Поскольку параллельное использование COM-портов ПК несколькими службами невозможно важно обеспечить доступ к данным и командам датчика через единый шлюз. Поэтому в основе данной библиотеки лежит паттерн Singleton (Одиночка). Это гарантирует, что одновременно может существовать только один объект данного класса. Следовательно, единовременно доступ к датчику через СОМ-порт может иметь только единственный класс библиотеки.

Алгоритм работы датчика построен таким образом, что за каждый такт цикла работы он как обновляет измеренные данные на собственном дисплее, так и отправляет их в COM-порт. Отлавливанием этих данных занимается обработчик событий SerialDataReceivedEventHandler, входящий в стандартную библиотеку System.IO.Ports. Обработчик инициализируется при открытии выбранного серийного порта и занимается обработкой входящей информации. При получении данных алгоритм обработчика различает следующие виды информации:

? Строка двоичного числа - значение измеренного датчиком угла

? Строка формата "Tchar" - значение результатов тестирования, где T - идентификатор сообщения о тестировании, а char - это произвольный байт, в котором закодированы результаты тестирования

Таким образом можно выделить следующий API-интерфейс, предоставляемый данной библиотекой:

? GetAvailablePorts() - возвращает список доступных в системе COM-портов

? Connect(string PortName) - открывает указанный в качестве аргумента COM-порт. Бодрейт, число информационных бит и стоп бит заполнены по умолчанию.

? Disconnect(string PortName) - закрывает указанный COM-порт.

? GetAngle() - возвращает угол измеренный датчиком

? InitModuleTest() - запускает модульное тестирование датчика. Возвращает результаты тестирования.

Тестирование датчика

Для подтверждения работоспособности датчика необходимо проверить, что каждый компонент датчика функционирует правильно. Отказ работы хотя бы одного компонента критичен для нормального функционирования прибора. Поэтому был предусмотрен метод модульного тестирования и разработан протокол передачи результатов тестирования:

Как было сказано выше общий формат результатов тестирования выглядит так: Tchar, где T-символ индикации результатов тестирования, а char - байт закодированных результатов. В данном байте каждый бит отвечает за свой модуль и индицирует его исправность: 1 - модуль исправен, 0 - модуль неисправен.

Начиная со старшего бита к младшему модули позиционируются следующим образом:

1. ЦП микроконтроллера - по умолчанию равен 1, если ответ получен, если по достижении таймаута ответ не получен, то все модули равны 0;

2. Первый АЦП;

3. Второй АЦП;

4. Первый фотодиод - по умолчанию равен 0, если первый АЦП неисправен;

5. Второй фотодиод - по умолчанию равен 0, если второй АЦП неисправен;

6. Светодиод;

Данный байт при приёме дешифруется и сериализуется в структуру результатов тестирования и поставляется в API программы.

Разработка утилиты индикации результатов измерений

Для использования функционала датчика и разработанного к нему программного API был разработан пользовательский графический интерфейс:

Рис. 23. Пользовательский интерфейс

Программа была разработана с использованием библиотеки Windows.Forms и включает в себя следующий функционал:

? Выбор COM-порта осуществляется в выпадающем списке

? Открытие и закрытие порта осуществляется при помощи кнопки Connect, которая впоследствии заменяется на кнопку Disconnect

? С момента открытия порта программа начинает периодически вызывать метод API-интерфейса, который возвращает текущее угловое значение. Таким образом пока открыт порт пользовательский интерфейс всегда отображает актуальные угловые измерения. Угловые измерения отображаются в черном прямоугольном поле. По умолчанию значение поля равно "00,00"

? Запуск модульного тестирования осуществляется с помощью кнопки Test

? В самом низу формы находится окно логирования. Там в текстовой форме отображаются все события происходящие на форме в том числе открытие/закрытие портов, получение данных угловых измерений, получение и отображение результатов тестирования.

Результаты и методика тестирования на макете

В качестве макета датчика использовался опытный образец первичного преобразователя угловых перемещений сопряженный с отладочной платой на основе К 1986BE92QI. Замеры производились на экспериментальной установке, позволяющей задавать угловые отклонения от поверхности с точностью до десятых частей градуса.

Рис. 24. Экспериментальная установка

Экспериментальная установка состоит из следующих элементов:

1. Лабораторный двухканальный блок использовался для питания усилителей

2. Лабораторный источник тока для питания светодиода

3. Первичный преобразователь угловых перемещений

4. Установка с отражающей поверхностью для изменения уклона преобразователя

5. Кабель вывода сигналов

Преобразователь угловых перемещений крепится к держателю установки фотодиодами вниз параллельно отражающей плоскости. Изменение угла наклона регулируется вращающейся ручкой установки. Текущий угол наклона отражается на засечках ручки.

Рис. 25. Опытный образец первичного преобразователя угловых перемещений

Передача данных с преобразователя на плату при помощи четырехжильного кабеля (рис. 26)

Рис. 26. Схема подключение первичного преобразователя к микроконтроллеру и индикация параметров

Ожидаемое значение 0 градусов; реальное -0.02 градуса

Рис. 27. Результат тестирования опытного образца

Ожидаемое значение 7.5 градусов; реальное 7.47 градуса

Рис. 28. Результат тестирования опытного образца

Ожидаемое значение -1 градус; реальное -1.03 градуса

Рис. 29. Результат тестирования опытного образца

Таблица 4. Результатов тестирования

Таким образом, в рамках тестирования удалось установить, что показания датчика не отклоняются от ожидаемых значений, поскольку для обеспечения точности в 4 минуты, необходимо чтобы измеренное значение угла не отличалось бы от номинального на 0.07.

Выводы

На макете не удалось отразить все аспекты работы датчика, но получены результаты позволяют быть уверенными в том, что датчик будет обладать точностными характеристиками, соответствующими требованиям технического задания. В работе было проведено: математическое моделирование датчика, исследовано влияние неинформативных факторов на результаты измерения, разработан алгоритм получения измерительной информации датчиком, разработана электрическая схема, разработано встраиваемое ПО для микроконтроллера датчика, а также реализован пользовательский интерфейс для взаимодействия с датчиком со стороны компьютера. Также был изготовлен действующий макет и проведена оценка измерений полученных на макете. Таким образом, работа выполнена полностью.

Список использованной литературы

1. Удд. Э. Волоконно-оптические датчики - Москва, ТЕХНОСФЕРА, 2008

2. Зак Е.А. Волоконно-оптические преобразователи с внешней модуляцией - Москва, ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1989

3. Листвин В., Логозинский В. Миниатюрные волоконно-оптические датчики вращения: конструкция, технология, характеристики - Москва, ТЕХНОСФЕРА, 2006

4. Analog Devices, Photometric Front Ends - USA, Analog Devices, 2018

5. Окоси Т.; пер. с яп. Горбунова Г.Н. Волоконно-оптические датчики - Ленинград, ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1991

6. Удалов А.Ю., Назарова И.Т. Исследование дифференциального волоконно-оптического преобразователя угловых перемещений с помощью оптического тестера - Электронный журнал "Труды МАИ". Выпуск №51

7. АО "ПКК Миландр", Спецификация на микросхему 1986ВЕ 1Т, 1986ВЕ 1АТ - Версия 2.22.0 от 10.04.2019

Размещено на Allbest.ru