Методическое пособие 805

УДК 621.37

Лабораторный комплекс «Универсальная программно-определяемая радиосистема»

,

1Канд. техн. наук, доцент

2Студент гр. РП-153, sivmikha@yandex.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

В данной работе объектом исследования является возможность построения универсальной программно-определяемой радиосистемы сравнительно малых размеров и широкими возможностями по выполнению. В процессе работы проводились экспериментальные исследования передачи сигналов программноопределяемым модулем микрокомпьютера Raspberry Pi модели 3B, подробно были изучены принципы передачи сигналов в широком частотном диапазоне, исследовались его максимальные возможности на базе технологии программноопределяемого радио. Эффективность комплекса определяется его малыми размерами, высоким быстродействием, точностью вычисления частоты работы источников сигналов.

Ключевые слова: лабораторный установка, система мониторинга, связь, прием, передача, радиоподавление.

Как база XX века послужила для разработок XXI, так и технология, о которой пойдет речь в данной работе, появилась в результате хорошо изученных и активно используемых методов передачи и приема радиоволн. Речь идет об SDR (Software-defined radio – программно-определяемом радио), которая включает в себя как привычное использование радиоволн, так и новые технологии, а также способы обработки радиосигналов, позволившие выйти на новый уровень качества и визуализации итоговых результатов. Она позволяет организовать достаточно мощную радиоэлектронную систему широкого спектра применения за счет разработки специального программного обеспечения для нее и, что особенно важно, при минимальных затратах на аппаратную часть, никоим образом не ухудшая технические характеристики разрабатываемой РЭС. В данной работе будет рассмотрено построение универсальной программноопределяемой радиосистемы для комплекса «УПОР».

Изделие имеет возможность выполнять следующие требуемые задачи как автономно, так и в составе дополнительных единиц комплекса: обеспечение автономного электропитания при работе всех составных частей комплекса; минимальное потребление электроэнергии составными частями комплекса при использовании автономных источников электропитания; широкий частотный диапазон работы радиоприемных и радиопередающих устройств всех составных частей комплекса, возможность мониторинга в радиочастотном эфире сра-

150

зу нескольких источников радиоизлучения; проведение анализа принимаемых радиосигналов сразу от нескольких источников радиоизлучения, исследование различных современных протоколов цифровой связи; мощные вычислительные возможности (аппаратная составляющая) составных частей анализа для обеспечения минимального времени обработки принимаемых радиосигналов; использование нескольких антенно-фидерных систем (далее – АФС) для организации работы комплекса в различных радиочастотных диапазонах (ДВ, СВ, КВ, УКВ).

На рис. 1 представлена общая структурная схема комплекса «УПОР».

Рис. 1

Далее были проведены лабораторные испытания комплекса. На рис. 2 представлен общий внешний вид прототипа лабораторного комплекса «УПОР».

Рис. 2

Произвели поиск и в результате были найденные требуемые нам станции в количестве трех штук (рис. 3). Источники работают на частотах 98.1 МГц, 99.1 МГц и 99.5 МГц с хорошим качеством стерео звучания.

Рис. 3. Найденные вещательные станции гражданского FM диапазона

На рис. 4 представлен процесс подавления. Видим, что ширина спектра сигнала, обеспечивающего подавление работающих источников радиосигналов,

151

около 1300 кГц. Однако, это не предел, и заметим, что в ходе проведения в дальнейшем дополнительных исследований для модернизации прототипа и комплекса «УПОР» в целом в будущем, это значение будет увеличено.

Рис. 4 Проведенные исследования в пределах лаборатории показали, что ком-

плекс «УПОР» удовлетворяет поставленным задачам. Интерфейс программного обеспечения интуитивно понятен и прост. Данный комплекс имеет возможность модернизации и дальнейшего аппаратного и программного обеспечения.

Разработанный лабораторный комплекс показал высокую эффективность при изучении и исследовании студентами принципов работы программноопределяемого радио, отличия современного подхода к построению радиоприемных и радиопередающих устройств от классического.

Литература

1.Бойко О. В., Журавлев Д. В., Сафонов И. А. Исследование возможности построения системы мониторинга 2G-5G сетей на основе коммерческой SDR платформы / Бойко О.В. // RLNC 2018 «Радиолокация, навигация, связь»: материалы XХIV междунар. науч.-техн. конф. в 5-ти томах,

Воронеж. 2018, - Т. 5, – С. 37-45;

2.Robert W. Stewart, Kenneth W. Barlee, Dale S. W. Atkinson, Louise H.

Crockett «Software Defined Radio using MATLAB® & Simulink® and the RTL-

SDR» / Department of Electronic and Electrical Engineering University of Strathclyde Glasgow, Scotland, UK, 1st Edition (revised).

152

УДК 49.43.29

Лабораторный стенд по изучению оптимального приема сигнала

К.А. Рымова1, Я.Р. Селенин1, А.В. Володько2 1Студенты гр. РП-151, rymova_ks@mail.ru

2Канд. техн. наук, доцент, zavlabvgtu@rambler.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Разработан лабораторный стенд «Оптимальный приемник сигналов линейной частотной модуляции (ЛЧМ) и фазоманипулированных (ФМн) сигналов последовательности Баркера».

Ключевые слова: оптимальный прием, согласованный фильтр, ЛЧМсигнал, ФМн-сигнал.

Лабораторный стенд предназначенный для проведения лабораторнопрактических занятий дисциплин, связанных с техникой оптимального приема радиосигналов. Отличительной особенностью стенда является применение цифровых методов формирования и обработки сигнала.

Для проведения цикла лабораторных работ необходим только один внешний измерительный прибор – осциллограф. Встроенный аналоговый Генератор Шума позволяет оценить помехоустойчивость оптимальных методов приема. На оперативной панели стенда размещается клавиатура управления, интерактивный дисплей, регулятор уровня сигнала Генератора Шума, а также контакты для подключения осциллографа.

В основе стенда лежит плата с процессором STM32-DISCOVERY, который нацелен на изучение возможностей по обработке сигналов. Учитывая его высокую вычислительную мощность, плата может стать весьма серьезной системой сбора и обработки данных.

На рис. 1. приведена функциональная схема устройства.

Рис. 1. Функциональная схема устройства

Она включает в себя следующие элементы:

153

-Собственно изделие, выделенное пунктирной линией (регистрирующее устройство (РУ) не входит в его состав).

-Перестраиваемый генератор сложных сигналов (ГС), который имеет задачу формирования сигнала нужной частоты, длительности и формы. Генератор должен формировать сигналы двух видов: ЛЧМ-импульсы и ФМ-импульсы, модулируемые кодами Баркера.

-Генератор шума (ГШ), необходимый для создания шум, по своим свойствам близкий к белому.

-Сумматор, производящий операцию сложения полезного сигнала с шумом и обеспечивает передачу полученной смеси на вход согласованного фильтра (СФ).

-Согласованный фильтр, должен иметь возможность перестройки своих параметров для согласования их с текущим сигналом генератора сигналов

(ГС).

-Устройство индикации (УИ), предназначенное для отображения текущих параметров устройства.

-Устройство управления (УУ), осуществляющее управление соответствующими параметрами генератора сигналов, согласованного фильтра и устройства индикации.

-Регистрирующего устройства (чаще всего его роль выполняет либо осциллограф, либо спектроанализатор, либо вольтметр).

Рис. 2. Внешний вид разработанного устройства оптимального приема (на переднем плане) с подключенным осциллографом – регистратором

(на заднем плане)

154

С помощью устройства можно задавать один ЛЧМ-сигнал или более, при этом наблюдать успешную максимизацию параметра сигнал/шум после прохождения им согласованного фильтра.

Также предусмотрена возможность работы с фазоманипулированным кодом Баркера сигналом, порядок которого можно установить самостоятельно. Использование именно кода Баркера обусловлено его хорошей автокорреляционной функцией.

Все это позволяет на практике оценить работу различных оптимальных фильтров. Проведенное исследование рынка подобных устройств не выявило аналогов. В связи с этим фактом, а также обстоятельством весьма ограниченного рынка учебного оборудования в России, разработка стенда по исследованию оптимального приема сигнала является очень перспективным направлением.

Литература

1. Цифровая обработка сигналов / А. Б. Сергиенко — СПб.: Питер, 2002.

— 608 с.: ил.

2. Айфичер, Эммануил С., Джервис, Барри У. Цифровая обработка сигналов: практический подход, 2-е издание. :Пер. с англ. — М.: Издательский дом "Вильямс 2004. — 992 с. : ил. — Парал. тит. англ.

4. Основы цифровой обработки сигналов: Курс лекций / Авторы: А. И. Солонина, Д. А. Улахович, С. М. Арбузов, Е. Б. Соловьева / Изд. 2-е испр. и перераб. — СПб.: БХВ-Петербург, 2005. — 768 с.: ил.

155

УДК 681.3

Метеостанция

А.М. Новожилов1, Д.О. Лялин2, В.А. Кондусов3 1Студент гр.РТ-161, inkpack@yandex.ru 2Студент гр.РТ-161, lyalin.denis@mail.ru

3Канд. физ.-мат. наук, доцент, kva.vrn@mail.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Разработано устройство, позволяющее собирать информацию об окружающей среде с различных датчиков, таких как: датчик температуры наружный и внутренний, датчик давления, датчик влажности.

Ключевые слова: датчики температуры, влажности, давления.

Разработанное устройство (рис. 1) позволяет пользователю оперативно собирать информацию об окружающей среде с различных датчиков, таких как: датчик наружной температуры, внутренний датчик температуры и давления, внутренний датчик температуры и влажности. Оно имеет малые габариты и эргономично расположенные элементы управления.

В качестве аппарата вывода информации используется OLED-дисплей с разрешением 128x64 пикселя (рис. 2). Это графический дисплей, каждый пиксель которого является отдельным OLED (organic light-emitting diode) светодиодом. Дисплей не нуждается в подсветке, значит черный цвет - действительно чёрный (не светится в темноте), а использование органических светодиодов позволило достичь угла обзора более 160° и значительно снизить энергопотребление. Так же стоит отметить высокую контрастность и небольшие размеры дисплея - всего 0.96 дюйма. Всё это позволяет сказать, что OLED-дисплей является одним из лучших дисплеев.

Устройство позволяет при необходимости быстро измерять показания:

156

- о наружной температуре с использованием емкостного датчика температуры ds18b20 (рис. 3). Находящийся внутри чип может выполнять аналогоцифровые преобразования и выдавать цифровой сигнал, который считывается посредством микроконтроллера. Диапазон измеряемой температуры от -55 °C

до + 125°C с точностью +/- 0.5°C ;

- о внутренней температуре и давлении с использованием датчика bmp180 (рис. 4). Характеристики датчика таковы: диапазон измеряемых значений: от 300 гПа до 1100 гПа (от -500м от +9000м над уровнем моря);

уровень шума: 0.06 гПа (0.5м) в грубом режиме (ultra low power mode) и 0.02 гПа (0.17м) а режиме максимального разрешения (advanced resolution mode).;

- о внутренней влажности (рис. 5) с использованием датчика dht11,

Характеристики датчика: Потребляемый ток – 2,5 мА (максимальное значение при преобразовании данных);

Измеряет влажность в диапазоне от 20 % до 80 %. Погрешность может составлять до 5%;

Применяется при измерении температуры в интервале от 0 до 50 градусов (точность – 2 %)

Габаритные размеры: 15,5 мм длина; 12 мм широта; 5,5 мм высота;

Питание – от 3 до 5 Вольт;

Одно измерение в единицу времени (секунду). То есть частота составляет 1 Гц;

4 коннектора. Между соседними расстояние в 0,1 ”. ;

Рис. 5

157

В качестве основы проекта использован модуль Arduino (рис. 6) , включающий плату с микроконтроллером снабжённым минимально необходимым набором обвязки, включающей стабилизатор питания, кварцевый резонатор, цепочки сброса и др. Программная часть состоит из бесплатной программной оболочки (IDE) для написания программ, их компиляции и программирования аппаратуры. Arduino-совместимые платы спроектированы таким образом, чтобы их можно было при необходимости расширять, добавляя в устройство новые компоненты.

Информация удобно и наглядно считывается на дисплее (рис. 7). Слева температура, справа давление снизу и влажность сверху.

Литература

1. Соммер У. Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino: Пер. с нем. — 2-е изд., перераб. и доп. — СПб.: БХВПетербург, 2016. —256 с.: ил. — (Электроника)

158

УДК 658.14/.17

Методика оценки эффективности деятельности предприятия

Е.А. Власова1, И.В. Логунова2 1Студент гр. ЭУмз-21, elenka_pominova@mail.ru 2 Канд. экон. наук, доцент, logunova_012@mail.ru

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

В условиях цифровой трансформации экономики вопросы оценки эффективности деятельности предприятия являются особенно актуальными. Имеющиеся классические подходы и методики не в полной мере способствуют решению задач оценки эффективности с учетом новых тенденций развития. В связи с этим необходимо формирование принципиально нового подхода к оценке эффективности и разработка соответствующей методики, учитывающей цифровые тренды.

Ключевые слова: эффективность деятельности предприятия, оценка эффективности, критерии эффективности, анализ деятельности предприятия, финансовый анализ

Цифровизация экономики выдвигает новые требования к организации и управлению предприятиями. Если предприятия хотят выжить или, тем более, развиваться, менеджмент обязан позаботиться о формировании новой системы управления, в которой главный приоритет – это обеспечение эффективного функционирования. Выбор методики оценки эффективности является определяющим для объективного анализа всех направлений деятельности предприятия. Только с помощью комплексного анализа можно получить полную информацию о состоянии предприятия по разным бизнес-процессам.

Как считают многие ученые и практики современного менеджмента, в огромном потенциале нового экономического уклада изначально заложено повышение эффективности и рост производительности труда. Внутренними факторами потенциального роста предприятия могут быть стратегия развития, компетентность менеджмента и сотрудников, эффективное распределение ресурсов и др. Внешние факторы также влияют на цифровую трансформацию предприятия: уровень конкуренции, доступность цифровых технологий и финансовых ресурсов, особенности трудового законодательства, налоговые льготы и др.

В системе управления цифровым предприятием понятие эффективности деятельности предприятия является ключевым, т.к. напрямую связано с определением достижения поставленных целей. Именно с помощью показателей экономической эффективности можно определить уровень развития предприятия и состояния всех его бизнес-процессов. При этом эффективность деятельности предприятия определяется как его способность предприятия в долгосрочной и краткосрочной перспективе обеспечивать высокую и увеличиваю-

159