В статье предложена открытая архитектура информационно-измерительного комплекса позволяющая не только снизить затраты на модернизацию лабораторного оборудования, но и увеличить его жизненный цикл.
Ключевые слова: измерение, структура, комплекс, схема, жизненный цикл, масштабируемость, оборудование, интерфейс.
The article offers an open architecture of information-measuring complex allows not only to reduce the cost of upgrading laboratory equipment, but to increase its life cycle.
Keywords: measurement, structure, complex, scheme, life cycle, scalability, hardware, interface.
Развитие современных информационно-измерительных комплексов (ИИК) идёт по пути совершенствования их интеллектуальных возможностей в части обработки измерительных сигналов [1–3]. Одновременно возрастают требования к универсальности комплексов. В отдельных случаях, для обеспечения целостности восприятия свойств исследуемого объекта (ИО), ИИК должны обеспечивать снятие измерительных параметров не только в конкретно взятой предметной области, но и в смежных областях. Для проведения подобных исследований, не всегда удаётся использовать существующие ИИК, которые не обладают гибкой архитектурой. Последние не позволяет быстро, без изменения аппаратной части, перепрофилировать комплекс. Это обстоятельство снижает эффективность информационного измерительного оборудования, и заставляет нести дополнительные временные и материальные затраты на дооборудование лабораторий.
Для повышения эффективности ИИК, снижения затрат на модернизацию лабораторного оборудования и увеличения его жизненного цикла, авторы предлагают открытую архитектуру ИИК показанную на рисунке 1.
Рис. 1. Открытая архитектура ИИК: БОД — блок обработки данных; СБИО — сменный блок исследуемого объекта
Блок обработки данных (БОД) включает вычислительное ядро (микроконтроллер) [4], подсистему автоматизированного управления, подсистему сбора передачи и обработки данных, а также часть рабочего места пользователя (модуль индикации и локальные органы управления). Подсистема сбора, передачи и обработки данных осуществляет сбор и обработку сигналов с датчиков СБИО. Также эта подсистема, используя возможности вычислительного ядра, обеспечивает математическую обработку результатов измерений и их передачу в ПЭВМ. С помощью специального программного обеспечения ПЭВМ осуществляет визуализацию полученной информации [5, 6]. Подсистема сбора обработки и передачи данных реализуется на специализированных интегральных схемах, которые обеспечивают требуемые протоколы передачи данных. Фактически эта подсистема реализует интерфейс технической системы (ИТС), который связывает ИИК с ПЭВМ.
Подсистема автоматизированного управления формирует внешние воздействие на ИО, и осуществляет управление всеми подсистемами БОД. Взаимодействие человека с ИИК осуществляется как с помощью органов локального управления входящих, так и с помощью ИТС, реализованного в подсистеме сбора, передачи и обработки данных.
Сменный блок исследуемого объекта (СБИО) состоит из подсистемы измерений и объектовой подсистемы. Подсистема измерений — это набор первичных преобразователей физических величин (датчиков). Объектовая подсистема представляет собой исследуемый объект.
Предложенная структура ИИК отличается от существующих образцов лабораторного практикума пространственным разделением ИО и блока обработки данных, что позволяет без изменения архитектуры БОД, (простой сменной СБИО и изменением программы исследования, заложенный в БОД), организовать исследования в различных областях. Например, при исследовании теплоотвода транзистора объектовая подсистема СБИО содержит исследуемый теплоотвод, а при исследовании работы самого биполярного или полевого транзистора объектовая подсистема будет уже содержать транзистор, при этом архитектура БОД не изменяется, меняется только программа исследования. Это и определяет возможность предлагаемой открытой структуры обеспечивать исследования в различных предметных областях.
В ходе апробации работы, авторы усовершенствовали предложенную структуру с целью наделения её возможность изучения набора исследуемых объектов и сравнением результатов измерения с математической моделью (ММ) изучаемого объекта или процесса.
Физической моделью является набор СБИО. ММ является описание ИО или процесса. Усовершенствованная структура позволяет определять адекватность ММ на основе исследования ФМ СБИО.
Рис. 2. Расширенная структура ИИК: ФМ — физическая модель; ММ — Математическая модель
Показанная на рисунке 2 расширенная структура может использоваться не только при исследование технических элементов и объектов [7]. Структура найдёт эффективное применение, например, при определении концентрации тяжёлых металлов в почве, с применением электрохимических методов.
Таким образом, предложена открытая структура, позволяющая расширить функциональные возможности современного ИИК. Чёткое разделение функций БОД и СБИО увеличивает жизненный цикл ИИК [8,9], что при быстрой смене версий и инструментальных средств лабораторного практикума позволяет снизить затраты на модернизацию лабораторного оборудования.
Литература:
1. Рубичев Н. А. Измерительные информационные системы: Учебное пособие. М.: Дрофа, 2010. — 334с.
2. Горячев Н. В. Информационно-измерительный лабораторный комплекс исследования теплоотводов электрорадиоэлементов / Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, И. Д. Граб, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 239–240.
3. Горячев Н. В. Совершенствование структуры современного информационно-измерительного комплекса / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Инновационные информационные технологии. 2013. Т. 3. № 2. С. 433–436.
4. Горячев Н. В. К вопросу выбора вычислительного ядра лабораторного стенда автоматизированного лабораторного практикума / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2009. № 10. С. 128–130.
5. Горячев Н. В. Алгоритм функционирования стенда исследования теплоотводов и систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры/ Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко, Н. К. Юрков //Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2011. № 1. С. 385–391.
6. Горячев Н. В. Программа инженерного расчёта температуры перегрева кристалла электрорадиокомпонента и его теплоотвода / Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, И. Д. Граб, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 242–243.
7. Падолко Е. П. Основные понятия имитационного моделирования и построение имитационной модели системы массового обслуживания / Е. П. Падолко // Современные информационные технологии. 2012. № 15. С. 43–45.
8. Горячев Н. В. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / Н. В. Горячев, И. М. Трифоненко, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 396–399.
9. Горячев Н. В. Опыт применения систем сквозного проектирования при подготовке выпускной квалификационной работы / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Известия Пензенского государственного педагогического университета им. В. Г. Белинского. 2011. № 26. С. 534–540.
