Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование микропроцессорных систем. Учебное пособие
.pdf
Arduino Mega 2560 может быть использована в различных проектах,
таких как управление роботами, системы автоматизации, датчики и многое
другое. Она также может быть использована в качестве платформы для
обучения программированию и электронике.
В таблице 13 представлена сравнительная характеристика трех наиболее
популярных микропроцессорных модулей.
Таблица 13 – Сравнительная характеристика микропроцессорных
модулей
Выбор модуля осуществляется в соответствии с поставленными задачами
при проектировании микропроцессорной системы.
31
3 Порядок проектирования микропроцессорной системы
3.1 Основные этапы проектирования
Этапы проектирования включают следующие:
− формирование технических требований к разрабатываемой
микропроцессорной системе;
− обзор и анализ аналогов разрабатываемой системы с целью
выявления существующих решений поставленных задач, анализа их
преимуществ и недостатков, формирования представления о современных
используемых аппаратных и программных средств;
− разработка алгоритма функционирования микропроцессорной
системы, в качестве которого может выступать словесное описание порядка
работы проектируемой системы, для лучшего понимания в последующем о том,
какие модули и элементы должны входить в состав системы для выполнения
предполагаемых функций;
− определение функций проектируемой системы с целью более
подробного формирования перечня функций, систематизирования этих
функций по таким видам, как измерение параметров, сбор и анализ данных,
функции управляющих сигналов, функции исполнительных механизмов;
− построение структурной схемы, в которой приводятся все
аппаратные модули, которые должны выполнять поставленные задачи
проектируемой микропроцессорной системы, их взаимосвязь между собой,
имеется ввиду обобщенная структурная схема;
− распределение задач и функций между аппаратной и программной
частью микропроцессорной системы, для обеспечения заданного
быстродействия системы;
− тестирование и отладка аппаратно-программной модели, которое
осуществляется в специальной программной среде моделирования
микропроцессорных устройств;
32
− создание прототипа микропроцессорной системы, которое включает
в себя выбор и расчет всех модулей системы, сборку и отладку прототипа.
На рисунке 7 представлена схема этапов проектирования МПС.
Рисунок 7 - Схема этапов проектирования МПС
33
3.2 Определение требований к проектируемой МПС
Целью разработки проектируемой МПС является повышение
быстродействия и точности процесса сбора и обработки информации с
датчиков и отображение результатов работы системы, а также в зависимости от
поставленных задач организация проводной или беспроводной передачи
параметров на компьютер пользователя или любое другое клиентское
устройство [15].
При определении требований к проектируемой микропроцессорной
системе необходимо учитывать следующие:
1. Обеспечение требуемых показателей надежности: время
бесперебойной работы, быстрое восстановление системы после возможных
сбоев программного и аппаратного обеспечения.
2. Заданные значения погрешностей измерения показателей системы
таких, как температура, влажность, освещенность, загазованность, давление
жидкости, уровень жидкости и другие.
3. Возможность дистанционного мониторинга показателей системы по
различным каналам связи.
4. Гибкость и расширяемость, что подразумевает возможность добавлять
новые устройства и функции, а также интегрироваться с другими системами
управления и мониторинга.
5. Система электропитания. Возможны различные варианты, либо
электропитание от компьютера, либо от источника электропитания,
преобразующего напряжение сети в заданные уровни в соответствии с
техническими характеристиками аппаратных средств системы.
Ко второй группе относятся требования, необходимые для работы МПС в
составе существующих аппаратных и программных средств. К ним можно
отнести:
– количество возможных входных каналов;
34
– формат вывода обработанных данных в графическом виде на экран
Характеристика
Параметр
Количество независимых аналоговых каналов
8
Максимальная частота аналогового входного
сигнала, при которой ССПОД не искажает данные
16 кГц
Максимальное время, необходимое для одного
цикла получения и обработки данных ССПОД
0,5 с
Интерфейс сопряжения с ПК
USB 1.0 – 2.0
Протокол сопряжения с ПК
HID
Температурный диапазон
0 – 20 0C
Необходимые дополнительные программные
средства
Microsoft Windows XP/7
Необходимые дополнительные аппаратные
средства
Радиоприемники ФМ
диапазона, ПЭВМ
Форма вывода данных
График амплитуд частот
сигнала, файл
АРМ оператора;
– достоверное преобразование сигнала требуемой частоты;
– доступный универсальный интерфейс сопряжения с ПК;
– бесперебойная работа при определенных температурных условиях;
– максимально допустимое энергопотребление;
– необходимость дополнительных программных или аппаратных средств
для функционирования МПС;
– компактность системы;
– максимальное время, необходимое для одного цикла получения и
обработки данных [17].
В качестве примера в таблице 14 и 15 представлены требования к
прототипу микропроцессорной системы мониторинга параметров
радиовещания (ССПОД) и системы дистанционного контроля микроклимата
теплицы [25].
Таблица 14 – Требования к ССПОД
35
Таблица 15 - Требования к прототипу МПС дистанционного контроля
микроклимата теплицы
Формирование технических требований к проектируемой системе
позволяет осуществить правильный выбор аппаратного обеспечения системы и
разработать оптимальную программу управления микроконтроллером.
36
3.3 Обзор аналогов проектируемой МПС
Важным этапом проектирования микропроцессорных систем является
проведение обзора и анализа аналогов разрабатываемой системы. Это дает
представление о том, какие существуют системы, каким образом в них
реализованы поставленные задачи, какие используются аппаратные и
программные средства и какие результаты получены в контексте выполнения
запланированных функций.
В качестве примера рассмотрим задачу разработки микропроцессорной
системы мониторинга состояния процесса радиовещания и как проводился
обзор аналогов для этой задачи. Были рассмотрены три системы: Система
мониторинга теле- и радиовещания «ПАК ТВ РВ»; Система автоматизации и
контроля процессов радиовещания SYNADYN Media Monitoring; Система
сбора данных и коммутации AgilentTechnologies 34970A. В процессе обзора
были проанализированы структурные схемы, технические параметры,
аппаратные модули и программные решения.
Система мониторинга теле- и радиовещания «ПАК ТВ РВ»предназначена
для автоматизации технологических процедур повседневного
радиомониторинга состояния телевизионного вещания (ТВ), радиовещания
(РВ) в заданном территориальном районе (страна, федеральный округ, субъект
РФ, удаленные населенные пункты и др.).
Система так же может быть использована для мониторинга полос частот
и других радиослужб (в полосе частот поставляемого радиоприемного
устройства) в автоматическом режиме [8].
Система обеспечивает:
– контроль наличия сигнала и оценку технических параметров
излучаемого сигнала на заданных номиналах частот ТВ и РВ с использованием
программно-аппаратных комплексов мониторинга ТВ и РВ вещания (далее
ПАК ТВ РВ);
37
– сбор данных о результатах контроля состояния телевизионного
вещания и радиовещания в единую базу данных (сервер) с ПАК ТВ РВ;
– визуализацию информации о состоянии ТВ и РВ вещания в
территориальном районе;
– формирование информационных сообщений оператору при выявлении
фактов прекращения (отсутствия) ТВ и РВ вещания;
– формирования информационных сообщений об отсутствии связи с
ПАК ТВ РВ;
– визуализацию информации о технических параметрах ТВ и РВ
сигналов;
– SMS уведомление оператора о возникновении аварийной ситуации
(прекращение вещания);
– формирование отчетов.
В состав системы входят [8]:
– сервер сбора и обработки данных с доступом в сеть Интернет;
– обслуживаемые и (или) необслуживаемые программно-аппаратные
комплексы контроля телевизионного и радиовещания (ПАК ТВ РВ);
– комплект СПО системы.
СПО системы включает следующие подсистемы [8]:
– подсистему администрирования;
– подсистему постановки задач контроля ТВ и РВ вещания
(конфигурации ПАК ТВ и РВ);
– службу сбора и обработки данных;
– аналитическую подсистему (подсистему ситуационного центра);
– подсистемы радио контроля, включающую обслуживаемые и (или)
необслуживаемые программно-аппаратные комплексы контроля
телевизионного и радиовещания (ПАК ТВ РВ).
На рисунке 8 представлена структурная схема системы мониторинга
состояния телевизионного и радио вещания ПАК ТВ РВ [8].
38
Рисунок 8 – Структурная схема ПАК ТВ РВ
Достоинства необслуживаемого ПАК ТВ и РВ:
– возможность применения на открытом воздухе (опоры передающих
антенн, чердачные помещения и др.), не требуется аренда помещений;
– передача данных по каналам связи сетей GSM/UMTS, не требуется
аренда проводных каналов связи;
– не требуется метрологическая поверка оборудования, так как
оборудование относится к категории "индикаторного";
– антивандальный, герметизированный металлический корпус.
Таким же образом исследовались и другие два аналога. В результате была
составлены таблица сравнительного анализа аналогов, представленная в
таблице 16.
39
Таблица 16 – Сравнительный анализ аналогов систем сбора данных
Характерисики
ПАК ТВ РВ
Agilent
Technologies
34970A
SYNADYN Media
Software
Тип ССПОД
Мультиплекс.
Мультиплекс.
Мультиплекс.
Кол-во каналов
2
20
1 ПК – 2 кан.
Макс. частота
дискретизации
40 кГц
20 мГц
Опред. тех. хар.
вуковой карты ПК
Макс. частота
входного
сигнала.
20 кГц
10 мГц
опред. тех. хар.
звуковой карты ПК
Макс. напряж.
входного
исгнала
2,5 В
300 В
2,5
Разрядность
8
8/16/22
опред. тех. хар.
звуковой карты ПК
Тип интерфейса
USB
RS-232
опред. тех. хар.
звуковой карты ПК
Напряжение
питания
9 – 27 В
220 В
220 В
Тип обработки
данных
Частотный
Амплитудный
Частотно/Амплитудный
После проведения сравнительного анализа делается вывод о
целесообразности разработки новой системы, как сделано в этом примере.
Таким образом, существует необходимость в разработке более дешевого
аналога системы сбора и предварительной обработки данных в реальном
времени для систем мониторинга процесса радиовещания, с требуемым
количеством каналов для входных сигналов, необходимой частотой
дискретизации АЦП и универсальным интерфейсом сопряжения с ПК.
3.4 Определение функций проектируемой МПС
Определение функций проектируемой микропроцессорной системы
необходим в частности для определения состава аппаратных модулей и
элементов системы. Все функции могут быть разбиты на функции измерения,
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]