1 Структурная организация

Разрабатываемая система предусматривает 2 типа контроллеров: ведущий и ведомый.

Особенностью разработки структуры МПУ на основе ОМК является наличие в составе любого типа контроллера функционально полного процессорного блока ПБ [1]

Структура ведущего контроллера представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема ведущего контроллера

Схема состоит из следующих элементов:

• ПБ выполняет основные функции по обработке и управлению;

• ОЗУД является местом хранения входных, выходных данных и промежуточных результатов;

• ПЗУК содержит программы обработки данных;

• РгИ обеспечивает индикацию состояния системы светодиодами;

• Сч предназначен для формирования частотно-временных сигналов;

• с помощью модуля UART осуществляется межпроцессорное взаимодействие;

• модуль SPI служит для отправки сообщений об ошибках на ПЭВМ;

• ПУ служат для преобразования уровней сигналов одного интерфейса в уровни сигналов другого интерфейса, в частности, между UART и RS-485. Это необходимо для обеспечения обмена информацией между множеством устройств по общей шине на большом расстоянии. Интерфейс RS-485 накладывает некоторые ограничения на способ передачи информации по UART: вместо дуплексного режима обмена используется полудуплексный с разделением времени.

Структура ведомого контроллера представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Структурная схема ведомого контроллера

Помимо элементов, входящих в состав ведущего контроллера, ведомый контроллер содержит следующие модули:

• EEPROM для хранения таблиц и констант, не изменяемых в процессе работы МПУ;

• ФП формирует период измеряемого сигнала;

• ГЭС используется для задания сигнала-образца при измерении частоты.

В ведомых ОМК применяется 16-разрядный СТ для обеспечения требуемой точности измерений. Для измерения частоты был использован метод мгновенного значения, поскольку он обеспечивает требуемое быстродействие для низкочастотных сигналов. Измеряемая частота F_x поступает на вход формирователя периода ФП и далее измеряется как временной интервал T_x [1]. Время измерения равно длительности периода. Величина погрешности дискретизации , связанной с возможностью потери одного импульса на измеряемом временном интервале, согласно заданию, не должна превышать 0,1%, отсюда можно вычислить частоту работы СТ, необходимую для измерений. Tx = 1/ *F_ЭТ, где F_ЭТ – частота импульсов от эталонного генератора ГЭС; F_ЭТ = F_xmax/ , где F_xmax – максимальная частота измеряемого сигнала [5]. Таким образом, частота на которую следует настроить СТ F_ЭТ = 500Гц/0,1% = 500КГц.

2 Алгоритмы обработки и управления

Согласно полученному заданию, в системе действует два типа ОМК, каждому из которых соответствует свой алгоритм.

2.1 Алгоритм работы ведущего омк

1. Отправка команды конфигурации всем ведомым ОМК по очереди;

2. запрос данных с ведомого ОМК

1. отправка команды запроса данных;

2. получение пакета с данными;

3. сравнение полученного значения со значением соседнего участка;

4. при отклонении более чем на 1% отправить на ПЭВМ код ошибки и включить соответствующий светодиод;

3. переход к следующему ведомому ОМК.

На рисунке 3 представлена обобщенная граф-схема алгоритма.

Для обмена информацией используются следующие форматы кадров:

1. кадр установки конфигурации имеет формат 0A NN 0C XXXX YYYY 0F;

2. кадр подтверждения конфигурации – 0A 00 0C 0F;

3. кадр запроса данных – 0A NN 0B 0F;

4. кадр данных – 0A 00 0D QQQQ 0F;

5. кадр недостоверности данных – 0A 00 0E 0F.

Код 0A обозначает начало кадра, следующий за ним байт содержит адрес получателя в двоично-десятичном коде (00 – адрес ведущего устройства, NN – адрес ведомого в пределах от 01 до 99). Третий байт кадра содержит код операции: 0С для кадров конфигурации, 0B для кадра запроса данных, 0D для кадра данных, 0E для кадра недостоверности. Код 0F является признаком конца кадра. Обозначениям XXXX и YYYY соответствуют передаваемые значения характеристики датчика A и B, а QQQQ – измеренное значение объемного расхода.

Рисунок 3 – Обобщенная граф-схема алгоритма ведущего ОМК

Подпрограмма отправки сообщений ведомым ОМК представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Подпрограмма отправки сообщений ведомым ОМК

Подпрограмма обработки сообщения, полученного от ведомого ОМК представлена на рисунке 5

Рисунок 5 – Подпрограмма обработки сообщений от ведомых ОМК

Подпрограмма обнаружения утечек в трубопроводе представлена на рисунке 6.

Использованные обозначения:

• idx – порядковый номер ведомого ОМК;

• ok – флаг отсутствия утечек;

• data – массив, содержащий измеренные значения;

• SENSORS – количество датчиков в системе.

Рисунок 6 – Подпрограмма обнаружения утечек в трубопроводе