Применение средств библиотеки QT5 для программирования моделей электрических цепей | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 1 июня, печатный экземпляр отправим 5 июня.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: , ,

Рубрика: Информационные технологии

Опубликовано в Молодой учёный №19 (205) май 2018 г.

Дата публикации: 10.05.2018

Статья просмотрена: 76 раз

Библиографическое описание:

Коптенок Е. В., Родькин С. И., Крахмалев Н. О. Применение средств библиотеки QT5 для программирования моделей электрических цепей // Молодой ученый. — 2018. — №19. — С. 115-117. — URL https://moluch.ru/archive/205/50152/ (дата обращения: 23.05.2019).



Развитие электротехнических технологий ведёт к уменьшению размеров как элементов электросхем, так и самих электросхем. Сегодня некоторые компании (например, IBM) представляют ЭВМ, по размеру сравнимые с кристаллом соли. Для производства столь малых схем необходимо специальное оборудование, время и средства. Поэтому, разрабатывать и тестировать электросхемы с помощью средств компьютерного моделирования, зачастую, проще, дешевле и быстрее, отдавая в производство уже оттестированные планы схем.

Различные элементы, соединенные проводниками электрического тока между собой, образуют электрические цепи.

Электрическая схема представляет собой документ, в котором по правилам обозначаются связи между составными частями устройств, работающих за счет протекания электроэнергии. Электросхема дает понимание о том, как работает устройство и из каких элементов оно состоит. Основное назначение электросхемы — помощь в подключении частей схемы, а также поиске неисправности в цепи.

Для работы с электрическими цепями необходимо большое количество устройств, таких как: источник питания, потребитель, соединительные провода, выключатель и так далее. Для упрощения обучения, а так же сборки сложных электрических цепей была реализована программа „Модели электрических цепей“, которая позволяет собрать электрическую схему и проверить её работоспособность.

Программа Модели Электрических Цепей предназначена для обучения, проверки и получения новых навыков по сборке электрических схем. Она дополняет естественное обучение в средних и специальных учебных заведениях, а так же позволяет проверить знания студентов.

Существующие аналоги являются профессиональными платными программами, выпускающимися под не свободными лицензиями. Среди таких программ:

Pspice. Представляет собой модификацию программы-моделятора интегральных схем SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis). В настоящее время считается эталонным решением в области моделирования электронных схем и устройств. Имеет множество библиотек компонентов.

Micro-CAP. Является разработкой компании Spectrum Software. Основное преимущество данной программы — удобный графический интерфейс. Имеет широкую библиотеку элементов от производителей Европы, Японии и США. Предоставляет возможности замеров параметров схем и аналитики.

Multisim. Разработана компанией National Instruments Corporation. Особенностью данной программы является наличие виртуальных измерительных устройств, имитирующих реальные аналоги. Первые версии являются продуктами компании Electronics Workbench и имели то же название.

Наш аналог написан на языке C++. В качестве фреймворка и средства построения графического интерфейса выбран Qt5, написанный на C++.

Qt5 — это мощный кроссплатформенный фреймворк для разработки приложений для персональных компьютеров, мобильных и встроенных систем. Имеет множество поддерживаемых платформ, среди которых Linux, OS X (macOS), Windows, Android, iOS, Sailfish OS и другие. Несмотря на то, что в Qt используются конструкции не являющиеся частью C++ (такие, как сигналы и слоты), Qt не является отдельным языком, а все эти конструкции перед обработкой компилятором C++ перерабатываются в код на этом языке средствами специального препроцессора, входящего в состав утилит Qt — так называемого мета-обьектного компилятора (Meta-Object Compiler — MOC). Программа представляет собой конструктор, в котором из примитивных элементов схемы можно собрать схему с проверкой на работоспособность схемы. Общая блок-схема программы представлена на рис.1.

Рис. 1. Общая блок-схема программы

Для взаимодействия пользователя с программой разработан графический интерфейс пользователя, состоящий из:

  1. Основного редактора (рабочей области, содержащей в себе элементы схемы).
  2. Левой боковой панели, содержащей в себе примитивные элементы, из которых составляются схемы.
  3. Правая выпадающая боковая панель, содержащая значения некоторых показателей (сила тока, напряжения, сопротивление и прочее) для конкретного выбранного элемента.
  4. Верхняя панель инструментов, облегчающая редактирование схемы (рис. 2).

Рис. 2. Главное окно программы

Для реализации примитивного элемента схемы предполагается создание абстрактного класса «Примитивный элемент» и более специфичные классы, наследующие данный класс («Источник питания», «Лампочка», «Соединительный элемент (провод)», «Разветвлённый соединительный элемент» и другие), список которых и будет составлять схему. Свойствами абстрактного класса будут являться такие переменные, как

  1. Сила тока, проходящего через данный элемент.
  2. Поданное на него напряжение

Дочерние классы будут иметь так же специфичные свойства (ЭДС для «Источника тока», Сопротивление для «Лампочки» и другое).

Заключение о работоспособности схемы выводится в строку состояния.

В целом, предоставляемые фреймворком Qt5 средства создания и организации графического интерфейса пользователя, достаточно удобны, хотя и имеют относительно высокий порог вхождения, по сравнению с такими фреймворками и библиотеками, как Windows Forms, GTK+, wxWidgets и другими, в основном, основанными на функциях обратного вызова (callback functions). Механизм слотов-сигналов Qt5 достаточно удобен, но может быть сложен в понимании своего устройства и функционирования.

Qt5 предоставляет базовый набор абстрактных классов для работы с графической сценой и берёт на себя многие аспекты обработки и отрисовки графики, предоставляет базовые классы для реализации Drag-and-drop механизма. Работа самой сцены основана на технологии «интервью» (так же известной как «модель-представление»), что упрощает отображение больших объёмов данных, позволяя, например, отображать содержимое одной и той же модели в различных, не зависимых друг от друга представлениях.

Таким образом, Qt5 существенно облегчает программирование front-end составляющей приложения, оставляя программисту больше времени и сил для продумывания и реализации внутренних механизмов.

Литература:

  1. Официальный сайт проекта Qt: [Электронный ресурс] URL: https://www.qt.io
  2. Документация проекта Qt: [Электронный ресурс] URL: https://doc.qt.io
  3. Официальный сайт проекта PSPICE: [Электронный ресурс] URL: http://www.pspice.com
  4. Официальный сайт проекта Micro-CAP: [Электронный ресурс] URL: http://spectrum-soft.com/index.shtm
  5. Официальный сайт проекта Multisim: [Электронный ресурс] URL: http://www.ni.com/multisim/
Основные термины (генерируются автоматически): GTK, Цепь, устройство, схема, сила тока, работоспособность схемы, программа, примитивный элемент схемы, общая блок-схема программы, класс, графический интерфейс пользователя, абстрактный класс, SPICE, MOC, IBM, электрическая схема.


Похожие статьи

Построение логических схем с использованием Matlab/Simulink...

Область построения логической схемы разобьем на 4 блока: блок входных переменных, блок инверсий (может отсутствовать), блок

Function Block Diagram — диаграмма функциональных блоков) — представляет собой графический язык для программирования схем.

Разработка блока управления для стиральной машины

Блок-схема алгоритма программы. Блок-схема изображена на рисунке 4. Программа начинается с инициализации портов ввода/вывода и таймера/счетчика микроконтроллера.

Применение систем компьютерной математики и компьютерных...

Общими признаками систем этого класса считаются

Принципиальная структурная схема СКМ приведена на рис. 1.

Системы компьютерной математики решают также задачи графической визуализации результатов вычислений, в том числе построение

Актуальность использования виртуальных лабораторных работ...

Рис. 1. Структурная схема модели: И – источник, К – канал, Н – накопитель. При этом источник И1 имитирует процесс поступления заявок в систему.

Теоретические сведения, условия задач, контрольные вопросыи прочее имеют графический интерфейс с удобной навигацией.

Использование SCADA-технологий в современных...

...стандартных протоколов, а также обеспечивала поддержку наиболее популярных сетевых стандартов из класса промышленных интерфейсов

Спектр его воплощений широк от примитивных датчиков

Рис. 3. Отображение сигналов в программе TRACE MODE.

Использование виртуальных лабораторий – фактор повышения...

Рис. 3 Схема однополупериодного диодного выпрямителя в программе Proteus. Обе программы позволяют выполнять сквозное проектирование электронных устройств: от разработки электрической принципиальной схемы до проектирования печатных плат.

Критерии выбора микроконтроллеров для разработки модулей...

Лабораторный стенд для отладки периферийных схем... Для детального изучения устройства микроконтроллера и основ его программирования в учебном процессе учащимися выполняются 5.

Формирование логического мышления учащихся через...

Первой частью интерактивной схемы станет «Графический метод решения систем уравнений».

Примерная основная образовательная программа образовательного учреждения. Основная школа / [сост. Е. С. Савинов].

Применение графической библиотеки SDL2.0 для...

Рис. 1. Схема игрового цикла. Рис. 2. Схема игрового цикла. Библиотека SDL позволяет работать с графическими примитивами, такими как точки, прямые и прямоугольники.

Гущин А. Н. Разработка программ с графическим пользовательским интерфейсом на языке СИ с...

Похожие статьи

Построение логических схем с использованием Matlab/Simulink...

Область построения логической схемы разобьем на 4 блока: блок входных переменных, блок инверсий (может отсутствовать), блок

Function Block Diagram — диаграмма функциональных блоков) — представляет собой графический язык для программирования схем.

Разработка блока управления для стиральной машины

Блок-схема алгоритма программы. Блок-схема изображена на рисунке 4. Программа начинается с инициализации портов ввода/вывода и таймера/счетчика микроконтроллера.

Применение систем компьютерной математики и компьютерных...

Общими признаками систем этого класса считаются

Принципиальная структурная схема СКМ приведена на рис. 1.

Системы компьютерной математики решают также задачи графической визуализации результатов вычислений, в том числе построение

Актуальность использования виртуальных лабораторных работ...

Рис. 1. Структурная схема модели: И – источник, К – канал, Н – накопитель. При этом источник И1 имитирует процесс поступления заявок в систему.

Теоретические сведения, условия задач, контрольные вопросыи прочее имеют графический интерфейс с удобной навигацией.

Использование SCADA-технологий в современных...

...стандартных протоколов, а также обеспечивала поддержку наиболее популярных сетевых стандартов из класса промышленных интерфейсов

Спектр его воплощений широк от примитивных датчиков

Рис. 3. Отображение сигналов в программе TRACE MODE.

Использование виртуальных лабораторий – фактор повышения...

Рис. 3 Схема однополупериодного диодного выпрямителя в программе Proteus. Обе программы позволяют выполнять сквозное проектирование электронных устройств: от разработки электрической принципиальной схемы до проектирования печатных плат.

Критерии выбора микроконтроллеров для разработки модулей...

Лабораторный стенд для отладки периферийных схем... Для детального изучения устройства микроконтроллера и основ его программирования в учебном процессе учащимися выполняются 5.

Формирование логического мышления учащихся через...

Первой частью интерактивной схемы станет «Графический метод решения систем уравнений».

Примерная основная образовательная программа образовательного учреждения. Основная школа / [сост. Е. С. Савинов].

Применение графической библиотеки SDL2.0 для...

Рис. 1. Схема игрового цикла. Рис. 2. Схема игрового цикла. Библиотека SDL позволяет работать с графическими примитивами, такими как точки, прямые и прямоугольники.

Гущин А. Н. Разработка программ с графическим пользовательским интерфейсом на языке СИ с...

Задать вопрос