Geum.ru

Московский энергетический институт (Технический университет)

Вид материалаОтчет

Содержание


2.4. Разработка требований к контроллеру для стендов лабораторных работ первой группы
2.5. Основные требования к программному обеспечению лабораторных работ первой группы
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

2.4. Разработка требований к контроллеру для стендов лабораторных работ первой группы



Как видно из предыдущего подраздела, общие требования контроллеру в большой степени зависят от выбора структуры измерительного стенда. Если контроллер должен быть общим для всех стендов, то его структура, строго говоря, может быть определена лишь после детальной разработки структур всех стендов и технологии всех измерений. В данной НИР было принято решение о разработке первой версии контроллера, обеспечивающей первую группу лабораторных работ. Требования к скорости обработки данных в этом контроллере невысоки. Поэтому связь с ПЭВМ может быть организована через последовательный интерфейс RS232 со стандартной скоростью обеспечения данными 4800 бод.

Для снятия статических характеристик приборов контроллер должен обеспечивать программируемое выходное напряжение, подаваемое на макет от цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Предполагая, что преобразователи масштаба напряжения или его полярности входят в состав макетов, достаточно потребовать от контроллера выдачи на выход напряжения, изменяющегося в пределах (0…+5) В.

Разрядность ЦАП определяется требованиями к минимальному шагу изменения выходного напряжения и точности его установки. Наиболее жесткие требования к этим характеристикам предъявляется при снятии прямой ветви вольтамперных характеристик (ВАХ) полупроводниковых диодов и проходных характеристик биполярных транзисторов. Эти характеристики имеют вид



где IS – ток насыщения, u - управляющее напряжение, t- тепловой потенциал. При комнатной температуре t = 0.025 В . Нетрудно показать, что относительная погрешность установки заданного значения тока оценивается по формуле



Если потребовать, чтобы минимальная относительная погрешность установки тока была равна 4%, т.е. (), то шаг изменения определяется формулой

.

Пределы изменения u обычно не превышают umax = 1B. При t = 0.025 В погрешность установки будет равна В пределах изменения и число шагов равно


.

Это требование к разрешающей способности по управляющему напряжению выполняется при разрядности ЦАП

RЦАП = 10.

Для измерения токов приборов (съема данных с датчиков токов) в микроконтроллер должен входить аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Его разрядность может быть выбрана равной разрядности ЦАП.

RАЦП = 10.

Тогда погрешность аналого-цифрового преобразования будет порядка 0,1% от максимальной измеряемой величины и практически будет определяться точностью масштабных преобразователей измеряемых напряжений.

Как было отмечено ранее, для заполнения буферной базы данных с меньшими затратами времени желательно в одном цикле измерений получать характеристики нескольких приборов. Кроме того, при каждом измерении может потребоваться опрос нескольких датчиков. Поэтому необходимо предусмотреть возможность аналого-цифрового преобразования нескольких величин в одном цикле измерений. Эта возможность обеспечивается включением перед входом АЦП коммутатора, который поочередно подключает этот вход к датчикам измеряемых величин. Типовые коммутаторы имеют 8 входов. Поскольку при испытании каждого прибора может потребоваться контроль 3 величин, а в одном цикле желательно получать характеристики до 5 приборов, число входов должно быть не менее 15. Это требование будет выполнено при установке на входе АЦП двух коммутаторов на 8 направлений каждый.

Наконец, для автоматического выбора цепи, в которую включен испытуемый прибор, необходимо иметь несколько выходов микроконтроллера, напряжение на которых принимает одно из двух стандартных значений (0 и 1). Одному из этих значений будет соответствовать замыкание ключа в используемой цепи макета, другому – размыкание ключей в неиспользуемых цепях. Для разработанных вариантов макетов необходимо 8 двоичных выходов (8 разрядное двоичное слово в параллельном коде). Чтобы проконтролировать выполнение команд по изменению конфигурации желательно иметь также 8 двоичных входов для оценки реального состояния макета.

Для управления операциями передачи и приема данных в контроллере должен быть включен микропроцессор. Таким образом, общая структурная схема контроллера выглядит так, как показано на рис.3. На этой схеме показаны также линии связи со стендом с измерительными цепями и с ПЭВМ.


Структурная схема контроллера

и
линии обмена информацией и управления


Рис. 3

2.5. Основные требования к программному обеспечению лабораторных работ первой группы



Программное обеспечение лабораторных работ при выбранной схеме состоит из нескольких подсистем.

Первая подсистема программ обеспечивает взаимодействие студента (клиента) с буферной базой экспериментальных данных, находящейся на сервере. Эта подсистема является одной из разновидностей системы клиент-сервер [19]. Специфика ее состоит в выборе структуры буферной базы данных и в построении диалога клиента с сервером. Обращение к буферной базе данных должно восприниматься студентом как управление экспериментами, аналогичными тем, которые были выполнены при заполнении буферной базы данных. Это управление ведется в соответствии с методическими указаниями по выполнению лабораторной работы. Кроме того, это программное обеспечение должно поддерживать процедуры регистрации, выдачи индивидуального задания для подготовки к работе и ее проведение, оформление отчетной документации.

Вторая подсистема программ обеспечивает выполнение работы по заполнению базы данных. Она должна позволять выполнить процедуры снятия необходимых характеристик в такой же последовательности, в какой их выполняли бы студенты, и разместить их в базе данных. Эта подсистема обеспечивает взаимодействие с измерительным стендом через микроконтроллер. Предполагается, что изменение некоторых параметров выполняется вручную (например, изменение температуры или других параметров снимаемых характеристик).

Первая подсистема должна удовлетворять требованию обеспечения практически одновременного доступа многих клиентов к базе данных. (Очередность доступа должна регулироваться программным обеспечением сервера).

Ко второй подсистеме это требование не предъявляется.

Программное обеспечение контроллера разрабатывается отдельно. Для всех работ первой группы оно должно быть одинаковым.