Разработка автоматизированной системы научных исследований усилительной аппаратуры с использованием микропроцессорной платы arduino

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка автоматизированной системы научных исследований усилительной аппаратуры с использованием микропроцессорной платы arduino

Соловьев Александр Михайлович

канд. техн. наук, сотрудник Академия ФСО России,

Адаменко Владимир Сергеевич

сотрудник Академия ФСО России

Аннотация

Целью исследования является сокращение времени оценки качества функционирования усилительной аппаратуры с использованием встроенного функционального контроля. Для достижения цели решены следующие задачи: 1) показано место автоматизированных систем научных исследований при автоматизации процессов оценки качества функционирования средств радиомониторинга в АСУТП; 2) проанализированы типовые задачи, решаемые существующими средствами автоматизированных систем научных исследований (АСНИ) радиомониторинга; 3) показано место усилительной аппаратуры в тракте дистанционного управления по радиоканалам; 4) проведено аппаратное моделирование усилительной аппаратуры с устройством оценки качества с использованием микропроцессорной платы ARDUINO; 5) получены результаты моделирования времени оценки качества функционирования усилительной аппаратуры.

Ключевые слова: автоматизированная система научных исследований, средства мониторинга, аппаратное моделирование, микроконтроллер.

Abstract

The aim of the study is to reduce the time of operation of the quality assessment of the amplifying devices using the built-in function control. To achieve the goal settled the following for-garden: 1) shows the location of the automated systems of scientific researches in the automation of processes of assessing the quality of functioning of the radio monitoring in the control system; 2) analyze typical problems solved by means of existing radio monitoring ARS; 3) shows the location of the amplifying devices in the path by radio remote control; 4) hardware simulation conducted amplifying apparatus with a device quality assessment using a microprocessor board ARDUINO; 5) prepared by the time the simulation results of the evaluation of quality of functioning of the amplifying equipment

Keywords: automated system of scientific research, monitoring tools, hardware simulation, microcontroller.

Средства мониторинга относятся ко всем функциям АСУТП и для централизованных АСУТП распадаются на средства мониторинга компонентов контуров управления, средства мониторинга компонентов структуры цифровой обработки сигналов и средства мониторинга датчиков и исполнительных механизмов (рис. 1) [1].

При организации распределенных АСУТП, или как их еще называют дистанционных или децентрализованных АСУТП, дополнительно выделяют средства мониторинга для дистанционного управления по радиоканалам и по кабельной связи.

Рисунок 1. Место автоматизированных систем научных исследований при автоматизации процессов оценки качества функционирования средств радиомониторинга в АСУТП

Техника мониторинга сводится к средствам мониторинга радиоэлектронной обстановки, которые используются для отработки двух функций: первая - установление источников электромагнитных излучений, оказывающих негативное влияние на технологическое оборудование и автоматику АСУТП; второе - защита радиоканалов и источников (датчиков, модемов, радиоизлучателей) от несанкционированного воздействия.

Эти функции являются решением двух групп задач: по селекции и идентификации радиоизлучений и по контролю местоположения источников радиоизлучений.

В целом, можно констатировать, что разработка, производство и внедрение реальных систем мониторинга находятся на стадии начальных разработок, потому что их эффективность во многом зависит от человеческого фактора, от участия оперативного персонала в оценках и принятиях решений при селекции и идентификации радиоизлучений, при контроле местоположения источников радиоизлучений и, главное, при оценке текущего качества функционирования аппаратных и программных компонентов средств радиомониторинга.

Другими словами, средства мониторинга для дистанционного управления требуют автоматизации всех процессов, в том числе и процессов оценки качества их функционирования, потому что от этого зависит сама работоспособность АСУТП.

Принято считать, что проблематика автоматизации процессов мониторинга наиболее эффективно исследуется и разрешается посредством создания соответствующих автоматизированных систем научных исследований или, сокращенно, АСНИ.

Известные средства радиомониторинга ориентированы на решение и исследование задач:

· адаптивное распределение и перераспределение спектра;

· определение местоположения источников радиоизлучений;

· определение спектрально эффективных сигналов;

· регулирование ширины спектра сигналов и многие другие задачи.

Однако, в известных средствах АСНИ по источникам открытой печати, отсутствует АСНИ по разработке математических и формальных моделей, обеспечивающих автоматизацию процессов мониторинга АСУТП.

Между тем, на стадии становления проработок в Укргосцентр радиочастот, г. Киев находятся разработки АСНИ по автоматизации процесса радиомониторинга, в HanyWell - автоматизация контроля качества функционирования средств нерадиомониторинговой принадлежности в контурах управления распределенной АСУТП.

Но создание АСНИ для автоматизации процессов оценки качества функционирования средств мониторинга радиоэлектронной обстановки до настоящего времени остаётся практически не разработанной проблемой. Поэтому тематика исследование является актуальной [2].

Автоматизация процессов оценки качества функционирования средств радиомониторинга относится, прежде всего, к тракту дистанционного управления по радиоканалам, а точнее, к тракту от дистанционно расположенных датчиков до регуляторов (рис. 2).

автоматизированный радиомониторинг микропроцессорный плата

Рисунок 2. Место усилителей низкой частоты в тракте дистанционного управления по радиоканалам

Основная задача этого тракта, фактически, восстановление или воспроизведение реальных сигналов с датчика и преобразование сигнала в форму приемлемую для ввода в гибридный сигнальный процессор регулятора.

Обеспечить работоспособность этого тракта означает обеспечить работоспособность всех его компонентов. И прежде всего компонентов, связанных с восстановлением или воспроизведением сигналов с дистанционно удаленных датчиков.

Эту функцию выполняют радиотехнические средства участка приемных устройств и первичной обработки, в которых существенная роль отведена низкочастотной усилительной аппаратуре. Если модуляция, демодуляция и детектирование играют важную роль при передаче сигнала, то его восстановление, безусловно, определяется низкочастотной усилительной аппаратурой.

Именно она определяет качество формируемых сигналов, последующей обработкой которых и занимаются сигнальные процессоры и микроконтроллеры в цепях регулятора, а функции установления источников электромагнитного излучения и защиты радиоканалов отрабатываются на более высоком уровне управления, то есть уровне управления технологическими операциями - посредством моделирования методов для отработки задач селекции и идентификации радиоизлучений, посредством верификации алгоритмов для задач определения местоположения источников радиоизлучения.

А оценка качества текущего функционирования низкочастотной усилительной аппаратуры фактически по определению, как встроенный функциональный контроль должна проводиться в структурах усилительной низкочастотной аппаратуры, связанной с цепями регулятора для последующего принятия требуемых управленческих решений.

На рисунке 3 показано структура предлагаемой АСНИ усилительной аппаратуры с устройством оценки качества на базе микропроцессорной платы Arduino с микроконтроллером ATmega168.

Рисунок 3. Упрощенное аппаратное моделирование усилительной аппаратуры с устройством оценки качества

Моделирование на предложенной АСНИ показало, что реализация встроенного функционального контроля позволяет сократить время оценки качества функционирования усилительной аппаратуры по коэффициенту усиления более чем на два порядка (рис. 4) [3].

Рисунок 4. Результаты моделирования оценки времени оценки качества функционирования усилительной аппаратуры

Таким образом, предложена новая АСНИ усилительной аппаратуры на типовом микроконтроллере ATmega168. Предложенные модели и технические решения позволили сократить время оценки отклонения от требуемого функционирования усилительной аппаратуры в АСУТП более, чем на два порядка.

Список литературы

1. Втюрин В.А. Автоматизированные системы управления технологическими процессами основы АСУТП: Учебное пособие. - Спб. - 152 с.: ил.

2. Соловьев А.М. Автоматизированная система научных исследований: дис. … канд. техн. наук: 05.13.06: защищена 21.04.15: утв. 27.07.15. - М., 2015. - 211 с.

3. Соловьев А.М. Структура устройства оценки качества функционирования усилителей низкой частоты в технологическом процессе мониторинга радиоэлектронной обстановки - [Электронный ресурс] / А.М. Соловьев // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 6. - Режим доступа: http://www.science-education.ru/113-11786.

Размещено на Allbest.ru