Каталог Рефератов - Разработка технического и программного обеспечения автоматизированной системы научных исследований

	Информационно-образоательный портал
	Рефераты, курсовые, дипломы, научные работы,



МЕНЮ\|

поиск

Разработка технического и программного обеспечения автоматизированной системы научных исследований

4.1.2 Входные данные

Входными данными для программы являются данные, указанные в техническом задании на курсовое проектирование: разрядность АЦП; динамический диапазон напряжений АЦП; период дискретизации АЦП; амплитуда входного сигнала; число отсчетов (элементов генерируемого временного ряда); число гармоник и их величины; разрешение по частоте; погрешность оценивания спектральных плотностей; число усредняемых участков.

4.1.3 Выходные данные
Выходными данными программы, наглядно представленные в виде графиков и выводящиеся в файлы с соответствующими названиями, являются: сгенерированные ряды данных (временные, комплексные, амплитудные) и характеристики этих рядов (оценка математического ожидания, дисперсии, среднеквадратичного отклонения и т.д.), спектральные плотности мощностей.

4.2 Функции

Программа состоит из четырех модулей: основной; функция, выполняющая прямое дискретное преобразование Фурье; функция, выполняющая обратное преобразование Фурье; функция, выполняющая быстрое прямое и обратное дискретное преобразование Фурье.

Остальные возможности реализованы в теле основной программы по нажатию определённых кнопок, такие как: функции очистки данных, загрузки и сохранения данных, функций вычисления грубой и усредненных оценок СПМ, функций окон сглаживания Гудмена и Гудмена-Эноконса-Отнеса. Схема программы приведена в приложения Б. Текст программных модулей приведен в приложении А.

Основной модуль предназначен для ввода всех входных параметров и вызова функций в последовательности, необходимой для указанного вида обработки данных. После получения входных данных выполняется их проверка. Затем производится вызов подпрограмм дискретного (прямого и обратного) и быстрого преобразования Фурье, а также подпрограмм оценки спектральной плотности мощности в комплексе с различными методами осреднения и сглаживания.

Функция вычисления БПФ

void fft_fun(float *x, float *y, int n, int ind) осуществляет вычисление прямого или обратного быстрого преобразования Фурье в зависимости от значения переменной ind. Другие переменные, передаваемые в эту функцию:

x, y - вещественные массивы размерности N;

n - количество отсчетов (длина участка) .

Функция вычисления дискретного преобразования Фурье

void dpf_fun(float *x, float *y, int N) осуществляет вычисление прямого дискретного преобразования Фурье. Переменные, передаваемые в эту функцию:

*x, *y - вещественные массивы размерности N;

N - количество отсчетов.

Функция вычисления обратного дискретного преобразования Фурье

void odpf_fun(float *x, float *y, int N) осуществляет вычисление обратного дискретного преобразования Фурье. Переменные, передаваемые в эту функцию:

*x, *y - вещественные массивы размерности N;

N - количество отсчетов.

Функция моделирования работы АЦП

void __fastcall TForm1::Button1Click(TObject *Sender) - Моделирует генерацию сигнала от датчика со всеми заданными параметрами (частоты, амплитуда) и последующую дискретизацию сигнала с заданным периодом дискретизации Т. Также вычисляет ошибку квантования её оценку математического ожидания, дисперсию, СКО.

Функция оценки спектральной плотности мощности

void __fastcall TForm1::BitBtn1Click(TObject *Sender) - По нажатию на эту кнопку программа выполняет оценку спектральной плотности мощности, в соответствие с введёнными параметрами. При этом есть возможность проводить оценку грубую, сглаженную усреднением по частотам или по участкам, либо с применением окон Гудмена или Гудмена-Эноксона-Отнеса.

4.3 Тестирование разработанного ПО
Итак, пришло время самого интересного в этом курсовом проекте, а именно проверка того, какие результаты он выдаёт, то есть насколько корректно программа делает вычисления. Как эталон будет использоваться результат вычислений пакета MATLAB.

Начальные данные:

Амплитуда сигнала (В)	Значения частот гармоник (Гц)	Параметры АЦП
	f1	f2	f3	f4	f5	UMAX (В)	UMIN (В)	Число разрядов
3	10	40	70	100	130	+3	-3	6

Разрешение по частоте - 1 (Гц), ошибка - 40 (%).

Количество отсчётов в ходе исследования выбрано разным, потому что при исследовании оценки СПМ необходимое число отсчетов - 8192, но в то же время, при N=8192 не видно графиков временного ряда и ДПФ, поэтому будем использовать два варианта числа отсчетов: 256 и 8192.

Далее приведем результаты работы программы.

Графическое представление исходных временных рядов представлено на рисунках 4.1, 4.2, 4.3, 4.4.

Рисунок 4.1 - Исходный непрерывный временной ряд

Рисунок 4.2 - Дискретный временной ряд

Рисунок 4.3 - Временной ряд с ошибкой квантования

Рисунок 4.4 - Временной ряд ошибки квантования

На рисунке 4.5 представлен исходный временной ряд с шумом, интенсивностью 5%.

Рисунок 4.5 - Исходный временной ряд с шумом

В результате получили соответствующие ряды. Ошибка квантования каждого из них не выходит за рамки +/- 0.5, что говорит о верном построении.

Значения полученных статических характеристик представлены на рисунке 4.6

Рисунок 4.6 - Статические характеристики

Теперь приступим к второй части - исследование преобразования Фурье.

Прямое дискретное преобразование Фурье и быстрое прямое ДПФ представлены на рисунках 4.7 и 4.8 соответственно.

Рисунок 4.7 - Прямое дискретное преобразование Фурье

Рисунок 4.8 - Прямое быстрое дискретное преобразование Фурье

Обратное дискретное преобразование Фурье и быстрое обратное ДПФ представлены на рисунках 4.9 и 4.10 соответственно.

Рисунок 4.9 - Обратное дискретное преобразование Фурье

Рисунок 4.10 - Быстрое обратное дискретное преобразование Фурье

Приступим к третьей части исследования - оценка спектральной плотности мощности.

Для дальнейшего исследования необходимо увеличить количество отсчетов до 8192. На рисунках 4.11, 4.12, 4.13, 4.14, 4.15 приведены результаты работы программы.

Рисунок 4.11 - Грубая оценка спектральной плотности мощности

Рисунок 4.12 - Сглаженная оценка СПМ (окно Гудмена-Эноксона-Отнеса)

Рисунок 4.13 - Сглаженная оценка СПМ (окно Гудмена)

Рисунок 4.14 - Сглаженная оценка СПМ (усреднение по частотам)

Рисунок 4.15 - Сглаженная оценка СПМ (усреднение по участкам)

При оценке СПМ с помощью усреднения по участкам на экран выводится длина участка и количество участков (рисунок 4.16)

5 РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

Данное руководство необходимо для корректной работы с программой, производящей моделирование системы датчика с АЦП, и последующей обработки данных поступивших с АЦП.

Для начала работы с программой необходимо открыть каталог в который вы её установили и запустить на исполнение файл Project1.exe.

После этого произойдет загрузка программы. Вы должны увидеть следующий интерфейс программы Рисунок 5.1.

Рисунок 5.1 - Интерфейс программы сразу после её запуска со стоящими по умолчанию параметрами

Начнем описание со стандартного меню (Рисунок 5.2). Первая закладка в этом меню называется Файл, при одинарном щелчке по этой надписи появляется выпадающий список, в котором фигурируют два поля: Открыть и Сохранить.

При нажатии на Сохранить произойдет сохранение текущих данных: на первой строке в файле будет указан период дискретизации T, на второй - амплитуда сигнала А, на третьей - количество отсчетов N, а далее будет выведен текущий временной ряд .

При нажатии на Загрузить, программа загрузить исходные для расчета данные из указанного файла.

Вторая закладка Меню называется «Справка» Она содержит выпадающее меню «О программе», и по нажатию на него будет выведена на экран информация о разработчике.

Теперь у нас есть загруженные исходные данные из файла, они отображаются в соответствующих полях формы (Рисунок 5.1). В случае если нет сохраненных данных, нет файла откуда их можно загрузить, все параметры можно ввести вручную, все на той же основной форме. Либо после загрузки из файла скорректировать данные из файла.

Данными для ввода являются:

- Количество отсчетов

- Частота первой гармоники

- Период дискретизации

- Амплитуда сигнала

- Число гармоник

- Шаг изменения частоты

- Разрядность АЦП

- Верхний предел напряжения на АЦП

- Нижний предел напряжения на АЦП

- Интенсивность шума.

Пример заполненной формы можно увидеть на рисунке 5.1.

Следует выделить закладки в программе, которые находятся под меню. Каждая из них показывает одну часть, которую может выполнять программа в соответствие с названиями:

- «Моделирование данных АЦП и исследование ДПФ»;

- «Исследование оценки СПМ».

«Моделирование данных АЦП и исследование ДПФ» - это первая закладка, в которой при нажатии на соответствующую кнопку можно смоделировать исходный временной ряд, дискретный временной ряд, временной ряд с ошибкой квантования, временной ряд ошибки квантования и 4 вида ДПФ (прямое ДПФ, обратное ДПФ, быстрое прямое и быстрое обратное ДПФ). Для каждого из временных рядов будет построен соответствующий график и вычислены статистические характеристики: оценка математического ожидания, дисперсия, среднеквадратическое отклонение. При выборе кнопки «Прямое ДПФ» или «Обратное ДПФ» становится активной кнопка «Быстрое ПФ» и если на ней поставить галочку то будет произведено вычисление быстрого прямого или быстрого обратного ДПФ.

«Исследование оценки СПМ» - Здесь содержится несколько инструментов для нахождения Оценки спектральной плотности мощности. При этом, для того чтобы в этой вкладке вычисления выполнялись корректно, необходимо, чтобы было выполнено прямое ДПФ из предыдущей закладки. В противном случае будет выдано сообщение об ошибке.

Если все в порядке, то при нажатии на кнопку «Вычислить» будет получен следующий результат, т.е. график оценки СПМ и соответствующие ему числовые значения.

Помимо грубой оценки, можно получать сглаженную оценку. Для этого в программе имеется четыре разных метода: Окно Гудмена, окно Гудмена-Эноксона-Отнеса, усреднение по частотам, усреднение по участкам. Выбирая соответствующие поля на форме (Рисунок 4.6), можно получать необходимый результат.

Заключение

В курсовом проекте было разработано техническое и программное обеспечение автоматической системы научных исследований (АСНИ), позволяющее осуществить спектральный анализ сгенерированного временного ряда. Целью данного курсового проекта являлась разработка программного продукта, работающего в среде ОС Windows, позволяющего осуществлять управление процессом спектрального анализа, включая операции ввода данных, визуализации результатов в виде графиков и колонок цифровых значений, завершения работы.

Разработанный информационно-измерительный канал состоит из дифференциального усилителя, обеспечивающего заданную погрешность от синфазной помехи и активного фильтра с заданной частотной характеристикой (фильтра низких частот), нормирующего усилителя, обеспечивающего согласование входа АЦП с выходом дифференциального усилителя по напряжению.

В процессе выполнения курсового проекта разработано программное обеспечение АСНИ в интегрированной среде программирования Borland C++ Builder 6.0, рассчитанное на работу в среде Windows 9x ,NT.

В результате разработки получена программа моделирования работы АСНИ, отвечающая техническому заданию на курсовое проектирование. Данная программа генерирует исходный временной ряд, моделирует аналого-цифровое преобразование, анализирует грубую и сглаженную оценки спектральной плотности мощности двумя методами - усреднением по участкам и по частотам. Проверка корректности работы программы осуществлялась в соответствии с вариантом задания на курсовое проектирование.

БИБЛИОГРАФИЯ
Гальперин М.В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике М.: Энергоатомиздат,1987. (с 262- 269).
Гарет П. Аналоговые устройства для микропроцессоров и мини-ЭВМ. - М.: Мир,1981.
Гутников В.С. Фильтрация измерительных сигналов. - Л.: Энергоатомиздат,1990.(с 86-97)
ДСТУ 3008-95 Государственный стандарт Украины. Документация в сфере науки и техники. Структура и правила оформления.

Страницы: 1, 2, 3

© 2003-2013
Рефераты бесплатно, курсовые, рефераты биология, большая бибилиотека рефератов, дипломы, научные работы, рефераты право, рефераты, рефераты скачать, рефераты литература, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты медицина, рефераты на тему, сочинения, реферат бесплатно, рефераты авиация, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент.