оценили достоинства цифровых измерительных приборов. К ним относится большой объем информации, отображаемой на одном приборе, местная и удаленная индикация, надежность, экономичность, автоматическая настройка и возможность диагностирования. В настоящее время наблюдается постепенный переход от аналоговых к цифровым технологиям[5].

     Имеется ряд цифровых датчиков, поддерживающих обмен цифровых данных и подходящих для самых традиционных применений. К ним относятся датчики для измерения температуры, давления, уровней, потока, массы (веса), плотности и параметров систем питания.

     К главным особенностям, которые характеризуют  цифровой измерительный прибор, относятся[5]:

• Возможность передачи цифровой информации;
• Способность объединения с другими приборами.

2. Принципы обмена данными 
   

     Каждая  система обмена данными требует:

• источника данных (передатчик или линейный формирователь), который преобразует информацию в форму, удобную для передачи по каналу связи;
• приемника, который принимает сигналы и преобразует их обратно в исходные данные;
• канала связи, по которому передаются сигналы. Это может быть медный провод, оптоволокно, радио или спутниковая связь.

     Кроме того, передатчик и приемник должны понимать друг друга. Для этого должно быть выработано соглашение по ряду факторов[5]:

• тип используемых сигналов;
• определение логической «единицы» и логического «нуля»;
• коды, представляющие эти символы;
• обеспечение синхронизации между передатчиком и приемником;
• управление потоком данных, чтобы не переполнить приемник;
• способ обнаружения и исправления ошибок, возникающих при передаче;

     Физические  факторы обычно называют стандартом интерфейса; все остальные факторы  относятся к протоколу[5].

     Физический  способ передачи данных по каналу связи зависит от используемой среды. Например, двоичные значения 0 и 1 могут выражаться присутствием или отсутствием напряжения на медном проводе, двумя звуковыми частотами, генерируемыми и декодируемыми модемом, как это происходит в телефонной системе, или путем модуляции света, как происходит при передаче сигнала по оптоволокну[5]. 

3. Режимы передачи сигналов

 

     Через любой канал связи, соединяющий  два устройства, данные можно передавать с использованием одного из трех режимов[5]:

• симплексного
• полудуплексного
• полнодуплексного

 

     Симплексная система - это такая система, которая  приспособлена для передачи сообщений только в одном направлении (рис. 1.1). 
 
 

     Симплексная система: 

 
 

     Рис. 1.1. Симплексная передача данных 

     Дуплексная  система предназначена для передачи сообщений в обоих направлениях. Полудуплексной считается передача, при которой данные могут передаваться в обоих направлениях, но только в разное время (рис. 1.2)[5]. 

     

     Рис. 1.2. Полудуплексная передача данных 

     В полнодуплексной системе данные могут передаваться в обоих направлениях одновременно[5].  

4. Ширина  полосы.

 

     Единственным  наиболее важным фактором, который  ограничивает скорость передачи данных, является ширина полосы канала связи. Ширина полосы обычно выражается в герцах (Гц). Ширина полосы представляет максимальную частоту, с которой может изменяться сигнал, когда ослабление еще не начинает ухудшать сигнал. Ширина полосы близко связана с передающей средой и может быть от 5000 Гц для телефонной сети до нескольких гигагерц для оптоволоконного кабеля[5].

     Поскольку сигнал имеет свойство ослабляться с расстоянием, то каналы связи могут потребовать установки через некоторый интервал повторителей (репитеров), которые необходимы для усиления затухающего сигнала[5].

     Вычисление  теоретической максимальной скорости передачи данных использует формулу  Найквиста и включает ширину полосы и количество уровней, используемых для кодирования каждого элемента сигнала[5].

      

5. Отношение сигнал/шум

 

     Отношение сигнал/шум (S/N) канала связи является еще одним важным фактором, ограничивающим скорость передачи. Источники помех могут быть как внешними, так и внутренними

     Максимальная  реальная скорость передачи данных для  коммуникационного канала математически  связана с шириной полосы, отношением сигнал/шум и количеством уровней, с помощью которых кодируется каждый элемент сигнала. При уменьшении отношения сигнал/шум уменьшается и скорость передачи битов – закон Хартли[5]:

     Отношение сигнал/шум: S/N = 10lg(S/N) Дб

     S – Мощность сигнала в Вт, B – мощность шумов в Вт[5]

6. Принципы построения передатчиков

 

     Для построения передатчиков различных  мощностей, используется два основных принципа[1]:

1. Генератор высокочастотного сигнала, находится под воздействием модулятора, то есть модулирующие импульсы подаются на генератор, модулируя тем самым несущую. Такой способ прост в технической реализации, но низкочастотное колебание с модулятора может повлиять на несущее колебание, вызывая нестабильность не модулированных параметров сигнала. Данный принцип показан на

    рис. 1.3.[1]

 Антенна

 

 

Рис. 1.3. Структурная схема построения передатчиков первого принципа.

Генератор высокочастотного сигнала, собирается отдельно от модулятора и не зависит  от него, таким образом сигнал с генератора направляется в модулятор, где уже и происходит модуляция высокочастотного колебания. Модулятор не сможет вызвать не стабильность других параметров несущего колебания, а лишь промодулирует сигнал по нужному параметру. Такой способ более сложен в технической реализации, но он так же дает высокую стабильность, что является главной особенностью при передаче информации по радиоканалу. Данный принцип показан на рис. 1.4.[1]

     

       Антенна