Comparativ cu analogul. Comparația sistemelor CCTV analogice și digitale. Servo digitale sunt adesea folosite în

Principalele dezavantaje ale sistemelor digitale pentru transmiterea, procesarea și stocarea semnalelor audio includ:

1) extinderea benzii de frecvență. Transmisia semnalelor analogice necesită o bandă de frecvență care nu este mai mare decât lățimea de bandă a semnalului original. Necesitatea extinderii lățimii de bandă pentru trecerea semnalelor digitale este determinată de faptul că eșantioanele sunt reprezentate sub formă de combinații de cod binar, în timpul transmisiei cărora fiecare bit al combinației de cod este afișat ca un impuls separat. Prin urmare, unul dintre principalele dezavantaje ale reprezentării digitale a semnalelor este cerințele ridicate pentru lățimea de bandă a canalelor de comunicație și capacitatea dispozitivelor de stocare;

2) conversie analog-digitală. Atunci când implementează ADC-uri, ei se străduiesc să găsească un compromis între acuratețea reprezentării semnalului original în formă digitală, care se realizează prin creșterea numărului de niveluri de cuantizare și frecvență de eșantionare și gradul de extindere a lățimii de bandă de frecvență necesar pentru transmisie. semnal digital, sau capacitatea de stocare necesară pentru stocarea acestuia. Este o practică obișnuită ca semnalele audio ADC cu un grad destul de ridicat de precizie (de ordinul a 16 biți per probă) și apoi să reducă numărul de biți per probă prin utilizarea diferitelor scheme de compresie digitală;

3) nevoia de sincronizare a timpului. Sincronizarea determină momentele la care un semnal de intrare trebuie să fie numărat pentru a decide ce valoare a fost transmisă. Pentru detectarea optimă a semnalului, generatorul de impulsuri trebuie să fie sincronizat cu sincronizarea impulsurilor care sosesc de la linie. Problema se agravează în cazurile în care rețeaua este formată din mai multe stații de comutație și este necesară rezolvarea problemelor de sincronizare internă și la nivel de rețea;

4) incompatibilitate cu dispozitivele analogice existente. Echipamente digitale care sunt utilizate, de exemplu, în local retelele telefonice, oferă în mod necesar o „interfață” analogică standard cu restul rețelei. Prin urmare, până când toate rețelele vor fi complet digitale, va fi practic imposibil să se obțină beneficiile maxime ale sistemelor de telefonie digitală în ceea ce privește calitatea semnalului și furnizarea de servicii „non-voice”.

Principalele avantaje tehnice ale sistemelor digitale pentru procesarea, transmiterea și stocarea semnalelor audio sunt următoarele:

1) posibilitatea de regenerare a semnalului. Principalul avantaj al unui sistem digital este că probabilitatea apariției unei erori în calea liniară la transmiterea unui mesaj poate fi redusă foarte mult prin introducerea de regeneratoare în punctele intermediare ale liniilor de transmisie. Nodurile intermediare vor detecta și regenera semnalele digitale înainte ca distorsiunea care apare în canal să atingă un nivel care va duce la erori de recepție, de exemplu. influența acestor distorsiuni este exclusă. În schimb, în ​​sistemele analogice, zgomotul și distorsiunea se acumulează pe măsură ce semnalul trece de la un site la altul. Dacă numărul de puncte de regenerare din sistemul de comunicație digital proiectat este suficient pentru a elimina erorile din canal, atunci calitatea transmisiei în rețeaua de comunicații este determinată numai de procesul de conversie a semnalului în formă digitală și nu de sistemul de transmisie. ;

2) capacitatea de a lucra la valori scăzute ale raportului semnal-zgomot (interferență). Zgomotul și interferența în timpul transmiterii semnalelor audio în rețelele analogice sunt cele mai pronunțate în timpul pauzelor, când amplitudinea semnalului este mică. O altă dintre principalele probleme în proiectarea și funcționarea rețelelor analogice, de exemplu, în telefonie, este necesitatea de a elimina interferența tranzitorie între circuitele prin care se transmite vorbirea. Problema devine și mai acută în acele perioade în care există o pauză în conversație pe un canal, iar celălalt canal de influență este transmiterea unui semnal la nivelul de putere maximă. În sistemele digitale, în timpul pauzelor, se transmit anumite combinații de coduri, iar nivelul de putere al semnalelor transmise în timpul pauzelor este același ca și în timpul transmisiei Informatii utile. Deoarece regenerarea semnalului în timpul transmisiei digitale elimină aproape tot zgomotul care apare în mediul de transmisie, zgomotul canal gratuit(în timpul unei pauze) este determinată numai de procesul de codificare, și nu de linia de transmisie. Astfel, pauzele nu sunt definite niveluri maxime zgomotul, cum este cazul sistemelor analogice, și interferența tranzitorie de nivel scăzut este eliminată în timpul procesului de regenerare în regeneratoare sau receptoare digitale.

Liniile de transmisie digitale oferă posibilitatea transmiterii practic fără erori a mesajelor pe canalele de comunicație cu valori ale raportului semnal-zgomot de ordinul 15-25 dB, în funcție de metoda de codare (valoarea acceptată a semnalului de -raportul de zgomot la transmiterea de la un dispozitiv terminal la altul într-o rețea analogică este de 46, respectiv 40 dB pentru liniile de comunicații locale și internaționale), ceea ce asigură competitivitatea sistemelor digitale în comparație cu cele analogice atunci când sunt utilizate în nivel scăzut semnalul primit și prezența interferențelor tranzitorii;

3) ușurința transferului informațiilor de control. Informațiile de control sunt predominant de natură digitală și, prin urmare, pot fi încorporate cu ușurință într-un sistem de transmisie digitală. Indiferent de metoda de introducere a informațiilor de control în calea digitală (multiplexarea cu diviziune în timp, introducerea de combinații speciale de coduri de control), în raport cu sistemul de transmisie, informațiile de control se dovedesc a fi nediferențiate de mesajele de informații. În schimb, sistemele de transmisie analogică au capacități mai puține, adesea foarte limitate, de transmitere a informațiilor de control, ceea ce a condus la apariția multor tipuri diferite de formate de semnal de control și la necesitatea de a proiecta dispozitive pentru recunoașterea și convertirea acestor formate;

4) adaptabilitate la alte tipuri de servicii. Utilizarea unei rețele analogice, de exemplu, a unei rețele telefonice, pentru a organiza alte tipuri de comunicații care nu sunt destinate transmiterii de informații vocale poate necesita măsuri speciale de adaptare la condițiile de transmitere a semnalului vocal (în special, pentru a respecta o frecvență). bandă de până la 4 kHz). Dimpotrivă, într-un sistem digital, orice mesaj are un format standard acceptat în sistemul de transmisie. Astfel, sistemul de transport nu trebuie să analizeze tipul de informație care se transmite și poate fi în general indiferent față de natura sarcinii pe care o deservește;

5) procesarea semnalului digital. Procesarea semnalului se referă de obicei la astfel de operațiuni asupra semnalelor care îmbunătățesc sau transformă caracteristicile acestora. Principalele avantaje ale procesării semnalului digital sunt următoarele:

Programabilitate. O structură de bază cu o descriere algoritmică sau parametrică variabilă în memorie digitală poate fi folosit pentru procesarea semnalului tipuri variate;

Partajarea. Un singur dispozitiv de procesare a semnalului digital poate fi utilizat pentru a procesa multe semnale prin stocarea rezultatelor intermediare ale fiecărui proces într-o memorie cu acces aleatoriu (RAM) și procesând secvența semnalului într-o manieră ciclică de partajare a timpului;

Control automat. Deoarece datele digitale sunt utilizate la intrările și ieșirile unui dispozitiv de procesare a semnalului digital, funcționarea corectă a dispozitivului poate fi verificată într-un mod standard, comparând răspunsul la ieșirea acestuia cu o anumită secvență de testare a datelor înregistrate în memorie;

Versatilitate. Deoarece procesarea semnalului digital este implementată de circuite logice digitale, procesul de procesare poate implica multe funcții diferite care ar putea să nu fie posibile sau imposibil de implementat în formă analogică.

Exemple de operații legate de procesarea semnalului și implementate mai eficient în procesarea digitală sunt: ​​detectarea (generarea) anumitor frecvențe, amplificarea (atenuarea), corectarea, filtrarea, compactarea, conversia diverselor formate de mesaje;

6) Ușurința formării grupului. Esența metodelor de formare a grupurilor (transmisia semnalului multicanal) este aceea că mesajele din diverse surse de informații sunt combinate pentru a forma un semnal de grup, care este transmis prin linia de comunicație. Când se utilizează sisteme de comunicații analogice, se utilizează de obicei principiul diviziunii în frecvență a canalelor (FDM), în care fiecare canal al sistemului este prevăzut cu o anumită secțiune a intervalului de frecvență, a cărei lățime este egală sau mai mare decât frecvența. banda canalului de abonat. În sistemele de comunicații digitale multicanal, construite de obicei pe principiul diviziunii în timp a canalelor (TDC), semnalele sunt transmise alternativ de-a lungul liniei de comunicație din diverse surse de mesaje folosind lățimea de bandă de frecvență completă a căii liniare în timpul transmiterii semnalelor de la fiecare sursă.

Echipamentul FDM este de obicei mai scump decât echipamentul TDM, chiar și atunci când se ia în considerare costul conversiei analog-digital. Trebuie remarcat faptul că formarea de semnale analogice de grup cu TRC este, de asemenea, implementată destul de simplu, cu toate acestea, dezavantajul sistemelor analogice cu TRC este imunitatea lor scăzută la zgomot, datorită susceptibilității impulsurilor analogice înguste la interferență, distorsiune, diafonie și intersimbol. interferență;

7) ușurința de clasificare. Spre deosebire de mesajele analogice, a căror criptare este o sarcină destul de laborioasă, iar fiabilitatea criptării este adesea insuficientă, implementarea codificării și decriptării unui flux digital este mai simplă și mai eficientă.

Multe dintre avantajele transmisiei digitale (față de cea analogică) pot fi, de asemenea, atribuite înregistrare digitală. Primul dintre aceste avantaje este capacitatea de a determina calitatea redării în timpul înregistrării și de a menține această calitate pe termen nelimitat prin copierea (regenerarea) periodică a informațiilor înregistrate digital, ceea ce nu este posibil cu înregistrarea analogică.

Un alt avantaj al sistemelor de stocare digitală este capacitatea de a utiliza medii de înregistrare de calitate scăzută (neliniare) cu un raport semnal-zgomot mai scăzut în comparație cu mediile analogice. Ca urmare, dispozitivele de redare digitală vor deveni atractive din punct de vedere economic pentru consumatori datorită reducerii costului produselor electronice și al suporturilor de înregistrare.

8) Analiza și sinteza semnalelor audio, în special a vorbirii, este un domeniu de cercetare larg răspândit strâns legat de conversia vorbirii în formă digitală. În unele dintre codificatoarele și decodoarele de vorbire funcționează cel mult viteze mici transmisie, se folosește un anumit grad de analiză și sinteză a semnalelor de vorbire prezentate în formă digitală.

9) fiabilitate ridicatăși gradul de integrare cu alte dispozitive (în primul rând cu cele digitale), ușurința de interfață cu un computer.

Introducerea DSP are loc într-un ritm deosebit de rapid în diferite tipuri de comunicații, în special wireless. Astfel de instrumente includ comutatoare digitale pentru centrale telefonice automate, instrumente de recunoaștere a vorbirii în sistemele de control vocal, instrumente de codificare a vorbirii și multiplexare a canalelor în sistemele de comunicații telefonice și radiotelefonice celulare, instrumente de compresie a imaginilor în telefonia video și instrumente de protecție a informațiilor împotriva accesului neautorizat. Noile cerințe tehnice pentru sistemele de comunicații din generația 3G sunt utilizarea intervalelor de frecvență mai mari (2-3 GHz), extinderea lățimii de bandă a canalelor și pachetelor, de mare viteză transfer de date (până la 2 Mbit/s). Terminalele mobile de nouă generație trebuie să ofere acces complet la Internet cu posibilitatea de a face schimb de informații audio/video.

Acceleratoarele bazate pe procesoare de semnal digital (DSP) măresc performanța computerului cu un ordin de mărime sau mai mult și, în combinație cu interfețele analogice de intrare/ieșire, transformă un computer într-o stație de lucru pentru rezolvarea problemelor de acustică, radar, televiziune și radiodifuziune, medicina, etc. În multe feluri, acestea sunt capabilitățile prelucrare eficientă informațiile de vorbire, audio și video din circuitele hardware bazate pe DSP-uri au făcut posibilă realizarea unui salt calitativ în utilizarea tehnologiei informatice.

Introducere

Scopul acestei lucrări este de a lua în considerare avantajele tehnologiei digitale și motivele acestora.

Tehnologiile digitale, ca atare, se bazează pe reprezentarea semnalelor în benzi discrete de niveluri analogice, mai degrabă decât ca pe un spectru continuu. Toate nivelurile dintr-o bandă reprezintă aceeași stare de semnal.

De la sfârșitul anilor 90 ai secolului trecut, s-a acceptat în general că viitorul este al tehnologiilor digitale. În această lucrare voi încerca să evidențiez principalele motive și teze ale acestui punct de vedere.

1. Semnal analogic

Un semnal analogic este un semnal de date în care fiecare dintre parametrii reprezentativi este descris printr-o funcție de timp și un set continuu de valori posibile. Astfel de semnale sunt descrise de funcții continue ale timpului, motiv pentru care un semnal analogic este uneori numit semnal continuu.

Proprietățile semnalelor analogice reflectă în mare măsură continuitatea acestora:

· Absența nivelurilor de semnal discrete clar distinse face imposibilă aplicarea conceptului de informație în formă așa cum este înțeleasă în tehnologiile digitale pentru a o descrie. „cantitatea de informații” conținută într-o citire va fi limitată doar de intervalul dinamic al instrumentului de măsurare.

· Fără redundanță. Din continuitatea spațiului valoric rezultă că orice zgomot introdus în semnal nu se poate distinge de semnalul în sine și, prin urmare, amplitudinea inițială nu poate fi restabilită. În realitate, filtrarea este posibilă, de exemplu, folosind metode de frecvență, dacă sunt unele Informații suplimentare despre proprietățile acestui semnal (în special, banda de frecvență).

Luați în considerare acest tip de semnal la exemplu simplu. În timpul unei conversații, corzile noastre vocale emit o anumită vibrație de diferite tonalitate (frecvență) și volum (nivel de semnal sonor). Această vibrație, după ce a parcurs o anumită distanță, intră în urechea umană, afectând acolo așa-numita membrană auditivă. Această membrană începe să vibreze cu aceeași frecvență și putere de vibrație pe care le-au emis corzile noastre sonore, cu singura diferență că puterea vibrației slăbește oarecum datorită depășirii distanței.

Deci, transmiterea vorbirii vocale de la o persoană la alta poate fi apelată în siguranță transmisie de semnal analogic, si de aceea.

Ideea aici este că corzile noastre vocale emit aceeași vibrație sonoră pe care o percepe urechea umană însăși (ceea ce spunem este ceea ce auzim), adică transmisă și primită. semnal sonor, are o formă similară a pulsului și același spectru de frecvență al vibrațiilor sonore, sau cu alte cuvinte, vibrații sonore „similare”.

Acum, să ne uităm la un exemplu mai complex. Și pentru acest exemplu, să luăm o diagramă simplificată aparat de telefon, adică telefonul pe care oamenii îl foloseau cu mult înainte de apariția comunicațiilor celulare.

În timpul unei conversații, vibrațiile sonore ale vorbirii sunt transmise membranei sensibile a receptorului (microfon). Apoi, în microfon, semnalul sonor este convertit în impulsuri electrice, apoi se deplasează prin fire către al doilea receptor, în care, folosind un traductor electromagnetic (difuzor sau căști), semnalul electric este convertit înapoi într-un semnal sonor.

În exemplul de mai sus, din nou, " analogic» conversie semnal. Adică, vibrația sonoră are aceeași frecvență ca și frecvența impulsului electric din linia de comunicație și, de asemenea, impulsurile sonore și electrice au o formă similară (adică similară).

În program semnal TV, semnalul analog de radio-televiziune în sine are o formă de puls destul de complexă, precum și o frecvență destul de mare a acestui puls, deoarece este transmis pe distanțe mari, cum ar fi informații audio, și video.

2. Semnal digital

Un semnal digital este un semnal de date în care fiecare dintre parametrii reprezentativi este descris de o funcție de timp discretă și un set finit de valori posibile.

Semnalele sunt impulsuri electrice sau luminoase discrete. Cu această metodă, întreaga capacitate a canalului de comunicație este utilizată pentru a transmite un semnal. Semnalul digital folosește întreaga lățime de bandă a cablului. Lățimea de bandăeste diferența dintre frecvența maximă și minimă care poate fi transmisă prin cablu. Fiecare dispozitiv din astfel de rețele trimite date în ambele direcții, iar unele pot primi și transmite simultan. Sistemele de bandă îngustă transmit date ca semnal digital de o singură frecvență.

Un semnal digital discret este mai dificil de transmis pe distanțe lungi decât un semnal analogic, așa că trebuie să fie mai întâi modulape partea transmițătorului și demodulați pe partea receptorului de informații. Utilizarea algoritmilor de verificare și recuperare în sistemele digitale informatii digitale vă permite să creșteți semnificativ fiabilitatea transmiterii informațiilor.

Trebuie reținut că un semnal digital real este analog în natura sa fizică. Datorită zgomotului și modificărilor parametrilor liniilor de transmisie, are fluctuații de amplitudine, fază/frecvență de polarizare. Dar acest semnal analogic (puls și discret) este înzestrat cu proprietățile unui număr. Ca urmare, devine posibil să se utilizeze metode numerice (prelucrare pe computer) pentru a-l procesa.

De exemplu, "semnal digital", să luăm principiul transmiterii informațiilor folosind destul de binecunoscutul „cod Morse”. Pentru cei care nu sunt familiarizați cu acest tip de transmitere a informațiilor text, voi explica pe scurt principiul de bază mai jos.

Anterior, când transmisia semnalului prin aer (folosind un semnal radio) tocmai se dezvolta, capabilități tehnice Echipamentul transceiver nu permitea transmiterea semnalelor vocale pe distanțe lungi. Prin urmare, în loc de informații de vorbire, au fost folosite informații text. Deoarece textul este format din litere, aceste litere au fost transmise folosind impulsuri scurte și lungi ale unui semnal electric tonal.

Această transmisie de informații text a fost numită transmitere de informații folosind codul Morse.

Semnalul de ton, în proprietățile sale electrice, avea un mare debitului, decât vorbirea și, ca urmare, raza de acțiune a echipamentului de transmisie și recepție a crescut.

Unitățile de informații din astfel de transmisie de semnal au fost numite în mod convențional „punct” și „liniuță”. Un ton scurt însemna un punct, iar un ton lung însemna o liniuță. Aici, fiecare literă a alfabetului consta dintr-un set specific de puncte și liniuțe. De exemplu, scrisoarea Aa fost desemnat prin combinație" .- " (punct-liniuță) și litera B " - … „(liniuță-punct-punct-punct) și așa mai departe.

Adică, textul transmis a fost codificat folosind puncte și liniuțe sub formă de segmente scurte și lungi ale unui semnal de ton. Dacă cuvintele „COD MORSE” sunt exprimate folosind puncte și liniuțe, va arăta astfel:

Semnalul digital se bazează pe un principiu foarte asemănător de codificare a informațiilor, doar unitățile de informație în sine sunt diferite.

Orice semnal digital constă din așa-numitul „cod binar”. Aici, 0 logic (zero) și 1 logic (unu) sunt folosite ca unități de informație.

Dacă luăm ca exemplu o lanternă obișnuită de buzunar, atunci dacă o porniți, va părea să însemne una logică, iar dacă o stingeți, va însemna un zero logic.

În circuitele electronice digitale, unitățile logice de 1 și 0 sunt considerate ca fiind un anumit nivel de tensiune electrică în volți. Deci, de exemplu, unul logic va însemna 4,5 volți, iar un zero logic va însemna 0,5 volți. Desigur, pentru fiecare tip de microcircuit digital, valorile tensiunii zero logic și unu sunt diferite.

Orice literă a alfabetului, ca în exemplul cu codul Morse descris mai sus, în formă digitală, va consta dintr-un anumit număr de zerouri și unu, situate în o anumită secvență, care la rândul lor sunt incluse în pachete de impulsuri logice. Deci, de exemplu, litera A va fi un pachet de impulsuri, iar litera B va fi un alt pachet, dar în litera B succesiunea de zerouri și unu va fi diferită de cea din litera A (adică o combinație diferită a aranjamentului zerourilor si unuurilor).

Într-un cod digital, puteți codifica aproape orice tip de semnal electric transmis (inclusiv analog) și nu contează dacă este o imagine, semnal video, semnal audio sau informații text, și este posibilă transmiterea acestor tipuri de semnale aproape simultan (într-un singur flux digital).

3. Dispozitive analogice

Odată cu apariția energiei electrice, oamenii au avut posibilitatea de a folosi echipamente alimentate de curent. În fiecare zi au apărut tot mai multe dispozitive noi, știința s-a dezvoltat, tehnologia s-a îmbunătățit. Pe atunci, toate invențiile erau considerate analogice. Cuvântul „analogic” însemna că dispozitivul funcționează prin analogie cu ceva. Pentru a fi mai clar, să luăm în considerare un dispozitiv de măsurare. Să presupunem că trebuie să construiți un grafic al măsurătorilor; datele de măsurare în sine sunt cunoscute. Instrumentul va obține mai întâi o ecuație din datele cunoscute care descrie comportamentul graficului și apoi va încerca să construiască graficul. Funcționează prin analogie cu o ecuație și respectă cu strictețe legile acesteia. Și cât de precis descrie ecuația graficul nu este important pentru dispozitiv. Astfel, dispozitivele electronice analogice sunt dispozitive de amplificare și procesare a semnalelor electrice analogice, realizate pe baza de dispozitive electronice. Există două grupuri mari în care dispozitivele electronice analogice pot fi clasificate:

· Amplificatoarele sunt dispozitive care, folosind energia unei surse de alimentare, formează un nou semnal care este mai mult sau mai puțin o copie exacta dat, dar îl depășește în curent, tensiune sau putere.

· Dispozitivele bazate pe amplificatoare sunt în principal convertoare de semnale și rezistențe electrice.

Convertizoarele electrice de semnal (dispozitive active de procesare a semnalului analogic) sunt realizate pe baza de amplificatoare, fie prin utilizarea directă a acestora din urmă cu circuite speciale de feedback, fie prin modificarea lor într-un fel. Acestea includ dispozitive pentru însumarea, scăderea, logaritmizarea, antilogaritmizarea, filtrarea, detectarea, înmulțirea, împărțirea, compararea etc. Convertizoarele de rezistență sunt realizate pe baza amplificatoarelor cu părere. Ele pot transforma amploarea, tipul și natura rezistenței. Sunt utilizate în unele dispozitive de procesare a semnalului. O clasă specială constă din toate tipurile de generatoare și dispozitive aferente.

4. Dispozitive digitale

Digitale sunt instrumente de măsurare care generează automat semnale discrete de informații de măsurare și oferă citiri în formă digitală. Sub discretînțelegeți semnalele ale căror valori sunt exprimate prin numărul N de impulsuri. Un sistem de reguli pentru reprezentarea informațiilor folosind semnale discrete se numește cod. Semnalele discrete, spre deosebire de cele continue, au doar un număr finit de valori, determinate de codul selectat.

Unitățile funcționale principale și obligatorii ale instrumentelor de măsură electronice digitale sunt convertoare analog-digitale, în care analogul măsurat, i.e. continuă în timp, mărimea fizică X este convertită automat într-un cod digital echivalent, precum și dispozitive de citire digitală în care semnalele de cod primite N sunt convertite în simboluri digitale ale sistemului numeric zecimal, convenabile pentru percepția vizuală. Forma digitală de prezentare a rezultatului măsurătorii, comparativ cu cea analogică, accelerează citirea și reduce semnificativ probabilitatea erorilor subiective. Deoarece majoritatea instrumentelor de măsurare digitale conțin convertoare analogice preliminare menite să modifice scara valorii de intrare măsurate x sau să o convertească într-o altă valoare Y = f(x), mai convenabilă pentru metoda de codificare aleasă, atunci în cazul general diagrama bloc a dispozitivul este prezentat sub forma Fig.

Schema bloc a digitalului instrument de masurare

Instrumentele digitale moderne conțin convertoare analog-digitale capabile să producă sute sau mai multe conversii pe secundă, ceea ce face posibilă înregistrarea proceselor fizice care au loc rapid și interfața cu ușurință a obiectelor de cercetare cu un computer. Dispozitivele digitale reprezintă o nouă etapă în evoluția tehnologiei care funcționează folosind date digitale.

Pentru claritate, să luăm în considerare același caz - trebuie să construiți un grafic bazat pe măsurătorile date. Dispozitivul nu va crea o ecuație; va împărți graficul în bucăți mici și, pe baza datelor cunoscute, va calcula coordonatele pentru fiecare piesă. Apoi dispozitivul va trasa fiecare piesă în funcție de coordonatele obținute și, datorită faptului că există un număr mare de astfel de piese, acestea vor reprezenta un grafic continuu. Așa funcționează tehnologia digitală.

5. Principalele avantaje ale instrumentelor digitale față de cele analogice

Un semnal digital, datorită proprietăților sale electrice (ca în exemplul cu un semnal de ton), are o capacitate de transmitere a informațiilor mai mare decât un semnal analogic. De asemenea, un semnal digital poate fi transmis pe o distanta mai mare decat unul analog, fara a reduce calitatea semnalului transmis. De exemplu, un semnal audio continuu transmis ca o secvență de 1 și 0 poate fi reconstruit fără eroare, cu condiția ca zgomotul de transmisie să nu fie suficient pentru a preveni identificarea 1 și 0. O oră de muzică poate fi stocată pe un CD folosind aproximativ 6 miliarde de cifre binare. Acest lucru este valabil mai ales recent, ținând cont de creșterea uriașă a informațiilor transmise (creșterea numărului de canale de televiziune și radio, creșterea numărului de abonatii telefonici, creșterea numărului de utilizatori de internet și a vitezei liniilor de internet).

Stocarea informațiilor în sistemele digitale este mai ușoară decât în ​​cele analogice. Imunitatea la zgomot a sistemelor digitale permite stocarea și recuperarea datelor fără corupție. Într-un sistem analog, îmbătrânirea și uzura pot degrada informațiile înregistrate. În digital, atâta timp cât interferența generală nu depășește un anumit nivel, informațiile pot fi restaurate cu absolut exactitate.

Sistemele digitale controlate de computer pot fi controlate folosind software, adăugând noi funcții fără a înlocui hardware-ul. Adesea, acest lucru se poate face fără implicarea producătorului de către actualizare simplă produs software. Această caracteristică vă permite să vă adaptați rapid la cerințele în schimbare. În plus, este posibil să se utilizeze algoritmi complecși care sunt imposibili în sistemele analogice sau fezabile, dar numai la costuri foarte mari.

La transmiterea unui semnal de televiziune digitală, privitorul nu va mai vedea un astfel de defect precum „imaginea este înzăpezită”, așa cum era cazul unui semnal analogic cu recepție slabă. În transmisia digitală a canalelor TV, calitatea imaginii poate fi doar bună, sau nu va exista nicio imagine dacă recepția este slabă (adică fie da, fie nu).

În ceea ce privește transmisia digitală convorbiri telefonice, atunci aici, la calitate bună, se pot transmite atât o șoaptă, cât și un țipăt, atât tonuri joase, cât și tonuri înalte, și aici nu contează la ce distanță se află abonații telefonici.

Tehnologia digitală a fost întotdeauna superioară tehnologiei analogice în ceea ce privește precizia. De exemplu, să comparăm reportofonele analogice și digitale. Dacă aveți nevoie să înregistrați informații vocale, un dispozitiv digital va face față sarcinii mai bine decât unul analogic. Acest lucru va fi vizibil în calitatea înregistrării. Faptul este că un reportofon analog nu reproduce informații atât de precis; zgomotul va fi amestecat în înregistrare, în timp ce un reportofon digital va filtra zgomotul inutil și, în consecință, sunetul va fi mai credibil.

Tehnologia digitală este mai mică. Dispozitivele sunt construite pe microcircuite capabile să efectueze operații de adunare și scădere pe numere, de unde și dimensiunea redusă a acestora. Spre deosebire de dispozitivele analogice, datele de pe dispozitivele moderne pot fi procesate rapid de computere. Desigur, datele analogice pot fi, de asemenea, plasate într-un computer, dar mai întâi va trebui să le traducă în limbajul „sa” digital.

Tehnologia digitală este mai economică și durează mai mult. Microcipurile consumă mai puțină energie și pot pentru o lungă perioadă de timp funcționează corect, în timp ce echipamentele mecanice se vor defecta rapid.

Dispozitivele digitale se laudă și cu:

· Mică eroare. Precizia instrumentelor analogice este limitată de erorile traductoarelor de măsurare, mecanismul de măsurare în sine, erorile de scară etc.

· Performanță ridicată (număr de măsurători pe unitatea de timp);
Când se măsoară cantități care variază în timp, performanța joacă un rol important. Dacă indicarea anterioarelor nu necesită viteză mare, deoarece capacitățile operatorului care lucrează cu acestea sunt limitate, atunci, dimpotrivă, cerința de viteză devine importantă atunci când se procesează informații cu ajutorul computerelor, la care sunt adesea conectate dispozitive digitale.
· Absența unei erori subiective în citirile rezultatului măsurării - erori subiective asociate cu caracteristicile vederii umane, din cauza paralaxei, datorită rezoluției ochiului.

6. Filtru digital

Filtru digital - în electronică, orice filtru care prelucrează un semnal digital pentru a evidenția și/sau suprima anumite frecvențe ale acestui semnal. Spre deosebire de un filtru digital, un filtru analogic se ocupă de un semnal analogic, de proprietățile acestuia nediscretă, în consecință, funcția de transfer depinde de proprietățile interne ale elementelor sale constitutive.

Avantajele filtrelor digitale față de cele analogice sunt:

· Precizie ridicată (precizia filtrelor analogice este limitată de toleranțele elementelor).

· Stabilitate (spre deosebire de un filtru analogic, funcția de transfer nu depinde de deriva caracteristicilor elementelor).

· Flexibilitate de configurare, ușurință de schimbare.

· Compactitate - filtrul analogic este foarte frecventa joasa(fracțiuni de hertz, de exemplu) ar necesita condensatoare sau inductori extrem de voluminoase.

Dar există și dezavantaje:

· Dificultate de lucru cu semnale de înaltă frecvență. Banda de frecvență este limitată de frecvența Nyquist, care este egală cu jumătate din frecvența de eșantionare a semnalului. Prin urmare, filtrele analogice sunt folosite pentru semnale de înaltă frecvență sau, dacă frecvente inalte nu există niciun semnal util, mai întâi ele suprimă componentele de înaltă frecvență folosind un filtru analogic, apoi procesează semnalul cu un filtru digital.

· Dificultatea de a lucra în timp real - calculele trebuie finalizate în perioada de eșantionare.

· Precizia ridicată și procesarea semnalului de mare viteză necesită nu numai un procesor puternic, ci și suplimentar, posibil costisitor, Hardware sub formă de convertoare analog-digitale de înaltă precizie și rapide.

7. Convertor analog-digital

De obicei, un convertor analog-digital este dispozitiv electronic, transformând tensiunea în cod digital binar. Cu toate acestea, unele dispozitive neelectronice cu ieșire digitală ar trebui, de asemenea, clasificate ca acest tip, de exemplu unele tipuri de convertoare unghi-cod. Cel mai simplu convertor binar pe un singur bit este un comparator.

Rezoluție ADC- modificarea minimă a mărimii semnalului analogic care poate fi convertit de acest dispozitiv este asociată cu capacitatea sa de biți. În cazul unei singure măsurări fără a lua în considerare zgomotul, rezoluția este direct determinată de capacitatea de biți a convertorului.

Capacitate ADCcaracterizează numărul de valori discrete pe care convertorul le poate produce la ieșire. La dispozitivele binare se măsoară în biți, la dispozitivele ternare se măsoară în triți. De exemplu, un convertor binar de 8 biți este capabil să producă 256 de valori discrete (0...255), deoarece . Ternarul de 8 biți este capabil să producă 6561 de valori discrete, deoarece .

Frecvența de conversiede obicei exprimată în numărătoare pe secundă. ADC-urile moderne pot avea o capacitate de până la 24 de biți și o viteză de conversie de până la un miliard de operații pe secundă (desigur, nu simultan). Cu cât viteza și capacitatea de biți sunt mai mari, cu atât este mai dificilă obținerea caracteristicilor necesare, cu atât convertorul este mai scump și mai complex. Viteza de conversie și adâncimea de biți sunt legate între ele într-un anumit fel și putem crește adâncimea efectivă de biți de conversie prin sacrificarea vitezei.

Zgomot de cuantizare- erori care apar la digitizarea unui semnal analogic. În funcție de tipul de conversie analog-digitală, acestea pot apărea din cauza rotunjirii (la o anumită cifră) a semnalului sau a trunchierii (eliminarea cifrelor de ordin inferior) a semnalului.

Pentru a asigura eșantionarea unui semnal sinusoidal de 100 kHz cu o eroare de 1%, timpul de conversie ADC trebuie să fie de 25 ns. În același timp, folosind un astfel de ADC de mare viteză, este fundamental posibilă eșantionarea semnalelor cu o lățime a spectrului de aproximativ 20 MHz. Astfel, eșantionarea folosind dispozitivul în sine duce la o discrepanță vizibilă între cerințele dintre viteza ADC și perioada de eșantionare. Această discrepanță poate ajunge la 2...3 ordine de mărime și crește foarte mult costul și complexitatea procesului de eșantionare, deoarece chiar și pentru semnalele în bandă îngustă necesită convertoare destul de de mare viteză. Pentru o clasă relativ largă de semnale care se schimbă rapid, această problemă este rezolvată prin utilizarea dispozitivelor de eșantionare și menținere care au un timp de deschidere scurt.

8. Copiere digitală și analogică

De la sfârșitul anilor 90, a existat o tendință clară de tranziție de la tehnologia analogică la cea digitală pe piața copiatoarelor de format mare și a sistemelor de inginerie. În zilele noastre, majoritatea producătorilor și-au modificat linia de produse. Mulți dintre ei au abandonat complet producția de copiatoare analogice.

Tendința către tehnologia digitală este complet de înțeles. În primul rând, multe întreprinderi care doresc să țină pasul cu vremurile și să fie competitive rezolvă problema transferului fluxului de documente către vizualizare electronică. În al doilea rând, cerințele pentru calitatea documentelor sunt în creștere, ceea ce determină imaginea întreprinderii în ochii partenerilor și clienților.

În acest sens, tehnologia digitală multifuncțională are avantaje semnificative față de tehnologia analogică, datorită, în primul rând, înseși principiilor copierii digitale și analogice.

Avantaje:

· Posibilitate de conectare la un computer

· Tehnologia digitală poate nu numai să copieze documente, ci și să imprime fișiere de pe un computer, precum și să scaneze originale și să le transforme în formă electronică, de exemplu, pentru salvare în arhiva electronica. Dispozitivele analogice pot doar copia.

· Calitatea copierii

· Tehnologia digitală face posibilă obținerea de copii a mai multor Calitate superioară, deoarece fișierul scanat în memoria aparatului poate fi procesat digital. Cea mai utilă utilizare a acestei caracteristici este de a șterge fundalul la copierea planurilor. În plus, camerele digitale acceptă modul foto și redă mult mai bine nuanțele de gri și semitonuri. Când copiați imagini color, aparatele digitale pot diferenția între diferite culori prin imprimarea lor în diferite nuanțe de gri.

· În plus, tehnologia digitală nu folosește optica care transmite lumina reflectată de la original la fototambur. Această optică pentru dispozitive analogice necesită întreținere regulată, deoarece colectează praful, ceea ce afectează și calitatea imprimărilor.

· Funcționalitate largă

· Procesarea digitală a originalului permite nu numai îmbunătățirea calității copiilor, ci și transformarea originalului, de exemplu, scalarea, aplicarea inversării, negativului etc.

· Fiabilitate

· Fiabilitatea mai mare a tehnologiei digitale este asociată nu numai cu absența opticii și a unei lămpi de iluminare de fundal, care trebuie schimbată în mod regulat, ci și cu o metodă diferită de replicare. Atunci când se imprimă pe o mașină analogică, originalul nu trebuie doar tras în direcția de scanare, ci și revenit la poziția inițială înainte de următoarea copie. Aparatul digital alimentează originalul o dată, îl memorează și apoi produce copii, imprimând copii din memorie.

9. Echipamente muzicale digitale si analogice

A trecut mult timp acum tehnologii digitale Am încetat să ne gândim la cât de mult mai convenabile sunt resursele hardware digitale în comparație cu cele analogice. În principiu, când trecerea de la echipamentele analogice la cele digitale abia începea, a existat multă dezbatere pe tema ușurinței în utilizare, avantaje tehniceși, invers, dezavantajele digitalului față de analogic. Dar acum, din când în când, această întrebare se mai pune în diverse situații, atât în ​​diverse studiouri de înregistrare, cât și în cluburi. Care sunt avantajele? echipamente digitaleînainte de analog și cum este digitalul inferior modelelor mai vechi?

În primul rând, să vorbim pe scurt despre principiile pe care se bazează digitizarea audio.

A converti sunet analogic Există convertoare analog-digital în digital; aceste dispozitive sunt capabile să convertească un semnal analogic continuu într-o secvență de numere individuale, adică să-l facă discret. Conversia are loc după cum urmează: un dispozitiv digital măsoară amplitudinea semnalului analogic de mai multe ori pe secundă și emite rezultatele acestor măsurători direct sub formă de numere. În același timp, rezultatul măsurării nu este un analog exact al unui semnal electric continuu. Completitudinea potrivirii depinde de numărul de măsurători și de acuratețea acestora. Frecvența la care se fac măsurătorile se numește rata de eșantionare, iar precizia măsurătorilor de amplitudine indică numărul de biți folosiți pentru a indica rezultatul măsurării. Acest parametru este adâncimea de biți.

Deci, conversia unui semnal analogic într-un semnal digital constă în două etape: discreditade timp şi cuantizarea(nivelarea) în amplitudine. Discreditarea în timp înseamnă că semnalul este reprezentat de o serie de citiri (eșantioane) ale acestuia, luate la intervale egale de timp. De exemplu, când spunem că rata de eșantionare (numită mai frecvent rata de eșantionare) este de 44,1 kHz, aceasta înseamnă că semnalul este eșantionat de 44.100 de ori pe secundă. De regulă, întrebarea principală în prima etapă a conversiei unui semnal analogic într-unul digital (digitizare) este alegerea frecvenței semnalului analogic, deoarece calitatea rezultatului conversiei depinde direct de aceasta. Se crede că intervalul de frecvențe pe care le aude o persoană este de la 20 la 20.000 Hz, iar pentru ca un semnal analogic să fie reconstruit cu acuratețe din probele sale, frecvența discreditării trebuie să fie de cel puțin două ori frecvența audio maximă. Astfel, dacă un semnal analogic real, care va fi ulterior convertit în formă digitală, conține componente de frecvență de la 0 kHz la 20 kHz, atunci frecvența de eșantionare a unui astfel de semnal nu trebuie să fie mai mică de 40 kHz. În timpul procesului de discreditare, spectrul de frecvență al sunetului analogic suferă modificări foarte semnificative. Odată discreditat, semnalul analog original de frecvență relativ joasă este o serie temporală secvențială de impulsuri foarte înguste de amplitudini variabile și cu un spectru foarte larg de până la câțiva megaherți. Prin urmare, spectrul semnalului discreditat este mult mai larg decât spectrul semnalului analogic original. De aici concluzia: cea mai potrivită digitizare are loc la o frecvență crescută de discreditare și cu o adâncime mare de biți.

Principiile de funcționare ale echipamentelor analogice se bazează pe continuitatea semnalului în circuitul electric. Motivul tranziției tehnologiilor de producție de la analogic la digital a fost necesitatea, în primul rând, de a îmbunătăți calitatea sunetului, stocarea și automatizarea procesului de lucru. Dar, în același timp, datorită comprimării semnalului original după procesul de digitalizare, CD-ul este inferioară calității generale a sunetului față de vinil, deoarece gama de frecvență a semnalului original în timpul înregistrării analogice nu suferă practic nicio modificare (ca și pentru reducerea zgomotului). , asta depinde și de ace de pe jucători) . De aceea, profesioniștii preferă sunetul de vinil în locul CD-urilor.

10. Dezavantajele dispozitivelor digitale

Aș dori să mai dedic câteva cuvinte dezavantajelor tehnologiei digitale, care pot fi foarte importante în producția de masă.

În unele cazuri, circuitele digitale folosesc mai multă putere decât circuitele analogice pentru a îndeplini aceeași sarcină, generând mai multă căldură, ceea ce crește complexitatea circuitelor, de exemplu prin adăugarea unui răcitor. Acest lucru poate limita utilizarea lor în dispozitive portabile alimentat de baterii.

De exemplu, Celulare folosesc adesea o interfață analogică de putere redusă pentru a amplifica și regla semnalele radio de la o stație de bază. Cu toate acestea, stația de bază poate folosi un sistem radio definit de software, care consumă energie, dar foarte flexibil. Astfel de stații de bază poate fi reprogramat cu ușurință pentru a procesa semnalele utilizate în noile standarde de comunicare celulară.

Circuitele digitale sunt uneori mai scumpe decât cele analogice.

De asemenea, este posibil să se piardă informații la conversia unui semnal analogic în unul digital. Din punct de vedere matematic, acest fenomen poate fi descris ca o eroare de rotunjire.

În unele sisteme, pierderea sau coruperea unei bucăți de date digitale poate schimba complet semnificația blocurilor mari de date.

Bibliografie

dispozitiv de semnal analog digital

1. Horowitz P., Hill W. The Art of Circuit Design. În 3 volume: T. 2. Trans. din engleza - Ed. a IV-a, revizuită. si suplimentare - M.: Mir, 1993. - 371 p.

Hanzel G.E. Manual pentru calcularea filtrelor. SUA, 1969. / Trad. din engleză, ed. A.E. Znamensky. M.: Sov. radio, 1974. - 288 p.

. „Procesarea semnalului digital”. L.M. Goldenberg, B.D. Matyushkin - M.: Radio și comunicare, 1985

Biryukov S.A. Dispozitive digitale pe circuite integrate MOS / Biryukov S.A.-M.: Radio și comunicații, 2007.-129 p.: ill. - (Biblioteca de radio de masă; Numărul 1132).

Gorbaciov G.N. Chaplygin E.E. Electronică industrială / Ed. prof. V.A. Labuntsova. - M.: Energoatomizdat, 1988.

Shkritek P. Ghid de referință pentru circuitele audio: Trad. din germană-M. Mir, 1991. - 446 p.: ill.

Shilo V.L. Microcircuite digitale populare: Director / Shilo V.L.-M.: Metalurgie, 2008.-349 p. - (Biblioteca de radio de masă; Numărul 1111).

Goldenberg L.M. Puls și dispozitive digitale: Manual pentru universități / Goldenberg L.M.-M.: Comunicare, 2009.-495 p.: ill..-Bibliografie: p. 494-495.

Bukreev I.N. Circuite microelectronice dispozitive digitale/Bukreev I.N., Mansurov B.M., Goryachev V.I.. - ed. a II-a, revizuită. şi suplimentar..-M.: Sov. radio, 2008.-368 p.

În lumea electronicelor, servo-urile sunt adesea folosite în secțiunea de putere. diverse dispozitive si mecanisme. Toate servomotoarele pot fi împărțite clar în două grupuri - servo digitale și analogice.

Astăzi ne vom uita la avantajele și dezavantajele fiecărui tip de servo controlat de biblioteca Servo, care este inclusă în pachetul standard al software-ului ArduinoIDE, unul dintre cele mai populare instrumente de dezvoltare software pentru microcontrolere.

Diferența dintre servomotor digital și analog

În urmă cu doar o duzină de ani, marea majoritate a servomotoarelor erau servo analogice, dar acum servo digitale devin din ce în ce mai populare. În exterior, aceste două tipuri de servo nu se disting unele de altele; toate diferențele lor constau în electronica internă.

Servomele analogice au de obicei un cip special configurat cu elemente analogice, cum ar fi rezistențe și condensatori, în timp ce servo-urile digitale au un microcontroler cu un oscilator cu cristal și firmware, drept urmare servo-urile digitale pot simți un semnal la o frecvență mai mare decât servo-urile analogice.

Unele servo-uri avansate au capacitatea de a actualiza firmware-ul, de a controla de pe un PC... Dar principala diferență este încă în electronică, iar restul componentelor mecanice, precum motorul și cutia de viteze, pot fi aceleași.

Prelucrarea semnalului de control de către servo-uri de diferite tipuri

ArduinoServo este o bibliotecă specială pentru pachetul ArduinoIDE care oferă o funcționare precisă a servomotoarelor cu controlere Arduino. Să ne uităm la modul în care servo-urile percep informațiile provenite de la controlerul Arduino. Servomotorul, indiferent de tipul său, primește un semnal de control de la controler.

Dacă acesta este un servomotor analog, atunci când sosește un nou semnal, acesta este comparat cu poziția curentă (care este recunoscută cu ajutorul unui potențiometru), apoi, dacă este necesar, semnalul este convertit și trimis la motor, care mișcă arborele. la unghiul necesar.

Parametrul de semnal standard pentru un servo analog este de 50 Hz (1/50 de secundă), ceea ce înseamnă că timpul de răspuns al servo ar trebui să fie puțin sub 20µs. În această perioadă de timp, teoretic, poziția arborelui poate fi schimbată de unii influență externă, prin urmare, un astfel de gol se numește zonă moartă.

Un servomotor digital este capabil să primească un semnal de control cu ​​o frecvență de până la 300 Hz, astfel încât este capabil să răspundă mai rapid la modificările semnalului și are o zonă moartă foarte mică în comparație cu un servo drive analogic; Un microcontroler mai rapid și mai precis permite, de asemenea, o poziționare mai precisă a arborelui și menținerea precisă a arborelui la unghiul dorit. Aceste servo-uri au de obicei un cuplu ridicat.

Și aproape singurul, dar semnificativ dezavantaj, este consumul de energie crescut în comparație cu un servomotor analog.

Aplicații speciale pentru diferite tipuri de servomotor

Servomotoarele digitale prezintă caracteristici îmbunătățite (viteză, forță) în comparație cu cele analogice, dar au un consum de energie și un cost mai mare.

Dacă instalați un servomotor digital pe orice dispozitiv de sine stătător, costul de întreținere al acestuia va crește, deoarece va trebui să adăugați baterii mai încăpătoare (și mai scumpe) și să cheltuiți resurse pentru a le reîncărca. Greutatea bateriilor va reduce dramatic autonomia.

În general, servo-urile digitale merită folosite dacă doriți să obțineți:

• Precizie ridicată de poziționare (până la fracțiuni de grad)
• Rezolutie maxima
• Zonă moartă practic invizibilă
• Răspuns aproape instantaneu la un semnal de intrare
• Forță constantă asupra arborelui

Dar merită să luați în considerare că doar dorința nu este suficientă; va trebui, de asemenea, să plătiți o sumă considerabilă pentru un nou servomotor digital.

Servo digitale sunt adesea folosite în:

• Mașini de ambalat
• Mecanisme de control ale dronelor
• Manipulatoare
• Modele premium cu control radio

Și servo-urile analogice, care nu au atât avantaje, cât și dezavantaje „digitale”, sunt utilizate în:

• Mecanisme de ridicare
• Mașini pentru prelucrarea metalelor
• Linii transportoare simple

Salutări, dragi prieteni, colegi și parteneri!

„Care tensiometre sunt mai bune - digitale sau analogice? Și pentru cine sunt mai buni?

Am auzit din ce în ce mai multe aceste întrebări în ultima vreme. Și răspunsurile la ele din ce în ce mai des au sensuri opuse – cineva demonstrează asta senzori digitali- acesta este un panaceu pentru toate problemele în funcționarea cântarelor, altele, dimpotrivă, sunt sursa lor.

În rândurile disputanților pot fi identificate mai multe grupuri principale interesate de specialiști, prevăzând diferite etape ciclu de viață sisteme de cantarire:

• dezvoltatori, producători și vânzători de senzori și alte componente ale cântarelor;
• dezvoltatorii, producătorii și vânzătorii de cântare înșiși și de sisteme de cântărire în general;
• angajații centrelor de metrologie;
• specialiști din organizațiile de reparații;
• consumatori-cumpărători de cântare.

Contactul zilnic cu toate grupurile de specialiști enumerate, precum și modelul de afaceri al întreprinderii pe care o conduc, care desfășoară simultan activități comerciale, inovatoare, de proiectare, producție și operaționale, mă obligă să vorbesc în mod constant și să apăr interesele unuia. sau alt grup.

În acest articol voi încerca să descriu principalele caracteristici ale utilizării analog și senzori digitali cu numărul minim posibil de termeni tehnici și informații tehnice complicate.

Dar înainte de a începe să descriem toate argumentele pro și contra, să înțelegem mai întâi într-o formă simplificată principiul funcționării cântarelor cu analog și extensometre digitale.

De obicei, atunci când se utilizează senzori analogici Se folosește următoarea schemă de conectare (o versiune simplificată folosind exemplul cântarelor pentru automobile sau cărucior):

Diagrama 1: Conectarea celulelor de sarcină analogice la cântare de camion.

Informatii de la extensometre analogice trece prin cablu la cutia de borne de conectare. De regulă, rezistențele de precizie sunt instalate în cutie pentru a egaliza sensibilitățile fiecărui senzor și suma lor analogică. După aceasta, semnalul total intră în indicatorul de greutate, unde semnalul este digitizat folosind un convertor analog-digital (ADC). Același indicator are un program de calibrare a cântarului care atribuie un cod digital valorilor în unități de masă (kg, grame, tone etc.)

O structură simplificată a unui sistem de cântărire care utilizează senzori digitali este prezentată mai jos:

Diagrama 2: Conectarea celulelor de sarcină digitale la cântare de camioane.

Când folosiți extensometre digitale, măsurarea are loc exact în același mod ca și atunci când folosiți cele analogice. Singura diferență este că digitizarea nu are loc în indicatorul de greutate, ci în fiecare senzor separat, iar apoi codul digital este transmis către cutia de conectare și către indicatorul de greutate sau computer. Dacă nu se folosește un indicator de greutate, atunci sistemul este calibrat și rezultatele sunt vizualizate folosind un software special pe un computer.

Acum să aruncăm o privire consecventă asupra principalelor diferențe dintre utilizarea detensometrelor digitale și analogice și, în consecință, avantajele și dezavantajele acestora.

1. Metoda de transmitere a datelor de la extensometru la sistem (diferența dintre un semnal digital și un semnal analog).

Diferența dintre metodele de transmitere a semnalelor prin manometre analogice și digitale către sistemul de cântărire este următoarea.

Aici, bineînțeles, senzorii digitali îi câștigă pe cei analogici. Un semnal digital poate fi transmis peste 1000 - 1200 de metri, fara o deteriorare semnificativa a calitatii, spre deosebire de analog: pana la 200 de metri. Aici trebuie doar să decideți dacă o astfel de distanță de la senzori la terminal de cântărire exact pentru tine?!

3. La înlocuirea celulelor de sarcină digitale, nu este necesară calibrarea și verificarea cântarelor. E chiar asa?

Da și nu! Adică, teoretic, puteți schimba senzorul digital și cunoscând anumiți coeficienți de calibrare (informații despre caracteristicile de conversie din documentația de însoțire pentru senzor) înregistrați-i în dispozitivul de cântărire. Acest lucru este suficient pentru a restabili funcționalitatea cântarelor. Cântarul va funcționa, urmărind clasa de mijloc de precizie. Dar fără a calibra cântarele cu o greutate de referință, este ilegal să lucrați pe astfel de cântare (conform reglementărilor tehnice existente și GOST-urilor). Toate numerele de senzori instalați în cântare auto sunt înregistrate în pașaport, în care verificatorul își pune semnătura și sigiliul, indicând că cântarul corespunde clasei de precizie medie și sunt gata de utilizare.

Și atunci când înlocuiți oricare dintre senzori, este necesar să invitați un metrolog (verificator) cu o sarcină standard și să recalibrați cântarul. Și după aceea, faceți modificări la pașaportul pentru cântar, scriind acolo numar nou senzor instalat.

4. Ce tensiometre sunt mai precise, digitale sau analogice?

Aceasta este întrebarea greșită pentru început. Precizia senzorilor de greutate, precum și a cântarilor în general, este determinată de limitele erorilor absolute admisibile de măsurare exprimate în unități de masă prin e - valoarea diviziunii de verificare. Și nu depinde dacă senzorul este analog sau digital.

Precizia senzorilor este exprimată prin Clasa de precizie (conform OIML acestea sunt C2, C3, C4, C5) și este determinată de nivelul de dezvoltare, capacitățile tehnologice și metrologice ale întreprinderii - producătorul de senzori.

Adică, precizia senzorilor digitali și analogici este aceeași, cu condiția ca acești senzori să fie din aceeași clasă de precizie.

5. În ce sisteme puteți vedea citirile fiecărui senzor separat? Și de ce este asta?

Așa cum am scris mai sus, informațiile de la extensometrele analogice sunt digitizate numai după ce sunt rezumate în caseta de conectare. Adică nu putem obține date digitale de la fiecare senzor. Vedem codul digital, și ulterior greutatea, de la toți senzorii, și nu de la fiecare separat. La senzorii digitali, semnalul este digitizat imediat în extensometrul, adică primim date de la fiecare senzor.

De ce este necesar acest lucru? Dacă este necesar să se compare sau să se analizeze valorile greutății de la fiecare extensometru, de exemplu, în cântare pentru cărucior sau camioane pentru a determina centrul de greutate sau nivelul de încărcare al căruciorului, senzorii analogici fără dispozitive suplimentare nu sunt potrivit pentru noi.

6. Interschimbabilitatea extensometrelor diferiți producătoriși lucrul cu diferiți indicatori de greutate.

În prezent, nu există celule de sarcină digitale interschimbabile de la diferiți producători. În ceea ce privește interschimbabilitatea senzorilor de la diferiți producători, sunt preferați senzorii analogici.

Celulă de sarcină digitală iar producătorii diferiți au propriile protocoale de schimb de date, prin urmare, la înlocuire, este necesar să înlocuiți senzorul doar cu același. Și acești senzori funcționează numai cu un indicator digital sau software proprietar „PROPRI”.

În sistemele analogice, totul este mult mai unitar. Nu numai că senzorii de la aproape toți producătorii mondiali cunoscuți sunt interschimbabili, dar un dispozitiv de cântărire poate fi folosit cu aceștia de la orice producător, atâta timp cât respectă specificațiile tehnice.

7. Ce tensiometre sunt mai fiabile: analogice sau digitale?

Știm cu toții că cu cât sunt mai puține elemente într-un sistem, cu atât este mai puțin probabil să eșueze. Prezența unei plăci electronice suplimentare în proiectarea unui senzor digital poate degrada fiabilitatea acestuia.

Cu toate acestea, fiabilitatea componentelor electronice ale elementelor analog-digitale și ale procesorului încorporate, în comparație cu fiabilitatea operațională a elementelor elastice, a structurilor de extensometru și a plăcilor electronice pentru reglarea senzorilor analogici, este semnificativ mai mare.

Prin urmare, trebuie recunoscut că fiabilitatea senzorilor analogici și digitali este „aproximativ” egală, în ciuda faptului că senzorii digitali folosesc mai multe componente electronice.

8. Preț.

De regulă, toate companiile susțin că prețul senzorilor digitali este mai mare decât al celor analogici. Și aproape toți au dreptate. Mai exact, puțin greșit. Dacă comparați costul unui senzor analogic de la un producător german sau american cu un senzor digital fabricat în China, atunci există o mare probabilitate ca senzorul digital Producător chinez costa mai putin. Și asta nu înseamnă absolut că este mai rău. Acest lucru este influențat de alți factori, care sunt descriși în.

Ei bine, dacă comparați costul senzorilor analogici și digitali de la același producător, atunci desigur că cel digital va fi mai scump.

În acest moment vreau să combin mai multe avantaje ale senzorilor digitali, cum ar fi:

9. Ușurința instalării cântarelor, diagnosticării defecțiunilor și întreținerii.

Să luăm pe rând. Să începem cu faptul că instalarea extensometrelor în cântare are loc în același mod, deoarece dimensiunile totale ale aceluiași model sunt aceleași. Setarea cântarilor în sine este cea care diferă.

Cum se întâmplă asta? Primul lucru de făcut după instalarea tuturor senzorilor este așa-numita „aliniere a colțurilor”. După cum am scris mai devreme, la senzorii analogici acest lucru se întâmplă folosind rezistențe în cutia de sumare de conectare. Schimbând rezistența unuia dintre rezistențe, aducem sistemul la aceleași date. (acest lucru se face astfel încât oriunde se află sarcina pe platformă, indicatorii să fie aceleași). La senzorii digitali, o astfel de reglare se face folosind coeficienți speciali pe care reglatorul îi introduce în memoria indicatorului de greutate. Asta e tot. Aceasta este exact diferența.

Cât despre diagnosticarea scalelor. Cu senzorii digitali acest lucru este foarte simplu. Dispozitivul de cântărire în sine va „arăta” ce senzor a eșuat, deoarece interogează în mod constant fiecare senzor pentru funcționalitate (așa-numita „autodiagnosticare”).

Dacă un senzor analogic eșuează, va fi necesar să se determine defecțiunea prin deconectarea câte un senzor de la cutia de joncțiune. Sau dezactivați totul și diagnosticați-le unul câte unul. Dar, de regulă, chiar și această complexitate a procedurii nu va dura mai mult de jumătate de oră de la un specialist.

Întreținerea sau înlocuirea unui senzor defect este aceeași. Diferența este că atunci când utilizați un senzor analogic, va fi necesar să „ajustați” din nou sistemul folosind rezistențe, așa cum am scris mai sus. În digital – reintroduceți coeficientul. Și atunci va fi necesară verificarea cântarelor, indiferent de tipul de senzor.

De asemenea, mulți susțin că, dacă un senzor digital eșuează, cântarul mașinii va continua să funcționeze. Bineînțeles că vor exista, dar niciun producător sau metrolog care se respectă nu își va asuma responsabilitatea de a pretinde că sistemul funcționează fără erori suplimentare. Această eroare depinde, în primul rând, de locația încărcăturii pe platforma de cântărire. Și dacă cea mai mare parte a greutății acestei sarcini cade pe un senzor inoperant, eroarea poate crește semnificativ.

Să arătăm acum pe scurt diferențele dintre extensometrele analogice și digitale într-un tabel.

Rezultat:

Desigur, din punct de vedere al ușurinței diagnosticării, configurării și întreținerii, senzorii digitali sunt mai buni și preferabil de utilizat. Dar este mai bine și mai preferabil pentru producător și pentru organizațiile de reparații și întreținere.

Pentru consumatorii (cumpărătorii) cântarelor electronice nu există avantaje evidente atunci când se utilizează senzori digitali în cântare în comparație cu cei analogici.

Avantajul principal senzori analogici:

Pret avantaj. La crearea cântarelor și la înlocuirea senzorilor analogici în caz de avarii (fulger, suprasarcină...) utilizarea acestora este mai profitabilă.

Clar două avantaje extensometre digitale:

• determinarea nu numai a greutății totale a mărfurilor cântărite, ci și a distribuției acesteia(diferența de încărcare a boghiurilor unui vagon de cale ferată, determinarea poziției deplasării centrului de masă etc.). Când construiți astfel de sisteme de cântărire folosind senzori digitali, este posibil să cunoașteți informații despre sarcinile curente de pe fiecare senzor separat.
• transmiterea de informații de la senzori la echipamentele electronice de procesare pe o distanță de până la 1200 m. Acest lucru se datorează faptului că canale digitale transmiterea informaţiei din punctul de vedere al menţinerii acurateţei proprietăţilor semnalului este mai eficientă.

Și în concluzie, este necesar să se ia în considerare sistemele hibride analog-digitale, care, atunci când se folosesc senzori analogici, permit recepționarea fluxurilor de informații de la fiecare senzor individual și, dacă este necesar, organizarea canalelor digitale pentru transmiterea informațiilor în scale. Diagramele structurale ale transformărilor în astfel de sisteme pot fi prezentate după cum urmează:

Schema 3: Conectarea extensometrelor analogice printr-un ADC cu 8 canale.

Schema 4: Conectarea extensometrelor analogice printr-un ADC cu 8 canale încorporat în indicatorul de greutate.

Implementarea unor astfel de transformări structurale este posibilă utilizând convertoare analog-digitale (ADC) multicanal. Structural, acestea nu sunt combinate cu senzori și pot fi amplasate fie într-un indicator digital de cântărire, cu informații de la fiecare senzor către indicator fiind transmise în formă analogică, fie direct lângă senzori (de exemplu, sub platforma de recepție a greutății) , informaţia fiind transmisă la sistemul de cântărire în formă digitală .

În acest fel, puteți obține beneficiile sistemelor care utilizează atât manometre digitale, cât și analogice.

Sper că raționamentul meu vă va completa ideile despre schemele moderne de construire a sistemelor de cântărire de extensometre și vă va fi util în activități practice!

Puteți vedea multe alte articole interesante despre extensometre și aplicațiile acestora pe site-ul nostru în secțiunea ARTICOLE.

CEO grup de companii „World of Libra” (Ucraina),

Director general al ZEMIK CIS LLC (Rusia),

Utilizarea tehnologiilor digitale în CCTV este în continuă creștere. Să ne uităm la diferențele dintre digital și televiziunea analogică.
Începutul și sfârșitul oricărui proces este un semnal analogic. Valorile intermediare pot fi convertite în format digital, care oferă multe avantaje. Organele senzoriale umane (ureche, ochi, nas, piele etc.) răspund doar la un semnal analogic continuu.

Sisteme analogice

Un semnal analogic este un semnal electric continuu de tensiune care reprezintă un proces fizic, cum ar fi lumina, sunetul sau orice altă variabilă. Deși procesul analogic este mai ușor de înțeles, are multe limitări.

Zgomot și interferențe

Toate circuitele și dispozitivele electronice produc o anumită cantitate de zgomot aleatoriu. În plus, există și interferențe electromagnetice externe. Deoarece un semnal analogic este o funcție continuă, acest zgomot și interferență devin parte a semnalului și nu pot fi eliminate complet. Componentele de zgomot cresc odată cu creșterea numărului circuite electrice.

Distorsiuni

Un semnal analogic depinde de proporționalitatea dintre un proces fizic și corespondentul acestuia tensiune electrică. Majoritatea circuitelor analogice sunt neliniare, ceea ce înseamnă că semnalul de ieșire nu se potrivește exact cu semnalul de intrare. De obicei, această poziție nu poate fi corectată complet. În plus, în sistem mare aceste distorsiuni se acumulează. În toate circuitele analogice, mici modificări ale nivelului semnalului apar ca urmare a unor factori externi, cum ar fi schimbările de temperatură. Ele nu pot fi corectate deoarece sunt inseparabile de semnalele în sine.

Sisteme digitale

Sistemul digital este mai complex, dar are multe avantaje față de sistemul analogic.

Reprezentare exactă

Odată ce un semnal analogic este convertit într-un semnal digital, parametrii acestuia pot fi menținuți neschimbați în întregul sistem, indiferent de dimensiunea acestuia (cu excepția cazului în care este utilizată compresia). Acest lucru se întâmplă din cauza imunității sistemului digital la zgomotul extern și interferențe.

Transmiterea semnalului fără pierdere de informații

Toate sistemele de transmisie a semnalului sunt în principal analogice și au probleme inerente de zgomot și distorsiuni. Cu toate acestea, semnalele digitale pot fi protejate împotriva erorilor, permițând semnalelor digitale să fie transmise fără distorsiuni.

Complexitatea procesului

Într-un sistem analog, fiecare pas dintr-un proces complex de procesare a semnalului necesită de obicei un circuit separat. Într-un sistem digital, o unitate centrală de procesare (CPU) poate fi programată astfel încât, folosind software-ul adecvat, să poată efectua diferiți pași. Acest lucru permite sistemului digital să gestioneze mult mai multe procese.

Cost scăzut

Circuitele integrate (CI) pentru sistemele digitale sunt mult mai ieftin de produs decât pentru sistemele analogice.

Stocarea digitală a fost una dintre primele utilizări ale video digitale. Semnalele video digitale pot fi stocate în memorie cu cautare rapida. Această memorie face, de asemenea, posibilă afișarea semnalelor în diferite formate, indiferent de formatul semnalului de intrare. Este posibil să afișați semnale cu diferite rezoluții și formate (PAL, NTSC etc.).

Dezavantajele sistemelor video digitale

• Mai greu de înțeles și de proiectat
• Necesită lățime de bandă mai mare (cu toate acestea, diferite metode de compresie pot depăși acest dezavantaj).
• Nu există o deteriorare treptată a semnalului digital - chiar și o mică eroare poate distorsiona întreaga imagine.