108998 (Системы персонального вызова)

Системы персонального вызова

ВВЕДЕНИЕ

Совpеменное пpоизводство pазвивается в условиях научно-технической pеволюции, главное содеpжание котоpой составляет освобождение человека от ручного труда. С автоматизацией пpоизводства пpоисходит пеpедача машинам функций упpавления.

На этой основе технический базис пpоизводства подымается на качественно новую ступень и освобождается от всех огpаничений, котоpые связаны с естественными возможностями pабочей силы. В pезультате обеспечивается поистине безгpаничный pост пpоизводительности тpуда. Автоматизация коpенным обpазом меняет место человека в пpоизводстве и хаpакттеpе его тpуда. Тpуд из непосpедственного в пpоцесс пpоизводства пpевpащается в функцию контpоля и pегулиpования.

Одним из главных факторов, влияющих на производительность труда является время. Его экономия становится одной из главных задач возникающих в производстве. В целом по стране потеря даже одной минуты обходится в миллионы рублей.

Применение систем персонального вызова позволяет в значительной мере сократить потерю рабочего времени, расходуемого на поиски требуемого человека. Автоматизация поиска уменьшает это время более чем в два раза. Целью данной дипломной работы является разработка макета системы персонального вызова на основе которого исследуются новые типы антенн в приемниках индивидуального вызова.

1. ОБЗОР ТЕМАТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Системы персонального вызова

назначение, принципы организации, недостатки

Особое место в развитии промышленности отводится повышению производительности труда, совершенствованию структуры управления и улучшению работы всех видов связи. Выполнение этих задач в значительной степени способствует внедрение систем персонального радио вызова (СПРВ).

В различных отраслях производства, на транспорте и в сфере обслуживания связь между работниками, по специфике связанными с пребываниями на каких-либо объектах или с передвижением по городу, может осуществляться с помощью радиотелефонной аппаратуры. Сложность реализации такой связи определяется ограниченностью и занятостью диапазона радиочастот, громоздкостью и дороговизной аппаратуры. Использование же СПРВ позволяет избежать указанных трудностей и недостатков и осуществить избирательный вызов по узкополосному каналу любого из абонентов, свободно передвигающегося в пределе города и его окреснностей. При вызове, принимаемом миниатюрным абоненским приемником карманного типа, извещаемый абонент использует ближайший телефон для переговоров.

Таким образом, в отличии от "классической" системы радиовызова (с передвижными приемопередатчиками), СПРВ, рационально сочетающиеся с телефонной сетью, более доступны для значительного числа абонентов.

СПРВ завоевали широкое признание во многих странах мира. Общее число абонентов таких систем в мире исчисляется миллионами. Наряду с СПРВ городского типа запланированы разработки систем государственных и континентальных масштабов. Построение СПРВ может осуществляться многообразными формами и методами о чем свидетельствует ряд разработок, таких как "Bellboy" (США), "Multiton"(Великобритания), "Poket Bell"(Япония) и другие. Исследования в области отыскания оптимальных форм и методов построения таких систем являются актуальной проблемой.

Использование радиоканала в СПРВ для передачи одностороннего селективного вызова каждому из множества абонентов позволяет отнести эту систему к классу адресных. К тому же, так как все характеристики таких систем зависят от количества абонентов и размеров зоны действия, работы, проводимые по созданию СПРВ, можно разделить на два направления. Первое - разработка систем вызова для отдельных предприятий с малым радиусом действия и небольшим числом абонентов (до 500). Второе направление - создание СПРВ с зоной действия, определяемой размерами города и его окрестностей или более крупных регионов с числом абонентов, достаточным для удовлетворения потребительского спроса в этой зоне. Как правило, в таких СПРВ используют УКВ передатчик, расположенный в центре зоны обслуживания. Передача сигналов вызова в этой зоне обеспечивается в пределах радиуса действия передатчика, поэтому такие системы можно еще отнести к классу радиальных. Рассмотрим принципы построения нескольких крупных СПРВ.

Одной из первых крупных разработок была "Система персонального вызова на УКВ" (США), работающая в диапазонах 20...50 и144...174 МГц. Структурная схема такой системы представлена на рис.1.1.

Каждый из пультов управления 1 является контрольно-коммутирующим устройством. Один из диспетчеров набирает четырехзначный номер абонента, сигнал после коммутации передается в виде двоичного кода в кодирующее устройство 2, здесь он преобразуется в кодовые посылки вызова и поступает к передатчику 3. Излучаемые радиосигналы вызова включают звуковую сигнализацию миниатюрного приемника 4, находящегося у абонента. Услышав сигнал, абонент нажимает на приемнике кнопку прослушивания и слышит сообщение,которое передает диспетчер вслед за передачей сигнала вызова. В рассматриваемой системе принято кодирование сигналов вызова по частотным признакам с использованием множества тональных (кодовых) частот. Для хорошей надежности приема сигналов вызова, особенно когда вызываемый абонент передвигается в зоне стоячих волн, комбинация частот вызова передается дважды с интервалом 3 секунды. Приемное представляет собой связной супергетеродинный приемник с двойным преобразованием частоты, имеющий карманные размеры и снабженный декодирующим устройством, подключенному к выходу дискриминатора.

Важным шагом в дальнейшем развитии принципов построения и структуры персонального вызова явилась система "Bellboy"(США). Кодирующее устройство этой системы представляет собой так называемую контрольно-оконечную станцию (терминал), которая непосредственно связана с городской телефонной сетью.

Вызов абонента осуществляется с помощью обычного телефонного аппарата. Набирается семизначный номер, первые три цифры которого соединяют вызывающего с системой СПРВ, а последние четыре указывают номер вызываемого абонента. Полученные в терминале кодовые кодовые сигналы вызова посылаются одним или несколькими радиопередатчиками. На рисунке 1.2 показана структурная схема системы "Bellboy". Здесь 1-телефонная сеть, 2терминал радиовызова, 3- радиопередатчик, 4-приемники. Сигналы радиовызова в системе "Bellboy" передаются ЧМ передатчиком на частоте 145 МГц с девиацией 1.3 КГц.

Широкое распространение получила СПРВ "Multiton" (Великобритания). Эта система применяется более чем в 70-ти странах, в том числе и в бывшем СССР. Эта фирма претендует на авторство самой первой разработки СПРВ.

Система "Multiton" может работать (в зависимости от составляющего ее оборудования) так с небольшим количеством абонентов (до 870), так и обеспечивая обслуживание целых городов с числом абонентов до 10 тысяч. Существуют варианты "Multiton" с передачей речевого сообщения или с передачей дополнительной информации в виде отдельных звуковых тонов или цифровой индикацией в приемниках вызова. В системах с большим количеством абонентов используется двоично-цифровое кодирование (ДЦК). В отличии от частотного ДЦК основано не на многообразии частотных признаков тональных сигналов вызова, а на использовании бинарных сигналов, отражающих запись номера (цифр) вызова в двоичном исчислении. При этом бинарные сигналы могут формироваться непосредственно манипуляцией частоты передатчика, например частотной, фазовой или амплитудной модуляцией. В системах "Multiton" используется частотная модуляция. Поскольку указанные бинарные системы можно отнести к классу цифровых, то СПРВ с ДЦК часто называют цифровыми системами.

Из отечественных СПРВ можно выделить систему "Луч-1В". Эта система рассчитана для использования на отдельных предприятиях, но возможно применение нескольких передатчиков (до шести), что позволяет значительно расширить зону действия системы. Используемые в этой СПРВ цифровые сигналы радиовызова (ДЦК с частотной модуляцией)рассчитаны на передачу абоненту двух типов вызовов (индивидуального и группового) и дополнительной информации в виде одноцифровой команды.

Все рассмотренные выше системы персонального вызова основываются на передаче сигнала вызова в УКВ диапазоне на частотах 20-200 МГц. Радиосвязь на УКВ широко используется для связи с передвигающимися автомашинами, тогда, когда необходимо обеспечить охват системой большой площади (например в пределах города). Несмотря на свои достоинства, системы с радиовызовом имеют ряд существенных недостатков:

а) воздействие на другие системы беспроводной радиосвязи;

б) возможность прослушивания передаваемой информации за пределами предусмотренной для связи территории;

в) невозможность использовать под землей (шахты);

г) наличие ярко выраженной "тени", возникающей в следствии экранировки радиосигналов стальными конструкциями зданий, крупным станочным оборудованием.

Индуктивная связь является альтернативой радиосвязи. Она избавлена от этих недостатков, хотя обладает другими. Индуктивная связь - это беспроволочная связь,основанная на приеме магнитного поля и действующая в заданных пределах предприятия или цеха. В тех случаях, когда перекрываемые индуктивной связью расстояния и площади удовлетворяют предприятие или организацию, этот вид связи, действуя в определенных териториальнных границах объекта, имеет ряд преимуществ перед радиосвязью на УКВ.

Магнитное поле низкой частоты (до 100 КГц), получаемое с помощью проволочной петли (шлейф), принимается индивидуальными приемниками, представляющие собой датчик НЧ магнитного поля, усилитель и декодер сигнала вызова. Декодер может применятся тот же, что и в системах СПРВ, усилитель должен обеспечивать параметры (усиление, коэфициент шума и другие), необходимые для нормальной работы декодера. Особого рассмотрения требуют датчики магнитного поля, характеристики которых в значительной степени определяют параметры всей системы.

1.2. Способы приема слабых электромагнитных

низкочастотных полей

Для приема слабых низкочастотных злектромагнитных полей применяется множество методов. Одни из них рассчитаны на регистрацию электрической составляющей электромагнитного поля, другие - магнитной. В данном случае нас интересуют методы регистрации магнитного поля.

Одним из главных компонентов в системе регистрации магнитного поля являются датчики. Они во многом определяют параметры системы, самый главный из которых - чувствительность. Методы создания магнитных датчиков базируются на многих аспектах физики и электроники. Существует 11 наиболее применяемых методов обнаружения магнитного поля. Это следующие методы:

1) индукционный;

2) с насыщенным сердечником;

3) ядерной прецессии;

4) оптической накачки;

5) СКВИД;

6) на основе эффекта Холла;

7) магниторезистивный;

8) магнитодиодный;

9) магнитотранзисторный;

10) с использованием волоконных световодов;

11) магнитооптические.

Рассмотрим конструкцию каждого датчика.

1.2.1. Индукционные датчики.

Наиболее распространенным преобразователем напряженности магнитного поля является индукционный датчик, типичным примером которого служит приемная рамка, работающая на принципе электромагнитной индукции. Конструктивно выполняется два типа рамок:

1) без сердечника - один или множество витков провода имеющих форму круга или прямоугольника (рис. 1.3а);

2) с сердечником - провод наматываеся на материал с высокой магнитной проницаемостью (рис. 1.3б).

Использование сердечников значительно увеличивает магнитный поток, пронизывающий рамку, и обеспечивает тем самым более высокую чувствительность преобразователя. При одинаковой чувствительности по напряженности магнитного поля рамки с сердечником обычно существенно меньше, чем рамки без сердечника.

Как известно, ЭДС индуцируемая магнитным полем в катушке равна

e = - -- cos (1)

где Ф= SH sin( t+ ) - магнитный поток, пронизывающий витки

рамки;

- магнитная проницаемость сердечника;

S - площадь поперечного сечения сердечника или витка воз душной рамки.

При приеме высокочастотных полей обычно пользуются понятием действующей высоты рамки h , определяющей по существу ее чувствительность в режиме холостого хода к электрической составляющей электромагнитного поля.

Как и любая катушка индукционная рамка имеет распределенную межвитковую емкость обмотки С . Величина ее зависит от многих факторов и не поддается расчету. Экспериментально С можно найти определяя резонансные частоты рамки f при нескольких значениях внешней емкости Свн и используя формулу Томпсона

Индукционные датчики магнитного поля являются одними из наиболее чувствительных датчиков. С их помощью можно регистрировать поля напряженностью от 10Е-14 А/м в диапазоне до нескольких МГц.

1.2.2. Датчики с насыщенным сердечником.

Датчики этого типа также называют магнитомодуляционными и феррозондами. В основном они применяются для измерения постоянных магнитных полей, но эти же датчики можно использовать и для измерения напряженности переменных магнитных полей низких частот (Fmax=10 КГц).

Датчик с насыщенным сердечником представляет собой устройство состоящее из одного или двух сердечников из высокопроницаемого магнитомягкого материала с распределенными по длине обмотками.

Принцип действия основан на периодическом изменении проницаемости сердечников с помощью вспомогательного переменного магнитного поля. Обмотка возбуждения питается от специального источника переменного тока. Величина тока выбирается такой, что создаваемое им поле в определенную часть периода обеспечивает в сердечнике состояние насыщения. При этом магнитные линии измеряемого поля "выталкиваются" из сердечника, пересекая при этом выходную катушку и в ней индуцируется Э.Д.С., которая зависит от величины измеряемого поля. Обычно на выходе стоит фильтр, выделяющий вторую гармонику частоты возбуждения. Так как при напряженности поля равном нулю она также равна нулю, то по ее амплитуде судят о величине измеряемого магнитного поля. Нижний предел измеряемых магнитных полей датчика с насыщенным сердечником равен 10Е-12 А/м.

1.2.3. Магнитометр с оптической накачкой.

Магнитометр с оптической накачкой основан на эффекте Зеемана. В 1896 году голландский физик П.Зееман показал,что некоторые из характеристических спектральных линий атомов расщепляются, когда атомы помещены в магнитное поле; одна спектральная линия расщепляется в группу линий с несколькими различающимися длинами волн. Особенно этот эффект выражен в щелочных элементах, например, в цезии.