Автореферат 

Введение

 Магистерская работа предусматривает проектирование и разработку универсального, гибкого устройства, которое будет давать возможность из компьютера руководить различными внешними исполнительными механизмами и получать данные из широкого круга типов цифровых датчиков для компьютерной обработки их значений. На рисунке 1.1 изображены возможные области использования устройства.

Рисунку 1.1 Возможные области использования устройства

Концепция разрабатываемого устройства предусматривает, что оно будет иметь выводы для 16 исполнительных механизмов и шину для датчиков. То есть пользователь самостоятельно подключает исполнительные механизмы  и датчики к устройству, загружает разработанную им, или кем либо другим, программу функционирования этих исполнительных механизмов  совместно с датчиками и, устройство, в соответствии с программой, выполняет запрограммированные действия, или оперативно реагирует на команды пользователя при ручном управлении. Группа исполнительных механизмов может обслуживать как один объект управления, так и несколько совсем разнородных.

В разрабатываемой системе делается попытка полного решения всех задач, связанных с управлением и созданием программируемых алгоритмов работы каких либо устройств внешнего влияния, под командованием компьютера. Автору не известны какие либо еще системы, которые являются аналогами разрабатываемой.

На рисунке 1.2 изображен пример применения устройства

Рисунку 1.2 Пример применения устройства

Структура аппаратного обеспечения

  Структурная схема устройства изображена на рисунке 2.1

Рисунку 2.1 Структурная схема устройства

Как можно понять со схемы, устройство строится на базе AVR микроконтроллера фирмы Atmel (atmel.com) ATmega16. В схеме есть RS-232 интерфейс на базе микросхемы MAX232 для связи с ПК. Микроконтроллер реализует интерфейс Master I2C на внешний І2С шине, к которой подключаются Slave І2С датчики. Для каждого исполнительного механизма на выходе устройства находятся 4 реле JQC-3FF мощностью 10А 277В, якорь каждого реле коммутируется на один из двух других выходов реле в зависимости от состояния вывода регистра управление (РК) этим реле, то есть для каждого исполнительного механизма в устройстве предусмотрено 12 выводов, которые позволяют этим механизмам гибко строить свои интерфейсы связи. Кроме того, устройство предусматривает регистр состояния(РС) для каждого механизма, РС будет сохранять значение какого-либо датчика позиции оборудованного на механизме (Все зависит от загруженной пользователем программы функционирования этого рычага – то есть датчиком состояния рычага может быть любой датчик на шине І2С, а РС может использоваться для совсем других действий). Все РК подключенные на шину РК, а все РС на шину РС выбор нужного регистра происходит по помощи дешифратора РК и дешифратора РС.

Структура программного обеспечения

Рисунку 3.1 Структура программного обеспечения

Программное обеспечение состоит из:

-         Программы пользователя – пользователь программирует действия исполнительных механизмов, или оперативно ими руководит. Во время функционирования устройства наблюдает за выполнением запрограммированных действий, и вносит коррективы в ход программы

-         Драйвер – загружает разработанную пользователем программу в системную память, во время работы устройства выполняет выборку следующей команды из памяти и передает ее устройства. Отправляет программе пользователя информацию о ходе работы. Организовывает возможность ручного управления из программы пользователя устройством.

-         Операционная система микроконтроллера – организовывает взаимодействие с компьютером, принимает и дешифрует команды от него и выполняет над своей периферией влияния, запрограммированные в команде. Передает компьютеру данные из датчиков каждые запрограммированные периоды времени.

 ПО обеспечивает 3 режима работы системы

1)      Режим близкий к жесткому реальному времени. Задействованный, если все действия устройства запрограммированы, в работе принимает участие обработчик прерываний драйвера, который только делает выборку следующей команды и ОС устройства. Близкий к жесткому реальному времени режим достигается высоким уровнем приоритета на котором выполняются действия в ISR процедуре драйвера(см. статью  “Исследование механизмов работы Windows 2000/XP для построения на его базе системы реального времени” Таицкого М.С.)

2)      Режим ручного управления из программы пользователя. Пользователь самостоятельно отдает команды устройству. Команда проходит через драйвер, который ее передает ОС устройства.

3)      Смешанный режим. Может возникать в случае какой-либо ошибки при работе устройства в режиме близкого к жесткому реальному времени, если требуется вмешательство пользователя. Может быть и штатным режимом – если пользователь некоторые действия запрограммировал, а некоторые оставил для управления себе.

Текущее состояние работы

Произведены исследования в области размещения системы реального времени в Windows 2000/XP, на эту тему написана статья “Исследование механизмов работы Windows 2000/XP для построения на его базе системы реального времени”. В данный момент производится проектирование и сборка узлов аппаратного обеспечения, написание операционной системы микроконтроллера и продумывание общих принципов работы системы.

Литература

1)      Исследование механизмов работы Windows 2000/XP для построения на его базе системы реального времени Таицкий М.С.