bigpo.ru
добавить свой файл
1 2 ... 13 14


Министерство образования и науки Российской Федерации

Администрация Тамбовской области

Тамбовский государственный технический университет


СБОРНИК СТАТЕЙ МАГИСТРАНТОВ


По материалам научной конференции

15–17 февраля 2005 года


В ы п у с к I


Часть 2





Тамбов

2005

УДК 04

ББК Я43

С 23


Ответственный за выпуск – к.х.н., доц., зав. отделом магистратуры

и бакалавриата Корчагина О. А.


С
С 23

борник
статей магистрантов по материалам научной конференции 15–17 февраля 2005 года. Выпуск I. Часть 2. – Тамбов: ТОГУП «Тамбовполиграфиздат», 2005.– 148 с.


ISBN 5-94359-011-0


В сборник включены научные статьи и доклады студентов-магистрантов Тамбовского государственного технического университета.

Предназначен для преподавателей, аспирантов и студентов с целью использования в научной работе и учебной деятельности.


УДК 04

ББК Я43


СБОРНИК СТАТЕЙ МАГИСТРОВ

По материалам научной конференции 15–17 февраля 2005 года


В ы п у с к I

Часть 2


Технический редактор Л. Николаева


Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman.

Печать на ризографе. Усл. печ. л. 8,6. Тираж 50 экз. Изд. № 72.


Печать ТОГУП «Тамбовполиграфиздат».

392602, Тамбов, Моршанское шоссе, 14.


ISBN 5-94359011-0


© Тамбовский государственный технический университет, 2005

Направление 551100


ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ



Магистерская программа 551105

Информационные технологии


проектирования электронных средств


Артемова С . В., Баранов А. М.

(Научный руководитель – к.т.н., доц. Артемова С. В.)


ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ИНТЕРФЕЙС ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО УПРАВЛЕНИЯ


В Тамбовском государственном техническом университете, на кафедре «Конструирование радиоэлектронных и микропроцессорных систем» разработана экспертная система (ЭС) энергосберегающего управления.

Взаимодействие пользователя с системой осуществляется через несколько интерфейсов: основной и вспомогательные. Основной интерфейс – определяет структуру системы, предоставляет выбор основных модулей ЭС. Вспомогательный – обеспечивает работу с конкретным модулем (ввод исходных данных, корректировка данных, получение результата) [1]. Схема работы пользователя с ЭС представлена на рисунке 1.




Рис. 1. Взаимодействия пользователя с ранее созданным интерфейсом


Ранее созданный интерфейс имеет следующие недостатки:

- нет возможности программно использовать результаты работы одного модуля, как входные данные для другого;

- все модули системы имеют собственные интерфейсы, отличающиеся как визуальным содержанием, так и входными и выходными данными, что усложняет работу пользователя при работе с ЭС.

Разрабатываемый интерфейс ЭС создается с применением следующих принципов [2]:

1. Принцип минимального рабочего усилия (минимизация затрат как со стороны разработчика, так и пользователя).

Принцип реализуется с помощью языка универсального моделирования UML. Разработана диаграммы классов, которая позволит в будущем без особого труда добавлять новые компоненты в систему, или вносить изменения в существующие. С целью повышения модифицируемости кода, построение диаграммы классов выполнено с применением шаблонов проектирования (Facade, Bridge, Observer и др.) [3]. Разработана диаграмма вариантов использования, полностью описывающая взаимодействие пользователя с системой.

2. Принцип максимального взаимопонимания.

Для реализации этого требования проведено детальное исследование предметной области: изучены входные и выходные данные, виды входных данных, стратегии управления и др [1]. Интерфейс пользователя учитывает особенности и поведение каждого модуля, встроена справочная система.

3. Принцип максимальной концентрации пользователя на решаемой задачи.

Пользователь должен запоминать как можно меньшее количество информации, так как это снижает свойство человека принимать оперативные решения. В разрабатываемом интерфейсе модули имеют возможность обмениваться данными (см. рис. 2).




Рис. 2. Взаимодействие пользователя с разрабатываемым интерфейсом


В результате пользователю не нужно задумываться о передаче данных с целью их дальнейшего использования.

4. Принцип учета профессиональных навыков пользователя.

Для реализации этого принципа созданы две модификации интерфейса:

а) «Профессиональная» предназначена для опытных пользователей, обладающих хорошими знаниями в области энергоемких технологий и умеющих грамотно работать с программой. В этом режиме предоставляется окно для ввода данных об объекте управления: имя, тип, вид энергоносителя, модель, параметры, фазовые переменные и др (см. рис. 3).




Рис. 3. «Профессиональный» режим


б) «Учебная» предназначена для начинающих пользователей, содержит необходимое число подсказок, позволяющих понять, что на данном этапе требуется сделать: выбрать режим работы, ввести данные, произвести идентификацию. В «Учебном» режиме система опрашивает пользователя на каждом этапе ввода данных, ему предоставляются подсказки и рекомендации (см. рис. 4).




Рис. 4. «Учебный» режим


Разрабатываемый интерфейс имеет следующие преимущества:

- возможность добавления модуля без программного изменения интерфейса;

- при необходимости использования нескольких модулей вы используете один и тот же интерфейс;

- экономия времени при обучении персонала работе с ЭС (время изучения нового интерфейса значительно меньше, чем изучение интерфейсов всех модулей).


Список литературы:

1. Муромцев Ю.Л. Проблемы энергосберегающего управления // Вестник ТГТУ. 2004. №2. – С. 358 – 366.

2. Организация взаимодействия человека с техническими средствами АСУ, том 7: «Системное проектирование взаимодействия человека с техническими средствами», редакция В.Н. Четверикова, Москва, «Высшая школа», 1993. – 405с.

3. Шаллоуэй А., Тротт Д. Шаблоны проектирования. Новый подход к объектно – ориентированному анализу и проектированию: пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2002. – 288с.


Кафедра «Конструирование радиоэлектронных

и микропроцессорных систем»


Кожаринов В. В.

(Научный руководитель – к.т.н., доц. Селиванова З. М.)


ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ОПЕРАТИВНОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ


Процессы измерения и контроля качества материалов и изделий из них являются исключительно важными в различных отраслях промышленности. Показателями качества продукции в числе других технических характеристик являются их теплофизические характеристики (ТФХ). В решении задачи повышения качества продукции важную роль играют средства неразрушающего контроля (НК) ТФХ материалов, которые повышают точность и оперативность определения ТФХ.

Предлагается информационно- измерительная система (ИИС) НК ТФХ материалов на базе быстродействующего микроконтроллера, для которого разработано программное обеспечение (ПО), позволяющее реализовать заданный алгоритм функционирования по определению ТФХ материалов оперативно и с допустимой точностью измерений.

Функциональная схема ИИС представлена на рис. 1 [1].











Рис. 1. Функциональная схема ИИС НК ТФХ


ИИС состоит из следующих блоков: микроконтроллера (МК), блока питания (БП), дифференциальных термопар 1 и 2, многоканального усилителя, клавиатуры, жидкокристаллического индикатора (ЖКИ), нагревательного элемента, термодатчика.

С БП подаются напряжения: +5В(UпитМК , UпитЖКИ), ±12 В (UпитОУ). МК PIC16F876 осуществляет управление устройством, а также рассчитывает значения измеряемых ТФХ. ЖКИ предназначен для отображения информации. Клавиатура служит для ввода параметров измерения и управления работой устройства. При помощи усилителей сигналы T1(x,) и T2(x,) с термопар усиливаются до заданного уровня k1T1(x,) и k2T2(x,) соответственно и подаются на МК. Нагревательный элемент осуществляет нагрев поверхности исследуемого образца. Температура поверхности исследуемого образца измеряется дифференциальными термопарами. Термодатчик предназначен для измерения температуры окружающей среды TОС, которая усиливается до уровня k3TОС и учитывается при расчетах.

Для ИИС разработано ПО. Блок- схема программы для МК представлена на рис. 2.










Рис. 2. Блок-схема программы


Программа реализует следующий алгоритм. При включении питания проверяется работоспособность всех периферийных устройств. Если проверка завершена успешно, то запрашиваются параметры измерения (время измерения и число тепловых импульсов). После этого запускается счетчик времени и тепловых импульсов, которые поступают на нагревательный элемент.

В процессе измерения промежуточные данные выводятся на экран ЖКИ. Параллельно этому осуществляется сканирование клавиатуры. Если нажата клавиша X, то измерение прекращается и программа запускается сначала. Если же клавиша X не нажата, то проверяются условия о соответствии времени измерения и количества поданных тепловыхх импульсов. Если эти условия выполнены, процесс измерения продолжается. В противном случае, нагреватель выключается, рассчитываются ТФХ и выводятся на экран ЖКИ. Нажатием на кнопку X осуществляется переход в начало программы.

ЖКИ позволяет передавать данные в виде восьмибитного двоичного числа. Для этого в контроллере ЖКИ записана таблица символов, на основе которой выводятся на экран поступающие от МК данные.

Основной трудностью в реализации программы является обеспечение надежной работы клавиатуры и ЖКИ, которые подключены вместе на один порт. Программа работает с прерываниями от ЖКИ и клавиатуры, поэтому их работа осуществляется параллельно.

Также программа реализует параллельный ввод и обработку информации сразу с нескольких дифференциальных термопар. Это позволяет увеличить скорость расчетов и уменьшить время измерения.

В выбранном микроконтроллере возможно осуществлять неоднократное перепрограммирование, что позволяет при нахождении ошибок в программе корректировать ее и записывать в память повторно [2].

Также данный МК удобен тем, что для работы с ним изготовителями разработано программное обеспечение. Например, ПО PIC Simulator позволяет имитировать работу МК с записанной в его память программой на компьютере. При этом ошибки в программе можно находить и исправлять до того, как программа будет записана в память МК.

Таким образом, разработанная ИИС НК ТФХ повышает оперативность и точность и позволяет проводить измерения с допустимой погрешностью.


Список литературы:

1. Селиванова З. М. Микропроцессорная система оперативного неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов/ З. М. Селиванова, В. В. Кожаринов // Автоматизация технологических процессов: Сб. научн. трудов ТГТУ. Тамбов, 2004. С. 173-176.

2. Предко М. Справочник по PIC – микроконтроллерам/ М. Предко. М.: “ДМК Пресс”, 2002.- 512 с.


Кафедра «Конструирование радиоэлектронных

и микропроцессорных систем»


Котов И. О.

(Научный руководитель – ст. преп. Малков Н. А.)


ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛОВ В СВЧ ДИАПАЗОНЕ


Для исследования параметров материалов на СВЧ применяют узкополосные и широкополосные, импульсные и гармонические испытательные сигналы с различными видами модуляции: - амплитудной, фазовой, линейной частотной и др. Восстанавливаемые физические величины и параметры могут быть как скалярными, так и комплексными. Измеряемые объекты также весьма разнообразны. Они могут быть линейными и нелинейными, порождающими гармоники высших порядков по отношению к испытательному сигналу, взаимными и невзаимными.

Цифровая обработка измерительной информации основана на прямом и обратном преобразовании Фурье, фильтрации методом «временного окна» и матричных преобразований, экстраполяции и аппроксимации массивов полученных величин в различных базисах, представлении результатов анализа в различных системах координат и пр.

Ввиду отмеченного разнообразия требуемых измерений и способов обработки данных не существует каких-либо универсальных приборов или измерительных систем, способных обеспечить решение всей совокупности измерительных задач по исследованию материалов на СВЧ.

Разработанный программно-аппаратный комплекс предназначен для проведения различных экспериментов в СВЧ диапазоне. Помимо своего основного назначения, комплекс может выполнять ряд других функций, расширяемых с помощью добавления соответствующего программного обеспечения.

Упрощённая структурная схема измерительного комплекса представлена на рис. 1.

Аппаратная часть комплекса представляет собой многофункциональный измеритель различных параметров СВЧ объектов с передачей данных через интерфейс RS232. В состав аппаратной части входят цифровой вольтметр и сменные модули.





Рис. 1. Упрощённая структурная схема измерительного комплекса




Рис. 2. Блок-схема цифрового вольтметра


Цифровой вольтметр является главной аппаратной частью комплекса и выполняет несколько функций. Блок-схема цифрового вольтметра представлена на рис. 2. Усилитель постоянного тока необходим для преобразования сигнала в уровень, необходимый для работы АЦП. В качестве усилителя планируется использовать высокоточный ОУ. АЦП оцифровывает аналоговый сигнал и по специальной шине передаёт в микроконтроллер. Микроконтроллер является главным управляющим звеном устройства, так как он считывает информацию из АЦП и общается с персональным компьютером по последовательному каналу. Микроконтроллер имеет возможность программирования внешним программатором. Для предотвращения ошибок передачи данных планируется использовать контроль чётности. Преобразователь уровней необходим для согласования логических уровней напряжения микроконтроллера в напряжения последовательного порта. Для питания всего вольтметра используется стабилизированный источник питания. Напряжение питания последовательного порта имеет низкую нагрузочную способность, поэтому питание на все микросхемы следует подавать отдельно.

Комплект сменных модулей предназначен для преобразования измеряемой величины в напряжение, необходимое для работы устройства. В качестве сменных устройств планируется использовать делитель напряжения и измеритель сопротивления. Многофункциональность комплекса во многом определяется сменными согласующими устройствами.

Программная часть состоит из различных по назначению программ. Возможности ПО могут варьироваться в зависимости от вида измерения (построение диаграммы направленности, изучение резонансной кривой). Недостающие данные (расстояния, углы) могут быть введены вручную или заданы в виде шага измерений. В программном обеспечении так же будет предусмотрена возможность накопления и хранения измеренных ранее данных.

Существующие генераторы СВЧ имеют недостатки, связанные с нестабильностью частоты. Для уменьшения влияния нестабильности на результаты измерений необходимо ввести возможность статистического анализа результатов и сглаживания.

Последовательность работы с комплексом представлена на рис. 3. В обработку результатов входят статистическая обработка, построение графических зависимостей, расчёт параметров и др. Сохранение производится в специальную базу данных, куда входит массив измеренных величин и параметры измерения.

Для возможности сравнения в программное обеспечение будут добавлены теоретические зависимости для различных видов объектов измерения.





Рис. 3. Последовательность проведения измерений


С помощью данного комплекса можно провести следующие исследования:

1. Экспериментальное определение элементов волновой матрицы рассеяния исследуемых материалов.

2. Исследование малогабаритных резонансных излучателей и резонаторов, используемых в измерительных ячейках.

Возможности комплекса могут быть расширены добавлением дополнительных модулей и доработкой программного обеспечения.

Измерительный комплекс может использоваться для проведения лабораторных работ по дисциплине «Техническая электродинамика». Возможность накопления данных для различных экспериментов может быть использована в дистанционном образовании и контроля правильности выполнения эксперимента.


Список литературы:

1. Львов А.А. Методология повышения точности СВЧ измерителей на основе статистического анализа нелинейных моделей/ А. А. Львов. Саратов, 2002.- 36 с.

2. Мирский Г. Я. Электронные измерения: 4-е изд., перераб. и доп./ Г.Я. Мирский. М.: «Радио и связь», 1986. - 440 с.


Кафедра «Конструирование радиоэлектронных

и микропроцессорных систем»


Ольшанский Д. С.

(Научный руководитель – к.т.н., доц. Орлов В. В.)


ПРИМЕНЕНИЕ UML В ПРОЕКТИРОВАНИИ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ


Язык UML представляет собой общецелевой язык визуального моделирова­ния, который разработан для спецификации, визуализации, проектирования и документирования компонентов программного обеспечения, бизнес-процессов и других систем. Являясь простым и мощным средством моделирования, UML может быть эффективно использован для построения концептуальных, логических и графических моделей сложных систем самого различного целевого назначения [1]. Применение UML для проектирования микропроцессорных систем (МПС) позволяет значительно упростить процесс разработки программного обеспечения и представления документации в унифицированном виде.

Ниже рассматривается использование языка UML в задаче проектирования МПС управления сушкой. Для проектирования использовалась среда разработки Rational Rose. К проектируемой системе предъявляются следующие требования:

- одновременное, независимое управление процессом сушки по двум - каналам, соответствующим сушильным камерам;

- регулировка температурного режима и влажности;

- управление системой внутренней вентиляции;

- обеспечение сбора данных в процессе сушки;

- связь с ПК для сохранения данных и управления процессом сушки.

На сегодняшний день серийно выпускаемые микропроцессорные устройства не предназначены для выполнения подобных задач, а их адаптация к технологическому оборудованию влечет за собой большие финансовые расходы.

Данное микропроцессорное устройство в сопряжении с чувствительными датчиками и электротехническим оборудованием позволяет получить полноценную установку для сушки любого материала. Во время работы устройство полностью автономно и не требует постороннего контроля до завершения процесса сушки.

В языке UML модель проектируемой МПС описывается с помощью диаграмм [2, 3]. Применительно к задачам проектирования микропроцессорных систем управления из восьми возможных диаграмм наибольший интерес представляют диаграммы состояний и развертывания.

Диаграмма состояний, представленная на рис. 1, описывает возможные последовательности состояний и переходов, которые в совокупности характеризуют поведение элемента модели в течение его жизненного цикла.


После включения устройство находится в состоянии ожидания. Длительным нажатием кнопки «меню» можно перейти в меню установки дополнительных параметров. В этом меню выбирается программа управления из заранее сохраненных, устанавливаются параметры соединения с ПК и параметры сбора и отправки данных о ходе процесса сушки. Также устанавливается конфигурация оборудования в сушильной камере. Т.е. если производится сушка материала, для которого не критичен уровень влажности, то управление вытяжкой можно отключить.


следующая страница >>