EjgIU2M2vi

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

______________________________________

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

______________________________________

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СРЕДСТВ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Методические указания к выполнению междисциплинарного проекта

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2015

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОГО ПРОЕКТА

Настоящие методические указания предназначены для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению подготовки «Приборостроение» (профиль «Информационно-измерительная техника и технологии»).

В соответствии с учебным планом № 156 междисциплинарный проект выполняется студентами в восьмом семестре на базе ранее изученных и изучаемых в текущем семестре дисциплин. Целью междисциплинарного проекта является приобретение навыков по систематизации и интеграции приобретенных знаний [1].

Задачами междисциплинарного проекта являются:

−формирование у студента способности проводить обзор и обоснование выбора путей решения поставленной задачи на основе знаний, полученных в смежных областях науки и техники;

−формирование способности применения знаний, умений и навыков, полученных в смежных дисциплинах, для анализа и (или) синтеза предложенных решений.

Тема междисциплинарного проекта должна представлять собой современную техническую задачу, основанную на нескольких дисциплинах учебного плана подготовки бакалавров по направлению «Приборостроение» (профиль «информационно-измерительная техника и технологии»), причем одна-две дисциплины должны быть из перечня общих обязательных дисциплин в соответствии с федеральным государственным образовательным

стандартом, а две-три − из так называемых вариативных дисциплин и дисциплин профиля.

3

2. ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ДИСЦИПЛИН УЧЕБНОГО ПЛАНА

Выполнение междисциплинарного проекта предусматривает знание нижеперечисленных дисциплин, которые были изучены ранее или изучаются в восьмом семестре.

Метрология. Рассматриваются основные понятия и определения в метрологии, виды и методы измерений, погрешности измерений и обработка результатов измерений; изучаются принципы действия аналоговых и цифровых средств измерений, процедуры нормирования метрологических характеристик средств измерений.

Информатика. В рамках дисциплины студенты знакомятся с основными понятиями об информации, информационных системах и о технологиях; изучают вопросы представления информации в ЭВМ и основные алгоритмы решения задач на ЭВМ; знакомятся с программным обеспечением ЭВМ, базами данных, компьютерными сетями; изучают основы защиты информации.

Преобразование измерительных сигналов. Рассматриваются вопросы математического описания измерительных сигналов во временно́й и в частотной областях; оцениваются погрешности математических моделей сигналов и погрешность воспроизведения сигналов на выходе линейных измерительных цепей.

Измерительные преобразователи. Дисциплина обеспечивает подго-

товку специалистов в области измерений неэлектрических величин; рассматриваются характеристики измерительных преобразователей неэлектрических величин, параметрические и генераторные преобразователи, а также средства измерений неэлектрических величин.

Аналоговые измерительные устройства. Рассматриваются характери-

стики аналоговых измерительных устройств, которые широко применяются в практике измерений. Основное внимание уделяется вопросам проектирования различных аналоговых приборов, погрешностям и методам их применения.

Цифровые измерительные устройства. Дисциплина обеспечивает под-

готовку специалистов по цифровой измерительной технике; рассматриваются основные методы аналого-цифрового преобразования, метрологические характеристики цифровых измерительных устройств и пути их улучшения.

Теоретические основы информационно-измерительных технологий.

Рассматриваются вопросы дискретизации и восстановления, модуляции и демодуляции измерительных сигналов; анализируются причины погрешно-

4

стей при этих процедурах; изучаются основные методы обработки результатов измерений при наличии случайных погрешностей.

Микропроцессорные устройства в ИИТ. Дисциплина посвящена изу-

чению принципов структурной организации микропроцессоров и микроконтроллеров; рассматриваются вопросы проектирования измерительных каналов, в которых используются микроконтроллеры.

Возможно также использование в междисциплинарном проекте знаний, полученных в процессе изучения и других дисциплин.

3.КОМПЕТЕНЦИИ, ВЫРАБАТЫВАЕМЫЕ

ВПРОЦЕССЕ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Впроцессе проектирования студент должен приобрести и упрочить следующие компетенции.

Общекультурные компетенции:

−способность к общению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения, владение культурой мышления;

−способность логически верно, аргументированно и ясно строить устную и письменную речь, создавать тексты профессионального назначения;

−способность применять основные методы, способы и средства получения, хранения, переработки информации, навыки работы с компьютером как средством управления информацией.

Профессиональные компетенции:

−способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;

−способность проводить исследования, обрабатывать и представлять экспериментальные данные;

−способность рассчитывать и проектировать элементы и устройства, основанные на различных физических принципах действия;

−способность к анализу технического задания и задач проектирования приборов на основе изучения технической литературы и патентных источников;

−способность участвовать в разработке функциональных и структурных схем приборов;

5

−готовность проектировать и конструировать типовые детали и узлы с использованием стандартных средств компьютерного проектирования;

−способность разрабатывать программы и их блоки, проводить их отладку и настройку для решения отдельных задач приборостроения;

−способность проводить измерения и исследования по заданной методике с выбором средств измерений и обработкой результатов.

4. ВЫБОР ТЕМЫ И СОСТАВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ НА МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЙ ПРОЕКТ

В техническом задании (прил. 1) на проектирование, которое студент получает от руководителя, отражаются следующие вопросы:

1.Перечень дисциплин учебного плана, на основе которых должен выполняться проект.

2.Наименование разрабатываемого устройства и (или) программного обеспечения этого устройства.

3.Технические характеристики проектируемого устройства и (или) программного обеспечения (число каналов, динамический и частотный диапазоны входных сигналов и т. п.).

4.Метрологические характеристики разрабатываемого устройства.

5.Требования по разработке проектной (конструкторской) документации.

6.Список рекомендуемой литературы.

5.ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ПРОЕКТА

Междисциплинарный проект должен состоять из пояснительной записки и проектной (конструкторской) документации.

Проект выполняется в соответствии с индивидуальным заданием. При выдаче задания студенту назначается срок сдачи проекта на проверку. Срок защиты проекта назначается после проверки его преподавателем. При необходимости проект возвращается на доработку, причем возврат может быть и неоднократным.

Результаты проекта представляются в пояснительной записке, которая должна содержать:

∙титульный лист (прил. 2);

∙оглавление;

∙индивидуальное задание на выполнение междисциплинарного проекта;

6

∙основную часть;

∙список литературы;

∙приложения.

Основная часть должна содержать:

−введение, в котором излагается цель выполнения проекта;

−разделы, в которых приводится подробное обоснование принятой методики решения поставленной задачи, описания процесса решения с приведением необходимого иллюстративного материала (структурные схемы, графики, таблицы), а также анализ результатов и выводы;

−заключение, в котором подводится итог проводимого исследования. В приложения могут быть помещены проектная (конструкторская) до-

кументация и распечатки расчетных программ. Примерный объем пояснительной записки 20 – 30 с.

Проект представляется на проверку в виде распечатки на белой бумаге формата А4 (210х297 мм) на лазерном струйном принтере. Текст пояснительной записки располагается на одной стороне листа.

Рекомендуется выставлять следующие размеры полей: верхнее – 2,5; нижнее – 2,5; левое – 2,5; правое – 2,0 см.

Текст рекомендуется печатать шрифтом «Times New Roman» (14 pt) через 1,5 интервала. Обязательна автоматическая расстановка переносов.

Ссылки на формулы и таблицы даются в круглых прямых скобках, ссылки на литературные источники – в квадратных прямых скобках.

Обозначения математических и физических величин, используемые и в формулах, и в основном тексте, должны быть идентичны по начертанию и размеру.

Иллюстрации должны быть расположены на ближайшей странице от ссылки на них. Нумерация иллюстрации может быть сквозной (через весь проект) или индексационной поглавно. Необходимо соблюдение общего правила представления иллюстративного материала для всего текста проекта: либо тематические подрисуночные подписи выполняются для всех рисунков, либо они отсутствуют вовсе (приводится только нумерационные).

Система нумерации таблиц может быть сквозной (через весь проект) или индексационной поглавно. Если таблица в тексте проекта единственная, то ее не нумеруют. Размер шрифта в таблицах не менее 10 pt.

7

Нумерация используется только для тех формул, на которые делаются ссылки в тексте, причем нумерация может быть сквозной (через весь проект) или индексационной поглавно. Номера формул заключаются в круглые скобки и выравниваются по правому краю печатного листа.

Библиографический список открывается заголовком «Список литературы». Далее следуют пронумерованные источники, на которые должны быть сделаны ссылки в тексте. Список литературы составляется в той последовательности, в которой в тексте даются ссылки на указанные источники. Помещать в список литературы источники, ссылки на которые отсутствуют в тексте, недопустимо. Номера страниц проставляются по центру внизу страницы. Титульный лист является первой страницей и не нумеруется. Следующая за ним страница имеет номер 2.

В состав проектной (конструкторской) документации входят различные схемы: структурные, функциональные, принципиальные, а также схемы алгоритмов и программ и некоторые конструкторские чертежи (например, чертеж платы с расстановкой элементов или чертеж общего вида разработанного устройства).

На схемах независимо от их типа должны быть изображены основные (на принципиальных схемах все) функциональные части проектируемого устройства, информационные связи между ними, а также обеспечивающие функционирование устройства управляющие сигналы и условия.

При выполнении схем применяются следующие графические обозначе-

ния:

− условные графические обозначения (УГО), установленные в стандартах ЕСКД и построенные на их основе;

− упрощенные внешние очертания; − прямоугольники.

В двух последних случаях на схеме приводят соответствующие пояснения. УГО изображают в размерах, установленных в стандартах. Допускаются все обозначения пропорционально увеличивать или уменьшать. На схемах допускается размещать различные технические данные, характер которых определяется назначением схемы. Схемы с большим числом элементов должны сопровождаться их перечнем, выполненным на отдельных листах.

Чертеж графически описывает конструкцию разрабатываемого устройства и должен нести информацию о внешнем виде, размерах и об особенностях конструкции.

8

На проверку преподавателю законченный проект представляется в сшитом (сброшюрованном) виде. Скреплять страницы необходимо вдоль корешка.

Титульный лист пояснительной записки с пометками преподавателя сохраняется при всех повторных случаях сдачи проекта на проверку.

Исправления вносятся добавлением дополнительных листов в конец пояснительной записки. Внесение исправлений в уже проверенную часть проекта не допускается.

6. ПРИМЕРЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАНИЙ НА МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЙ ПРОЕКТ «ПРОЕКТИРОВАНИЕ СРЕДСТВ

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ»

1. Разработка измерительного канала на основе динамических ха-

рактеристик измерительного преобразователя.

1. Перечень дисциплин учебного плана, на основе которых выполняется проект:

∙Метрология.

∙Преобразование измерительных сигналов.

∙Измерительные преобразователи.

∙Аналоговые измерительные устройства.

∙Теоретические основы информационно-измерительных технологий.

2.Исходные данные для проектирования измерительного канала. Студенту предоставляются таблицы, содержащие результаты реальных экспериментальных данных реакции измерительных преобразователей на входное воздействие в виде единичного скачка. Студент самостоятельно определяет аналитическое описание этих реакций, выбирает по определенным критериям наилучшие и находит частотные характеристики измерительных преобразователей с указанием номинального коэффициента передачи и полосы частот. В зависимости от характеристик входных сигналов рассчитывается возможное число измерительных каналов.

3.Определение метрологических характеристик. После разработки структуры измерительного канал студент определяет метрологические характеристики канала при использовании равномерной и среднеквадратической метрик [2], [3].

4.Требования по разработке проектной (конструкторской) документации (см. ранее с. 8).

9

2. Универсальный цифровой частотомер.

1.Перечень дисциплин, на основе которых выполняется проект: ∙ Метрология.

∙ Цифровые измерительные устройства.

∙ Электроника в измерительных устройствах.

2.Исходные данные для проектирования цифрового частотомера:

∙диапазоны измерения частоты: 1, 10, 100 Гц, 1, 100 кГц, 1, 10 МГц;

∙входной сигнал − синусоидальный с амплитудами 1, 10 В и положительный импульс с амплитудами 1, 10 В;

∙входное сопротивление не менее 1 МОм;

∙метрологические характеристики разрабатываемого частотомера, определяемые погрешностями 0,001, 0,01, 0,1%.

3. Исходя из исходных данных выбор и обоснование данного выбора конкретного способа измерения частоты, обеспечивающего допустимое значение приведенной погрешности, для заданных диапазонов измерения частоты одним из ниже приведенных способов:

а) измерением периода с последующим вычислением частоты (частотомер мгновенного значения);

б) измерением среднего значения частоты за заданное время (частотомер среднего значения).

4. Разработка структурной схемы универсального частотомера на основе сочетания двух способов измерения частоты.

5. Проведение анализа методических и инструментальных составляющих погрешности универсального частотомера.

6. Исходя из анализа погрешностей определение требования к отдельным узлам структурной схемы универсального частотомера, а именно:

∙входному устройству;

∙генератору импульсов стабильной частоты;

∙делителю частоты;

∙генератору импульсов заданной длительности;

∙счетчику импульсов;

∙отсчетному устройству.

7. Требования к разработке проектной (конструкторской) документации. Разработка принципиальных схем 2-3 узлов универсального частотомера

(по заданию руководителя) на основе выбранной элементной базы [4].

10