Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Принципы построения биофизического зондирующего комплекса 10
1.1. Методы и средства для изучения морской биолюминесценции 10
1.2. Измерительные преобразователи биофизического зондирующего комплекса 14
1.3. Принципы построения многоканальной погружаемой части биофизического зондирующего комплекса 21
1.4. Принципы построения бортовой части и системного математического обеспечения биофизического зондирующего комплекса 27
ГЛАВА 2. Измерительные преобразователь биолюминесценции 35
2.1. Моделирование работы датчика биолюминесценции 37.
2.2. Оценка погрешности измерения зондирующего датчика биолюминесценции 42
2.3. Вероятностная динамическая модель работы датчика 46
2.4. Тракт преобразования сигнала датчика биолюминесценции 60
2.5. Метод калибровки фотометрических каналов зондирующего комплекса 63
ГЛАВА 3. Телеметрическая система погружаемой части зондирующего комплекса 66
3.1. Описание структурной схемы системы телеметрии 66
3.2. Выбор параметров аналого-цифрового преобразования 69
3.3. Модуль каналов нормализации измерительных преобразователей с аналоговым выходом 73
3.4. Модуль приемо-передатчика телеметрической системы погружаемой части комплекса 76
3.5. Конструкция и технические характеристики телеметрической системы погружаемой части зондирующего комплекса 84
ГЛАВА 4. Бортовая часть и системное математическое обеспечение зондирующего комплекса 91
4.1. Специализированный приборный интерфейс, 91
4.2. Система автоматизации зондирующего комплекса 100
4.3. Система математического обеспечения зондирующего комплекса 105
ГЛАВА 5. Применение биофизического комплекса в экспериментальных исследованиях 113
5.1. Исследования в Филиппинском море 114
5.2. Исследования на разрезе к берегам Северного Перу 127
5.3. Обработка измерений поля биолюминесценции с целью его разделения на структурные составляющие 136
Заключение 139
Выводы 142
Список использованной литературы 144
Приложение 156
- Принципы построения многоканальной погружаемой части биофизического зондирующего комплекса
- Оценка погрешности измерения зондирующего датчика биолюминесценции
- Модуль каналов нормализации измерительных преобразователей с аналоговым выходом
- Система математического обеспечения зондирующего комплекса
Введение к работе
Необходимость изучения продукционных возможностей и устойчивости планктонных биоценозов пелагиали тесно связана с решением ряда важнейших народнохозяйственных задач по рациональному использованию богатств Мирового океана,
К настоящему времени многочисленными работами исследователей в нашей стране и за рубежом доказана возможность применения зондирующих методов измерения биолюминесценции "in siitL * для экспрессного и достаточно корректного выявления пространственных структур морских биоценозов»
Однако биолюминесценция океана подчиняется как действию множества биологических регуляторов, контролируется различными ритмами активности и зависит от видового состава излучателей, так и подвержена влиянию внешних физико-химических факторов. Всё это проявляется в высокой пространственно-временной изменчивости исследуемых полей биолюминесценции и затрудняет интерпретацию получаемых данных.
В связи с этим на современном этапе развития исследований необходимо создание измерительной аппаратуры, применение которой обеспечит синхронное измерение параметров биолюминесцентного поля и основных физико-химических полей океана, что даст возможность точного определения связей между этими полями, а также выявление вклада отдельных таксономических групп планктона в формирование поля биолюминесценции. Применение для этих целей анализа батометрических проб связано с большими затратами рабочего времени и значительно снижает точность и оперативность метода батифотометрического зондирования. Поэтому методика выявления вклада различных структурных составляющих мор- ского биоценоза в исследуемые поля биолюминесценции должна обеспечивать возможность работы в реальном масштабе времени.
Настоящее исследование посвящено решению этих актуальных проблем и выполнено в соответствии с постановлениями Госкомитета CGGP по науке и технике, Госплана СССР, Президиума Академии наук GGGP № 475/25I/I3I от 26.12.80 г., РАН GCGP&I0I03-351 от 26.02.81 г.
Цель и задачи исследования. Применительно к комплексным исследованиям особенностей функционирования планктонных биоценозов пелагиали на основе выявления связей между распределениями интенсивности возбужденной биолюминесценции и физико-химических параметров океана поставлены следующие задачи: оценить ошибки в измерении величины биолюминесцентного поля океана зондирующим датчиком биолюминесценции, связанные с различием амплитудно-временных характеристик биолюминесцентных вспышек; исследовать возможности разделения вертикальной структуры биолюминесцентного поля океана на составляющие, сформированные планктонными излучателями, генерирующими световые вспышки с различающимися амплитудно-временными характеристиками и предположительно относящимися к различным трофическим составляющим биоценоза; определить класс параметров, с помощью которых с достаточной полнотой при наименьших затратах средств и рабочего времени можно характеризовать особенности функционирования планктонных биоценозов; создать измерительный автоматизированный комплекс аппаратуры, отвечающий современным требованиям, то есть обладающий такими техническими характеристиками, как расширенные "интел- лектуальные* возможности и диапазон измерений, высокие точность, быстродействие и надежность. При разработке комплекса должна быть предусмотрена возможность использования принятых конструктивных и схемных решений как в зондирующем, так и буксируемом его вариантах, а также при создании аппаратуры для изучения биолюминесценции глубоководных организмов по программе ДЮМАНД.
Достижение этих целей предусматривало выполнение следующих этапов исследования.
Разработка структуры многоканальной измерительной системы погружаемой части измерительного зондирующего комплекса аппаратуры (далее зондирующего комплекса) и основного состава функциональных модулей.
Разработка базовой конфигурации зондирующего комплекса, обеспечивающей как автономный, так и программно-управляемый режимы работы,
Создание и исследование работы вероятностной динамической модели зондирующего датчика биолюминесценции для решения задачи разделения выходного сигнала фотоприемника датчика на структурные составляющие*
Реализация разработанного технического и программного обеспечения в конкретном зондирующем комплексе*
6* Проведение испытаний зондирующего комплекса и внедрение его в практику океанологических исследований*
Научная новизна.
I. Определен минимальный состав датчиков гидрофизических и гидробиологических параметров среды обитания планктонных организмов для целей комплексных биофизических исследований особенностей функционирования планктонных биоценозов пелагиали, а также сформулированы требования к диапазонам измерений.точное- ти и быстродействию регистрирующих средств.
Разработаны принципы построения телеметрической системы погружаемой части (далее ТС ПЧ) зондирующего комплекса,обеспечивающей возможности как аппаратной, так и программной перестройки её конфигурации в соответствии с целями и условиями проведения исследований.
Разработаны принципы построения бортовой части зрндиру-ющего комплекса аппаратуры, основанной на совмещении специализированного приборного интерфейса и магистрали (интерфейса ввода/вывода) микро-ЭВМ и позволяющей работать как в режиме " on Une"t так и автономно с регистрацией первичных данных на машинный носитель информации: перфолента, магнитная лента.
Разработан комплекс программных средств, позволяющий решать задачи комплексных биофизических исследований с использованием микро-ЭВМ в режиме диалога с экспериментатором по заданию режимов работы аппаратуры и управлению основными узлами измерительных трактов TG ПЧ.
Разработана вероятностная динамическая модель зондирующего датчика биолюминесценции, анализ которой позволил: определить количественные поправки, учитывающие способ регистрации, скорость зондирования и конструктивные параметры датчика; также видовой состав излучателей биолюминесценции,которые необходимо вводить при измерениях пространственной структуры поля биолюминесценции; провести анализ возможности разделения вертикальной структуры поля биолюминесценции на составляющие, сформированные планктонными организмами, генерирующими вспышки с различными амплитудно-временными параметрами и предложить простой алгоритм для такого разделения, обеспечивающий реализацию разделения в - 8 -реальном масштабе времени»
Практическая ценность,
I. Применение предложенных принципов технического и программного обеспечения позволило создать измерительный зондирующий комплекс аппаратуры для проведения биофизических исследований особенностей функционирования планктонных биоценозов пе-лагиали. многоканальная ТС ПЧ комплекса допускает подключение до 8-ми измерительных преобразователей, имеющих как цифровой, так и аналоговый выход, характеризуется малой потребляемой мощностью, высокими точностью и быстродействием и работает в полудуплексном режиме обмена информацией (по одной жиле кабель-троса) с бортовой частью зондирующего комплекса,
2« Созданный комплекс аппаратуры внедрен в практику океанологических исследований* Отдельные модули и приборный конструктив базового специализированного интерфейса внедрены в ряде научных и учебных учреждений города Красноярска*
3* Предложенный алгоритм для разделения пространственной структуры биолюминесцентного поля на составляющие, сформированные излучателями, предположительно относящимися к различным трофическим группам, позволяет проводить такое разделение в реальном масштабе времени и вводить количественные поправки при измерениях "биолюминесцентного потенциала** Это позволяет повысить точность при измерении параметров биолюминесцентного поля и расширить границы применимости метода батифотометриче-ского зондирования при помощи созданного комплекса аппаратуры*
4. Применение зондирующего комплекса в экспедиционных условиях позволило: - повысить достоверность получаемых данных о параметрах исследуемых полей океана; - систематизировать накопленный материал и выявить некото рые закономерности формирования пространственно-временной из менчивости поля биолюминесценции в различных океанических ус ловиях, оценить его связи с основными физическими и биологиче скими характеристиками вод.
5. Результаты и выводы диссертации могут быть практически использованы: при разработке зондирующих датчиков биолюминесценции; при создании аппаратуры для проведения комплексных исследований особенностей функционирования морских биоценозов; при создании комплекса средств и методов для изучения проявлений жизни на больших океанических глубинах, а также для проведения исследований, связанных с измерениями сигналов погружаемыми приборами в оптическом диапазоне, где биолюминесценция играет роль помехи (например, при регистрации нейтрино и быстрых мюонов, связанной с осуществлением проекта ДЮМАНД).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на симпозиуме ХІУ Тихоокеанского научного конгресса (Хабаровск,1979), I Всесоюзном биофизическом съезде (Москва, 1982), Л Всесоюзном съезде океанологов (Ялта, 1982).
В полном объеме материалы диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на объединенном семинаре лабораторий фотобиологии и биоспектрофотонетрии Института биофизики СО АН GGGP,
Публикации. До материалам диссертационной работы опубликовано 4 научные работы.
Принципы построения многоканальной погружаемой части биофизического зондирующего комплекса
Для современных приборных средств изучения океана характерно цифровое представление измеряемых параметров, необходимость которого обусловлена требованиями автоматизации обработки результатов измерений. При этом преобразование океанологических параметров в цифровой код производится как до входа канала связи, объединяющего бортовую и погружаемую части океанологического (океанографического) комплекса, когда АЦП входит в состав погружаемой части, так и на выходе канала связи.В связи с этим обмен информацией между бортовой и погружаемой частями комплекса осуществляется как в аналоговой, так и цифровой форме.
Основное требование, предъявляемое к любому каналу связи, состоит в необходимости поддержания уровня отношения сигнал/ шум (с/ш), обеспечивающего высокое качество сигнала на приемной стороне (50).
Применяемость аналоговых методов передачи электрических эквивалентов измеряемых параметров, несмотря на простоту их реализации, весьма ограничена. Практические расстояния передачи аналоговых сигналов, даже при принятии специальных мер,не превышают 250-300 м и зависят, в основном, от жесткости требований, предъявляемых к нестабильности и помехам.
При передаче двоичных сигналов требования к отношению с/ш могут быть значительно снижены. Ограничивает дальность передачи цифровых сигналов специфическая межсимвольная интерференция, возникающая вследствие временной неопределенности в восстановлении сигнала на приемном конце линии. Однако эта дальность значительно превышает максимально возможную дальность передачи аналоговых сигналов.
Цифровые системы передачи могут осуществлять передачу данных фактически без ошибок (использование корректирующих кодов и т.д.). Однако требование передачи без ошибок приводит к значительному усложнению таких систем. Поэтому при разработке достаточно простых систем передачи исходят из полосы пропускания линии, определяющей скорость передачи цифровых данных, и допустимого уровня ошибок при приеме.
Скоростью передачи данных считается максимально допустимая скорость при определенной частоте появления ошибок.Приведенная в (50) такая сравнительная оценка различных методов передачи цифровых сигналов, как зависимость вероятности ошибки детектирования двоичных кодовых посылок от отношения с/ш, показывает, что при передаче по линии связи порядка 1000 м и более наиболее оправданным является применение сравнительно просто реализуемой системы передачи с частотной манипуляцией двоичных последовательных кодов.
Учитывая вышесказанное, можно сделать вывод о том, что вариант структуры зондирующего комплекса с включением в её состав АЦП является более предпочтительным. При этом обеспечиваются: - значительно более высокая помехоустойчивость и малая чувствительность к изменениям параметров линии связи; - простота и надежность погружаемой части комплекса, где преобразование измеряемых параметров в цифровой код достигается достаточно простыми на сегодняшний день средствами и практически без ухудшения качества измерений; - просто реализуемая возможность многоканальной передачи информации.
В литературе (45, 51) отмечаются разнородность и отсутствие стандартизации в структурной организации измерительных систем погружаемых частей, а также в типе представления информации в наиболее современных из океанографических комплексов.Объясняется это различием уклона задач, решаемых при помощи этих комплексов, что связано со специфическим набором измерительных преобразователей, а также отсутствием единого методического подхода при разработке отдельных узлов измерительных систем,несмотря на то, что к значительной части этих узлов предъявляются одинаковые технические и системные требования.
Появившаяся в последнее время тенденция к включению микропроцессоров в состав измерительных систем погружаемых частей океанографических комплексов не снимает данной проблемы,так как системный уровень этого включения может быть различным. Кроме того, и зарубежные, и отечественные микропроцессоры,наряду с широкими возможностями управления, контроля и первичной обработки данных, имеют различную разрядность информационных и управляющих шин, разные варианты сопряжения с остальными структурными узлами (52,53).
Формально преобразовательную процедуру измерительных систем, использующихся в погружаемых частях океанологического комплекса, можно свести к двум основным типам (рис.1.1). Как видно из рисунка, главное различие между этими процедурами заключается в том, что в схеме 1.1а коммутация измерительных каналов (мультиплексирование) производится на уровне аналоговых сигналов, а в схеме I.16 - на уровне выходных кодов АЦП.
Оценка погрешности измерения зондирующего датчика биолюминесценции
Стандартом предусмотрено, что количество модулей в КАМАК-системе может быть значительным: в каркасе одного крейта предусмотрены 25 направляющих для размещения 23 функциональных блоков и одного контроллера. Это во многом определило выбор структуры построения системы, каналов передачи данных и интерфейса КАМАК, к главным особенностям которого относятся: многопроводная пассивная магистраль (86 линий), высокая скорость обмена (до 10 операций обмена в сек.), разделение шин для передачи адресов и данных, жесткая нормализация конструкции. Область применения КАМАК - автоматизация сложных научных экспериментов, связанных с интенсивными потоками информации.В сравнительно простых же экспериментах применение КАМАК ведет к значительной аппаратурной избыточности. G другой стороны,жест-ко заданная механическая конструкция крейта и модулей не всегда позволяет использовать КАМАК в судовых условиях. Существенной особенностью КАМАК является и ряд повышенных требований к математическому обеспечению системы (59).
. В связи с совершенствованием цифровых ИС и расширением их функционального ряда в середине 70-х годов возникла концепция децентрализованного управления ("распределенного интеллекта ), по которой обмен информацией производится между равноправными устройствами, причем каждое из них может обладать способностью к управлению. По такому принципу построен приборный интерфейс МЭК. Данный интерфейс характеризуется малопроводной магистралью, сравнительно малой интенсивностью информационных потоков, объединением шин для передачи данных в прямом и обратном направлениях. Интерфейс МЭК обычно используется при создании относительно простых систем с ограниченным числом объединяемых устройств. Он обеспечивает асинхронный режим обмена информацией и в принципе допускает применение приборов, выпускаемых серийно, но не рассчитанных заранее на применение какого-либо стандарта, так как в описании интерфейса не оговорены ограничения на конструктивы, способы построения и варианты объединения приборов в систему (60). Однако, несмотря на то, что высокая экономичность и эффективность данного интерфейса делают целесообразным его применение для решения задач автоматизации биофизического эксперимента, решающее слово в создании реальных возможностей применимости интерфейса МЭК остается за промышленностью, выпускающей программируемые приборы.
В силу специфики работы на океанологических судах,связанной с экспедиционными условиями проведения исследований и значительной их длительностью, к бортовой части зондирующего комплекса предъявляется ряд особых требований. Это требования компактности технических средств, повышенной надежности, а также возможности регистрации значительных объемов информации независимо от состояния процессора микро-ЭВМ или его выхода из строя.
Нами разделяется мнение (45), что в условиях проведения экспериментов на НИС для создания бортовой части комплекса наиболее оправданным является разумное сочетание специализированного машинно-независимого интерфейса, учитывающего характерные особенности и состав измерительных средств с интерфейсами микро-ЭВМ. Учитывая то, что заводами-изготовителями микро-ЭВМ выпускается достаточно широкая номенклатура модулей сопряжения с различными периферийными устройствами, специализированный интерфейс должен объединять только те устройства, без которых невозможно проведение эксперимента при выходе из строя процессора микро-ЭВМ.
Таким образом, при разработке бортовой части зондирующего комплекса должны учитываться следующие требования: -максимальное использование стандартных технических средств с учетом того, что значительное количество устройств сопряжения входит в состав современных микро-ЭВМ; - обеспечение возможности функционального расширения комплекса; - реализация возможности работы комплекса как в режиме " on imn с управляющей микро-ЭВМ, так и автономно с регистрацией данных на машинный носитель информации, на основе сопряжения специализированного приборного интерфейса и интерфейса микро-ЭВМ; - использование принципа программно-управляемых модульных структур Организация программного обеспечения зондирующего комплекса, как и аппаратная его часть, должна основываться на модульном принципе Структура системного математического обеспечения (СМО) должна объединять программы обработки данных, управляющие, тестирующие и координирующие средства. Программные модули должны быть перемещаемыми, аналогично функциональным модулям аппаратных средств, и иметь унифицированные средства вызова, входа в подпрограммные модули и выхода из них. В атом случае достигается адаптируемость СМО к возможным изменениям конфигурации зондирующего комплекса и смене режимов работы.
Модуль каналов нормализации измерительных преобразователей с аналоговым выходом
Это выражение является тождеством только для сигналов со строго ограниченным спектром. Однако спектры реальных сигналов лишь асимптотически приближаются к нулю при увеличении частоты, поэтому при дискретизации реальных сигналов возникает явление "подмены частот" (79) - высокочастотных искажений, обусловленных выборкой. Кроме метода Котельникова, учитывающего спектральный состав измеряемого сигнала, для выбора частоты дискретизации используются: метод Железнова (81), учитывающий корреляционные свойства сигнала и аналитический расчет, основанный на максимально допустимых значениях ошибки восстановления или скорости изменения сигнала в каждый момент времени (82,83).
Анализ, основанный на априорно известных корреляционных свойствах измеряемого сигнала и проведенный в (84), показывает, что при равномерной дискретизации относительный объективный критерий определяется дисперсией приращений измеряемого сигнала за время, равное периоду дискретизации, и равен (при г 4 0,01): где cL - величина, обратно пропорциональная эффективному радиусу корреляции диекретизируемого сигнала.
Погрешности, вносимые квантованием (шум квантования),зависят от величины шага квантования. В идеализированном случае максимальное значение шума квантования равно +1/2 единицы младшего значащего разряда (МЗР) аналого-цифрового преобразователя.
Динамический диапазон АЦП определяется как отношение максимального сигнала к среднеквадратическому значению шумов квантования.. Для идеального И. -разрядного АЦП с нормализованным к единице максимальным значением одномерного сигнала динамический диапазон равен (85):
В реальных АЦП появляются дополнительные шумы квантования, что вызвано уходом параметров в зависимости от времени и температуры, нестабильностью источников питания и т.п. Наличие дополнительных шумов квантования приводит в конечном итоге к уменьшению динамического диапазона. Из графиков зависимости динамического диапазона, приведенных в (86), видно, что нет. смысла увеличивать число разрядов АЦП, если он имеет дополнительные шумы порядка дополнительной дисперсии, вызванной квантованием: где - диапазон входных сигналов АЦП.
Как указывалось ранее, реальный диапазон наиболее изменчивого из параметров, измеряемых зондирующим комплексом,- биолюминесценции - не превышает 60 дБ, что вполне оправдывает использование Ю и 12-разрядных модулей АЦЦ, выполненных на базе интегральных микросхем (ИС). Полный диапазон измеряемых параметров с точностью представления, отвечающей современным требованиям (84), достигается в аналоговых каналах ТС ПЧ комплекса при помощи программно управляемых модулей каналов нормализации.
Погрешность восстановления исходного непрерывного сигнала по данным дискретных измерений должна иметь такой же порядок, как.и относительная погрешность измерения - в этом случае она однозначно определяется через дисперсию приращения исходного сигнала.
Результаты расчетов, приведенные в (I), показывают, что при измерениях на горизонтах 0-75 м (в зоне развитых "сливных вспышек") величина эффективного радиуса корреляцииМк равна 0,8-1,0 сек. При проведении измерений на горизонтах глубже 100м величина уменьшается до 0,2-0,5 сек.
Таким образом, используя выражение.(3.4), можно определить необходимую частоту дискретизации. Она составляет более 80 Гц, причем точность восстановления исходного сигнала биолюминесценции при фиксированной частоте будет повышаться с уменьшением глубины горизонта измерения.
Для получения достаточно высоких характеристик тракта преобразования схема каждого канала нормализации состоит из предусилителя с программно-управляемым масштабом, низкочастотного ("противоподменного") фильтра низкой частоты и устройства выборки-хранения. Цель такого построения состоит в том, чтобы добиться качества сигналов, обеспечивающего требуемую разрядность аналого-цифрового преобразования.
Основное повышение качества аналоговых сигналов, определяемого как отношение сигнал/шум (с/ш), достигается использованием отрицательной обратной связи (00С) предусилителя, который эффективно подавляет когерентные помехи (в частности,сете .-74 вые наводки с частотой, кратной .50 Гц). Для снижения уровня электромагнитных наводок при соединении выходов ЙП со входами предусилителей применен экранированный кабель с витой парой проводов, что позволяет снизить уровень наводок на 20-30 дБ.
Проведенные нами расчеты показывают, что для обеспечения 10-разрядного аналого-цифрового преобразования, которое требует отношения с/ш, равного 69 дБ на входе АЦП (50) и требуемой частоты дискретизации в качестве базовой для построения пред-усилителя можно применить схему на одном операционном усилителе (0У). Требования по высокому входному сопротивлению и стабильности работы привели к выбору 0У 153 УД5, характеризующихся малым напряжением смещения нуля, малыми уровнями дрейфа и шумов (87).
Система математического обеспечения зондирующего комплекса
Кроме того, учитывая необходимость использования конструктивных и схемных решений в различных вариантах использования зондирующего комплекса, в бортовую его часть должны быть включены дополнительные модули АЦП (МАЦП) и др.
Основным режимом работы специализированной приборной магистрали является программный режим обмена, обобщенная схема реализации которого показана на рис.4.2 (96). Схема включает регистры приема и выдачи данных (РПД и РВД), схему селекции адресов и команд (GA-K), узел управления и состояния (УС), узел прерывания (Пр), магистральные усилители или стробируемые вентили.
Устройства по отношению к операции обмена могут быть как активными, так и пассивными. Активные устройства могут инициировать обмен, выставляя сигнал запроса прерывания. Пассивные -могут вступать в обмен только по инициативе извне. При выполнении модуля бортовой части комплекса с пассивной организацией обмена, например модуль МПК, узел прерывания исключался.В случае необходимости одностороннего обмена: модули МПК и МЦАП -исключались выходные регистры.
Специализированная магистраль должна обеспечивать нормальное функционирование комплекса по сбору и регистрации измерительной информации, а также по управлению работой ТС ПЧ зондирующего комплекса, а при подключении микро-ЭВМ должен обеспечиваться режим оп сгие»# в связи с этим требования, предъявляемые к специализированной приборной магистрали по обеспечению этих режимов, являются достаточно противоречивыми,поэтому при ее разработке нам пришлось пойти на ряд компромиссов.
Автономный режим работы является запасным (аварийным) режимом работы зондирующего комплекса. В этом режиме число модулей, объединенных специализированной магистралью, невелико,основным источником информации, выставляемой на шины магистрали, ШЛО, восстанавливающий параллельные код параметра и номер канала измерения. Поэтому представилось возможным распределить функции контроля и управления, обычно выполняемые системным контроллером, между МППС и пультом оператора. Для реализации возможности производить обмен данными как аппаратным, так и программным путем специализированная магистраль состоит из линий, сгруппированных по функциональному признаку в пять шин: - шина данных; - шина адреса; - шина приема-передачи (идентификации и синхронизации); - шина управления магистралью; - шина питания. Специализированный интерфейс рассчитан на двусторонний обмен данными. Реализация такого обмена возможна двумя способами: используются две аналогичные группы линий (входные и выходные шины) или "общая шина , по которой информация может передаваться как в прямом, так и обратном направлениях). Нами применен первый способ, хотя такое разделение и приводит к увеличению числа линий, однако при этом уменьшаются узлы сопряжения с одновременным увеличением пропускной способности канала передачи данных.
Обмен данными в специализированной магистрали производится по асинхронному принципу в режиме "on iirie" и по синхронному - в автономном режиме. Вид логики, применяемой в интерфейсе, - отрицательный, то есть наличие сигнала (логический уровень "І") соответствует наименьшему потенциалу, а отсутствие сигнала (нулевой логический уровень) - наибольшему потенциалу.
Базовыми конструкциями специализированного интерфейса являются модули - функциональные блоки, выполняющие самостоятельные операции по преобразованию информации, но не имеющие самостоятельных источников питания. Модули, габаритный размер которых составляет 225x150 мм, объединены в несущем каркасе-кассет-нице, в которой закреплены ответные части соединительных разъемов (типа ГНІМ 61). Контакты ответных частей разъемов соединены между собой кроссом магистрали. С лицевой стороны несущего каркаса установлена панель (пульт) оператора. Внешний вид специализированного приборного конструктива показан на рис.4.3.
Структурная схема бортовой части зондирующего комплекса в автономном варианте показана на рис.4.4.
Модули, объединяемые специализированным приборным интерфейсом, выполнены на КМОП HG серий 561 и 564 для снижения потребляемой мощности и увеличения помехоустойчивости. Блокировка сигналов, необходимая для реализации возможности работы модулей как в автономном, так и программно-управляемом режимах работы, осуществляется при помощи ИС 564ЛНІ и 56ІТР2, имеющих возможность отключения от линии (третье выходное состояние). Сопряжение ЙС ЩЦП и ТТЛ серий, необходимое при создании адаптера к микро-ЭВМ, достигается применением ИС 564ЛН2 и 561 ПУ4, имеющих повышенную нагрузочную способность (9?).
