Файл: Комаров А.И. Обработка графиков с помощью ЭЦВМ.pdf

III. УСТРОЙСТВО ВВОДА И ВЫВОДА ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ЭЦВМ ТИПА «УРАЛ»

В последнее время для исследования различных не­ прерывных процессов наряду со специальными устройст­ вами начинают применять универсальные электронные цифровые вычислительные машины. Такие процессы за­ писываются на магнитной пленке, фотобумаге или плен­ ке в виде осциллограмм, или на диаграммной бумаге пос­ редством различных самопишущих приборов. Предвари­ тельная обработка таких записей и занесение отдельных ординат кривой на перфокарты или перфоленты [13], [14] для последующего их ввода в машину довольно трудоем­ ки и утомительны. Поэтому автоматизации ввода кри­ вых, заданных в виде графика, в цифровую вычислитель­ ную машину уделяется большое внимание. Среди отечест­ венных исследований в этой области отметим работы Института автоматики и электрометрии Сибирского отде­ ления Академии наук СССР [9], Института кибернетики АН УССР [10], Вильнюсского завода счетных машин.

Устройства, разработанные в этих организациях, ис­ пользуют принцип развертывающего или следящего пре­

графика в напряжение, которое может быть затем переве­ дено известными методами в цифровой код. В устройст­ вах [14], [15] для снятия ординат кривых используются фотодиоды или фотоэлементы.

Важным фактором, характеризующим степень авто­ матизации обработки графической информации, является доля участия оператора в процессе преобразования коор­ динат графика в цифровой код. В некоторых устройствах автомат выполняет лишь преобразование ординат в циф-

38

'ровой код, а оператор следит за графиком при его дви­ жении в отсчетном приспособлении. Такие полуавтоматы значительно облегчают труд оператора. Применение уст­ ройств, считывающих ординаты автоматически, позволило оставить за оператором только предварительную провер­ ку и правку графика перед вводом.

Автоматическое устройство надежно осуществляет ввод ординат графика в цифровую машину только в том случае, если запись кривой отвечает определенным тре­ бованиям: на графике не должно быть разрывов, толщи­ на линии записи графика должна быть достаточной для надежного срабатывания отсчетного приспособления; кроме того, если автомат работает по принципу следящей системы, то скорость ввода ограничивается крутизной записанного графика. Если в автомате используется принцип развертывающего преобразования, то различные посторонние включения (координатная сетка, черниль­ ные пятна и т. п.) могут при движении развертывающего луча вызвать появление ложного импульса, что приведет к неправильному отсчету ординаты. Большинство графи­ ков на диаграммной бумаге из-за некачественной записи не может быть сразу использовано в считывающем уст­ ройстве преобразователя. Часто при исправлении графи­ ка приходится почти по всей длине корректировать ли­ нию записи. Иногда возникает необходимость сглажива­ ния кривой.

В большинстве случаев затраты времени при предва­ рительной подготовке графика непосредственно на ди­ аграммной бумаге в три-четыре раза меньше времени, необходимого для перевода графика на кальку. Устройст­ ва, работающие на просвет и обрабатывающие графики, записанные на кальке, конструктивно значительно проще устройств, обрабатывающих графики с диаграммной бу­ маги. При вводе графиков с кальки можно обойтись

39

без применения электронно-лучевых трубок, фотоумножи­ телей и сложных оптических систем.

Применение прозрачного носителя в развертывающей системе преобразования позволило упростить и сделать более надежным устройство ввода графика.

§ 1. ВВОД ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Приставка для ввода графиков в машину «Урал-1» разработана в двух вариантах. В первом варианте ввод графика осуществляется с кинопленки, во втором — с кальки шириной 120 мм. Устройство блока считывания импульсов для первого варианта приставки показано на рис. 14. На плате 11 установлен цилиндр 1, в центре которого находится точечная лампа накаливания 2. Про­ тив щели, сделанной вдоль окружности цилиндра 1 , поме­ щена в направляющих 35-миллиметровая перфорирован­ ная пленка 5 с записанным на ней процессом. Пленка может продвигаться вдоль образующей цилиндра 1 пер­ пендикулярно плоскости чертежа. Цилиндр 1 заключен в цилиндре 3, вращающемся на специальном подшипнике. Пленка с кривой проходит сквозь цилиндр 3, распола­ гаясь внутри него. На вращающемся цилиндре размеще­ ны фотодиод ФД-2 в оправке 8, два токосъемных кольца, посредством которых с помощью щеток 7 снимается сиг­ нал с фотодиода, кольцо с рисками, расположенное про­ тив магнитной головки 9, и флажок 6 . Число рисок долж­ но быть достаточным для того, чтобы при прохождении отверстия фотодиода над щелью с магнитной головки снималось количество импульсов, необходимое для вос­ произведения ординаты кривой с требуемой точностью. При вращении цилиндра 3 флажок проходит через щель фотоголовки 4, состоящей из лампы и фотодиода, распо­ ложенных друг против друга. Импульс с фотоголовки

40

Рис. 14. Принципиальная схема механической части приставки при работе с 35-миллиметровой кинопленкой.

служит для синхронизации работы приставки с машиной и запуска шагового двигателя, продвигающего пленку на 1,3 мм после снятия каждой ординаты. Цилиндр 3 вращается от электродвигателя через ременную переда­ чу. Для надежного считывания ординат пленка должна обрабатываться контрастным проявителем. Толщина ли­ нии записи на пленке должна быть не менее 0,5 —

0 , 6 мм.

41

Кинематическая схема второго варианта приставки приведена на рис. 15. Мотор 10 через ременную передачу со шкивами 9 и 6 вращает валик, на котором укрепле­ ны П-образная штанга 4 и токосъемные кольца 5. На штанге расположен в специальной оправке фотодиод 3

Рис. 15. Кинематическая схема приставки при использовании кальки.

типа ФД-2. При вращении штанги оправка фотодиода перемещается над калькой 1 с нанесенным графиком. Калька расположена в направляющей щели 2, которая ограничивает поперечное перемещение и коробление каль­ ки при ее движении. Снизу калька подсвечивается обык­ новенной лампой накаливания 14 (220 вольт — 100 ватт), расположенной в центре вращения фотодиода.

Для получения более равномерной подсветки кальки спираль лампы располагается в плоскости вращения фотодиода.

42

Ширина кальки равна 120 мм. Подсвечивается калька

расположена шестерня 7 (рис. 15) из магнитного мате­ риала (сталь 3). Импульсы с магнитной головки 8, воз­ никающие при вращении шестерни, поступают на усили­ тель Ув (см. рис. 18 и 19). Диаметры шестерни и шкивов

дополнительная погрешность, вызванная относительными колебаниями штанги и шестерни, будет настолько незна­ чительной, что ее можно не учитывать. Продвижение кальки после снятия каждой ординаты кривой на один шаг, равный 2 мм, осуществляется с помощью ведущего резинового валика 15 и прижимного валика 16. Валик после отсчета ординаты поворачивается шаговым двигате­ лем на определенный угол. В данном устройстве в качест­ ве шагового двигателя используется система от шагового

43

кальки, флажок 13, укрепленный на штанге, войдет в за­ зор между лампой 11 и фотодиодом 12. Импульс синхро­ низации, возникший на этом фотодиоде, поступает на усилитель У5 (рис. 19).

Все блоки устройства ввода, кроме усилителей Ув и У6, выполнены на типовых ячейках машины «Урал-!». Поэ-

Рис. 16. Принципиальная схема усилителя фотодиода.

тому следует пояснить работу только ячеек усилителей фотодиода 3 и магнитной головки.

Схема усилителя фотодиода 3 Ух дана на рис. 16. В момент прохождения фотодиода над освещенной частью кальки на нем возникает импульс, форма которого пока­ зана на рис. 17, а. Передний фронт импульса соответст­ вует началу освещенной части кальки, а задний фронт — концу освещенной части. Наибольший провал на вершине импульса (полезный сигнал) соответствует положению записи кривой. Флюктуации на вершине импульса вы-

44

званы неоднородностью кальки. Путем изменения вели­ чины смещения на фотодиоде посредством переменного сопротивления 3,3 ком. можно добиться наибольшей раз­ ности между уровнями флюктуаций и полезного сигнала. Оптимальное значение смещения различно для каждого фотодиода и лежит в пределах нескольких вольт.

полезного сигнала.

При линейной скорости перемещения фотодиода, рав­ ной 6 —7 м/сек, наименьшая толщина записи, при которой можно выделить полезный сигнал простыми средствами, лежит в пределах 0,8—1,2 мм. Диаметр отверстия в оп­ равке, через которое подается свет на фотодиод 3, ра­ вен 0,8—1 мм. При выбранной мощности осветителя 14 величина импульса лежит в пределах 100—150 мв.

Путем изменения смещения на первом и втором кас­ кадах усилителя, а также используя нелинейные участки анодно-сеточных характеристик ламп, можно добиться наиболее выгодной формы сигнала. Вид импульсов, появ­ ляющихся на выходах первого и второго каскадов уси­ ления, показан на рис. 17, б, в.

Схема усилителя магнитной головки Ув дана на рис. 18. Вид магнитной головки показан на этом же ри­ сунке. Магнитопровод головки изготовляется из мягкого

45

железа, и зубцы ее располагаются строго против ка­ ких-либо двух зубцов шестерни. В этом случае импульсы с магнитной головки получаются наиболее четкими. Толщина шестерни равна 3—4 мм. Площадь попереч­ ного сечения магнитопровода головки 10—16 мм*, число витков обмотки 1—2 тысячи (проводом ПЭЛ 0 0,1 мм).

Рис. 18. Принципиальная схема усилителя магнитной головки.

Обмотка дросселя имеет 3—4 тысячи витков из того же провода. Площадь поперечного сечения магнитопро­ вода дросселя — 1 см2.

При включении анодного напряжения на магнитную головку подается постоянный ток подмагничивания. При вращении шестерни магнитное сопротивление головки меняется в соответствии с частотой следования зубцов. Переменное напряжение, возникающее при этом на ■обмотке мапнитной головки, через конденсатор поступает

46

на сетку первого каскада усилителя. Для улучшения фронтов импульсов на выходе усилителей фотодиода и магнитной головки включены триггеры Шмидта.

Блок-схема приставки одинакова для обоих вариантов (рис. 19). Временная диаграмма работы приставки дана

У На 19разр * г*~сумм.

На ZBpaip ~т~сумм.

cmSTLtiy™

я '* машины

Блокировка пе­ ~*реносаВсумм

СП1,- У. Пусн

Рис. 19. Функциональная схема приставки к «Урал-1».

на рис. 20. Импульсы с вращающегося фотодиода посту­ пают на усилитель-формирователь Уь а импульсы с маг­ нитной головки усиливаются и преобразуются в прямо­ угольные усилителем Уб.

Работа приставки совместно с машиной осуществляет­ ся следующим образом (рис. 19 и 2 0 ): триггер Тр2 сигна­ лом с усилителя У5 ставится в нулевое положение, и первым же отрицательным перепадом сигнала с усилите­ ля У|, соответствующим переднему краю (считая по ходу движения фотодиода) линии записи графика, ставится в единичное положение. Второй отрицательный перепад сигнала с усилителя Уь соответствующий концу освещен­

47