Исходя из этого, микроконтроллеры фирмы Atmel обладают наибольшим количеством требуемых инструкций, однако нельзя однозначно сказать, что их производительность выше, чем у PIC или Motorola-контроллеров. Производительность микроконтроллера следует определять для каждого конкретного случая.

Одной из важнейших особенностей микроконтроллера в автономном устройстве является наличие интерфейса. Интерфейс служит для двух целей: первая это организация связи автономного устройства с другими устройствами (с компьютером или интеллектуальным датчиком), а вторая - связь микроконтроллера с другими микросхемами на плате.

В семействе микроконтроллеров HC08 фирмы Motorola существуют три модуля последовательных интерфейсов: SPI08, SCI08, msCAN08. Первый модуль реализует интерфейс SPI.

Часть микроконтроллеров AVR также поддерживают интерфейс SPI. Кроме того, в их состав входит встроенный универсальный асинхронный приемопередатчик UART. Основные характеристики данного модуля: генерация произвольных значений скорости; высокая скорость при низких тактовых частотах; фильтрация шума; определение переполнения; детектирование ошибок кадра; раздельные вектора прерывания.

В состав PIC-контроллеров входят модуль ведущего синхронного последовательного порта (MSSP) и универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик (USART).

Для реализации функций автоматизированной системы требуется подключать к микроконтроллеру аналоговые датчики, флэш-память, связывать переносное устройство с компьютером. Микроконтроллер должен быть быстродействующим и при этом иметь небольшое энергопотребление. Необходим достаточный объем оперативной памяти для временного хранения данных. Поэтому, учитывая все вышесказанное, был выбран микроконтроллер фирмы ATMEL старшего семейства - AT mega88.

3.2.3 Переносное устройство

Устройство предназначено для автоматизации процесса управления физиологическими показателями. Структура переносного устройства показана на рисунке 3.3. Особенностью схемной реализации устройства управления является то, что в качестве центрального процессорного устройства применен микроконтроллер AT mega88 фирмы ATMEL. Это 8 - разрядный RISC микроконтроллер, разработанный для высокопроизводительных решений в устройствах управления.

Максимальная частота ядра микроконтроллера составляет 20 МГц. Тактирование микроконтроллера осуществляется от внешнего кварцевого резонатора. В качестве ПЗУ устройства использована карта Flash-памяти SD объемом 512 Мб. Для согласования Flash-памяти с микроконтроллером используется интерфейс SPI.

Панель семисегментных индикаторов создавалась с целью исследования изменения ВСУ в процессе бега. Чтобы уменьшить число выводов МК, используемых для управления индикаторами, применены три сдвиговых регистра HC595.

Эмуляция работы конечного устройства при тестировании и отладке программы осуществлялась в ISIS из пакета САПР Proteus 7 Professional.

Выводы. В данной главе дипломной работы были обоснованы проектные решения при разработке системы: выбору СУБД, программного обеспечения, микроконтроллера. Разработан датчик дыхания. Разработана управляющая программа для микроконтроллера.

4. Организационно-экономическое обоснование разработки

4.1 Оценка экономической эффективности разработки

Величину капитальных затрат определяет сметная стоимость комплекса технических средств.

Определение предпроизводственных затрат на создание АС производится путем составления соответствующей сметы, которая включает следующие статьи:

1) затраты на оплату труда;

2) отчисления на социальные нужды;

3) амортизация основных фондов;

4) прочие затраты.

При последовательном выполнении представленного перечня работ трудоемкость проектирования составляет 143 чел./дн. В итоге получаем общее количество дней необходимых на разработку, анализ, создание и отладку аппаратно-программного комплекса, которое равняется 143 дням, из которых 114 дней с использованием машинного времени. Исходя из этого можно подсчитать предпроизводственные затраты на создание АС.

В статью "Затраты на оплату труда" включаются расходы по оплате труда всех работников, привлеченных к разработке и созданию АС (разработчика системы, программистов).

Общее время работы проектировщика при продолжительности рабочего дня равной 4 часа составляет 572 часа.

В статью "Отчисления на социальные нужды" включается сумма единого социального налога, которая составляет 26% от затрат на оплату труда всех работников, занятых созданием АС.

В статью "Прочие затраты" включаются расходы на содержание административно-управленческого и учебно-вспомогательного персонала, на отопление, освещение и текущий ремонт помещений, канцелярские, командировочные и прочие хозяйственные расходы. Затраты по этой статье принимаются в размере 70 % от затрат на оплату труда.

На основании полученных данных по отдельным статьям составляется смета затрат на разработку АСУ. Таким образом, единовременные затраты на создание АС составляют 16905,4 руб.

Данная система позволит существенно упростить работу тренера в процессе подготовки спортсменов.

Во время учебно-тренировочного процесса тренеру приходится куда-то заносить сведения о спортсменах и их результаты тренировок. С использованием системы эта необходимость отпадает, так как вся информация заносится и сохраняется в базе данных.

Тренер имеет возможность количественно оценивать показатели эффективности тренировки, используя информацию, сохраняемую в память прибора во время выполнения упражнений спортсменом.

Система сокращает время работы тренера со спортсменом, поэтому вместо подготовки одного тренер может готовить одновременно нескольких.

4.2 Меры безопасности работы с системой, экологичность работы

4.2.1 Анализ условий труда пользователя

Аппаратно-программный продукт разработан для внедрения и использования в лаборатории биомеханики, ИФК и дзюдо, который автоматизирует учебно-тренировочный процесс.

Работники сталкиваются с воздействием таких физически опасных и вредных производственных факторов, как повышенный шум, температура окружающей среды, отсутствие или недостаток естественного света, недостаточная освещённость рабочей зоны, электрические токи, статическое электричество и др.

Пользователи связаны с воздействием психофизических факторов, таких как умственное перенапряжение, перенапряжение зрительных и слуховых анализаторов, монотонность труда, эмоциональные перегрузки.

Всё это приводит к необходимости подробного анализа неблагоприятных факторов, выделение из них наиболее неблагоприятных и их полного и частичного устранения.

Рассматриваемое помещение представляет собой комнату площадью 48 м² . В нем находится 4 рабочих места. Следовательно, площадь одного индивидуального рабочего места равна 8м²., что удовлетворяет санитарным нормам СП 245-71 (не менее 4,5 м²). Санитарные нормы СИ 512-78 устанавливают высокие требования к микроклиматическим параметрам в помещении. Температура в помещении поддерживается на уровне 23°-25° С. Относительная влажность 55%. Для поддержания определенного микроклимата используется центральная система отопления и обогреватель PCWH 2000S. Уборка помещения производится ежедневно.

В помещении не используется кондиционирование воздуха для обеспечения требований по параметрам воздушной среды. Также характерно наличие различных видов шума. Аэродинамический шум возникает при движении теплого воздуха в обогревателе и внутри персонального компьютера. Электромагнитный шум создают электронные устройства. Ультразвуковой шум вызван в основном вибрациями преобразователей напряжения в импульсных блоках питания и генераторами строчной развёртки в дисплеях. Частоты шумов - от 1600 Гц до 30000 Гц.

Электромагнитные поля генерируются различными электронными устройствами и могут оказать биологическое воздействие на человека. В условиях работы в помещении можно выделить несколько источников электромагнитного излучения:

1) низкочастотное излучение - 50 Гц;

2) трансформаторы блоков питания, электропроводка, кадровая частота дисплеев;

3) частоты от 16кГц до 4МГц (работа электроннолучевых трубок дисплеев);

4) высокие частоты от 8 до 25 МГц - тактовые частоты процессоров.

В помещении применяется совмещённое освещение, учитывая режим работы. Естественное освещение применено только одностороннее боковое. Общая площадь оконных проёмов составляет примерно 16 м². На окнах используются занавеси, внешние козырьки. Для искусственного освещения применяют 9 ламп дневного света мощностью по 60 Вт.

Режим работы нейтрального источника питания сети определяется системой электроснабжения. Сеть используется однофазная, с напряжением 220В. Помещение оборудовано шиной защитного заземления, электрически соединённой с заземлением. Все подлежащие заземлению элементы ЭВМ присоединяются к шине отдельными заземляющими проводниками.

Опасные биологические производственные факторы отсутствуют. Рабочая поза несвободная - сидя. Корпус и конечности в удобном положении. Продолжительность рабочего дня 8 часов при пятидневном режиме работы.

Работа на персональном компьютере связана с высоким темпом мелких движений кистей и пальцев рук. Очень высокая нагрузка приходится на зрение, так как объекты наблюдения цветные, обычно имеют малый размер - примерно до 1мм, а также сами являются источниками света. Плоскость наблюдения находится постоянно перед глазами примерно на расстоянии 60-80см. В основном работа пользователя связана с нервно-эмоциональной нагрузкой, что из рассмотренных факторов наиболее неблагоприятно воздействует на пользователя ЭВМ.

4.2.2 Основные требования безопасности при работе с ЭВМ

К работе допускаются лица прошедшие обязательный медицинский осмотр, вводный инструктаж по охране труда, инструктаж по охране труда на рабочем месте. К работе с ПЭВМ не допускаются лица страдающие заболеваниями опорно-двигательного аппарата, глаз (или нарушения зрения), кожи и др. Оператор ПЭВМ обязан:

1) выполнять работу, быть внимательным, не отвлекаться на посторонние разговоры и не отвлекать других;

2) соблюдать правила внутреннего трудового распорядка и выполнять установленный режим труда и его охраны;

3) знать производственные вредности, связанные с работой и характер действия их на организм человека;

4) знать правила и способы безопасности работы и выполнять их;

5) знать и выполнять правила личной гигиены и оказания первой медицинской помощи.

При работе на ПЭВМ предпочтительнее использовать мониторы с достаточно высоким разрешением и удобным размером экрана. Конструкция монитора должна обеспечивать возможность фронтального наблюдения экрана путем поворота корпуса в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси в пределах ± 30° и в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси в пределах ± 30° с фиксацией в заданном положении. Дизайн мониторов должен предусматривать окраску в спокойные мягкие тона с диффузным рассеиванием света. Корпус монитора и ПЭВМ, клавиатура должны иметь матовую поверхность одного цвета с коэффициентом отражения 0,4 - 0,6 и не иметь блестящих деталей, способных создавать блики.

Конструкция монитора должна предусматривать наличие устройств управления яркостью и контрастом, обеспечивающие возможность регулировки этих параметров от минимальных до максимальных значений. Экран монитора должен находиться на расстоянии 600 - 700 мм, но не ближе 500 мм с учетом алфавитно-цифровых знаков и символов.

Мониторы и ПЭВМ должны обеспечивать мощность экспозиционной дозы рентгеновского излучения в любой точке на расстоянии 0,05м от экрана и корпуса монитора при любых положениях регулировочных устройств не должна превышать 7,74x10 А/кг, что соответствует эквивалентной дозе, равной 0,1 мбэр/час (100 мкР/час).

Помещение с мониторами и ПЭВМ должны иметь естественное и искусственное освещение. Естественное освещение должно осуществляться через окна, ориентированные преимущественно на север и северо-восток обеспечивать коэффициент естественного освещения (КЕО) не ниже 1,2 % в зонах с устойчивым снежным покровом и не ниже 1,5 % на остальной территории.

Площадь на одно рабочее место с монитором или ПЭВМ для пользователей должна составлять не менее 6,0 кв. м., а объем не менее 20,0 куб. м.

Для внутренней отделки интерьера помещений с мониторами и ПЭВМ должны использоваться диффузно - отражающие материалы с коэффициентом отражения для потолка - 0,7 - 0,8; для стен - 0,5 - 0,6; для пола -0,3 - 0,5.

Поверхность пола в помещениях эксплуатации мониторов и ПЭВМ должна быть ровной, без выбоин, нескользкой, удобной для очистки и для влажной уборки, обладать антистатическими свойствами.

Для повышения влажности воздуха в помещениях с мониторами ПЭВМ следует применять увлажнители воздуха, заправляемые ежедневно дистиллированной или прокипяченной питьевой водой.

Схемы размещения рабочих мест с ПЭВМ должны учитывать расстояния между рабочими столами с мониторами (в направлении тыла поверхности одного монитора и экрана другого монитора), которое должно быть не менее 2.0 м, а расстояние между боковыми поверхностями мониторов - не менее 1.2 м.

Оконные проемы в помещениях использования ПЭВМ должны быть оборудованы регулируемыми устройствами типа: жалюзи, занавесей, внешних козырьков и др.

4.3 Руководство пользователя

Программное обеспечение предназначено для просмотра результатов тренировок спортсменов, ведения базы данных.

При запуске программы "АС Бег" происходит вызов главного модуля программы, в окне которого отображается таблица БД "Спортсмен", содержащая сведения о зарегистрированных в системе спортсменах. Это фамилия, имя спортсмена, дата рождения, пол, специализация и год начала занятия деятельностью по данной специализации.

Для регистрации нового спортсмена в базу данных необходимо внести все эти сведения, а также его параметры, такие как квалификация, тип телосложения, рост, вес, длина ног, жизненная емкость легких, максимальное потребление кислорода. Со временем значения некоторых из этих параметров могут меняться, поэтому нужно указывать дату их регистрации.

После выполнения упражнения прибор подключается к USB-порту компьютера и все данные об упражнении будут перенесены из памяти прибора на компьютер. Появится окно "Данные об эксперименте", в котором должны быть внесены сведения о выполненном упражнении. Нажатием на кнопку ОК это упражнение сохраняется в базе данных.

Результаты выполненного упражнения можно просмотреть в окне "Результаты тренировки", где отображаются два графика - изменение ВСУ и процесс дыхания во время бега. Там же отражается, на каких отрезках времени у спортсмена не были согласованы частота шагов с частотой дыхания.

Выводы. В данной главе произведена оценка эффективности разработки с расчетами затрат на создание АС. Также был произведен анализ условий труда на рабочем месте пользователя. Приведено руководство пользователя для программы на ПК.

Заключение

В результате были решены поставленные задачи по разработке автоматизированной системы управления физиологическими показателями с индивидуальным дозированием нагрузки. Данная система создавалась для повышения эффективности тренировочного процесса. Внедрение в практику спорта подобных автоматизированных систем должно стать одним из основных средств контроля над учебно-тренировочным процессом выполнения упражнения и управлением им.

В процессе работы было рассмотрено назначение, состав, принципы функционирования проектируемого объекта, разработана проектно-технологическая документация.

В данной работе был разработан аппаратно-программный комплекс при помощи методов теории управления, технологии программирования, проектирования АСОИУ.

Список литературы

1. Александр Стрельцов. Резервы выносливости // http://www.iaaf-rdc.ru/ru/news/0240r.htm

2. Бомин В.А. Комплексный контроль функционального состояния организма спортсменов-юношей с использованием телеметрической системы: Автореф. дисс. ... канд. пед. наук./ В.А. Бомин. - Улан-Удэ, 2006.- 30 с.

3. Борисов В.А., Загускина С.С., Загускин С.Л. Способ контроля и ограничения внешних нагрузок. Описание изобретения к патенту РФ № 2186516 // http://ru-patent.info/21/85-89/2186516.html

4. Коблев Я.К., Свечкарев В.Г., Хачатуров В.Н. Машина автоматизированного управления в практике физической культуры/ Коблев Я.К., Свечкарев В.Г., Хачатуров В.Н.// Ученые записки университета имени П.Ф. Лесгафта. №2(36), 2008.- С. 47-51.

5. Коваленко А.В. Автоматизированная исследовательская система управления силового воздействия в биомеханике. / А.В. Коваленко // Материалы IV Международной электронной научной конференции "Физическая культура, спорт, биомеханика, безопасность жизнедеятельности". - 2009. - Майкоп. - часть I. - С. 59-62.

6. Коренберг В.Б. Основы качественного биомеханического анализа. - М.: Физкультура и спорт, 1979. - 208 с.

7. Полякова С.В. Автоматизированная система классификации движений / С.В. Полякова // Материалы IV Международной электронной научной конференции "Физическая культура, спорт, биомеханика, безопасность жизнедеятельности". - 2009. - Майкоп. - часть I. - С. 63-66.

8. Пульсометр Polar RS800 SD // http://www.polarsport.ru/catalogue/sport/Polar_RS800CX_SD_NEW

9. Ратов И.П. Методология и практические результаты использования биотехнических систем при реализации положений концепции "искусственная управляющая среда" // Бионика и биокибернетика - 85: Матер. всесоюзн. конф. - Л., 1986.- С. 156-158.

10. Ревич Ю.В. Практическое программирование микроконтроллеров Atmel AVR на языке ассемблера. - СПб.: БХВ-Петербург, 2008. - 384 с.

11. Свечкарев В.Г. Совершенствование двигательных возможностей человека посредством автоматизированных систем управления: Автореф. дисс. ... док. пед. наук./ В.Г. Свечкарев. - Майкоп, 2008.- 55 с.

12. Трамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью AVR-микроконтроллеров.: Пер. с нем. - К.: "МК-Пресс", 2006. - 208 с.

13. Энрико Арселли, Ренато Канова. Тренировка в марафонском беге: научный подход. // Под общ. ред. Валентина Балахничева, Вадима Зеличенка, Бориса Фадеева. Изд. "Терра-Спорт", 2000 г.

14. Scott Drawer. Бескровные методы контроля в тренировке выносливости/ Scott Drawer// Легкоатлетический вестник ИААФ: Ежеквартальный журнал. №4, 2009.-С. 137-138.

15. ANALOG DEVICES ADXL105EM-1, ADXL105EM-3, ADXL150EM-1, ADXL150EM-3, ADXL190EM-1 specifications accelerometer evaluation modules.

16. Marco Cantщ. Delphi 2010 Handbook. Publisher: Wintech Italia Srl, Italy

Размещено на Allbest.ru