Файл: Курсовая работа по дисциплине Проектирование аппаратнопрограммных средств информационноизмерительных систем.doc

Индикация результата измерения. Коммуникация алкотестера визуализирует полученные данные и сообщает пользователю о результате измерения, в виде цифр или иных символов.

Предупреждение о наличии опьянения. Коммуникация алкотестера может обнаруживать наличие алкоголя в выдыхаемом воздухе, уровень которого не превышает норму, но при этом также сообщать о возможных рисках управления автомобилем или другими механизмами.

Хранение результатов анализов. Коммуникация алкотестера может сохранять полученные результаты анализов, что позволяет анализировать их в дальнейшем или использовать для установления нарушений.

Обновление программного обеспечения. Коммуникация алкотестера может быть использована для обновления программного обеспечения при необходимости, что позволяет увеличить точность измерений и улучшить качество работы устройства.

Коммуникационные входные величины:

Объем дыхательного потока - для измерения количества воздуха, который проходит через прибор при выдохе.
Концентрация алкоголя в дыхательном потоке - для измерения концентрации алкоголя в выдыхаемом воздухе.
Температура окружающей среды - для корректировки измерений концентрации алкоголя в зависимости от температуры

Коммуникационные выходные величины:

Цифровой дисплей - для отображения измеренного значения концентрации алкоголя.

Звуковой сигнал - для оповещения пользователя о результатах измерений.

Интерфейс USB - для передачи данных на компьютер или другое устройство.

;

Функциинадежности. На уровне возмущений учитываются все не относящиеся к функции прибора и воздействующие на него в качестве независимых переменных входные и выходные величины, чаще всего нежелательно влияющие на прибор в виде возмущающих величин Е _Z и на окружающую среду в виде возмущающих величин A_Z.

С учетом этих величин необходимо предусматривать мероприятия, целью которых является в основном обеспечение надежности выполнения функций преобразования и, конечно, поддержание неизменными определенных условий среды, окружающей прибор.
Измерение концентрации алкоголя в выдыхаемом воздухе с точностью до 0,01% BAC.

Предупреждение пользователя о превышении установленного уровня допустимой концентрации алкоголя (0,3-0,5% BAC в зависимости от региона) и/или необходимости воздержаться от управления транспортным средством.

Сохранение результатов измерений в памяти алкотестера для последующего анализа и контроля со стороны уполномоченных органов.

Быстрое и надежное определение концентрации алкоголя в выдыхаемом воздухе без вредного влияния на здоровье пользователя.

Удобство и простота использования для всех категорий пользователей, включая водителей, полицейских, а также обычных граждан.

Возмущающие входные величины:
Возмущающие выходные величины:
Как и любой другой прибор, алкотестер имеет свои ограничения и возможные ошибки. Входными величинами являются концентрация алкоголя в выдыхаемом воздухе и время, прошедшее с момента употребления напитка. Выходной величиной является показание алкотестера в виде численного значения, обозначающего примерную концентрацию алкоголя в крови.

Одним из возмущающих факторов может быть воздушная влажность. При высокой влажности воздуха, показания алкотестера могут быть недостаточно точными, что может привести к ложным обвинениям в нарушении ПДД.

Также, результаты тестирования могут быть искажены, если человек только что закончил употреблять алкоголь, так как концентрация алкоголя в крови еще не достигла своего максимума.

Кроме того, точность алкотестера может быть снижена, если его не используют в соответствии с инструкцией или если он находится в плохом состоянии. По этой причине, алкотестер должен регулярно проходить проверку и техническое обслуживание.
В данной главе определили основные функции прибора, а именно функции преобразования, коммуникации и надежности.

С помощью этих трех категорий входных и выходных величин можно построить структуру обобщенной модели функции, состоящую из трех частных функций: преобразования, коммуникации и надежности (рисунок 2).

Рисунок 1. – Взаимодействие прибора и окружающей среды

W - управляющие величины; V - величины контроля; _ZЕ , D_ZA - внутренние возмущающие величины

Структурная схема функции преобразования показана на рисунке 2.

Рисунок 2. – Обобщенная модель функциональной структуры канала преобразования.
С учетом функций коммуникации и надежности получим функциональную структуру прибора, показанную на рисунке 3.

Рисунок 3. – Обобщенная модель функциональной структуры канала преобразования.
В разделе разработана и описана функциональная структура прибора. Определены основные и вспомогательные функции прибора.

2 Принципиальная структура прибора

С помощью относительно абстрактного функционального описания прибора можно выявить основные взаимосвязи и закономерности его структуры и представить их в обобщенном виде. Обобщенная функциональная модель прибора позволяет построить его принципиальную полную модель, которая дает возможность получить системное описание структуры прибора с учетом его функций, геометрии и элементов.

По известным частным функциям преобразования, коммуникации и надежности можно выделить три класса конструктивных элементов, которые с учетом их взаимных расположений образуют единство геометрических параметров и характеристик элементов, учитывающее функции прибора. Эти классы называются функциональными группами.

Конструктивные элементы, выполняющие функцию преобразования:

Конструктивные элементы, выполняющие функцию коммуникации:

Конструктивные элементы, выполняющие функцию надежности

Элементы реализующие связи между тремя частными функциями обобщенной функциональной модели, а также между этой моделью и окружающей средой:

С учетом всех составляющих смоделировали обобщенную принципиальную

модель прибора, представленную на рисунке 5.

Рисунок 5. – Обобщенная принципиальная модель прибора
В данной главе выявили основные взаимосвязи и закономерности структуры прибора, представив их в обобщенном виде.

3 Программное обеспечение канала

Используя электронные средства обработки информации, можно решить задачи поставленные программой, которая понимается как системное программное обеспечение.

Программное обеспечение прибора необходимо для соединения и работы с внешним оборудованием, в том числе с компьютером. ПО позволяет считывать, анализировать и передавать результаты проведенных измерений. Алгоритм решения задачи производятся на языке программирования, для этого используется программа Arduino IDE. Далее приведен скетч с комментариями к измерениям напряжения, вывода на экран:

4 Оценка погрешностей измерения

Во время эксперимента прибором измерялось . Проводилось 20 измерений и их результаты зафиксированы в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Результаты экспериментального измерения напряжения


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

Методика обработки результатов измерений:

Если в результате непосредственных (прямых) измерений некоторой физической величины x получены значения , , , … , , то оценку погрешности рекомендуется проводить следующим образом:

1. По результатам измерений величины x определяется среднее арифметическое из n измерений

= 10,0312

2. Вычисляется среднеквадратичное отклонение результатов измерений от среднего арифметического

.
= 0,0025

3. Для доверительной вероятности α = 0,95 и при количестве из-

мерений n по таблице 2 определяется коэффициент Стьюдента t_αn=1,96.

4. Рассчитывается доверительный интервал (погрешность) искомой величины

= = 0,0049

5. Окончательный результат записывается в виде с доверительной вероятностью .

= 10,03120,0049

6. Оценивается относительная погрешность результата измерений

Относительная погрешность позволяет сравнивать неточности измерений величин, имеющих различную размерность.

7. Класс точности прибора

Отсюда определяется класс точности прибора равный 0,05.

Измерения не могут быть выполнены абсолютно точно. Всегда имеется некоторая неопределенность в значении измеряемой величины. Эта неопределенность характеризуется погрешностью - отклонением измеренного значения величины от ее истинного значения.

5 Общий вид прибора

В программе Autodesk Inventor Professional 2018 разработали 3D- модель прибора, представленного на рисунке 6.

Рисунок 6. – 3D –модель прибора
Преобразовали в чертеж 3D-модель прибора LAVR-5000M, представленного на рисунке 7.

Рисунок 7. – Общий вид прибора

6 Расчет информационной нагрузки на оператора

На рисунке 8 показана информационная панель, с которой будет работать оператор.

Рисунок 8. – Схема информационной панели
После включения прибора в сеть, сигнал поступает на пины Ардуино и преобразованные значения отображаются на дисплее и выводятся в PLX-DAQ Excel.

Определяем общее количество воспринимаемой и перерабатываемой оператором информации при появлении входящего сигнала и соответственно затрачиваемое при этом время.

Известно, что расстояние от оператора до информационной панели составляет 64 см, а расстояние между переключателями внутри группы равно 6 см. Скорости переработки информации оператором по видам информации приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Скорости переработки информации оператором

Вид перерабатываемой информации i	Скорость переработки информации Vi, бит/с
Выбор одного сигнала из нескольких возможных	4
Считывание информации с приборов	2
Информация, необходимая для запоминания	12
Информация, используемая при вычислениях	6
Проверка логического условия	4
Выбор нужного органа управления	4
Информация при выполнении движений	7

Латентный период принимаем равным а = 0,01 с.

Время измерения – 7 с.

H_пом – энтропия источника помех (или количество потерянной информации) не учитывается.