Фильтр по тематике

Разработка портативного устройства и комплекса программ для тестирования и настройки многофункциональных аварийных вычислителей- регистраторов

Многофункциональные аварийные вычислители-регистраторы используются для регистрации параметров состояния поезда метрополитена и являются комплексными изделиями. В процессе их тестирования и настройки применяется специализированное ПО и внешние аппаратные средства, однако некоторые процессы взаимодействия с регистратором могут быть автоматизированы и реализованы в отдельном портативном устройстве. В статье описывается разработка и реализация такого устройства и комплекса программ для его работы.

01.02.2023 1030 0
Разработка портативного устройства и комплекса программ для тестирования и настройки многофункциональных аварийных вычислителей- регистраторов

Введение

Многофункциональный аварийный вычислитель-регистратор производится АО «НИИВК им. М.А. Карцева» и представляет собой малогабаритное бортовое устройство, предназначенное для регистрации параметров состояния поезда метрополитена и сохранения зарегистрированной информации в рабочих и аварийных условиях. Регистратор рассчитан на применение в головных вагонах поездов метрополитена и применяется совместно с прочими системами регистрации данных, которые обеспечивают считывание, обработку, долговременное хранение и отображение зарегистрированной информации.

Регистратор выполняет следующие основные функции:

  • принимает сигналы, характеризующие значения параметров состояния поезда, и переводит их в цифровую форму в соответствии с заданными правилами;
  • записывает принятые данные в накопитель;
  • отображает своё состояние и состояние входных каналов при помощи светодиодных индикаторов;
  • обеспечивает возможность считывания записанных данных в персональный компьютер (ПК) при его подключении к регистратору посредством интерфейса Ethernet.
При этом использование подключённого к регистратору ПК не ограничивается возможностью считывания записанных данных и применяется также для считывания диагностической информации и настройки. Для решения таких задач используется специализированное ПО.

Проектирование устройства

При анализе процессов такого взаимодействия с регистратором были выявлены задачи, нуждающиеся в автоматизации, и методы, которые могут быть усовершенствованы, – это задача анализа диагностических журналов, формируемых встроенной программой регистратора и используемых на некотором этапе их тестирования, а также метод установки актуальных даты и времени. Для сокращения времени тестирования многофункциональных аварийных вычислителей-регистраторов и совершенствования метода установки даты и времени было разработано и впоследствии реализовано портативное устройство, а также комплекс программ. В комплекс программ входит встроенная программа работы устройства и прикладная программа, предназначенная для обмена данными с устройством через персональный компьютер (ПК).

Устройством решаются следующие задачи:

  • проверка наличия соединения с регистратором;
  • загрузка диагностических журналов на внутренний накопитель устройства;
  • автоматический анализ загруженных диагностических журналов;
  • выгрузка диагностических журналов с накопителя устройства на ПК;
  • установка точных даты и времени в регистратор при помощи GPS;
  • предоставление человеко-машинного интерфейса для взаимодействия с устройством.
В качестве платы центрального микроконтроллера устройства была выбрана Raspberry Pi Pico с 26-контактным интерфейсом ввода/вывода (GPIO), поддерживающая такие протоколы, как SPI, I2C и UART. Отличительной особенностью платы по сравнению с прочими решениями является встроенная поддержка программирования контроллера на языке MicroPython. Это интерпретируемый язык с синтаксисом стандартного языка Python, созданный специально для работы на микроконтроллерах. Язык прост в освоении и позволяет быстро и эффективно разрабатывать как прототипы программ, так и финальные сборки. Объём и читаемость исходного кода программных модулей значительно снижает сложность программирования, снижая вероятность допущения ошибок и повышая тем самым надёжность и качество работы портативного устройства.

Многофункциональность устройства обусловливает использование нескольких модулей, подключаемых к плате центрального микроконтроллера, а именно: модуля часов реального времени, модуля канала Ethernet, модуля GPS и модуля беспрерывного питания. В качестве внутреннего накопителя устройства была выбрана карта памяти MicroSD, размещающаяся в соответствующем слоте на плате памяти. Для эффективного взаимодействия с устройством было решено использовать OLED-дисплей с небольшой диагональю и индикационные светодиоды; для управления устройством применяются две тактовые кнопки и переключатель питания.

Проектирование интерфейсной печатной платы

При анализе состава устройства взаимодействия с регистратором было решено спроектировать интерфейсную печатную плату, выполняющую следующие задачи:
  • обеспечение электрического соединения модулей и платы центрального микроконтроллера;
  • крепёж модулей и элементов человеко-машинного интерфейса.
При проектировании взаимного расположения модулей и элементов устройства определяющими факторами стали их габаритные размеры и возможности по подключению. При создании эскиза расположения компонентов устройства в первую очередь использовалась документация на компоненты от производителя-поставщика. Были определены общие габаритные размеры проектируемой печатной платы.

Печатная плата была спроектирована с использованием отечественной САПР Delta Design компании Eremex. Была создана библиотека используемых в устройстве компонентов, разработаны принципиальная схема и непосредственно интерфейсная печатная плата. В процессе формирования библиотеки компонентов использовалась документация (даташиты) на компоненты и ГОСТ 2.743-91 единой системы конструкторской документации «Обозначения условные графические в схемах». При разработке электрической схемы применялся ГОСТ 2.702-2011 единой системы конструкторской документации «Правила выполнения электрических схем». При проектировании печатной платы были учтены ограничения технологических возможностей будущего изготовителя печатной платы – компании «Резонит» с производственной линией в г. Москве.

Спроектированная печатная плата была экспортирована в формате производственных Gerber-файлов и направлена на изготовление.

Разработка комплекса программ

В состав разработанного комплекса программ, как было сказано выше, входят встроенная программа и прикладная. Встроенная программа представляет собой интерпретируемый код на языке MicroPython и предназначена для загрузки в портативное устройство для обеспечения решения им всех поставленных задач. Архитектура программы представляет собой набор программных модулей, разделённых по назначению:
  • считывание и обработка сигнала GPS;
  • обмен данными по каналу Ethernet;
  • автоматический анализ диагностических журналов регистратора;
  • обработка действий оператора и отображение информации;
  • передача команд отображения на дисплей;
  • чтение и запись на карту памяти MicroSD;
  • считывание уровня заряда аккумулятора и потребляемого тока;
  • главный цикл работы портативного устройства.
При включении устройства запускается главный цикл работы, который абстрагирован от деталей реализации конкретного физического модуля или функционала и оперирует высокоуровневыми методами, предоставляемыми прочими программными модулями. На дисплей выводится меню возможных действий с устройством, переключение и выбор пунктов меню осуществляется тактовыми кнопками. По окончании выполнения выбранной функции на дисплей выводится сообщение о результате, сопровождаемое соответствующим светодиодом. На протяжении всего сеанса работы устройства работают светодиод уровня заряда и статуса аккумулятора (> 15% заряда, ≤ 15% заряда, заряжается), а также светодиод, сигнализирующий об актуальности времени, отсчитываемого в устройстве.

Прикладная программа представлена в виде меню взаимодействия с подключённым по USB устройством, открывающимся через системный трей ОС Windows. Прикладная программа позволяет выполнить программное подключение и отключение портативного устройства, загрузку диагностических журналов с накопителя устройства в выделенную директорию на ПК, а также открыть окно настройки параметров взаимодействия с устройством. Программа написана на объектно-ориентированном языке C# с использованием интерфейса программирования приложений Windows Forms.

Реализация проекта

По окончании разработки устройства и закупки всех необходимых вычислительных модулей был создан макетный образец, который использовался в процессе разработки и отладки комплекса программ.

По завершении программирования и изготовления интерфейсной печатной платы был собран и протестирован демонстрационный образец устройства. После завершения этапа проектирования и изготовления корпуса портативное устройство может быть применено на предприятии АО «НИИВК им. М.А. Карцева» для тестирования и настройки многофункциональных аварийных вычислителей-регистраторов, повысив эффективность работы отдела встраиваемых электронных систем.

Литература

  1. Документы по САПР Delta Design: [Электронный ресурс] // URL: https://www.eremex.ru/knowleage-base/delta-design/docs/ (дата обращения: 21.03.2022).
  2. Лапин А.А. Интерфейсы. Выбор и реализация. М.: Техносфера, 2005. 168 c.
  3. Макконнелл С. Совершенный код. Мастер-класс / пер. с англ. СПб.: БХВ, 2018. 896 c.
  4. Одуан К. Измерение времени. Основы GPS / К. Одуан, Б. Гино. М.: Техносфера, 2002. 400 c.
  5. Резонит – Технологические возможности производства: [Электронный ресурс] // URL: https://www.rezonit.ru/directory/tekhnologicheskie-osobennosti-proizvodstva/ (дата обращения: 04.04.2022).
  6. Требования к проектированию печатных плат: [Электронный ресурс] // URL: https://gostost.ru/pechatnie-platy/ (дата обращения: 05.04.2022).
  7. MicroPython: [Электронный ресурс] // URL: https://micropython.org/ (дата обращения: 26.04.2022).
  8. Raspberry Pi Documentation: [Электронный ресурс] // URL: https://www.raspberrypi.com/documentation/microcontrollers/rp2040.html (дата обращения: 15.02.2022).
  9. Waveshare Wiki: [Электронный ресурс] // URL: https://www.waveshare.com/wiki/Main_Page (дата обращения: 24.02.2022).

Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!

01.02.2023 1030 0
Комментарии
Рекомендуем
Модель потенциального рассеяния в задаче диагностики слоистых диэлектриков

Модель потенциального рассеяния в задаче диагностики слоистых диэлектриков

Для решения ряда практических задач, связанных с идентификацией дефектов и повреждений в материалах, установлением состояния конструкций, выявлением неоднородностей в оптически непроницаемых средах и визуализацией их структуры, необходимо обрабатывать информацию, полученную дистанционно, что предусматривает оценку материальных параметров объектов исследования и установление их пространственного распределения. В отличие от математической теории обратных задач рассеяния, которая направлена главным образом на доказательство теорем о существовании и единственности решения, важное прикладное значение имеет разработка вычислительных процедур, которые позволят найти параметры рассеивателей при реальных условиях проведения измерений. Целью статьи является повышение эффективности средств оценивания параметров неоднородных сред по известному распределению рассеянного электромагнитного поля путём решения обратных задач рассеяния. Рассмотрен метод решения обратной задачи рассеяния по коэффициенту отражения для многослойных структур без потерь, высокая точность которого достигается за счёт конечного количества коэффициентов решений Йоста, что позволило избежать вычислений коэффициентов безграничных тригонометрических последовательностей в элементах матрицы рассеяния. Полученные результаты позволили осуществить оценку количества слоёв диэлектрической структуры, установить диэлектрическую проницаемость и ширину каждого слоя по значениям комплексного коэффициента отражения, который известен по результатам измерений на дискретном множестве частот в ограниченном диапазоне. Это дало возможность анализировать диэлектрические материалы неразрушающим методом и идентифицировать расслоение и отклонения параметров слоёв от технологически заданных значений. Разработан метод определения распределения диэлектрической проницаемости вдоль поперечной координаты в диэлектрических плоскослоистых структурах, и развитые алгоритмы идентификации поверхностей раздела по коэффициенту отражения нормально падающей плоской волны использованы как процедуры обработки сигналов в средствах подповерхностной радиолокации, что позволило избежать ложного обнаружения неоднородностей при анализе структуры сред.
04.07.2025 18 0

ООО «ИнСАТ» ИНН 7734682230 erid = 2SDnjd5pUmj
ООО «ИнСАТ» ИНН 7734682230 erid = 2SDnjbxbMrV
  Подписывайтесь на наш канал в Telegram и читайте новости раньше всех! Подписаться