Подготовка современных инженеров в соответствии с потребностями рынка труда конкретного региона требует использования в учебном процессе дорогостоящего оборудования и высокотехнологичной научной продукции. Например, в рамках курса “Тепломассообмен” при подготовке инженеров-конструкторов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), и проведении лабораторных работ необходимы достаточно дорогостоящие тепловизоры, инфракрасные измерители температуры, датчики температуры содержащие редкоземельные и драгоценные металлы. Зачастую приобретение этого оборудования при организации даже минимального количества лабораторных мест, для учебного заведения становится непосильным с экономической точки зрения. При этом никто не отменял основной задачи стоящей перед учреждениями профессионального образования — это подготовка специалистов, удовлетворяющих квалификационным требованиям, способных к выполнению всех видов профессиональной деятельности, определенных содержанием профессионально-образовательных программ обучения. ГОС ВПО регламентируют перечень учебных дисциплин, изучение которых сопровождается выполнением лабораторных практикумов с применением учебного и научного оборудования. Несколько улучшить ситуацию позволит реализация лабораторных практикумов нового типа созданных на основе средств информационных и коммуникационных технологий — т. е. так называемых автоматизированных лабораторных практикумов, в том числе и с удаленным доступом.
Разработанные на сегодняшний день автоматизированные лабораторные практикумы удаленного доступа включают лабораторные стенды, сопряженные с компьютерами [1] расположенными в компьютерном классе учебного заведения, а так же программное и методическое обеспечение.
Составленные таким образом комплексы позволяют:
- студенту дневного отделения — максимально полно и без лишних затрат времени на подготовку эксперимента осваивать конкретную предметную область;
- удаленному пользователю — ознакомиться с теоретическими основами эксперимента, методикой измерений и приборами, связанными с компьютером специальным устройством сопряжения;
- формировать в интерактивном режиме индивидуальную программу эксперимента;
- преподавателю — проводить дистанционное тестирование на этапах допуска к экспериментам, проведения эксперимента и обработки его результатов с учетом сформированной студентом программы эксперимента;
- осуществлять дистанционный контроль в режиме реального времени.
Часто, в рамках конкретной кафедры лабораторные практикумы разрабатываются самими студентами и аспирантами кафедры под руководством профессорско — преподавательского состава (научного руководителя). И почти всегда выбор конечных изделия для применения в стенде (материалов конструкций, радио и электро деталей и т. п.) ложится на плечи молодого поколения ещё не имеющего достаточного опыта в проектировании сложных электронных изделий. Особенно важным является правильный (рациональный) выбор вычислительного ядра — центрального процессора (ЦП) лабораторного стенда. Зачастую именно от этого выбора зависит успех всего лабораторного практикума, в том числе и коммерческий успех столь важный в современном “инновационном” мире. Ниже кратко рассмотрим стратегию выбора ЦП лабораторного стенда исследования натурального объекта, причём под термином “натуральный объект” подразумевается некий реальный, физический объект конкретно взятой предметной области (например, для курса “Электроника” — это может быть, диод, транзистор, для курса “Схемотехника” — схема усилителя, фильтра, а для упомянутого выше курса “Тепломассообмен” — радиатор, система охлаждения РЭА и т.п).
Как правило, в качестве ЦП применяют микроконтроллеры (МК) [2] и\или программируемая логическая микросхема (ПЛИС).
Частой ошибкой при выборе ЦП является желание разработчика выбрать МК или ПЛИС с более широкими функциями, чем те, которые необходимы для реализации стенда. Это решения нельзя назвать рациональным т. к. оно приведёт к выбору более дорогостоящего ЦП. Ориентироваться необходимо на тот ЦП, который позволит выполнить все поставленные перед лабораторным стендом задачи и при этом не содержащий излишних функций. Последний вывод следует из того что современное развитие микроэлектроники позволяет производителям МК и ПЛИС совершенствовать свою продукцию иногда по нескольку раз в год при этом удешевляя предыдущее поколение. И нет никакого смысла выбирать дорогие образцы, если через короткий промежуток времени появятся более новые и совершенные.
Ещё одним шагом, часто приводящим к ошибке при выборе элемента ЦП, является сам выбор между МК и ПЛИС. Здесь следуют ориентироваться на подготовку разработчика для работы с конкретным изделием, т. е. если студенты на занятиям изучают или когда то изучали МК, то безусловно для реализации проекта предпочтительней выбрать именно МК. Это позволит убить сразу двух зайцев сократить сроки разработки и одновременно дать студентам или аспирантам дополнительную практику при работе с некогда изученной архитектурой. При выборе МК есть и ещё преимущество — это достаточно большой опыт работы с МК у широкой массы инженеров в нашей стране (более чем с ПЛИС). Так же при выборе МК особенно наиболее известных на российском рынке производителей — Atmel, Microchip, Analog device, и т. д. разработчик бесплатно получает большое количество дополнительных инструментов значительно облегчающих жизнь. Но всё же, нужно отметить что ПЛИС являются более гибким инструментом при разработке лабораторных стендов, но их использование сдерживается как раз из-за малой распространенности в учебных заведениях как самих ПЛИС, так и средств разработки, а это уже вопрос к дистрибьюторам фирм производителей ПЛИС.
На пути разработчика встают и другие проблемы при выборе ЦП для построения лабораторного стенда, но пожалуй эти две являются основными и в последствии определяющими успех всего проекта. Именно от выбора типа ЦП и его функциональности зависит как открытость архитектуры стенда, так и степень сложности работ при последующей модернизации всего автоматизированного лабораторного практикума.
Литература:
1. Горячев Н. В. Стенд исследования тепловых полей элементов конструкций РЭС/ Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко, П. Г. Андреев, В. А. Трусов //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2008. Т. 2. С. 162–166.
2. Юрков Н. К. Микропроцессорные системы в учебном процессе / Н. К. Юрков, П. Г. Андреев, И. Ю. Наумова, Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2009. Т. 1. С. 161–164.
3. Yurkov N. K. Measurement of the parameters of three-element nonresonance two-terminal networks at a fixed frequency / N. K. Yurkov, M. V. Klyuev, E. V. Isaev // Measurement Techniques. N.Y., Springer, Issue 11, February 2013, Volume 55, Issue 6, pp. 1267–1274
4. Yurkov N. K. Systems of Coriolis flowmeters in the field / N. K. Yurkov, K. V. Gudkov, M. Yu. Mikheev, V. A.Yurmanov // Measurement Techniques. N.Y., Springer, November 2012, Volume 55, Issue 6, pp 132–139
5. Yurkov N. K. A method of automatic verification of Coriolis flowmeters in the field / N. K. Yurkov, K. V. Gudkov, M. Yu. Mikheev, V. A.Yurmanov// Measurement Techniques. N.Y., Springer, May 2012, Volume 55, Issue 2, pp 151–155
6. 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.
7. 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.
8. Горячев Н. В. Структура и программно-информационное обеспечение информационно-измерительного лабораторного комплекса / Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, Н. К. Юрков // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2012. Т. 130. № 5. С. 169–173.
9. Горячев Н. В. Типовой маршрут проектирования печатной платы и структура проекта в САПР электроники Altium Design / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 120–122.
10. Горячев Н. В. Алгоритм функционирования системы поддержки принятия решений в области выбора теплоотвода электрорадиоэлемента / Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 238–238.
11. Горячев Н. В. Обзор современных симплексных ретрансляторов радиосигналов/ Сивагина Ю. А., Граб И. Д., Горячев Н. В., Юрков Н. К.//Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 74–76.
12. Горячев Н. В. Концептуальное изложение методики теплофизического проектирования радиоэлектронных средств / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2013. № 17. С. 214–215.
13. Горячев Н. В. Тепловая модель сменного блока исследуемого объекта / Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 263–263.
14. Горячев Н. В. Проектирование топологии односторонних печатных плат, содержащих проволочные или интегральные перемычки / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 122–124.
15. Горячев Н. В. Программные средства теплофизического проектирования печатных плат электронной аппаратуры / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. 2013. № 10. С. 128–130.
16. Горячев Н. В. Индикатор обрыва предохранителя как элемент первичной диагностики отказов РЭА / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 78–79.
17. Горячев Н. В. Автоматизированный выбор системы охлаждения теплонагруженных элементов радиоэлектронных средств / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, К. С. Петелин, В. А. Трусов, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2013. № 4. С. 136–143.
18. Горячев Н. В. Системы охлаждения полупроводниковых электрорадиоизделий / А. Ю. Меркульев, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. — 2013. — № 11. — С. 143–145.
19. Горячев Н. В. Алгоритм функционирования компьютерной программы стенда исследования теплоотводов/ Граб И. Д., Горячев Н. В., Лысенко А. В., Юрков Н. К.//Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 1. С. 244–246.
20. 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.
