Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра ИТАС

Курсовая работа

По дисциплине: «Системы реального времени»

на тему «Климат в помещении (CAN)»

Выполнил:

Студент гр. АСУ-12бз

Андреев В.Н.

Проверил:

ст. пр. Федоров А.Б.

Пермь 2017

Содержание

Введение 3

1. Постановка задачи 4

2. Решение 4

2.1 Узлы системы 4

2.2. Сообщения в системе 5

2.3. Сообщения по приоритетам 8

2.4. Анализ сообщений на разных скоростях передачи 9

Заключение 10

Список использованных источников 11

---

Введение

Тема курсовой работы «Расчёт распределенной автоматизированной системы управления на базе современного протокола передачи данных CAN на критерий возможности функционирования в режиме реального времени».

CAN (англ. Controller Area Network — сеть контроллеров) — стандарт промышленной сети, ориентированный прежде всего на объединение в единую сеть различных исполнительных устройств и датчиков. Режим передачи — последовательный, широковещательный, пакетный.

CAN разработан компанией Robert Bosch GmbH в середине 1980-х и в настоящее время широко распространён в промышленной автоматизации, технологиях «умного дома», автомобильной промышленности и многих других областях. Стандарт для автомобильной автоматики.

Преимущества:

• Возможность работы в режиме жёсткого реального времени;

• Простота реализации и минимальные затраты на использование;

• Высокая устойчивость к помехам;

• Арбитраж доступа к сети без потерь пропускной способности;

• Надёжный контроль ошибок передачи и приёма;

• Широкий диапазон скоростей работы;

• Большое распространение технологии, наличие широкого ассортимента продуктов от различных поставщиков.

Недостатки:

• Небольшое количество данных, которое можно передать в одном пакете (до 8 байт).

• Большой размер служебных данных в пакете (по отношению к полезным данным).

• Отсутствие единого общепринятого стандарта на протокол высокого уровня, однако же, это и достоинство.

1. Постановка задачи.

Рассчитать систему управления климатом в помещении с использованием протокола CAN на критерий реального времени. Объект автоматизации – Кондиционер.

В системе функционируют семь независимых устройств, в прототипе кондиционера. В нем функционирует система реального времени, которая позволяет передавать сообщения между объектами.

2. Решение

2.1 Узлы системы

1. Компрессор (Kp) ;

2. Конденсатор (Ks) ;

3. Вентилятор внешний (V1);

4. Вентилятор внутренний (V2);

5. Испаритель (I) ;

6. Плата управления (Plata);

7. Пульт (Pult)

8. Дисплей (Disp)

Сеть в целом должна оперировать 37 сообщениями, которые делятся на различные группы

1. Спорадические сигналы (Имеют различное время ожидания, но должны иметь время ожидания менее 20 мс). Но на самом деле нельзя задать этот период. Предполагают разумные значения

2. Периодические сигналы (Имеют фиксированный период сообщения и требуют, чтобы время ожидания было меньше или равно этому периоду)

Задержка определяется порядком выполнения сообщения от определенной подсистемы. Принимается, что все сообщения появляются одновременно, но так как все сообщения не могут обрабатываться одновременно, для сообщений выделяются соответствующая задержка на выполнение. Наименьшая задержка для более важных сообщений.

2.2. Сообщения в системе

Таблица №1 «Сообщения в системе».

№ сигнала	Описания сигнала	Размер в битах	Задержка в мсек (J)	Период выполнения (T) мсек	Периодическое/ Спорадическое	Крайний срок выполнения (D)мсек	Источник	Приемник	D-J
1	Включить кондиционер\выключить кондиционер	8,00	0,20	100,00	S	100,00	Pult	Plata	99,40
2	Кондиционер включен\выключен	8,00	0,20	100,00	S	100,00	Plata	Disp	99,60
3	Выбрать рабочий режим	8,00	0,20	100,00	S	100,00	Pult	Plata	99,30
4	Рабочий режим выбран	8,00	0,20	1000,00	S	1000,00	Plata	Disp	998,80
5	Установить температуру	8,00	0,20	100,00	S	1000,00	Pult	Plata	999,00
6	Температура установлена	8,00	0,20	50,00	S	5,00	Plata	Disp	4,90
7	Установить скорость вентилятора	8,00	0,20	100,00	S	100,00	Pult	Plata	99,20
8	Скорость вентилятора установлена	8,00	0,20	50,00	S	20,00	Plata	Disp	19,80
9	Зафиксировать вертикальное воздухораспределение	8,00	0,20	1000,00	S	1000,00	Pult	Plata	998,90
10	Вертикальное воздухораспределение зафиксировано	8,00	0,20	50,00	S	20,00	Plata	Disp	19,70
11	Включить\выключить вертикальный автосвинг	8,00	0,20	5,00	S	100,00	Pult	Plata	99,10
12	Вертикальный Автосвинг включен\выключен	8,00	0,20	50,00	S	20,00	Plata	Disp	19,60
13	Включить\выключить горизонтальный автосвинг	8,00	0,20	5,00	S	5,00	Pult	Plata	4,90
14	Горизонтальный Автосвинг включен\выключен	8,00	0,20	20,00	S	20,00	Plata	Disp	19,70
15	Выполнить сброс настроек	8,00	0,20	5,00	S	5,00	Pult	Plata	4,90
16	Настройки сброшены	8,00	0,20	50,00	S	20,00	Plata	Disp	19,50
17	Зафиксировать вертикальные жалюзи	8,00	0,20	5,00	S	5,00	Pult	Plata	4,80
18	вертикальные жалюзи зафиксированы	8,00	0,20	50,00	S	20,00	Plata	Disp	19,50
19	Зафиксировать горизонтальные жалюзи	8,00	0,20	100,00	S	100,00	Pult	Plata	99,80
20	горизонтальные жалюзи зафиксированы	8,00	0,20	50,00	S	20,00	Plata	Disp	19,50
21	Индикация ошибок в работе	8,00	0,20	5,00	S	5,00	Plata	Disp	4,90
22	Горизонтальное воздухораспределение зафиксировано	8,00	0,20	50,00	S	20,00	Plata	Disp	19,40
23	Включить компрессор	4,00	0,20	50,00	P	20,00	Plata	Kp	19,80
24	Выключить компрессор	4,00	0,20	50,00	P	20,00	Plata	Kp	19,80
25	Ошибка компрессора	2,00	0,20	50,00	S	20,00	Kp	Plata	19,80
26	Включить конденсатор	4,00	0,20	50,00	P	20,00	Plata	Ks	19,80
27	Выключить конденсатор	4,00	0,20	50,00	P	20,00	Plata	Ks	19,80
28	Ошибка конденсатора	2,00	0,20	50,00	S	20,00	Ks	Plata	19,80
29	Включить вентилятор внешний	4,00	0,20	50,00	P	20,00	Plata	V1	19,80
30	Выключить вентилятор внешний	4,00	0,20	50,00	P	20,00	Plata	V1	19,80
31	Ошибка вентилятора внешнего	2,00	0,20	50,00	S	20,00	V1	Plata	19,80
32	Включить вентилятор внутренний	4,00	0,20	50,00	P	20,00	Plata	V2	19,80
33	Выключить вентилятор внутренний	4,00	0,20	50,00	P	20,00	Plata	V2	19,80
34	Неисправность вентилятора внутреннего	2,00	0,20	50,00	S	20,00	V2	Plata	19,80
35	Включить испаритель	4,00	0,20	50,00	P	20,00	Plata	I	19,80
36	Выключить испаритель	4,00	0,20	50,00	P	20,00	Plata	I	19,80
37	Неисправность испарителя	2,00	0,20	50,00	S	20,00	I	Plata	19,80

---

Дальнейшая задача - это представление каждого сообщения для заданной сети (в примере это CAN)

Представление касается спорадических сообщений. Для них время ожидания мы выбрали равное 20 мсек, но исходя из задачи (реального представления задачи, решаем, что эти сообщения поступают не чаще 50 мсек (например, нажатие на педаль тормоза))

Далее все сообщения необходимо представит в зависимости от приоритета (D-J порядке). И с помощью этой таблицы можем определить параметр неблагоприятного времени ожидания (R>D-J).

---

2.3. Сообщения по приоритетам

Таблица №2 "Сообщения по приоритетам"

Номер сигнала	Размер в битах	Задержка в мсек (J)	Период выполнения (T) мсек	Крайний срок выполнения (D)мсек	R-128 кБит/сек	R-256 кБит/сек	R-512 кБит/сек	R-1 мБит/сек
5	8,00	0,20	100,00	5,00	2,3841	0,2293	0,1001	0,1
22	8,00	0,20	100,00	5,00	2,6676	0,2314	0,1001	0,1
4	8,00	0,20	100,00	5,00	3,1377	0,3348	0,2001	0,2
9	8,00	0,20	1000,00	5,00	3,469	0,237	0,1001	0,1
11	8,00	0,20	100,00	5,00	2,7081	0,1931	0,1	0,1
17	8,00	0,20	50,00	5,00	4,018	0,2393	0,1001	0,1
6	8,00	0,20	100,00	5,00	3,7936	0,3428	0,2001	0,2
8	8,00	0,20	50,00	5,00	3,4994	0,2451	0,1001	0,1
13	8,00	0,20	1000,00	5,00	3,6099	0,3487	0,2001	0,2
1	8,00	0,20	50,00	10,00	8,3408	0,4512	0,3001	0,3
19	8,00	0,20	5,00	10,00	8,1543	0,5543	0,4001	0,4
7	8,00	0,20	50,00	20,00	14,9039	0,2943	0,2	0,2
2	8,00	0,20	5,00	20,00	15,0137	0,3943	0,3	0,3
14	8,00	0,20	20,00	20,00	15,2043	0,4984	0,4	0,4
21	8,00	0,20	5,00	20,00	16,0582	0,3945	0,3	0,3
15	8,00	0,20	50,00	20,00	16,2683	0,5945	0,5	0,5
12	8,00	0,20	5,00	20,00	16,6216	0,7068	0,6	0,6
10	8,00	0,20	50,00	20,00	17,7637	0,807	0,7	0,7
16	8,00	0,20	100,00	20,00	17,0615	0,295	0,2	0,2
20	8,00	0,20	50,00	20,00	17,1716	0,3951	0,3	0,3
3	8,00	0,20	5,00	20,00	17,2817	0,4951	0,4	0,4
18	8,00	0,20	50,00	20,00	18,6925	0,8952	0,8	0,8
26	4,00	0,20	50,00	20,00	20,8034	0,9953	0,9	0,9
23	4,00	0,20	50,00	20,00	20,4138	0,5953	0,5	0,5
27	4,00	0,20	50,00	20,00	20,5052	0,5994	0,5	0,5
35	4,00	0,20	50,00	20,00	21,7634	0,7563	0,6001	0,6
29	4,00	0,20	50,00	20,00	21,8142	0,7963	0,7	0,7
33	4,00	0,20	50,00	20,00	21,9253	0,8964	0,8	0,8
30	4,00	0,20	50,00	20,00	22,0366	0,9965	0,9	0,9
36	4,00	0,20	50,00	20,00	22,7225	1,1252	1,0001	1
24	4,00	0,20	50,00	20,00	24,3395	1,1973	1,1	1,1
32	4,00	0,20	50,00	20,00	24,55	0,3973	0,3	0,3
28	2,00	0,20	50,00	20,00	25,4619	1,2974	1,2	1,2
37	2,00	0,20	50,00	20,00	25,6726	0,4975	0,4	0,4
25	2,00	0,20	50,00	20,00	26,5846	1,3976	1,3	1,3
34	2,00	0,20	50,00	20,00	26,7955	0,5976	0,5	0,5
31	2,00	0,20	50,00	20,00	26,7077	1,4977	1,4	1,4

---

2.4. Анализ сообщений на разных скоростях передачи

Таблица №3 "Анализ сообщений на разных скоростях передачи"

Скорость передачи, бит/с	128 000	256 000	512 000	1024 000
Полезные данные, бит/с	200000	200000	200000	200000
Милисек в сек	1000	1000	1000	1000
цикл функционирования СРВ мсек	50	50	50	50
Бит Данных	1500	1500	1500	1500
Циклов в секунду	20	20	20	20
Накладные расходы	40	40	40	40
служебных данных	1060	1060	1060	1060
Число пакетов в секунду	36,44559	643,915	1287,83	6439,150032
Коэф. исп. сообщений %	16,7	5,46	3,3	1,55
Коэф. исп. шины %	124,6	62,7	31,2	15,6
Результат	-	1,6	3,5	5,8

Вывод: скорость 128 кбит/с не подходит, так как недостаточна пропускная способность, при этой скорости система гарантированно не может удовлетворить всем требованиям. 512 кбит/с и 1024 кбит/с избыточны. 256 кбит/с оптимальна для данной задачи.

---