СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы : СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 / гл. ред. М. Ю. Пермяков. - Екатеринбург : ИД "Ажур", 2008. - 47 с.
Рабочее место оператора. Общие эргономические требования и требования к производственной среде. Методы измерения: ГОСТ Р 50923-96 / гл. ред. М. Ю. Пермяков. - Екатеринбург : ИД "Ажур", 2008. - 52 с.
Средства отображения информации индивидуального пользования. Общие эргономические требования и требования безопасности: ГОСТ Р 50948-01 / гл. ред. М. Ю. Пермяков. - Екатеринбург : ИД "Ажур", 2008. - 43 с.
Сравнение технологий
3D съемки объектов
Калмыков А. А., Пономарева О.А., Фоменко А. В.
Институт радиоэлектроники и информационных технологий — РТФ УрФУ.
В данной статье рассматривается два метода 3D съемки: эталонный метод фотограмметрической съемки и «время-пролетные» камеры, с целью, выяснить, какая из технологий лучше всего подойдет для использования в качестве системы позиционирования для подповерхностного радара. Радар располагается в метре от исследуемого объекта и перемещается в параллельной объекту плоскости в квадрате метр на метр. Параметры, которые наиболее важны для системы позиционирования: очень высокая точность по углу и по глубине, порядка миллиметра.
Системы стерео съемки состоят из двух камер с ограниченным углом обзора. В пространстве фотографируется физическая точка на две фотокамеры. Если пиксель, соответствующий этой точке находится в обоих изображениях, её позиция может быть вычислена с помощью принципа триангуляции. Основная проблема заключается в выявлении соответствующих пикселей — проблема поиска соответствия. [1]
Выходные данные стереопары могут быть обработаны и проанализированы в реальном времени на цифровых сигнальных процессорах, или многоядерных скалярных процессорах. Одно из преимуществ стерео видения, перед другими системами измерения дистанции, таких как лазерные сканеры, акустические и радиолокационные датчики том, что она обеспечивает высокое разрешение и точность, порядка сотых долей миллиметра [2] и одновременное получение всей картины объекта без излучения энергии или движущихся частей. [3]
Рис. 1. Система Aicon MoveInspect HR Precise, обладающая максимальной точностью 0.05 мм на 1 м3.
«Время-пролетная камера» (TOF камеры) представляет собой устройство измерения расстояния, которое вычисляет расстояние на основе известной скорости света, измеряя время пролета светового сигнала между камерой и объектом для каждой точки изображения. «Время-пролетные» камеры — класс несканирующих ЛИДАРов, в котором вся сцена захватывается целиком с каждым импульсом лазера или света, в отличие от точки за точкой, как это происходит в ЛИДАР системах. [4] Освещение включается на очень короткое время, в результате импульс света освещает сцену и отражается от объекта. Объектив камеры собирает отраженный свет и проецирует его на матрицу. В зависимости от расстояния, свет возвращается с разной задержкой. Учитывая скорость света, эта задержка очень мала: Объект на расстоянии 2,5 м от камеры задержит свет на: [5]
 (1)
Длительность импульса освещения определяет максимальную дальность работы камеры. С шириной импульса, например, 50 нс, диапазон ограничен: [5]
 (2)
Эти короткие отрезки времени показывают, что блок освещения является важнейшей частью системы. Только использование специальных светодиодов или лазеров дает возможность генерировать такие короткие импульсы. [5]
Рис. 2. Самая коммерчески доступная время-пролетная камера SoftKinetic DepthSense 325.
«Время-пролетные» камеры в свободной продаже, начали появляться примерно в 2000 году, как только полупроводниковые процессы стали достаточно быстрыми для таких устройств. Системы охватывают диапазон от нескольких метров до 60 м. Разрешение по третьей координате около 1 см. Разрешение матрицы время-пролетной камеры, как правило, низкое, по сравнению со стандартными 2D видео камерами, у самых коммерчески доступных устройств разрешение 320 × 240 пикселей или менее, по состоянию на 2012 год. [6] [7] По сравнению с 3D лазерными сканерами, TOF камеры работают очень быстро, обеспечивая до 100 изображений в секунду. [4]
Из таблицы 1 видно, что на сегодняшний день «время-пролетные» камеры обладают весьма хорошими характеристиками, при низкой цене. Но для нашей задачи они не подойдут, так как у всех представленных систем очень низкое разрешение матрицы, что приведет к потере в точности по углу. Например произведем расчет съемки объекта на расстоянии D = 3 метра для наиболее точной по глубине камеры — FOTONIC E70. Угол обзора камеры по горизонтали: α = 64о, разрешение по горизонтали: RW = 160 пикселей. На расстоянии трех метров эта камера будет захватывать сцену шириной:
Следовательно расстояние, которое приходится на 1 пиксель — погрешность определения размеров объекта:
Из-за этого «время-пролетные» камеры нам не подходят. Но у них может быть и другое применение. Их можно использовать везде, где требуются небольшие габариты прибора, быстрое определение дистанции и не так критична точность. Например распознавание жестов, проходные датчики, робототехника, автомобильные датчики и т.п. [3]
Резюмируя все вышесказанное, «время-пролетные» камеры очень молодая технология, и в будущем наверняка появятся образцы с более высоким разрешением. Но пока эта технология не подходит для решения поставленной в статье технической задачи, целесообразнее всего использовать метод фотограмметрии, ввиду её высокой точности.
Таблица 1. Сравнение существующих время-пролетных камер.
|
Panasonic D-Imager EKL3105
|
SoftKinetic DepthSense 325
|
FOTONIC E70
|
CamBoard nano
|
Odos Imaging real.iZ
|
Mesa Imaging SwissRanger SR4000
|
Диапазон расстояний, м
|
1.2-5.0
|
0.15-1.0
|
0.1-5
|
0-2
|
0.5-10
|
0.1-5.0
|
Максимальная точность, мм
|
20
|
14
|
5
|
5
|
10
|
10
|
Углы обзора (ГхВ), ˚
|
60х44
|
74х58
|
64х48
|
90х68
|
50х50
|
43х34
|
Разрешение матрицы
|
160х120
|
320х240
|
160х120
|
160х120
|
1280х1024
|
176х144
|
Максимальная скорость съемки, к/с
|
30
|
60
|
25
|
90
|
50
|
50
|
Тип подсветки
|
LED
|
Diffused Laser
|
Laser 4W
|
LED
|
Lazer diode
|
Lazer diode
|
Габариты (ШхВхГ), мм
|
170х54х50.5
|
105х30х23
|
80х80х101.5
|
37х30х25
|
310х192х127
|
|
Дополнительно
|
|
720р RGB сенсор + 3х осевой акселерометр
|
Встроенный 1.5GHz Dual core ARM Cortex A9
|
Самая компактная TOF-камера
|
Одновременная съемка и определение дистанции
|
|
Цена, $
|
2700
|
249
|
|
|
|
9000
|
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ МОДЕЛИРУЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ ELECTRONICS WОRКВЕNСН
Паутов В.И., канд. техн. наук.
e-mail: Pautov_VI@mail.ru
В работе рассмотрены особенности моделирования электронных схем в программе Е1есtгоniсs Wогkbеnсh
При разработке электронных и электротехнических устройств широко используется схемотехническое моделирование с применением средств вычислительной техники. Существует множество программ схемотехнического моделирования в том числе программа Е1есtгоniсs Wогkbеnсh [1] используемая очень широко. Она имеет наиболее простой пользовательский интерфейс и контрольно-измерительные приборы, экранный вид которых очень близок к внешнему виду реальных измерительных приборов. Программа постоянно совершенствуется разработчиком, появляются дополнительные схемотехнические возможности. Программа Е1есtгоniсs Wогkbеnсh позволяет моделировать самые различные радиоэлектронные устройства, такие как аналоговые, цифровые и аналого-цифровые устройства, устройства автоматики и управления. Эти обстоятельства послужили предпосылкой широкого использования программы Е1есtгоniсs Wогkbеnсh в учебном процессе в качестве виртуального лабораторного практикума [2, 3]. Кроме того, программа позволяет демонстрировать динамические процессы в электронных и электротехнических виртуальных схемах во время проведения практических и лекционных занятий. Технические возможности для этого во многих аудиториях университета имеются.
Рабочей программой дисциплины Электроника предусмотрен лабораторный практикум, в котором рассматриваются как линейные, так и цифровые устройства автоматики. Моделирование и анализ линейных схем электроники и электротехники не вызывает особых затруднений у студентов. Моделирование цифровых схем в некоторых случаях вызывает затруднения.
Опыт применения программы Е1есtгоniсs Woгkbеnсh показал, что имеются некоторые особенности ее применения. В данной работе отмечаются некоторые ситуации, в которых программа Е1есtгоniсs Wогkbеnсh работает некорректно.
Например при моделировании асинхронного RS-триггера на элементах 2И-НЕ рис. 1 модель работает некорректно при переходе от запрещённой комбинации входных сигналов (К = 0 и S = 0) к режиму хранения (К = 1 и S = 1).
При запрещённой комбинации входных сигналов оба выхода триггера устанавливаются в единичное состояние, что соответствует правилам работы триггера.
Затемненные кружки отражают светящиеся лампочки индикации.
|
Рис. 1. Моделирование асинхронного RC-триггера на элементах 2И-НЕ
|
Однако при переходе от запрещённой комбинации входных сигналов к режиму хранения, как видно из рис. 1, на котором триггер изображён именно в этой ситуации, оба выхода триггера продолжают оставаться в единичном состоянии, в то время как реальный триггер при переходе от запрещённой комбинации к режиму хранения обязательно переключится в нулевое или единичное состояние.
Корректная работа модели триггера в схеме рис. 1 восстанавливается при переходе к режиму установки единицы (К = 1 и S = 0) или режиму установки нуля (К = 0 и S = 1). Если же в качестве источника входных сигналов использовать генератор параллельного кода (Word Generator), то после перехода триггера из запрещённого состояния в режим хранения программа переходит в режим непрерывных колебаний. Для преодоления этого явления можно исключить ситуации, когда код режима хранения следует за кодом запрещённого состояния.
Подобная ситуация возникает при моделировании триггера JK–типа при введении обратных связей через дополнительные логические элементы
2И-НЕ. В случае также приходится исключать из рассмотрения некоторые комбинации входных сигналов.
При моделировании электронных схем, например, логических элементов, используется несколько виртуальных переключателей рис. 1. Иногда они ведут себя не корректно, перестают переключаться или не реагируют на команду переключения, вызывая неудобства при проведении работы. В таких случаях «непослушный» переключатель следует удалить, предварительно отключив его от остальной схемы и вывести на наборное поле другой переключатель. При его идентификации необходимо следить, чтобы индексы управления не совпадали с уже существующими обозначениями переключателей и обязательно использовать латинские символы.
Моделирование комбинационных схем, таких как сумматор, компаратор, связано с включением последовательно двух и более логических элементов. Реальные элементы, включенные таким образом, установятся в одно из двух состояний: на выходе первого элемента будет логическая единица, а на выходе второго – логический ноль, или, наоборот, на выходе первого элемента будет логический ноль, а на выходе второго – логическая единица. Эти состояния будут устойчивыми. Иногда модель ведёт себя в этой ситуации не корректно. В модели могут возникнуть периодические колебания близкие по форме к прямоугольной. В этом случае помогает включение RC-цепочки к одному из выходов логического элемента. Она вносит временную задержку, которая устраняет возможные обратные связи. На принцип работы комбинационной схемы включение такой цепочки не влияет.
Моделирование недвоичного счетчика импульсов на основе триггеров также связано с введением обратных связей, что может привести к некорректной работе схемы. В этом случае выбор типа обратной связи и точка ее включения играют решающее значение. Если в цепи обратной связи используется логический элемент без инверсии, то возможно возникновение неустойчивого режима работы счетчика и появление колебаний. Или же схема не станет работать как было задумано.
Таким образом, следует иметь в виду, что при моделировании цифровых устройств с обратными связями возможны ситуации, когда программа Е1есtгоniсs Wогkbеnсh работает некорректно.
1. Режим доступа: http://www.interactiv.соm.
2. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBМ РС: Программа Е1есtгоniсs Wогkbеnсh и её применение / В.И. Карлащук. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Солон-Р, 2001. 726 с.
3. Панфилов Д.И. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Е1есtгоniсs Wогkbеnсh: учеб, пособие для электротехнических и электроэнергетических спец. вузов: В 2 т / Под общ. ред. Д.И. Панфилова. Т. 2: Электроника / Д.И.Панфилов, И.Н. Чепурнин, В.Н.Миронов и др. М.: Додэка, 1999.287с.
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛА
Кочкина В. Ф., Вострокнутов Б.В.
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Институт радиоэлектроники информационных систем, кафедра «Радиоэлектроника информационных систем»
ул. Мира, 32, г. Екатеринбург, 620002, Россия
тел. (343) 3759424, е- mail: KochkinaVF@mail.ru
Аннотация – В работе рассмотрены технические требования к САРТ, требования, предъявляемы к программному обеспечению АСУ технологическим процессом и производством, к базовому ПО, характеристики используемых операционных систем верхнего и нижнего уровня АСУ ТП.
В настоящее время стала очень актуальна проблема энергосбережения в многоквартирных жилых зданий. Основное потребление энергетических ресурсов берет на себя отопление зданий. Система автоматического регулирования тепла помогает более, эффективнее и экономичнее использовать энергетические ресурсы. Правильное управление систем отопления зданий делают нашу жизнь комфортнее, и выгоднее экономически.
Основное предназначение систем автоматического регулирования тепла – это автоматическое регулирование давления и температуры теплоносителя как основных его «рабочих» параметров. Регулирование в системе производится автоматически, исходя из температуры наружного воздуха. Если температура на улице понижается, то температура теплоносителя в системе увеличивается, и наоборот – при повышении температуры воздуха на улице система автоматически понижает температуру теплоносителя в системе отопления. кроме того, система автоматизированного узла управления позволяет рассчитать необходимый перепад давления между подающей магистралью и обратной магистралью системы отопления.
Система должна быть многофункциональной, обслуживаемой, восстанавливаемой, с многократным восстановлением после отказов, и функционировать в непрерывном режиме с остановками на техническое обслуживание. Отказы по любой функции системы не должны приводить к неисправностям и авариям технологического оборудования.
В системе должна быть предусмотрена защита информации от воздействия следующих факторов: аварий в системе электропитания и кратковременных резких изменений напряжения питания с помощью источников бесперебойного питания; несанкционированных действий пользователя путем программной защиты, хранения эталона ПО и нормативно-справочной информации на резервных носителях, периодического копирования информации на резервных носителях и сверке её с эталоном, своевременной замене эталона и его защите от несанкционированного доступа организационными мерами.
В системе должна быть предусмотрена возможность ручного ввода данных, характеризующих процесс, но не вырабатываемых самой системой управления.
Система должна являться открытой и допускать возможность функционального расширения с учетом перспектив развития и адаптации к изменяющимся технологическим условиям.
Система должна реализовать следующие функции: стабилизацию теплового режима жилых домов, автоматическое управление температурным режимом (графиком).
С дальнейшим обеспечивать общий контроль, учет и визуализация параметров САРТ.
Программное обеспечение (ПО) должно базироваться на международных стандартах и отвечать следующим принципам:
модульность построения всех составляющих;
иерархичность собственно ПО и данных;
эффективность (минимальные затраты ресурсов на создание и обслуживание ПО);
простота интеграции (возможность расширения и модификации);
гибкость (возможность внесения изменений и перенастройки);
надежность (соответствие заданному алгоритму, отсутствие ложных действий), защита от несанкционированного доступа и разрушения как программ, так и данных;
живучесть (выполнение возложенных функций в полном или частичном объемах при сбоях и отказах, восстановление после сбоев);
унификация решений;
простота и наглядность состава, структуры и исходных текстов программ.
Должно предусматриваться разделение ПО на базовое (фирменное), поставляемое разработчиком ПТК, и прикладное (пользовательское), которое может разрабатываться как поставщиком ПТК, так и разработчиком АСУ ТП.
Должны быть предусмотрены меры по защите информации и недопущению внесения изменений в базовое ПО без привлечения разработчика ПТК. Должна иметься возможность задания паролей и установления границ санкционированного доступа при внесении изменений в прикладное ПО АСУ ТП. Фирменное ПО должно сопровождаться эксплуатационной документацией.
|
