Пояснительная записка. Дипломная работа разработка аппаратнопрограммного комплекса для изучения распределенных систем передачи данных и управления

• Название: Дипломная работа разработка аппаратнопрограммного комплекса для изучения распределенных систем передачи данных и управления
• Дата: 05.09.2022
• Размер: 3.02 Mb.
• Имя файла: Пояснительная записка.doc
• Тип: Диплом; #663429
• страница: 2 из 7

1. Введение

1.1. Формулировка поставленной задачи и необходимые пояснения к ней

Современный этап развития систем управления различными объектами характеризуется широким использованием микропроцессоров и микроконтроллеров. Именно эти микроэлектронные изделия выполняют в большинстве систем основные функции:

• сбор и обработка данных;

• контроль состояния управляемых объектов;

• формирования необходимых управляющих воздействий на устройства.

Прогресс микроэлектронной технологии дал разработчикам систем большую номенклатуру разнообразных моделей микропроцессоров и микроконтроллеров, которые отличаются производительностью, стоимостью, функциональным возможностям и другим характеристикам. На этой элементной базе многие производители аппаратуры разработали и предлагают пользователям различные варианты конструктивно-законченных управляющих модулей, которые могут быть использованы для реализации систем различного назначения.

Современные распределенные системы управления имеют большое количество точек сбора данных, поступающей от всевозможных датчиков, и точек выдачи управляющих сигналов для исполнительных устройств, которые могут иметь как цифровой, так и аналоговый интерфейс. Такие системы обычно строятся на базе сети локальных контроллеров, выполняющих функции модулей сбора и обработки информации. Основные задачи этих контроллеров таковы:

• получение данных от аналоговых и цифровых датчиков;

• обработка полученных данных;

• выдача необходимых управляющих воздействий;

• передача данных о текущем состоянии объекта по одному из стандартных протоколов обмена в центр управления.

Центральный управляющий модуль (контроллер верхнего уровня) выполняет опрос локальных контроллеров, обработку поступающих от них данных и обеспечивает общее управление объектом.

Для реализации этих функций в современных системах управления могут использоваться персональные и промышленные компьютеры или управляющие устройства, реализуемые на базе микроконтроллеров. Достоинством применения компьютеров в распределённых системах управления являются:

• универсальность;

• возможность использования огромного объема разработанного программного обеспечения.

Недостатками этого решения являются:

• относительно высокая стоимость аппаратных средств;

• медленное восстановление после рестарта системы ("медленный" старт компьютеров), что ограничивает применение в системах реального времени, особенно на нижнем (технологическом) уровне, где необходима очень быстрая реакция системы на определенные события.

Использование микроконтроллеров дает следующее:

• наибольший выигрыш в стоимости системы при ее серийном выпуске;

• обеспечивает режим реального времени при работе с внешними устройствами;

• малое время рестарта;

• позволяет снизить массогабаритные показатели и энергопотребление, поскольку современный микроконтроллер может заменить несколько плат, занимаемых микропроцессором, памятью и периферийными устройствами.

Совместное использование встраиваемых компьютеров и микроконтроллеров при построении крупных распределенных систем позволяет максимально использовать преимущества и тех и других, обеспечивая повышение надежности, снижение стоимости и ряд других достоинств.

Перед разработчиками подобных систем возникает проблема оптимального выбора аппаратных и программных средств, обеспечивающих реализацию проекта с минимальными затратами времени и средств. При этом разработчик должен принять решение, будет ли он разрабатывать и изготавливать специализированные управляющие устройства, необходимые для реализации системы, или будет собирать свою систему из универсальных уже готовых управляющих модулей, предлагаемых рядом производителей. Использование в разработке готовых модулей позволяет сократить сроки проектирования и разработки подобной системы. Однако предлагаемые готовые универсальные модули имеют достаточно высокую стоимость, что сильно ограничивает возможности их применения в малобюджетных проектах. В связи с тем, что реализация таких проектов является достаточно актуальной задачей, особенно для развивающихся стран, представляется целесообразным провести анализ возможностей создания недорогих, но достаточно универсальных модулей, которые могут быть использованы для разработки на их основе различных систем управления.

Аналогичная проблема стоит и при разработке программного обеспечения для систем управления. В сложных и ответственных системах широко используются коммерческие операционные системы (ОС), стоимость которых может достигать десятков тысяч долларов. Для многих проектов покупка и применение таких операционных систем оказывается невозможной. Поэтому представляется целесообразным рассмотреть возможности реализации относительно простого многозадачного монитора, выполняющего функции ядра реального времени при выполнении системой небольшого количества задач.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью дипломной работы является разработка комплекса универсальных аппаратных и программных модулей, позволяющих с минимальными затратами реализовать различные варианты распределенных систем управления малой и средней сложности (до нескольких десятков каналов ввода-вывода данных), которые могут быть использованы на промышленных предприятиях и в научно-исследовательских учреждениях при выполнении проектов, имеющих ограниченный объем финансирования, а также в учебных целях для выполнения лабораторных работ с целью изучения распределенных систем передачи данных и управления.

Согласно пунктам технического задания были поставлены следующие задачи:

• Разработать структурную и функциональную схемы аппаратно-программного комплекса для изучения распределенных систем передачи данных и управления;

• Разработать аппаратно-программный комплекс для изучения распределенных систем передачи данных и управления;

• Подобрать программное обеспечение для проведения лабораторных исследований;

• Разработать методическое пособие для использования аппаратно-программного комплекса в учебном процессе.

Этот дипломный проект обладает большой практической значимостью, так как разработанный аппаратно-программный комплекс для изучения распределенных систем передачи данных и управления планируется использовать в учебном процессе.