Реферат.

     Даний документ є пояснювальною запискою, об'ємом 18 листів. У пояснювальній записці представлено 2 рисунків, використано 15 джерел інформації.  

      Ключові слова: ДАТЧИК, ДИСКРЕТНИЙ СИГНАЛ, АНАЛОГОВИЙ СИГНАЛ, АЦП, ЦАП, ПРОМИСЛОВИЙ ПК, ПРИЙОМ, ПЕРЕДАЧА.

      У даному курсовому проекті розроблено систему управління інкубатором.

     Розробка  виконана із врахуванням використання відповідних датчиків і пристроїв перетворення та візуалізації, що відповідають вимогам технічних умов та стандартів.  
 
 
 

      ЗМІСТ 
 
 

СПИСОК  УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ  І ПОЗНАЧЕНЬ

     ПрК – промисловий кмп’ютер, ПУ – пульт керування, УВ – пристрій візуалізації, СУ – погоджуючий пристрій, НУ – нормуючий підсилювач, ФП – функціональний перетворювач, ПГР – пристрій гальванічної розв’язки, УВХ – пристрій вибірки та зберігання, RG – регістр, АЦП – аналого-цифровий  перетворювач, ЦАП – цифро-аналоговий перетворювач, НУ – нормуючий підсилювач. 
 

ВСТУП

     Інкубація яєць - досить складний процес, що вимагає  спеціальних знань, серйозного і  вдумливого відношення до нього, акуратності  і точності в здійсненні всіх технологічних операцій, а також дорогої техніки.

     Основні проблеми, з якими доводиться стикатися, - підтримка оптимальної температури, вологості, вентиляція і своєчасне  перевертання яєць. Особливо сильно впливають  на розвиток ембріона відхилення від оптимальної температури повітря в інкубаторі. Доцільно контролювати температуру з погрішністю не більше 0,2 °С.

     Контроль  вологості повітря в інкубаторі також дуже важливий. У малогабаритних інкубаторах побутового призначення  вологість повітря підтримується за допомогою заповнених теплою водою ванн. Вода з них, випаровуючись, насищає повітря вологою. Про вологість повітря в інкубаторі судять за свідченнями сухого і вологого термометрів. За отриманими даними і психрометричою таблицею визначають відносну вологість повітря. Зазвичай її регулюють, відкриваючи велику або меншу частину поверхні води у ванні.

     Для розвитку ембріона необхідне свіже  повітря, яке не можна подавати безпосередньо  до інкубованих яєць. У обмеженій  кількості він через припливні  отвори поступає в інкубатор, нагрівається, перемішується вентилятором з теплим повітрям усередині інкубатора і лише потім доходить безпосередньо до місця розташування яєць. Дуже інтенсивна вентиляція приводить до великого випаровування вологи і усихання яєць.

     Яйця необхідно періодично перевертати щоб уникнути прірас-танія ембріона до шкаралупи. Крім того, це сприяє інтенсивному газообміну, розвитку кровоносної системи, поліпшенню живлення і, врешті-решт, підвищенню виводимості.

     При інкубації яєць слід строго стежити за справністю контрольних приладів, зокрема, за точністю свідчень сухого і вологого термометрів. Для останнього використовують тільки чисту дощову або дистильовану воду.  
 
 
 
 
 
 

1. Приведіть основні типи людино-машинного інтерфейсу

     Розвиток людино-машинних  систем  завжди  був орієнтований  на  спрощення  роботи  користувача  з  комп'ютером.  Людино-машинні  інтерфейси можна розбити на чотири класи:

     -  командний інтерфейс; 

     -   WIMP-интерфейс (Window-icon-menu-pointer, графічний інтерфейс);

     -M  SILK-интерфейс (Speech-image-language-knowledge, звуковий інтерфейс);

     -M  обмежений природно-язиковий інтерфейс. 

     Зараз  найбільш  поширеними  є  командний  і  графічний інтерфейс.

     Для  засобів  з  командним  інтерфейсом  підсистема  допомоги  є набором  текстових сторінок, що послідовно відображаються на екрані. Виклик цих сторінок зазвичай здійснюється за допомогою гарячих клавіш.

     Розвиненішу  систему  допомоги  мають  системи  з  WIMP-интерфейсом. У таких системах допомога користувачеві організовується як в контексті виконання  програми,  так і  у вигляді  окремої  довідкової  системи,  представленої  як гіпертекст. Контекстна допомога надається, як правило, з використанням графічного  курсора  або  контекстних  меню.  Це  дозволяє  оперативно  отримувати  довідку  про  призначення  тих  або  інших  елементів  управління  на  формі. Організація системи  допомоги  у вигляді окремої програми  припускає пошук за запитом і виведення розділів довідки.

     Останніми роками з появою операційної системи  Windows XP фірми Microsoft отримала  розвиток нова  концепція створення інтерфеса  користувача, відома  під назвою Microsoft  Inductive  User  Interface.  Раніше  «всі  елементи призначеного для користувача інтерфейсу були спроектовані так, щоб працювати з документом.  Тепер  же  основне  завдання  інтерфейсу  користувача  -  дати можливість планомірно і точно вирішити задачу». Це, по суті, якесь повернення до алгоритмічного підходу, але, можливо, на новому рівні. У Windows XP, наприклад,  вікно містить не тільки  поля  введення,  але і  інструкції,  яким чином працювати з цим вікном. 

     Всі вищеописані підходи володіють  одним істотним недоліком - системи  допомоги  пояснюють  призначення  різних  елементів,  зокрема  вікон, але  слабо,  дуже  розпливчато  описують  взаємозв'язки  між  ними,  а  крім того, не структуровано і не формалізований представляють можливі послідовності дій для реалізації конкретного завдання.

2.  Вбудована мова програмування CAMBASIC

     CAMBASIC - це версія для IBM РС широко використовуваного багатозадачного промислового BASIC фірми Octagon. Він схожий по синтаксису на QBASIC, але має спеціальні «промислові» команди, які роблять програмування ваших завдань швидким, легким і зрозумілим.

       CAMBASIC використовує багатозадачність по подіях для досягнення найвищої продуктивності. Він підтримує 117 команд, сумісних з QUICKBASIC, і додатково має 81 команду для забезпечення багатозадачності, статистичних і інших розрахунків.

       Мова CAMBASIC  в порівнянні з базовим QBASIC містить 93  додаткових команди,  в основному  призначеної для роботи з «залізом» і що дозволяють безпосередньо працювати з пристроями цифрового  і  аналогового введення/виводу, що знаходяться  на  платі, і  таймером,  обробляти  переривання,  працювати з  послідовними портами. CAMBASIC є    єдиним  середовищем для розробки,  відладки  і виконання програм і дозволяє  змінювати програмне забезпечення дистанційно через послідовний порт,  зокрема з використанням модемів або радіомодемів.  Як завжди,  всі плати серії допускають  їх  автономне  використання  без  монтажного  каркаса, що  може  бути  вельми  корисно,  оскільки  одна  плата  серії  60Х0 може  замінити 223 інших плати. 
 
 
 
 

3.  Засоби програмування, що вбудовуються, систем реального часу

     Найважливішим чинником сучасного розвитку мікроконтроллерних систем є перехід на 32-розрядну архітектуру, програмування переважне на мовах високого рівня і застосування операційних систем реального часу. Серед 32-розрядних мікроконтролерів великий сегмент ринку займає архітектура ARM. У даній статті технології і засобу розробки вбудовуваних систем розглядаються на прикладі використання мікроконтролерів з цією архітектурою.

     При розробці вбудовуваних систем в даний  час застосовуються наступні технології:

     1. Технологія макетування апаратного компоненту з використанням налагоджувальної плати і набору модулів розширення. Після створення програми (firmware), що управляє, і комплексної відладки проект є принциповою схемою апаратури і текстом програми. Щоб отримати вбудовувану мікроконтроллерную систему, необхідно розробити повністю нову друкарську плату, змонтувати елементи і відладити апаратуру, а потім повторно провести комплексну відладку апаратної і програмної частин. Ця технологія особливо ефективна при освоєнні нового сімейства мікроконтролерів і переході з асемблера на вищий рівень програмування. Переваги її полягають у використанні відладжених виробником плат, які дозволяють відразу набувати нових знань і навиків, не сумніваючись у разі незрозумілих ситуацій в працездатності апаратури.

     2. Технологія макетування апаратного  компоненту з використанням серійного  мікроконтроллерного вбудовуваного  модуля і інтерфейсної налагоджувальної  плати, а можливо, і набору  модулів розширення. Ця технологія  відрізняється тим, що найбільш  складний і швидкодіючий фрагмент апаратури у відладженому вигляді використовується і в макеті, і далі при виробництві системи. Таким чином, можна застосовувати найсучаснішу елементну базу з високими тактовими частотами і в мікромініатюрних корпусах. Відладжений проект є специфікаціями модуля, принциповою схемою інтерфейсної частини апаратури і текстом програми. Далі необхідно розробити друкарську плату тільки для частини схеми, відладити апаратуру і повторно перевірити роботу всієї системи. За наявності модуля з широким набором інтерфейсних функцій розробки додаткової апаратури може і не потрібно, у такому разі це найшвидший і бюджетний спосіб створення мікроконтроллерной системи. Такий підхід вельми перспективний у зв'язку із збільшенням обчислювальних і функціональних можливостей 32-розрядних мікроконтролерів, з одного боку, і виникненням проблем при монтажі мікромініатюрних компонентів, з іншого боку.

     3. Технологія комплексированія вбудовуваної системи з набору мікропроцесорних, мікроконтроллерних і інтерфейсних модулів. Нерідко при цьому програмне забезпечення створюється на макромові або конфігурацією операційної системи реального часу. Це шлях «комп'ютерної автоматизації». Можливе створення апаратно-програмної системи з повністю готових частин, але отриманий результат не завжди оптимальний за вартістю і габаритами. Обчислювальна потужність системи часто істотно перевершує той рівень, що необхідний для реалізації функцій управління.

     4. Технологія розробки системи  на основі бібліотеки схемних  фрагментів і бібліотеки програм обслуговування периферійних пристроїв. Має на увазі розробку принципової схеми на основі раніше випробуваних рішень і проектування друкарської плати без попереднього макетування. Розробка програмного забезпечення і комплексна відладка ведеться на стадії ДКР. Це випробуваний і ефективний шлях для досвідчених розробників, що довгий час працюють в одній наочній області.

4.  РОЗРОБКА СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ІНКУБАТОРОМ

      Розгорнена  структурна схема пристрою, що виконує  функції промислового пристрою управління на основі ПРК наведена на рис. 3.

ПрК – промисловий  кмп’ютер

ПУ – пульт  керування

УВ – пристрій візуалізації

СУ – погоджуючий  пристрій

НУ – нормуючий підсилювач

ФП – функціональний перетворювач

УГР – пристрій гальванічної розв’язки

УВХ – пристрій вибірки та зберігання

RG – регістр

V/# - аналого цифровий перетворювач (АЦП)

#/V - цифро аналоговий  перетворювач (ЦАП)

ПП – підсилювач потужності

MUX – мультиплексор.

4.2. Опис змінних та їх призначення:

Х1 (А) – аналоговий сигнал від основного датчика температури – використовується для постійного контролю температури і регулювання роботи нагрівача.

Х2 (А) – аналоговий сигнал від додаткового датчика температури – використовується для підтвердження критичних станів температури для включення сигналів аварійного оповіщення.

Х3 (А) – аналоговий  сигнал від датчика вологості – використовується для керування роботи зволожувача.

Х15 (Д) – дискретний сигнал від датчика положення засувки – використовується для контролю положення засувки при охолодженні.

Х16 (Д) – сигнал від таймера. 

Y1 (А) – аналоговий сигнал регулювання температури нагрівача – залежить від сигналу Х1(А).

Y2 (А) – аналоговий сигнал регулювання роботи зволожувача – залежить від сигналу Х2(А).

Y3 (А) – аналоговий сигнал приводу кантувача яєць – завіюється у певний проміжок часу від показань таймера.

Y4 (А) – аналоговий сигнал приводу засувки – застосовується під час охолодження яєць.

Y5 (А) – аналоговий сигнал світлової сигналізації аварійної ситуації – критичне зниження/завищення рівня температури або вологості.

Y6 (А) – аналоговий сигнал звукової сигналізації аварійної ситуації – критичне зниження/завищення рівня температури або вологості.

Y7 (А) – аналоговий сигнал приводу вентиляції.

Y8 (Д) – дискретний сигнал блокування дверцят інкубатора від відкривання.

Y8 (Д) – послідовний канал для передачі даних на верхній рівень керування.

4.3. Принцип роботи інкубатора.

      Камера, корпус інкубатора - тут розташовуються яйця, для яких створюються всі необхідні умови. Корпус також має теплоізоляційні функції. Всі двері інкубатора щільно закриваються за допомогою спеціальних пристроїв.

      Спеціальні  поворотні пристрої інкубатора. Пристрій інкубатора дозволяє встановлювати лотки в інкубаційній камері не обов'язково в один ярус, а, наприклад, в барабанах або в особливих призначених для цього блоках. По спеціальних планках лотки засуваються в рами.

      На  продовженні всього інкубаційного  періоду яйця необхідно час від  часу повертати. Тут також мають  місця два різновиди повернення яєць. При одному з різновидів лотки повинні повертатися в яку-небудь сторону від початкового (горизонтального) положення, унаслідок чого відбувається зміна нахилу вертикально розташованих яєць. При іншому різновиді самі лотки залишаються в нерухомому стані, а рухомі жолобки перекладають яйця, міняючи їх положення. У наш час майже всі сучасні інкубатори оснащені спеціальним механізованим пристроєм, що дозволяє самостійно перекладати або перевертати яйця в різні напрями, пристрій цього механізму має достатньо складну специфіку.

      Система електрообігріву  інкубатора. У інкубаторах закритим нагрівальним елементом є спіраль, яка ізольована і поміщена в спеціально відведений для цього металевий кожух. Далі, за інформацією від регулятора температури, електронагрівачі включаються. Найважливішою деталлю регулятора температури є спеціальний температурний датчик.

      Система охолоджування інкубатора. Після того, як яйця відлежали першу половину відведеного їм інкубаційного періоду, починається другий період інкубації, якому характерне велике виділення тепла від яєць, завдяки чому яйцям в цей період необхідне значне охолоджування. Надлишок тепла, отриманий від яєць, усувається за допомогою повітрообміну з простором, в якому температура повітря значно нижча, регулюючись засувкою.

      Система зволоження яєць в інкубаторі.

      Одним з цих способів є розпилювання з відцентровими прискорювачами,  при якому діє спеціальний  диск, який при обертанні на величезній швидкості розпилює водопровідну воду на найдрібніші частинки, які у  свою чергу і підвищують рівень вологості.

      Система вентиляції в інкубаторі. Впродовж всього періоду інкубації яйця поглинають кисень, а виділяють вуглекислий газ, тому в інкубаторі має бути добре розвинена вентиляційна система. Вона зазвичай є декількома вентиляторами, які забирають виділений вуглекислий газ і доставляють в інкубатор кисень. Система вентиляції повинна працювати в автономному режимі і не повинна проводити ніяких збоїв в роботі.

      Система регулювання в  інкубаторі. Система регулювання, мабуть, найважливіша річ у всьому вищепереліченому переліку, оскільки без неї автоматична робота всіх компонентів інкубатора не буде можливою. Дуже важливим компонентом цієї системи служать спеціальні системи сигналізацій, що оповіщають або про збої в роботі тих або інших структурах, або і зовсім про збої в роботі тих же структур.

4.4. Варіант використання обладнання.

L-783M Багатофункціональна високошвидкісна плата АЦП/ЦАП с сигнальним процесором 

     Універсальна  високошвидкісна плата на шину PCI, що забезпечує введення аналогових сигналів мегагерцового діапазону і введення/вивід цифрових сигналів. Як опція можлива установка ЦАП.

     На  платі встановлений цифровий сигнальний процесор ADSP-2185M для управління введенням/виводом сигналів і обміном інформацією з PC.

     Перемикання каналів при багатоканальному режимі збору даних автоматичне, з довільним порядком вибірки каналу і коефіцієнта посилення. Можлива генерація переривань по заповненню частини FIFO-буфера. 

     Особливості виробу

     •   АЦП: 12 бит / 3 MГц

     •  Вхідних каналів:   16 диф. или 32 с общей "землей"

     •  Цифровий сигнальний процесор

     •   Цифрові входи/виходи: 16/16

     •   Сумісна із специфікацією PCI 2.1,     

     2.2 и 2.3 (несумісна з ревізією 3.0)

     •  двоканальний ЦАП (опция) 

     WAD-AIK-BUS(USB) - ТУ У 33.2-33056998-001:2009

     Блоки призначені для безпосереднього підключення сигналів від датчиків, а також для вимірювання аналогових сигналів напруги, струму, опору, і передачі значень величин після обробки(лінеаризація, нормування, перетворення форми, фільтрація) по лініях інтерфейсу Rs-485 або USB. У блоках реалізована поканальна гальванічна ізоляція вхідних сигналів, в кожному каналі обробка ведеться 24-х бітовим АЦП з контроллером. Користувачем програмно вибирається вид сигналу, діапазон, частота зрізу фільтру, пороги вбудованої індикації, час відгуку(ігнорування імпульсних перешкод), задається при необхідності поліном користувача. Всі входи/виходи блоків мають надійний захист. Високі метрологічні характеристики, гнучкість, універсальність.  

     Регулювання температури в інкубаторі здійснюється за допомогою електронного регулятора температури (РТІ), датчиком якого є платиновий термометр опору. Аварійне підвищення температури  реєструється контактним термометром (38,3°), який включає звуковий і світловий сигнали, а також тяговий магніт заслінок охолоджування.

5. Задача

Варіант 03

Визначте максимально  можливу швидкість передачі даних  у промисловій мережі у каналі побудованого на основі неекранованої  перекрученої парі дротів - МГШВ 0,35, якщо:

Ni - номер  залікової, або номер по списку у журналі викладача 

Використовується  приймач фірми Octagon Systems типу NIM, побудований на базі інтегральної мікросхеми MAX1480B.

Обчислювана тривалість переднього фронту передаваного біта інформації:

t_r = 2,2*R_экв.*C_k*L=2,2*333,3*18*1850=24,4 мкс 

    Виходячи  із залежності рівня спотворень сигналу  на вході приймача 21 % від мінімальної  напруги сигналу на його вході 0,5 В і від відношення тривалості переднього фронту до тривалості інформаційного біта маємо, що відношення тривалості переднього фронту, що допускається, до повної тривалості передаваного біта інформації MAX1480B складає 0,5. 

Рис. 1 Графік залежності рівня спотворень сигналу на вході приймача від мінімальної напруги сигналу на його вході і від відношення тривалості переднього фронту до тривалості інформаційного біта 

     Тоді

 Т_b = t_r / 0,5.