Кв - поправочный коэффициент веса элементов, определяемый по формуле :

, (4.3.3)

где Рэ - вес элементов, равномерно размещенных по пластине; Рп- вес пластины;

В - частотная постоянная, рассчитываемая по формуле:

, (4.3.3)

- коэффициент, зависящий от вида закрепления и соотношения сторон пластины; Е - модуль нормальной упругости; g - ускорение свободного падения; Р - плотность материала пластины; Еps - коэффициент Пуассона;

h - толщина пластины;

A - длина пластины.

Если известны резонансные частоты Fi для всех входящих в блок устройств, то резонансная частота блока Fпл. рассчитывается по формуле:

, (4.3.4)

Разрабатываемая плата должна обладать усталостной долговечностью при воздействии вибрации. Для этого необходимо, чтобы минимальная частота собственных колебаний платы удовлетворяла условию:

, ( 4.3.5)

где nb - вибрационные перегрузки в единицах g;

b - размер короткой стороны платы;

- безразмерная постоянная, числовое значение которой зависит от значения частоты собственных колебаний и воздействующих ускорений [2].

Резонансную частоту разработанной платы модуля АЦП рассчитаем с помощью «ПППКЭВС».

Исходные данные для расчета приняты на основании сборочного чертежа модуля (БГУИ.411117.001СБ), массагабаритных характеристик применяемых ИМС и ЭРЭ [5,13], требуемого вида закрепления модуля в ПЭВМ, а также справочных данных на материалы [2] и представлены в таблице 4.3.1.

Таблица 4.3.1 - Исходные данные к рачету вибропрочности

В результате расчета получено значение резонансной частоты для разрабатываемого модуля, равное 43,7 Гц. Проверим условие(4.3.5):

Таким образом, условие (4.3.5) справедливо, следовательно, разработанная плата модуля АЦП будет обладать достаточной усталостной долговечностью при воздействии вибрации.

5 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

5.1 Общие требования к структуре и составу программного обеспечения, разработка алгоритма работы

Программное обеспечение (ПО) для разрабатываемой системы должно представлять собой комплекс системных и прикладных программ, позволяющих пользователю эффективно взаимодействовать с автоматизированной системой (управлять работой, реализовывать запросов и т. п.), получать объективную информацию о результатах производимых исследований.

ПО необходимо реализовать под операционную систему Windows (9Х), так как данная операционная система является наиболее распространенной из устанавливаемых на ПЭВМ. Целесообразность такого подхода можно объяснить исходя из задач, возложенных на разрабатываемую систему. В связи с тем, что исследуемые процессы изменения температуры в подавляющем большинстве случаев являются достаточно медленно протекающими, на устройство нерационально возлагать функции по обработке входной информации в реальном масштабе времени. Следовательно, написания ПО под операционную систему реального времени не требуется.

Взаимодействие модуля АЦП и ПЭВМ, в которую он встраивается, целесообразно осуществить использовать механизм прерываний. Номер используемого модулем системного прерывания (с IRQ9 по IRQ12) выбирается соответствующей распайкой перемычки Е2 (БГУИ.411117.001Э3).

С точки зрения пользователя, программа для работы с АСИТР должна иметь приближенный к стандарту Windows интерфейс и обеспечивать получение информации об исследуемом тепловом режиме как в виде, удобном для визуальной, так и для аналитической оценки. Иными словами, на основании данных, полученных в результате исследования, должна быть построена визуальная модель - трехмерный график на основе измерений в исходных точках и аппроксимации полученных значений на весь объем конструкции, подлежащей исследованию. При этом, учитывая относительно небольшое количество каналов, целесообразно предоставить доступ к исходному массиву полученных данных (12 значений). Требования к системным ресурсам - согласно утвержденного ТЗ.

Общая структура ПО для разрабатываемой системы приведена на рисунок 5.1.1.

Рисунек 5.1.1 - Структура программного обеспечения АСИТР

В рамках данного проекта предполагается реализовать некоторую часть ПО для разрабатываемой системы, сакцентировав внимание на разработке прикладного ПО и, в частности, пользовательского интерфейса .

Учитывая требования к разрабатываемой системе, изложенные в ТЗ, а также принятые выше схемотехнические решения, разработаем алгоритм работы программы (БГУИ.411117.001Д).

5.2 Выбор и обоснование пользовательского интерфейса

Интерфейс пользователя является одной из самых важных частей приложения - это то, что видит пользователь. Для него интерфейс и есть само приложение [14]. Пользователю не требуется знать, какой код выполняется за каждой сценой интерфейса. С точки зрения пользователя, неважно, сколько времени и усилий было затрачено разработчиком на написание и оптимизацию кода, практичность разработанного приложения зависит от интерфейса.

Интерфейс приложения производит на пользователя наибольшее впечатление при оценке всего приложения, вне зависимости от того, насколько совершенен с технической точки зрения его код. Пользователь смотрит на приложение исключительно как на комфортное и эффективное средство достижения определенной цели. Хорошо разработанный интерфейс изолирует пользователя от тонкостей программирования, облегчая выполнение поставленной задачи.

Для приложений Windows существуют два основных стиля интерфейсов пользователя: интерфейс с одним документом (single - document interface, SDI) и интерфейс со многими документами (multiple - interface document, MDI). Приложения, используемые стиль SDI, позволяют одновременно открывать только один документ - чтобы открыть другой, следует закрыть предыдущий. В качестве примера можно назвать NotePad, WordPad, AutoCAD 14 и др.

Приложения с интерфейсами MDI позволяют отображать одновременно несколько документов, причем каждый документ отображается в своем окне. В приложениях MDI присутствует меню Окно (Window) с командами для переключения между окнами или документами.

Кроме двух наиболее распространенных стилей интерфейса, SDI и MDI, существует также третий, менее популярный - интерфейс в стиле проводника (explorer - style interface). Это интерфейс состоит из одного окна, содержащего две панели. На левой панели представлено дерево или иерархический вид, правая панель является областью отображения, как, например, в Microsoft Windows Explorer. Этот тип интерфейса предназначен для перемещения среди большого числа документов или их просмотра.

Для разрабатываемого приложения целесообразно использовать MDI интерфейс. Такой выбор придаст приложению большую гибкость, а следовательно - и удобство пользователю: возможности по сравнению содержимого нескольких окон, простое переключение из одного документа в другой и т.п.

Учитывая возложенные на разрабатываемую систему задачи, а также эргономические требования, предъявляемые к интерфейсу приложения [14], разработаем «внешний вид» управляющей программы для АСИТР (рисунок 5.2.1).

Рисисунок 5.2.1 - Общий вид первой загружаемой формы управляющей программы

В связи с относительно небольшим перечнем задач, возлагаемых на управляющую программу (а, следовательно, и предоставляемых пользователю сервисов), а также учитывая требование к программному интерфейсу по простоте [14], включение в интерфейс панели инструментов представляется нецелесообразным.

Главное меню управляющей программы состоит из четырех пунктов: «Измерения», «Вид», «Окно», «Помощь», для выбора которых определены соответствующие клавиши доступа (<Alt>+первая буква названия пункта). Кроме того, для наиболее часто используемых команд меню (из подменю «Измерения») назначены быстрые клавиши, используемые для непосредственно выполнения требуемой команды (<Ctrl>+ латинский «эквивалент» начальной буквы заголовка команды).

Общий вид используемых подменю представлен на рисунок 5.2.2.

Рис. 5.2.2 - Общий вид используемых подменю

Известно, что внимание пользователя прежде всего направлено на левый верхний угол зрительной зоны [14], т. е. ее сканирование происходит слева направо и сверху вниз. Следовательно, элементы управления в приложении следует необходимо располагать, учитывая данный факт.

В подменю «Измерения» сгруппированы основные системные сервисы: «Начать» <измерения>, «Открыть» <сохраненный документ>, «Сохранить» <результаты>, «Печать» <результатов измерений>, «Выход» <из приложения>.

Обращение к системным настройкам осуществляется через подменю «Вид» (графическое и числовое представление результатов измерения, калибровка и настройка системы).

Подменю «Окно» - стандартное для MDI интерфейса и содержит команды компоновки открытых подчиненных окон («Каскадом», «Выстроить значки»), а также отображает названия всех открытых подчиненных форм.

Из подменю «Помощь» можно вызвать файл справки, а также форму, содержащую информацию о программе («Вызов справки» и «О программе» соответственно).

После выбора команды «Начать» пользователю открывается форма, представленная на рисунок 5.2.3, в которой выбираются требуемые для измерения каналы, а также режим (время) измерения.

Рисисунок 5.2.3 - Форма «Начать измерения»

После нажатия кнопки «ОК» на форме «Начать измерения» пользователю открывается следующее рабочее окно программы, на которое будут выведены графические результаты измерения. В зависимости от выбранного на предыдущей форме режима измерения данные выводятся либо после заданного времени, либо сразу после окончания измерения (длительность задержки определяется быстродействием аппаратуры модуля АЦП). Формы для этих двух случаев представлены на рисунках 5.2.4 и 5.2.5 соответственно.

Рисунок 5.2.4 - Форма, открывающаяся после начала измерений с заданными временными параметрами

Рисунок 5.2.5 - Форма, содержащая «графические» результаты исследования

Следует отметить, что после задания режима измерения, отличного от «Немедленного» и нажатия кнопки «ОК», пользователю представляется форма, на которой кроме соответствующей надписи некоторые элементы сигнализируют о проведении эксперимента (анимационный элемент в левом верхнем углу экрана, кнопка «Численные значения» недоступна).

Кроме того, на форме расположена кнопка «Закрыть все», которая позволяет прервать эксперимент в любой момент, а также закрыть данную форму и форму с численными результатами проведенного исследования.

По нажатию кнопки «Численные значения» открывается форма, на которой отображаются численные значения полученных экспериментальных данных и номера каналов, по которым производились измерения (рисунок 5.4.6).

Рисунок 5.2.6 - Форма, отображающая численные значения, полученные в ходе эксперимента

Более эффективные средства визуализации модели теплового поля исследуемого объекта представляет пакет «Matlab 5.2». На рисунке 5.2.7 показано представление теплового поля объекта средствами его функции «Surf».

Рисунок 5.2.7 - Визуализация теплового режима исследуемого объекта средствами «Matlab 5.2»

Таким образом, вышеприведенные положения являются основой для выбора и построения пользовательского интерфейса управляющей программы проектируемой системы. Все уточнения и дополнения по данному вопросу приведены в п. 5.3.

5.3 Разработка программных модулей

В связи с тем, что разработка всего комплекса программных средств (как прикладного, так и системного ПО - см. рисунок 5.1.1) для проектируемой системы - задача весьма трудоемкая и требующая специальной повышенной квалификации от разработчика, в рамках данного дипломного проекта, как уже отмечалось выше (п. 5.1), предполагается реализовать некоторую часть ПО для АСИТР, сакцентировав внимание на разработке прикладного ПО и, в частности, пользовательского интерфейса.

Разработку пользовательского интерфейса управляющей программы для АСИТР целесообразно выполнить на языке Visual Basic (в частности, используя версию Visual Basic 6.0 Professional Editor), который представляет собой мощный аппарат для создания высококачественных Windows - приложений, совмещая при этом широкие возможности с простотой создания кода [14]. Однако, в связи тем, что широко распространенный бесплатный элемент управления «Microsoft Chart Control» (Version 6.00.00) не содержит средств для построения наиболее приемлемой для решения данной задачи поверхностной диаграммы, и, как следствие, не является наиболее удачным средством визуализации тепловой модели исследуемого объекта, для этой цели целесообразно использовать возможности математического пакета «Matlab 5.2». «Matlab» представляет собой интерактивную программу, предназначенную для цифровых вычислений, обработки пользовательских данных и сигналов, а также наглядной визуализации результатов. Система Matlab сформирована на основе матричного программного обеспечения для работы с линейными системами уравнений.

Говоря о математическом обосновании построения тепловой модели исследуемого устройства ЭВМ, необходимо заметить, что для решения этой задачи нужно использовать интерполяцонную теорию (для вычисления температур, в промежуточных точках, т. е. в тех точках теплового поля, в которых непосредственно не установлены датчики температуры). Однако, учет суперпозиции полей и функций зависимостей распределения температуры от расстояния до источника тепловой энергии применительно к двухмерному пространству, является достаточно сложной задачей. Поэтому, при построении тепловой модели исследуемого устройства ЭВМ целесообразно использовать ряд упрощений и допущений, которые, однако, не приведут к невыполнению требований, предъявляемых к разрабатываемой системе по точности измерений.

Фрагменты программного обеспечения АСИТР приведены в Приложении 3.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13