Разработка и создание программно-аппаратного комплекса в управлении рабочими процессами систем метрополитена

1. Исследовательский раздел

1.1 Анализ существующих методов

1.2 Обоснование выбора программно-технических средств

1.3 Техническое задание

1.3.1 Введение

1.3.2 Основание для разработки

1.3.3 Назначение разработки

1.3.4 Требования к программе

1.3.5 Надежность программы и состав технических средств

1.3.6 Требования к программной документации

2. Специальный раздел

2.1 Разработка структурной схемы программы

2.2 Разработка алгоритмического обеспечения

2.3 Разработка программного обеспечения

2.4 Разработка интерфейса пользователя

2.5 Разработка инструкции пользователя

3. Технологический раздел

3.1 Технология разработки программных модулей

3.2 Технология разработки интерфейса пользователя

4. Раздел «Безопасность жизнедеятельности»

4.1 Анализ опасных факторов

4.2 Разработка мероприятий обеспечивающих снижение опасных факторов

4.3 Экологическая оценка

5. Экономический раздел

5.1 Планирование разработки программы с использованием различных методов

5.2 Расчет технико-экономических показателей и экономической эффективности проекта

5.3 Построение оптимизированного сетевого графика Заключение Список использованных источников Приложение А

В настоящее время стремительно расширяется транспортная сеть города Москва. В частности из государственного бюджета выделяются значительные средства на строительство московского метрополитена. До 2025 года запланировано строительство более 60 новых станций и реконструкция уже существующих. В связи с этим возникает потребность в большом количестве оборудования телемеханики для обеспечения управлением различными объектами московского метрополитена.

Я работаю в компании, которая занимается производством оборудования телемаханики. До недавнего времени заказов на производство оборудования было не так много как в нынешнее время, к тому же сроки сдачи значительно сократились. Так как наиболее длительным и ответственным этапом производства является тестирование готового оборудования, то руководством компании было принято решение о модернизации рабочего места наладчика для сокращения сроков проверки и передачи готовых изделий заказчику.

Целью дипломного проекта стала разработка и создание программно-аппаратного комплекса предназначенного для быстрой и качественной проверки релейных стативов телемаханики являющихся важным и наиболее востребованным изделием, играющим важную роль в управлении различными рабочими процессами систем метрополитена.

1. Исследовательский раздел

Целью данного дипломного проекта является разработка программно-аппаратного комплекса АРМ оператора тестирования телемеханических систем.

В данном разделе необходимо исследовать существующие методы, применяемые для тестирования устройств телемеханики. Проанализировать их недостатки и представить достоинства создаваемой системы.

1.1 Анализ существующих методов

программа модуль интерфейс телемеханика Устройство телемеханики представляет собой готовое изделие, включающее в себя металлическую панель с расположенными на ней блоками реле, соединительными проводами, собранными в специальный жгут для более компактного расположения и клемниками, служащими для подключения внешних линий. Типовой релейный статив представлен на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 — релейный статив телеуправления Тестирование изделий такого типа заключается в последовательном включении каждого блока реле и проверки замыкания пар контактов в соответствии со схемой монтажа.

Так как до недавнего времени объём заказов не превышал нескольких изделий в год, применялся метод ручной проверки. В данном методе можно выделить следующие этапы:

— включение блока реле путем подачи напряжения на контакты клемника согласно монтажной схеме.

— поиск по монтажной схеме номеров контактов в клемнике, которые соответствуют замкнутым парам контактов проверяемого реле.

— включение на контакты клемника тестера со звуковым сигналом для проверки замыкания контактов.

Данные операции повторяются для каждого отдельного реле, количество которых может варьироваться от 40 до 250 штук. Становится ясно, что проверка данным способом заключает в себе определенные недостатки:

— на проверку одного изделия затрачивается огромное количество времени.

— во время проверки тестировщиком могут быть допущены дополнительные ошибки.

Разрабатываемая система. В сравнении с вышеописанным методом тестирования устройств телемеханики разрабатываемый программно аппаратный комплекс станет незаменимым инструментом, обеспечивающим удобство, простоту использования и безотказность, а так же высокую скорость выполнения работ по тестированию и наладке устройств телемеханики, так как в состав устройства входит микроконтроллер, обеспечивающий высокую производительность и требуемую скорость обмена информацией между аппаратной и программной частью комплекса.

Техническая реализация АРМ тестировщика включает в себя:

— микроконтроллер Atmega 16 (1 штука);

— преобразователь USB-UART (1 штука);

— транзисторные ключи (16 штук);

— блок питания постоянного тока с выходом на два напряжения 24 и 5 вольт (1 штука);

— специальные вилки для клемников (2 штуки);

— персональный компьютер со специализированным программным обеспечением;

Схема технической реализация АРМ тестировщика устройств телемеханики приведена на рисунке 1.2

Рисунок 1.2 — Схема технической реализация АРМ тестировщика устройств телемеханики На рисунке 1.3 приведена схема аппаратной реализации преобразователя USB-UART.

Рисунок 1.3 — Схема аппаратной реализации преобразователя USB-UART

Обмен информацией между устройством и персональным компьютером осуществляется через интерфейс USB-UART. Клиентская часть программы установленная на персональном компьютере в зависимости от выбранного оператором (тестировщиком) режима работы формирует запрос для контроллера Atmega. Контроллер, приняв запрос, расшифровывает его и выполняет записанную в его память микропрограмму в соответствии с полученными в запросе инструкциями.

Сам запрос представляет собой код в виде символьных значений. Первая цифра в коде расшифровывается как режим проверки, полный или выборочный, вторая цифра определяет тип проверки, т. е. проверка целостности обмоток реле или их последовательное включение, а третье цифровое значение отвечает за задание интервала включения обмоток. Последнее значение представляет собой массив где хранятся номера элементов выбранных для проверки.

Схематично код запроса представлен на рисунке 1.4

Рисунок 1.4 — Схематичное представление кода запроса

1.2 Обоснование выбора программно-технических средств

Для реализации клиентской части программного продукта был выбран объектно — ориентированный язык Delphi и среда программирования Borland Delphi 7, так как она предоставляет наиболее широкие возможности для программирования приложений ОС Windows.

Delphi — это продукт BorlandInternational для быстрого создания приложений. Высокопроизводительный инструмент визуального построения приложений включает в себя настоящий компилятор кода и предоставляет средства визуального программирования, несколько похожие на те, что можно обнаружить в Microsoft VisualBasic или в других инструментах визуального проектирования. В основе Delphi лежит язык Object Pascal, который является расширением объектно-ориентированного языка Pascal. В Delphi также входит библиотека визуальных компонентов и большое количество инструментов, необходимых для того, чтобы чувствовать себя совершенно уверенным при профессиональной разработке программ для Windows-среды.

Процесс создания интерфейса будущей программы заключается в простом перемещении необходимых визуальных компонентов в окно формы. Поэтому RAD-среды еще называют визуальными средами разработки, какими мы видим рабочие и диалоговые окна программы при проектировании, такими они и будут, когда программа заработает.

Преимущества Delphi по сравнению с аналогичными программными продуктами, согласно [2]:

— быстрота разработки приложения;

— удобная отладка;

— высокая производительность разработанного приложения;

— низкие требования разработанного приложения к ресурсам компьютера;

— наращиваемость за счет встраивания новых компонент и инструментов всреду Delphi;

— возможность разработки новых компонент и инструментов собственными средствами Delphi (существующие компоненты и инструменты доступны в исходных кодах);

— удачная проработка иерархии объектов;

— легкое сопровождение продукта в дальнейшем.

Для того, чтобы обосновать, почему наш выбор остановился на Delphi, достаточно просто перечислить некоторые неудобства других языков:

— инициализация. Нужно регистрировать класс окна, цикл обработки сообщений, создавать оконную функцию и прочее, а также быть системным программистом (частично). На Delphi системное программирование уже встроено и инициализация работает по умолчанию, поэтому программист главный упор делает на своих алгоритмах, а не на организации вспомогательных работ;

— сложность языка (несмотря на компактность кода). Возникают сложности в его восприятии;

— чувствительность к регистру символов, т. е. переменная A и переменная a это разные переменные;

— классы. Объекты могут располагаться в любой памяти (статическая, стек, динамическая). В Delphi классы (объекты) могут располагаться только в динамической памяти. Это добавляет безопасности программирования.

Система программирования Delphi рассчитана на программирование различных приложений и предоставляет большое количество компонентов для этого. К тому же работодателей интересует, прежде всего, скорость и качество создания программ, а эти характеристики может обеспечить только среда визуального проектирования, способная взять на себя значительные объемы рутинной работы по подготовке приложений, а также согласовать деятельность группы постановщиков, кодировщиков, тестеров и технических писателей. Возможности Delphi полностью отвечают подобным требованиям и подходят для создания систем любой сложности.

Для написания программы микроконтроллера был выбран язык программирования Си и среда разработки CodeVisionAVR.

CodeVisionAVR является коммерческим программным обеспечением. Существует бесплатная ознакомительная версия с ограничением ряда возможностей, в частности, размер программного кода ограничен 4-мя килобайтами и не включён ряд библиотек.

CodeVisionAVR включает в себя следующие компоненты:

— компилятор Си-подобного языка для AVR;

— компилятор языка ассемблер для AVR;

— генератор начального кода программы, позволяющего произвести инициализацию периферийных устройств;

— модуль взаимодействия с отладочной платой STK-500;

— модуль взаимодействия с программатором;

— редактор исходного кода с подсветкой синтаксиса;

— терминал.

Выходными файлами CodeVisionAVR являются:

— HEX, BIN или ROM-файл для загрузки в микроконтроллер посредством программатора;

— COFF — файл, содержащий информацию для отладчика;

— OBJ — файл;

В нашем случае применяется бесплатная версия CodeVisionAVR, так как её возможностей с запасом хватает для реализации поставленных задач.

Для функционирования программы необходима операционная система. В данном случае была выбрана операционная система Windows XP фирмы Microsoft, потому что Windows предоставляет пользователям оболочку графического интерфейса (GUI), которая обеспечивает стандартную среду пользователя и программиста. (GUI) предлагает более сложное и дружелюбное окружение пользователя, чем командно-управляемый интерфейс DOS. Работа в Windows основана на интуитивно понятных принципах. Вам легко переключиться с задачи на задачу и осуществлять обмен информацией между ними. Однако разработчики приложений традиционно сталкиваются с трудностями программирования, поскольку организация среды Windows является чрезвычайно сложной. Рассмотрев все аспекты требуемой системы, а также учитывая технические требования системы — было разработано техническое задание на разработку данного программного продукта.

1.3 Техническое задание

1.3.1 Введение

Под автоматизированным рабочим местом (АРМ) наладчика систем телемеханики следует понимать программно аппаратный комплекс, разработанный для автоматизации работ по наладке оборудования. Предполагается, что использовать данную систему будет лицо ответственное за проведение работ по тестированию и наладке устройств телемеханики.

1.3.2 Основание для разработки

Основанием для разработки является «Задание на дипломный проект», утвержденное приказом ректора № 1−52/178 от 10 сентября 2012 года.

1.3.3 Назначение разработки

Программа предназначена, в первую очередь для того, чтобы максимально рационализировать рабочее время наладчика, избавив его от необходимости выполнения однотипных действий, т. е. автоматизировать простейшие задачи для скорейшего их выполнения, и снизить до минимума возможность ошибки тестировщика при выполнении тех же работ вручную. Данный комплекс мероприятий должен положительно сказаться на общей производительности труда при меньших затратах сил на выполнение работ по тестированию систем телемеханики, а также свести к минимуму возможные ошибки которые могут быть допущены при проведении этих же работ в режиме ручного труда.

Клиентская часть программы выполнена в среде разработки программного обеспечения Borland Delphi 7. Для создания специальной программы которая впоследствии будет загружена в память микроконтроллера было принято решение использовать программный продукт Code Vision.

1.3.4 Требования к программе

Требуется разработать программу, которая выполняет автоматизированную проверку цепей изделия в соответствии с заданным режимом работы:

— задание интервала включения реле по цепи;

— полная или выборочная проверка;

— задание режима проверки: тестирование целостности обмоток или включение.

Программа должна включать несколько режимов работы, каждый из которых будет содержать в себе некоторый набор функций, а также режим диагностики. Кроме того программа должна иметь возможность сохранять результаты работы в специальный протокол с указанием времени и даты проведения работы. Работа оператора с программой осуществляется с персонального компьютера (ноутбука или нетбука).

1.3.5 Надежность программы и состав технических средств

Надежность должна обеспечиваться организационными и аппаратными средствами. Данные должны контролироваться средствами программного обеспечения. Система должна работать на IBM-совместимых ПК (ноутбуках или нетбуках). Для обеспечения требуемых характеристик использовать следующую конфигурацию:

— процессор — CPUIntel с тактовой частотой не менее 1600 МГц или аналогичный процессор семейства AMD;

— оперативная память не менее 512 Мb;

— жёсткий диск HDD не менее 16.0 Gb;

— дисплей не менее 9″ ;

— не менее одного свободного порта USB;

— источник бесперебойного питания (для стационарного компьютера).

1.3.6 Требования к программной документации

Разрабатываемые программные модули должны быть самодокументированы, т. е. тексты программ должны содержать все необходимые комментарии.

К программе должна прилагаться инструкция. Сама программа должна включать подсказки пользователю, а так же иметь возможность сохранять результаты в протокол с указанием даты и времени проведения работ.

2. Специальный раздел

В данном разделе описан процесс разработки программы, начиная с проектирования структуры блоков и алгоритмов функционирования и заканчивая созданием просто эргономичного интерфейса пользователя; также, к программе написана подробная инструкция по эксплуатации. В этом разделе, также представлены основные принципы взаимодействия клиентской программы и программы располагающейся в памяти микроконтроллера.

2.1 Разработка структурной схемы программы

На основе анализа структуры АРМ тестировщика и его функций была разработана структура связей программы микроконтроллера и клиентской программы, а также определены форматы входных и выходных параметров, фигурирующие в процессе работы программ.

Структурная схема взаимодействия программ представлена на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 — Структурная схема взаимодействия модулей Как видно из рисунка, программа состоит из двух частей.

Первая располагается на персональном компьютере оператора-тестировщика и представляет собой интерфейс взаимодействия оператора с аппаратной частью комплекса. Посредством данного интерфейса оператор-тестировщик имеет возможность задавать интересующий его режим работы и получать информацию о состоянии проверки при этом, не вдаваясь в подробности работы самого комплекса.

Вторая часть представляет собой программу, записанную в память микроконтроллера и выполняющую операции тестирования в соответствии заданному алгоритму с учетом входных переменных, заданных оператором. В ходе выполнения операций тестирования, микропрограмма формирует пакет с информацией о статусе проверки и по окончании тестирования отправляет эту информацию клиентской части программы, где полученная информация визуализируется и отображается на экране ПК.

Интерфейсная часть представляет собой программу, написанную на языке программирования Delphi. Данная программа по выбранным пользователем параметрам формирует запрос, содержащий инструкции для работы программы микроконтроллера, а также визуализирует информацию, полученную от микроконтроллера. Кроме того программа может сохранять результаты проверки в журнал и отображать результаты прошлых проверок по запросу пользователя.

Программа микроконтроллера представляет собой заранее откомпилированный код, написанный на языке программирования Си. После компиляции программа при помощи специального устройства программатора записывается в память микроконтроллера.

Микроконтроллер. В данной работе было решено использовать микроконтроллер Atmega 16. Этот микроконтроллер обладает объемом памяти достаточным для хранения написанной мной программы. Параметры быстродействия удовлетворяют требованиям, предъявляемым к быстродействию программы. Кроме того в будущем возможно дополнение комплекса новыми функциями, количество дополнительных выходных каналов микроконтроллера и его большой объём памяти позволяют это реализовать без особых проблем.

Модуль управления катушками и приёма сигналов замыкания контактных групп. Модуль выполнен на основе дешифратора К155ИД3 и транзисторов КТ 814 В и КТ815 В. Стоит отметить, что транзисторы КТ815 В выступают в роли ключей, а КТ814 В в роли инверторов, так как активным выходным уровнем сигнала у дешифратора является логический 0.

2.2 Разработка алгоритмического обеспечения программы

Перед началом разработки приложения мы должны иметь некоторые представления о том, для чего оно предназначено. Стоит затратить некоторое время на составление алгоритмов функционирования обеих программ.

Алгоритм — точный набор инструкций, описывающих порядок действий исполнителя для достижения результата решения задачи за конечное время.

Алгоритм интерфейсной (клиентской) части.

Схема алгоритма работы модуля интерфейсной части приведена нарисунке 2.2.

Рассмотрим алгоритм более подробно:

— выбирается режим проверки — полная или выборочная. Изменяется соответствующая переменная. Если был выбран режим выборочной проверки, то записываются номера выбранных блоков;

— выбирается тип проверки — тестирование целостности обмоток или включение. Изменяется соответствующая переменная;

— задаём интервал временной задержки включения обмоток. Изменяется соответствующая переменная;

Рисунок 2.2 — Схема алгоритма работы интерфейсной части

— формируется запрос для программы микроконтроллера и записывается в буфер передачи. Запрос отсылается. Далее программа ожидает, пока отработает программа микроконтроллера и вышлет ответный пакет данных;

— значение счетчика цикла выставляется в единицу;

— расшифровывается полученный пакет данных. Имеем длиной 16 двоичных символов. Проверяем первый символ строки. Если значение равно 1, то блок исправен. Если значение равно 0, то блок неисправен. Значком соответствующим результату проверки помечается блок под номером соответствующим текущему значению счетчика цикла;

— значение счетчика цикла увеличивается на единицу и если оно не превышает значения 16 то цикл повторяется. Если значение счетчика больше 16, то вся посылка расшифрована. Данные о проверке записываются в журнал. Проверка закончена можно начинать следующую.

Алгоритм работы программы микроконтроллера.

Программа микроконтроллера находится в памяти микроконтроллера Atmega 16 и запускается при подаче питания на соответствующие входы питания микросхемы контроллера. Далее программа сразу выполняет действия в соответствии с алгоритмом или ожидает какого-либо событие извне.

Схема алгоритма приведена на рисунке 2.3

Рассмотрим алгоритм более подробно:

— после подачи питания на микроконтроллер программа начинает ожидание появления посылки в буфере приёма. Как только посылка получена, начинается её расшифровка;

— если тестировщик выбрал режим полной проверки, то для работы берется исходный массив, который заранее прописан в коде и появляется в момент инициализации программы. Если же пользователь выбрал режим выборочной проверки, то создается новый массив из элементов массива посылки;

Рисунок 2.3 — Схема работы алгоритма программы микроконтроллера

— если в посылке указан режим «включение обмоток», то далее начинается вычисление интервала временной задержки. Если же был указан режим «тестирование целостности», то в этом случае следует переключить аппаратную часть на выдачу пониженного тока в цепь обмоток. Далее вычисляется интервал временной задержки;

— вычисление интервала временной задержки между включениями обмоток вычисляется путём умножения коэффициента временной задержки из посылки на 500, и получаем значение в миллисекундах;

— значение счетчика цикла выставляется в единицу и начинается цикличная проверка блоков реле;

— если элемент массива равен 1 то проверка текущий элемент выбран для проверки. Если же 0 — то происходит увеличение счетчика цикла на единицу, сравнение счетчика с условием и дальнейшая работа программы по алгоритму

— на выходы канала «D» микроконтроллера выставляется двоичное значение номера текущего блока проверки;

— происходит ожидание на входе канала «С» данных и как только данные получены, они добавляются к посылке;

— текущее значение счетчика цикла увеличивается на единицу;

— значение счетчика цикла сравнивается с условием окончания цикла. Если значение счетчика меньше или равно условию, то работа цикла продолжается с момента выставления на выход канала «D» двоичного значения. Если значение счетчика превышает условие, то посылка, сформированная в ходе работы цикла, записывается в буфер передачи, и далее с ней будет работать интерфейсная часть программы на компьютере тестировщика. Здесь можно увидеть, что программа микроконтроллера не завершает работу и после записи посылки в буфер передачи начинает свою работу с самого начала. Завершение работы программы происходит при отключении питания микроконтроллера.

2.3 Разработка программного обеспечения

Программное обеспечение разрабатывалось на языках DelphiиC. Программное обеспечение, отвечающее за интерфейсную часть, в основном сосредоточено в процедурах, которые представляют собой реакции на определенные события, такие как нажатие кнопки, создание или закрытие формы. Специальное программное обеспечение расположено в памяти микроконтроллера и представляет собой монолитный программный модуль не разбитый на процедуры.

Инициализация интерфейса между ПК и микроконтроллером. Взаимодействиемикроконтроллера с ПК осуществляется через виртуальный COM порт. Для того чтобы этот порт появился в системе и его можно было бы использовать необходимо установить специальный драйвер, который как правило поставляется в комплекте с тем или иным адаптером USB-UART. Драйвер содержит все необходимые функции для обмена данными с устройствами, подключенными по сети UART. Таким образом, обращение к адаптеру будет осуществляться как к обычному COM порту известными способами.

Выбор режима проверки. Режим проверки определяет, какое количество блоков будет протестировано. Выбор осуществляется с помощью элементов RadioButton. При выборе режима полной проверки в запрос будет записана соответствующая информация и программа микроконтроллера будет знать о необходимости проведения полной проверки. При выборе этого режима элементы CheckBox, отвечающие за выбор конкретного блока для проверки не доступны. Для удобства работы с элементами CheckBox они были помещены в контейнер GroupBox. Во многих случаях это позволило уменьшить количество программного кода и повысить наглядность программы. Реализацию этой процедуры можно увидеть ниже:

ProcedureTForm1.RadioButton1Click (Sender: TObject);

begin

if radiobutton1. checked=true then// проверкавыбранногорежима

GroupBox1.Visible:=false; // скрытие элементов выбора

Buf_p.R:=0; // запись состояния в посылку

end;

При выборе режима выборочной проверки станут доступными элементы CheckBox, с помощью которых пользователь может отметить, какие именно блоки будут проверяться. В запрос в данном случае в посылку запишется о том, что необходима именно выборочная проверка. Код процедуры выборочной проверки представлен ниже:

procedureTForm1.RadioButton1Click (Sender: TObject);

begin

if radiobutton1. checked=true then // номервыбранногоэлементаradiobutton

GroupBox1.Visible:=true; // отобразить элементы выбора номеров блоков

Buf_p.R:=1; // запись состояния в посылку

end;

Информация о номерах выбранных для проверки элементов формируется с помощью нескольких небольших процедур, каждая из которых срабатывает при нажатии на один из элементов CheckBox. Когда элемент CheckBox отмечается галочкой, в массив посылки записывается единица, причем записывается она под номером элемента соответствующим номеру элемента CheckBoxи, соответственно, номеру выбранного для проверки элемента. Если галочка снята, то вместо единицы записывается ноль. Код процедуры записи номера выбранного элемента представлен ниже:

procedureTForm1.CheckBox1Click (Sender: TObject);

begin

ifCheckBox1.Checked=truethen // проверка выбранного элемента

Buf_p.A[1]: =1 // запись в посылку выбранного элемента

else

Buf_p.A[1]: =0; // удаление элемента из посылки

end;

Тип проверки. Для выбора типа проверки используется элемент RadioGroup. С помощью свойства ItemIndex, отвечающего за номер выбранного элемента, определяется тип проверки, который выберет пользователь. При выборе полной проверки в соответствующее поле посылки для программы микроконтроллера запишется значение 0, а при выборе тестирования целостности обмоток — 1. Реализация процедуры выбора типа проверки представлена ниже:

procedureTForm1.RadioGroup1Click (Sender: TObject);

begin

if radiogroup1. itemindex=0 then//номервыбранногоэлементаradiogroup

Buf_p.T:=0 // включение обмоток

else

Buf_p.T:=1;// проверка целостности обмоток

end;

Временной интервал включения реле определяется посредством перемещения ползунка элемента TrackBar. За номер позиции ползунка отвечает свойство Position. При перемещении ползунка, в поле посылки, отвечающее за значение интервала временной задержки, записывается текущее значение свойства Position. Оно имеет тип Integerи не требует дополнительных преобразований типов для использования в вычислениях. Код процедуры задания временного интервала представлен ниже:

procedureTForm1.TB1Change (Sender: TObject);

begin

Buf_P.Vr:= TB1. Position; // задание интервала временной задержки

end;

Процедура запуска проверки. Данная процедура работает при нажатии на кнопку «Пуск» расположенную на форме в нижнем левом углу. Процедура производит отправку посылки программе микроконтроллера и после приема ответной посылки визуализирует полученные данные для пользователя. Процесс визуализации состоит в отображении значка состояния проверяемых элементов и отображении в поле элемента Memo символьной информации, которая впоследствии будет сохранена в протокол проверки. Фрагмент кода процедуры отвечающий за визуализацию представлен ниже:

ifBuf_PP[1/8] = 1 thenbegin // проверка состояния элемента

Shape1.Visible:=True; // отображение визуализации

Shape1.Brush.Color:=clgreen; // отобразить исправность

B[1]: =1; end

else begin

Shape1.Visible:=True;

Shape1.Brush.Color:=clred; // отобразить неисправность

B[1]: =0; end;

ifBuf_PP[2/8] = 1 then begin

Shape2.Visible:=True;

Shape2.Brush.Color:=clgreen;

B[2]: =1; end

else begin

Shape2.Visible:=True;

Shape2.Brush.Color:=clred;

B[2]: =0; end;

ifBuf_PP[3/8] = 1 then begin

Shape3.Visible:=True;

Shape3.Brush.Color:=clgreen;

B[3]: =1; end

else begin

Shape3.Visible:=True;

Shape3.Brush.Color:=clred;

B[3]: =0; end;

.4 Разработка интерфейса пользователя

При разработке интерфейса пользователя учитывались графические возможности библиотеки компонентов среды разработки, эргономика пользовательского интерфейса и пожелания пользователей системы.

При запуске программы появляется рабочее окно программы предназначенное для работы с программой. Рабочее окно содержит:

— визуальное представление проверяемых блоков;

— элементы выбора проверяемых блоков. Могут быть видимы или скрыты в зависимости от выбранного режима проверки;

— элементы выбора режима проверки;

— элементы выбора типа проверки;

— элемент выбора интервала временной задержки;

— элемент для отображения текстовой информации, используемый для просмотра статуса проверки;

— кнопка «Вывести протокол проверки», которая выводит в окно просмотра статуса проверки один из сохранённых ранее протоколов проверки;

Вид рабочего окна программы представлен на рисунке 2.4

Рисунок 2.10 — Рабочее окно программы Для создания хорошего эргономичного интерфейса использовалась палитра стандартных компонентов Delphi. Для отображения элементов в стилистике WindowsXP был использован элемент XPManifest.

2.5 Разработка инструкции пользователя

После запуска программы появится окно программы, где пользователю будут доступны несколько настроек режимов тестирования, запуск тестирования, возможность просмотреть тестирование совершенное ранее или сохранить результаты только что проведенного тестирования.

Сверху в окне для лучшей наглядности отображаются в ряд визуальные представления объектов тестирования. Ниже слева можно выбрать «Режим проверки»:

— полная проверка предоставляет возможность проверить все объекты;

— выборочная проверка предоставляет возможность выбора номеров объектов, которые будут протестированы. Выбор осуществляется путём установки метки «Галочка» под интересующим объектом;

Под выбором режима проверки располагаются элементы позволяющие выбрать «Тип проверки»:

— включение обмоток. При выборе этого типа проверки объекты, ранее выбранные пользователем при задании «Режима проверки» будут последовательно включены;

— проверка целостности подразумевает под собой тестирование обмоток на наличие разрыва;

Далее можно выставить «Интервал временной задержки между включениями». Для этого достаточно передвинуть ползунок на необходимую цифровую отметку.

В самом низу расположена кнопка «Пуск». Нажатием на неё осуществляется запуск тестирования.

Справа от настроек режимов тестирования расположена область, предназначенная для отображения текстовой информации. По окончании тестирования в этой области будет отображен статус проведенного тестирования с указанием даты и времени проведения тестирования, списка выбранных настроек и статуса тестирования. Эту информацию можно сохранить в файл с помощью кнопки «Сохранить проверку». Кроме того в область отображения текстовой информации можно вывести данные о ранее проводимых проверках. Для этого необходимо нажать кнопку «Вывести протокол проверки» и выбрать интересующий файл из списка.

3. Технологический раздел

В данном разделе описаны технологии разработки программных модулей и интерфейса пользователя, а также представлены некоторые особенности, которые использовались при разработке некоторых модулей.

Перед началом работы над конкретным приложением мы должны иметь некоторые представления о том, для чего оно предназначено. Стоит затратить некоторое время на составление списка всех основных задач, которые должны были бы в принципе решаться этим приложением, — включая и те, которые сегодня и не нужны, но в будущем могут встать перед нами. Под «основными» задачами имеются в виду те функции, которые должны быть представлены в графическом интерфейсе приложения.

Современные технологии позволяют создавать очень сложные приложения. Несмотря на наличие мощных средств, если мы не потратим значительных усилий на определение задач и принципов работы приложения, то впоследствии нам придется потерять значительно больше времени на всевозможные переделки. Если проект приложения недостаточно хорошо продуман, то добавление новых функций или устранение его недостатков будет связано с большими временными и финансовыми затратами. Для выполнения качественного проекта надо провести некоторые предварительные работы.

3.1 Технология разработки программных модулей

Программа написана в среде программирования BorlandDelphi 7 на языке Pascal. Среда программирования Delphi включает в себя:

— workspace — редактор кода;

— object inspector — свойства объектов;

— objecttreeview — дерево объектов;

— панель инструментов;

— палитра компонентов.

На рисунке 3.1 показан интерфейс среды разработки Delphi

Рисунок 3.1 — Интерфейс среды разработки Delphi

Создание нового проекта Чтобы создать новый проект необходимо:

— загрузить Delphi;

— в меню «File», выбрать пункт «New», в открывшемся окне меню выбрать пункт «Application»;

— в меню «File», выбрать пункт «Saveprojectas», а в открывшемся окне задать имя проекта (Main), нажать кнопку «Cохранить»;

— в следующем окне задать имя главного модуля и нажать кнопку «Cохранить».- нажать кнопку F9, чтобы создать .EXE файл программы.

Организация программного кода. Рассмотрим структуры языка Delphi, используемые в программном коде:

— uses<�название_модуля> - раздел подключения модулей к программе;

— typeраздел описания типов данных;

— var<�переменная>:<�тип_переменной> - раздел объявления переменных;

— if<�условие>Then<�оператор>else<�оператор>- условный переход. Если условие выполняется, то выполняется набор операторов в теле конструкции then, если не выполняется, то выполняется набор операторов в теле конструкции else;

— {$R *.dfm} - директива подключения главной формы к программе;

— for<�начальное_значение>to<�конечное_значение>do<�оператор> - цикл со счетчиком. Производит циклическое выполнение определённых действий при изменении значения переменной (индекса счетчика);

— while<�условие>do<�оператор> - цикл с предусловием. Если условие выполняется, то цикл выполняет набор операций, записанных в теле цикла;

— begin<�операторы>end — тело подпрограммы (функции или процедуры);

— procedure<�название> (<�список передаваемых параметров>), function <�название> (<�список входных параметров>): <�возвращаемый тип> - название подпрограммы и список параметров;

— abs (X) — возвращает абсолютное целое значение Х (по модулю).

Тип данных определяет вид и диапазон допустимых значений, которые могут быть введены в поле, а также объем памяти, выделяющийся для этого поля. Рассмотрим типы данных, используемые в программном коде:

— integer (smallint). Целочисленный тип данных с диапазоном значений от-32 768 до 32 767;

— word. Целочисленный тип данных с диапазоном значений от 0 до 65 535;

— byte. Целочисленный тип данных с диапазоном значений от 0 до 255;

— real. Действительный тип данных (числа с плавающей точкой);

— boolean. Логический тип данных. Принимает значение истина (true) или ложь (false);

— textfile. Файл с записями переменной длины, определяет тип файла для содержания текстовых данных;

— string. Строковый тип данных;

— array [<�набор_значений>] of [<�тип_данных>]. Одномерный массив данных одного типа (строковый, числовой).

Объектно — ориентированное программирование (ООП) ООП — парадигма программирования, в которой основными концепциями являются понятия объектов и классов. Класс — это тип, описывающий устройство объектов, а объект — сущность в адресном пространстве вычислительной системы, появляющаяся при создании экземпляра класса. В ООП существует 3 базовых понятия:

· инкапсуляция — это свойство системы, позволяющее объединить данные и методы, работающие с ними, в классе и скрыть детали реализации от пользователя. Существует 2 особенности:

— пользователь может взаимодействовать с объектом только через этот интерфейс. Реализуется с помощью ключевого слова: public;

— пользователь не может использовать закрытые данные и методы. Реализуется с помощью ключевых слов: private, protected, internal.

· наследование — это свойство системы, позволяющее описать новый класс на основе уже существующего с частично или полностью заимствующейся функциональностью. В программе были описаны 2 новых класса на основе класса TThread. Пример:

type

TMyThread1 = class (TThread)

private

protected

procedure Execute; override;

end;

· полиморфизмэто свойство системы использовать объекты с одинаковым интерфейсом без информации о типе и внутренней структуре объекта. Реализуется с помощью ключевого слова: override (определяет метод, который заменяет виртуальный родительский метод класса) и overload (позволяет 2-м или более подпрограммам иметь одинаковое название).

В главном модуле заложен практически весь функционал программы. Программные модули подключаются автоматически при использовании какого — либо компонента. При создании нового проекта автоматически подключатся модули:

Не визуальные компоненты. При разработке функциональной части программы использовались не визуальные компоненты. Помещаем их на форму путем «перетаскивания» с палитры компонентов.

Вкладка System: — timer — предназначен для управления отображением времени и даты.

Вкладка Win32: — XPManifest — задает вид элементов формы в стиле WindowsXP.

Отладка программы Переход в режим отладки и возврат обратно осуществляется щелчком мышью по пункту «StepOver» на панели инструментов во вкладке «Run» (см. рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 — Переход в режим отладки Отладка программы разбивается на этапы:

— пошаговое выполнение программы;

— расстановка в программе точек останова (нажав кнопку F5 на определенной строке кода) и пошаговое выполнение программы в тех местах, где возникает несоответствие выполняемого алгоритма;

На рисунке 3.3 показано пошаговое выполнение отладки с точками останова.

Рисунок 3.3 — Пошаговая отладка с точками останова азработка специального программного обеспечения, предназначенного для работы на микроконтроллере осуществляется на языке программирования С (читается Си) в среде разработки CodeVisionAVR. Среда разработки CodeVisionAVR включает в себя следующие компоненты:

— компилятор Си-подобного языка для AVR;

— компилятор языка ассемблер для AVR;

— генератор начального кода программы, позволяющего произвести инициализацию периферийных устройств;

— модуль взаимодействия с отладочной платой STK-500;

— модуль взаимодействия с программатором;

— редактор исходного кода с подсветкой синтаксиса;

— терминал.

Выходными файлами CodeVisionAVR являются:

— HEX, BIN или ROM-файл для загрузки в микроконтроллер посредством программатора;

— COFF — файл, содержащий информацию для отладчика;

— OBJ — файл;

В нашем случае применяется бесплатная версия CodeVisionAVR, так как её возможностей с запасом хватает для реализации поставленных задач.

Программа микроконтроллера представляет собой единственный модуль в котором заложен весь функционал программы.

Создание нового проекта:

— выбираем тип создаваемого файла, в нашем случае это Project;

— на вопрос о запуске мастера настройки нового проекта соглашаемся и нажимаем кнопку Yes;

— появиться окно выбора типа микроконтроллера. Выбираем первый пункт, потому что программа будет разрабатываться для микроконтроллера ATMega16;

— на вкладке Chip выбираем Chip ATMega16, частоту (Clock);

— генерируем проект и сохраняем его. Для этого следует нажать на кнопку в виде шестеренки Generateprogram, saveandexit;

3.2 Технология разработки интерфейса пользователя

Интерфейс пользователя представляет собой совокупность форм, через которые можно просмотреть данные, выполнить их корректировку и изменения. Для построения интерфейса пользователя используется среда разработки Delphi 7. Сначала необходимо создать форму, на которой будут размещены все необходимые элементы будущей подпрограммы. Добавление компонентов осуществляется путем «перетаскивания» элементов с палитры компонентов.

Для создания новой формы следует создать пустую форму и включить в нее нужные элементы управления, окна и другие детали оформления в режиме «конструктора». Чтобы создать новую форму, нужно:

— в меню «File», выбрать пункт «New», в открывшемся окне меню выбрать пункт «Application»;

Форма в режиме «конструктора» представлена на рисунке 3.4

Рисунок 3.5 — Главная форма программы в режиме «конструктора»

При разработке графической части программы использовались визуальные компоненты. Помещаем их на форму путем «перетаскивания» с палитры компонентов.

Вкладка Standart:

— memo многострочный редактор текста. Служит для ввода и вывода текстовой информации;

— checkbox представляет собой сочетание небольшого окошка, которое и визуализирует наличием или отсутствием «галочки» состояние компонента, и компонента Label — заголовка, поясняющего назначение переключателя;

— radiobutton зависимый переключатель. Используется для выбора только одного из нескольких вариантов. Для этого компонент объединяется как минимум с одним или несколькими такими же компонентами в группу. Щелчок по компоненту приводит к его выделению и снятию выделения ранее выбранного компонента;

— button командная кнопка. Используется для реализации в программе команд с помощью обработчика события OnClick этого компонента;

— label метка. Используется для размещения коротких сообщений в виде статического текста;

Вкладка Win32:

— trackbar ползунок, служащий для установки значений;

— xpmanifest управляет стилем отображения элементов на форме.

Вкладка Additional:

— image рисунок. Компонент для отображения изображений;

— shape фигура. С помощью этого компонента можно вставить на Форму правильную фигуру — прямоугольник, эллипс, окружность. [6]

Событие — это реакция системы на изменение некоторых условий. Процедура обработки событий вызывается автоматически в ответ на событие. Для создания процедуры обработки события следует, прежде всего, определить событие (например, нажатие кнопки мыши или выбор из списка какого-либо значения), для которого в свойстве события задается вызов процедуры обработки. Например, реакция на нажатие кнопки «Пуск» в окне программы будет иметь следующий вид:

procedure TForm1. Button1Click (Sender: TObject);

var

i, j: byte

st: string;

begin

memo1.Clear;

write (f,#Buf_P.R);

for i:=1 to 16 do

write (f,#Buf_P.A[i]);

write (f,#Buf_P.T);

write (f,#Buf_P.Vr);

4. Раздел «Безопасность жизнедеятельности»

4.1 Анализ опасных, вредных факторов и чрезвычайных ситуаций при эксплуатации компьютерной техники

При создании программного обеспечения на разработчика, работающего на ПЭВМ, постоянно или периодически действуют следующие опасные факторы.

Анализ опасных и вредных факторов проведен в соответствии с ГОСТом 12.0.003−74* [7; 8].

Физические опасные и вредные факторы:

— повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны, вызванная климатическими условиями, приводит к усталости и ухудшению самочувствия работников;

— в помещении, где установлены ПЭВМ и оргтехника, возникает повышенный уровень шума и вибрации, источниками которого являются источники люминесцентного освещения, кондиционеры, трансформаторы и вентиляторы в системах охлаждения ПЭВМ; электромеханические устройства: привода дисководов, CD-ROM, жесткий диск, клавиатура; периферийных устройств: принтер, сканер, плоттер, факсимильные аппараты, копировальные аппараты (ксероксы) и телефоны. Повышенный уровень шума и вибрации воздействует на органы слуха, вызывает расстройство сердечно-сосудистой и центральной нервной системы, способствует возникновению гипертонических заболеваний, вызывает утомляемость и снижает работоспособность;

— в воздухе помещения, где установлены ПЭВМ и оргтехника, имеют местоповышенное загрязнение воздуха диоксидом углерода, фенола, формальдегида, аммиака и озона, а также различные виды микроорганизмов и положительные ионы. Положительно заряженные ионы пыли и кислорода способствуют возникновению недостаточности кислорода в крови, что в первую очередь влияет работоспособность головного мозга и органов зрения;

— в помещении, где установлены ПЭВМ и оргтехника, возникают условия повышенной температуры и пониженной относительной влажности воздуха. Эти вредные факторы в сочетании с повышенным загрязнением воздуха воздействуют на органы дыхания и сердечно — сосудистую систему;

— помещение и рабочее место на ПЭВМ имеют питание от сети переменного тока напряжением 220 В и оснащены большим количеством проводов, что может привести к повышению уровня напряжения в электрическойцепи, замыкание которой может произойти через тело пользователя. Опасность прикосновения оценивается значением электрического тока, проходящего через тело пользователя, или напряжением прикосновения, которое зависит от схемы включения пользователя в цепь, напряжения и схемы электрической цепи; при контакте пользователя с поврежденным участком кабеля питания, при пробое высокого напряжения на корпусе ПЭВМ и различных устройств;

— широкий спектризлучения от дисплея, который включает в себя рентгеновскую, ультрафиолетовую и инфракраснуюобласти, а также широкий диапазон электромагнитных волн других частот. При работе за компьютером на экране монитора возникают статистические заряды, они заставляют частицы пыли двигаться к ближайшему заземленному предмету (часто им оказывается лицо оператора), а частицы пыли, оказавшиеся на коже, могут привести к различным кожным заболеваниям. Источниками электромагнитных излучений сверхнизких и низких частотявляются трансформаторы, микропроцессоры низких и высоких частот деталикатодной лучевой трубки и провода с переменным током. Источником ультрафиолетового излучения является экран монитора, амягкого рентгеновского излучения катодная трубка. Различные виды излучения приводят к нарушению функционального состояния нервной, эндокринной, сердечно — сосудистой систем, повышается утомляемость и снижается работоспособность, головная боль, сонливость или бессонница, гипертония, тормозятся рефлексы, изменяется состав крови, помутнение хрусталика глаз, нервно-психические и трофические заболевания (выпадение волос, повышается ломкость ногтей). Электромагнитное излучение низкой частоты является причинойзаболеваний кожи (угревая сыпь, себородная экзема, розовый лишай);изменение биохимической реакции в крови на клеточном уровне, что приводитк симптомам стресса; нарушается протекание беременности; повышаетсявероятность нарушения репродуктивной функции;

— повышенная пульсация светового потока. Мерцание изображения на экране ведет к увеличениюопасности возникновения заболевания глаз;

— отсутствие или недостаточное освещение. Влияет на функционирование зрительного аппарата, то есть определяет зрительную работоспособность, на психику человека, его эмоциональное состояние, вызывает усталость центральной нервной системы, возникающей в результате прилагаемых усилий для опознания четких или сомнительных сигналов. а также воздействует на нервную оптико-вегетативную систему, систему формирования иммунной защиты, рост и развитие организма и влияет на многие основные процессы жизнедеятельности, регулируя обмен веществ и устойчивость к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды.

Психофизиологические опасные и вредные факторы:

— монотонность труда. Длительное пребывание в одном и том же положении и повторение одних и тех же движений приводит к так называемому синдрому длительных статических нагрузок (СДСН), вызывающему мышечные боли и воспалительные процессы. При большом объеме перерабатываемой информации, происходит значительная нагрузка на глаза и это может привести к заболеваниям (астенопия, головные боли, двоение в глазах и нарушение фокусировки зрения, особенно при не правильной организации производственного освещения). Неподвижная поза пользователя в течение длительного времени в напряженном состоянии способствует развитию мышечной слабости, боли в позвоночнике, шее, плечевых суставах, изменению формы позвоночника;

— могут возникнуть нервно-психические нагрузки, умственное перенапряжение, которое обусловлено характером решаемых задач (особенно при составлении программ, поиске неисправностей с помощью ЭВМ при дефиците времени и т. д.), перенапряжение анализаторов (особенно зрительных) при длительном цикле работы в период пиковых загрузок на вычислительных центрах, монотонность труда (особенно операторов систем подготовки исходных данных) эмоциональные перегрузки;

— эмоциональные перегрузки. Нарастание потока информации, быстрое принятие решений и увеличение количества неправильно принимаемых решений приводит к дискомфорту или стрессу, что расстраивает и ослабляет центральную нервную систему, приводит к различным психическим заболеваниям, нервным срывам и депрессии.

Анализ возможных чрезвычайных ситуаций. Чрезвычайная ситуация (ЧС) — состояние, при котором в результате возникновения источника чрезвычайной ситуации на объекте, определенной территории или акватории нарушаются нормальные условия жизни и деятельности людей, возникает угроза их жизни и здоровью, наносится ущерб имуществу населения, народному хозяйству и окружающей природной среде.

Причинами возникновения чрезвычайных ситуаций при эксплуатации ПЭВМ и сетей, согласно [8], являются:

· возникновение пожара;

Источниками возникновения пожаров в помещениях, где установлены ПЭВМ являются электронные схемы; устройства электрического питания, в которых образуются перегретые элементы и электрические искры, способные вызвать возгорание горючих материалов (бумага, отделка помещения); аварийный режим эксплуатации ПЭВМ: короткое замыкание, перегрузки и повышенное выделение тепловой энергии.

· колебания напряжения в электрической сети и прекращение подачи электрического питания;