Прилад прийому та обробки метеорологічних даних

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

«ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Кафедра «обчислювальна техніка та програмування»

Затверджую :

Завідуючий кафедрою «ОТП»

______________ xxxxx.

«___"________________ 2005р

Прилад прийому та обробки метеорологічних даних

Опис програми Лист затвердження

xxxxxxx99092−00−13 ЛЗ Розробники:

Керівник проекту:

проф. xxxx

«___"_________2005р Виконавець:

xxxxx.

«___"_________2005р

Харків 2005

ЗАТВЕРДЖЕНО

xxxxx 99 092−13 ЛЗ

Прилад прийому та обробки метеорологічних даних

Опис програми

xxxxxxx 99 092−00−13

Листів 10

Харків 2005

Анотація

У дипломному проекті виконана розробка приладу прийому і обробки інформації, який є однією з головних частин метеорологічного комплексу.

У ході виконання розробки приладу реалізовані протокол обміну даними між модулями збору інформації та приладом прийому за допомогою високочастотного радіозв'язку; протокол передачі отриманих даних до персонального комп’ютера для їх зручного використання та подальшої спеціалізованої обробки. Керуюча програма для персонального комп’ютера реалізує графічний інтерфейс та ряд функцій при роботі користувача з метеокомплексом.

До складу конструкторської документації входять пояснювальна записка, принципові та функціональні схеми приладу та окремих його вузлів. У програмну документацію включені текст, опис та алгоритми керуючої програми.

Аннотация

В дипломном проекте выполнена разработка прибора приема и обработки информации, который является одной из основных частей метеорологического комплекса.

В ходе выполнения разработки прибора реализованы протокол обмена данными между модулями сбора информации и прибором приема с помощью высокочастотной радиосвязи; протокол передачи полученных данных персональному компьютеру для их удобного использования и дальнейшей специализированной обработки. Управляющая программа для персонального компьютера реализует графический интерфейс и ряд функций при работе пользователя с метеокомплексом.

В состав конструкторской документации входят пояснительная записка, принципиальные и функциональные схемы прибора и отдельных его узлов. В программную документацию включены пояснительная записка, текст, описание и алгоритмы управляющей программы.

Annotation

In the degree work the development of receive-processing information device is implemented, which is the main part of weather-station.

During the device developing, data exchange protocol between gathering module and receive device with high-frequency wireless are relised; the recived data transmission protocol to personal computer for sufficient using and specialized handling are relised. The control program for personal computer realizes graphical interface and other functions during the operator’s work.

The explanatory note, principal and functional device circuits, part-device circuits are part of constructor documentation. The explanatory note, control-program sources, control-program description, algorithms, are included to program documentation.

Зміст

1 Функціонально-логічні аспекти програми

1.1 Функціональне призначення програми

1.2 Опис логічної структури програми

1.3 Структура програми з описом її складових частин. Головний поток програми

2 Технічно-функціональні аспекти програми

2.1 Використані технічні та програмні засоби

2.2 Виклик та завантаження програми

2.3 Вхідні дані для програми

2.4 Вихідні дані

2.5 Приклад функціонування програми

Вступ

У різних галузях народного господарства досить часто виникає необхідність мати певне уявлення про характеристику погодних умов на певній, досить невеликій ділянці місцевості, це може бути використано у статистичних, інформативних, синоптичних цілях.

При цьому головними вимогами, що висуваються до цієї інформаціі про погодні умови є:

оперативність збору, а отже доцільність інформації;

мінізація технічних та матеріальних засобів для її отримання;

зручнічть у використанні та мобільність технічних засобів збору інформації;

точність інформації, що надходить, тощо.

Тому для реалізації всих цих вимог потрібен комплекс збору метеорологічних даних, далі - комплекс, до складу якого належіть прилад, що розроблюється — «прилад прийому метеорологічних даних», далі - прилад.

Звичайні метеорологічні станції не завжди можуть бути корисними: по-перше, збирання метеорологічних даних (тих або інших метеопоказників) є узагальнюючим; по-друге, вони є стаціонарними, тобто розташовані на певних ділянках місцевості; по третє, не всі ділянки земної поверхні знаходяться у зонах дії метеорологічних станцій.

Серед галузей використання комплексу можна насамперед виділити наступні:

— сільське господарство — необхідна швидка та точна інформація щодо температури, вологості повітря та ін. для термінового проведення (або відкладення проведення) сільськогосподарських робіт — пахота, засівання, збір врожаю, тощо;

— проведення розважальних та тренувальних заходів (наприклад: авіашоу, стрибки з парашутами, великі фестивалі та концерти на відкритому повітрі) — інформація щодо стану та зміну стану нижніх шарів атмосфери може бути край важливою, та може слугувати підставою для перенесення або скасування цих заходів;

— санатарно-курортні заклади та пляжі;

— дослідження стану нижніх шарів атмосфери на певній, віддаленій від зони дії метеостанцій, ділянці місцевості.

Тому прилад, що розроблюється має відповідати наступним вимогам та реалізовувати наступні дії:

— отримувати дані, що були щойно виміряні, від модулей збору метеорологічної інформації, далі - модулі, за допомогою радіозв'язку;

— передавати отримані дані до персонального комп’ютера для іх подальшого зручного зберігання, моніторінгу та обробки;

— забезпечувати зв’язок між модулями копмлексу на відстані до 5 кілометрів;

— задовільняти існуючим «оматорським» стандартам радіозв'язку.

Для функціонування радіозв'язку між приладом та модулями комплексу було обрано частоту 315 МГц, оскільки вибір частоти передачі даних понад 500 МГц може призвезти до перешкоди збоку сотового зв’язку, передача даних на більш низькій частоті (менше 200 МГц) може перешкоджати робіті радіомовленевого зв’язку (рації, інші переговорні пристрої).

Обрана частота передачі (300−400 МГц) належіть до діапазону «оматорських» частот, передача даних у радіусі до 5 кілометрів не потребує реєстрації у Укрчастотнагляді та інших подібних державних установах, та може використовуватись без додаткових документів та відповідних ліцензій.

1. Функціонально-логічні аспекти програми

1.1 Функціональне призначення програми

Дана програма є спеціалізованим програмним виробом та призначена для надання користувачеві можливості керування метеорологічним комплексом за допомогою стаціонарного або переносного персонального комп’ютера (ноутбука).

Програма виконує наступні функціональні дії:

приймання даних, що надходять з lpt-порту ПК;

аналіз даних які були щойно прийняті;

обчислення метеопоказників, на основі даних, отриманих від приладу збору метеорологічних даних;

зручну індикацію оброблених даних;

можливість роботи з метеокомплексом у різних режимах;

можливість підключення нових модулів збору інформації під час роботи програми;

зручне збереження оброблених даних;

імітацію входних сигналів від модуля збору інформації;

можливість підстройки різних параметрів прийому під час роботи програми.

1.2 Опис логічної структури програми

Дана програма, як і будь-яка інша java-програма состоїть з класів.

Усі класи поділені на пакети за ії функціональним призаченням. Виділено три основні пакети:

ui — містить класи для графічного відображення (user interface);

util — допоміжні та утилітарні класи для роботи програми;

obj — класи-структури даних для логічного та зручного оперування даними.

Ім'я головного класу, класу, у якому розташована функція main — ui.MainFrame. Оскільки в ньому є функція main він є головним класом, який запускає програму та є її головним інтерфейсом — викликає інші програмні модулі. Також він відповідає за початкову ініціалізацію параметрів lpt-порта, та запускає окремий поток для зчитування інформації на входах lpt-потра.

ui.UserSettingsDialog — діалог для надання користувачеві можливості настройки параметрів роботи програми.

util.Helper — класс для зберігання статичних утілітарних методів та глобальних констант програми.

util.Receiver — клас-поток, відповідає за прийом даних від lpt-порту;

util.Tranceiver — відповідає за передачу вихідних даних;

util.BadEvent — клас-обробчик стандартних помилок, що можуть виникнути під час роботи програми;

obj.Module — сруктура даних, що відображає роботу (інкапсулює у собі набір властивостей та методів) модуля прийому;

obj.WeatherData — структура даних, що відображає набір метеоданих, та містить методи по роботі з ними.

1.3 Структура програми з описом її складових частин. Головний поток програми

В java немає таких пойнять як «запис» у pascal, або «структура» в C, тут використовується найбільш широке, зручніше та узагальнююче пойняттяклас.

Для найкращого розуміння роботи та взаємодії класів, розглянемо графічну схему зв’язку класів — UML-діаграму класів (рис. 1.3.1).

Рис. 1.3.1 UML-діаграма класів програми.

Головним класом програми є клас MainFrame, який догружатиме у процесі роботи усі інші класи. Розглянемо його роботу, починаючи з методу main.

Розглянемо головний робочий цикл програми, головний поток.

Конструкція JFrame frame = getMainFrame (); використовується для запобігання запуску на данному ПК ще одної аналогічної програми, що зашкодить її нормальній роботі.

При наступному визові

frame = getMainFrame ();

frame.show ();

Ще одно вікно не відкриється. Ми будемо працювати з тим же самим вікном.

Такий шаблон у програмуванні носить назву Singletone, тобто завжди у пам’яті ПК зберігається лише один екземпляр класу, що реалізує цей шаблон, повторне звернення до нього поверне той самий екземпляр.

завантажується конструктор класу;

завантажується необхідний драйвер для роботи з портами вводу/виводу com.sun.comm.Win32Driver.

відбувається перевірка наявності на ПК портів вводу/виводу, серед списку необхідних відбувається пошук необхідного нам lpt-порта, якщо такого в системі не знайдено, програма видає помилку та припиняє свою роботу;

утворюються два потоки на читання/запис у lpt-порт. У даному випадку потоками можна вважати специфічні вказівники на області пам’яті (регістри), яки відповідають зміст даних у lpt-порті;

проводиться ініціалізація утилітарних класів, що відповідають за прийом та передачу даних Receiver та Transmitter, при цьому слід зауавжити, що клас Receiver запускається у окремому потоку, що забезпечує безперервний опит стану lpt-порта;

задаються розміри вхідних та вихідних програмних буферів для запису/зчитування даних;

установлюється програма-володар порта, яка займає порт на весь час роботи з ним;

відбувається графічна ініціалізація програми;

Початкова ініціалізація на цьому закінчується. Після цього відбувається робота користувача з графічними елементами програми (кнопками, пунктами меню і т.п.).

а) Користувач натискає кнопку «Список активних модулей». Визивається функція readModulesFromFile (). При цьому відбувається наступний порядок дій:

— очищується модель списку модулей;

— завантажується з файту Modules. properties список активних модулей, який користувач задав перед початком функціонування програми. Слід зазначити, що список модулей можна змінювати й під час роботи програми, слід тільки натиснути указану кнопку;

— заповнюється модель списку модулей.

б) Користувач нажимає кнопку «опитати модуль», задавши попередньо значення номеру опитуємого модуля. Викликається метод askModule (Integer moduleNumber). При цьому відбувається наступний порядок дій:

утворюється новий екземпляр класу Module, йому передається вказаний номер модуля;

номер модуля конвертується у бітову послідовність;

за допомогою одиничного екземпляра класа Transmitter, метод sendBytes відбувається відправка бітової послідовності на порт, при цьому передані дані потрапляють у поток, що був проініційований раніше, який відповідає за передачу даних на порт;

після цього встановлюється пограмна затримка (що за умовчанням дорівнює 10 мілісекундам та може бути змінена користувачем під час роботи програми);

опрошується вхідний буфер порта, якщо значення не змінилося — викликається помилка «даний модуль не дає відповіді» у цьому випадку модуль може бути опитаний повторно. Якщо вхідний буфер не дорівнює константі довжини вхідного буфера, викликається помилка «помилка при отримані відповіді», якщо помилок немає - робимо аналіз прийнятого пакету;

у вказаного об'єкта-модуля утворюється ініціюється поле weatherData, при цьому робиться перевірка переданого та прийнятого номерів модуля, якщо номери не співпадають, генерується помилка: «неспівпадіння номерів модуля», робити аналіз прийнятих даних немає сенсу;

робиться перекодування прийнятої бітової послідовності у цілі числа та перевірка контрольної суми, якщо прийнята та щойно прорахована контрольні суми не співпадають — генерується помилка «помилка контрольної суми»;

за алгоритмами, що описані у методах класу WeatherData робиться перерахунок прийнятої перекодованої інформації з бітової послідовності у реальні показники;

на інформаційній панелі відображується отриманий результат.

в) Користувач натискає кнопку «опитати всі модулі». Викликається метод askAllModules (). При цьому відбувається наступний порядок дій:

— циклічно опитується кожний модуль, за алгоритмом, наведаним у пункті «б»;

— якщо при опиті модуля виникають певні помилки — накопичуються у буфер, модуль набуває признак «недійсний»;

— відображується інформація про всі модулі з признаком «дійсний»;

— відображується інформація про помилки, що виникли під час опиту усіх модулей з указаням номеру модуля та тексту помилки.

2. Технічно-функціональні аспекти програми

2.1 Використані технічні та програмні засоби

Для розробки даної програми була використана інтегрована середа розробки (IDEIntegrated development environment) Borland Jbuilder Х.

Версія java-машини: 1.4.2₀₁-b06.

Програма була розроблена та протестована на IBM-сумісному комп’ютері з тактовою частотою процесора 2,5 ГГц, обє'мом оперативної пам’яті 512Мв.

Також була використана стандартна java-бібліотека для роботи з портами вводу/виводу java community api (JCA) версії 2.0.

2.2 Виклик та завантаження програми

Для завантаження даної програми необхідно мати встановлену на комп’ютер java-машину, версією не нижче 1.4.2.

Програма може бути завантажена як за допомогою bat-файлу, в який у якості параметру будуть передані шлях до файлу javaw. exe та змінна classpath (шлях до файлу *.class — головного файлу даної програми — класу, в якому знаходиться функція main), а також прописані шляхи до всіх бібліотек, які є необхідними для функціонування програми.

Наприклад, для зручного запуску програми необхідно утворити такий bat-файл:

…jrebinjavawclasspath «E:commcommclasses;E:commlibcomm.jar» dip.ui.MainFrame, де:

…jrebinjavaw — шлях до java-машини;

E:commcommclasses — шлях до *.class-файлів — робочих файлів програми;

dip.ui.MainFrame — головний клас з методом main.

2.3 Вхідні дані для програми

Вхідними даними для програми є спеціалізовані дані, що надходять з модулю прийому метеорологічних даних.

Вхідні дані - послідовнітсь біт, що надходить з певною швидкістю з lpt-порта ПК, які утворюють собою інформаційний пакет певної структури.

Також програма читає вхідну інформацію з текстових файлів, які містять інформацію про внутрішні адреси та опис модулів збору даних, а також тестові послідовності, що імітують сигнали-відповіді від lpt-порту для можливості тестування тестових фрагментів інформації.

2.4 Вихідні дані

Вихідні дані програми — інформація, отримана від модуля збору метеорологічних даних, при наявності помилок — повідомлення з інформацією про помилку. Вихідні дані можуть бути представлені у вигляді текстового файлу, або графічним відображенням.

Вихідні дані також можуть бути представлені у вигляді серіалізованих об'єктів, для їх подальшої обробки та використання.

2.5 Приклад функціонування програми

Після запуску програми на екрані з’являється головне вікно яке містить всі необхідні компоненти для роботи з програмою. Головне вікно програми має вигляд (рис 2.5.1)

Рис. 2.5.1. Головне вікно програми.

Після натиснення кнопки «Список активних модулів», з файлу Modules. properties завантажується список модулів, з якими програма вестиме роботу (рис. 2.5.2). При цьому слід зауважити, що завантажувати нові модулі для роботи можна й під час роботи програми, варто знову натиснути кнопку «Список активних модулів», програма зробить перечитку файлу та відображення нових (якщо відбулися певні зміни) модулів.

Список модулів являє собою особистий номер (код модуля), який співпадає з внутрішнім кодом самого модуля збору метеорологічних даних, та опис самого модуля (будь-яка текстова інформація); у данному випадку — місце розташування модуля, для більш зругного його використання.

Рис. 2.5.1. Список активних модулів.

Далі користувач тисне «Опитати модуль», попередньо вказавши номер модуля, у правому полі, який він бажає опитати.

Далі програма робить опит вказаного модуля, при цьому можливі наступні види помилок:

модуль, що опитується не існує в списку модулів;

вказаний модуль не дає відповіді;

не співпадає номер модуля (номер модуля що був відправлений, не співпадає з прийнятим номером модуля);

помилка у контрольній сумі (виникла помилка при передачі).

Якщо все гаразд — (не виникло жодної помилки) — отримуємо на екрані результат опитування модуля (рис 2.5.2).

Рис. 2.5.2. Результат опитування модуля № 2.

Також можна опитати усі активні модулі натиснувши на кнопку «Опитати всі модулі», при цьому отримаємо інформаціюпо всіх модулях, зазначених у списку, якщо результати опитування певного модуля не присутні на інформаційній панелі - треба дивитися список помилок (рис 2.5.3).

Рис. 2.5.3. Результат опиту усіх модулів зі списка модулів.

Міністерство освіти і науки України НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

«ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Кафедра «Обчислювальна техніка та програмування»

ЗАТВЕРДЖУЮ Завідуючий кафедрою ОТП

__________ (xxxxxxx.)

«____"___________ 2005 р.

Прилад прийому та обробки метеорологічних даних

Пояснювальна записка

XXXXXX.99 092.00 ПЗ Консультанти:

Науково-дослудна робота:

___________доц. xxxxxxxx

Економічна частина:

___________доц. xxxxxxxxx.

Охорона праці і навколишнього середовища

___________ст.викл. xxxxxxx

Розробники проекту:

Керівник

________ (xxxxxxxІ)

«____» __________ 2005 р.

Виконавець

______ (xxxxxx.)

«____» ___________2005 р.

Харків 2005

Зміст

Вступ

1 Огляд існуючих технічних аналогів

2 Структурна схема приладу та її опис

2.1 Структурна схема і призначення окремих функціональних блоків

2.2 Робота пристрою за структурною схемою

2.2.1 Прилад збору метеорологічних даних

2.2.2 Обмін інформацією між вузлами метеорологічного комплекса

3 Вибір апаратних засобів

3.1 Вибір та характеристики прийомо-передавального пристрою

3.2 Вибір та характеристики мікроконтролера

4 Розобка протоколу передачі даних

4.1 Трьохрівневий сигнал обміну даними

4.2 Передача даних через lpt-порт ПК

4.2.1 Характеристики lpt-порта

4.2.2 Вибір режиму обміну даними через lpt-порт

4.2.3 Розробка інтерфейсу передачі даних через lpt-порт

5 Розробка модулю попередньої обробки сигналу

5.1 Обробка прийнятого сигналу

5.2 Підготовка сигналу для передачі

6 Розрахунок антеного модуля для прийомо-передавального пристрою

7 Розробка конструкторського виконання приладу

7.1 Розміщення мікросхем усередені приладу

7.2 Забезпечення живлення приладу

7.3 Зовнішній вигляд приладу

7.4 Розрахунок ударостійкості

8 Техніко-економічне обгрунтування розробки

8.1 Опис виробу

8.2 Дослідження і аналіз ринків збуту

8.2.1 Сегментація ринку по споживачах

8.2.2 Параметрична сегментація ринку

8.2.3 Аналіз конкурентноздатності

8.3 Розрахунок затрат на розробку виробу (передвиробничі затрати)

8.4 Розрахунок договірної ціни виробу

8.5 Розрахунок річних витрат споживача

8.6 Розрахунок інтегрального показника конкурентноздатності

8.7 Аналіз стратегії маркетингу

8.7.1 Схема розповсюдження виробів

8.7.2 Організація реклами

8.7.3 Прогнозування об'єму продаж

8.8 Визначення беззбитковості виробництва Висновки Перелік посилань

Вступ

У різних галузях народного господарства досить часто виникає необхідність мати певне уявлення про характеристику погодних умов на певній, досить невеликій ділянці місцевості, це може бути використано у статистичних, інформативних, синоптичних цілях.

При цьому головними вимогами, що висуваються до цієї інформаціі про погодні умови є:

— оперативність збору, а отже доцільність інформації;

— мінізація технічних та матеріальних засобів для її отримання;

— зручнічть у використанні та мобільність технічних засобів збору інфор-мації;

— точність інформації, що надходить, тощо.

Тому для реалізації всих цих вимог потрібен комплекс збору метеорологічних даних, далі - комплекс, до складу якого належіть прилад, що розроблюється — «прилад прийому метеорологічних даних», далі - прилад.

Звичайні метеорологічні станції не завжди можуть бути корисними: по-перше, збирання метеорологічних даних (тих або інших метеопоказників) є узагальнюючим; по-друге, вони є стаціонарними, тобто розташовані на певних ділянках місцевості; по третє, не всі ділянки земної поверхні знаходяться у зонах дії метеорологічних станцій.

Серед галузей використання комплексу можна насамперед виділити наступні:

— сільське господарство — необхідна швидка та точна інформація щодо температури, вологості повітря та ін. для термінового проведення (або відкладення проведення) сільськогосподарських робіт — пахота, засівання, збір врожаю, тощо;

— проведення розважальних та тренувальних заходів (наприклад: авіашоу, стрибки з парашутами, великі фестивалі та концерти на відкритому повітрі) — інформація щодо стану та зміну стану нижніх шарів атмосфери може бути край важливою, та може слугувати підставою для перенесення або скасування цих заходів;

— санатарно-курортні заклади та пляжі;

— дослідження стану нижніх шарів атмосфери на певній, віддаленій від зони дії метеостанцій, ділянці місцевості.

Тому прилад, що розроблюється має відповідати наступним вимогам та реалізовувати наступні дії:

— отримувати дані, що були щойно виміряні, від модулей збору метеорологічної інформації, далі - модулі, за допомогою радіозв'язку;

— передавати отримані дані до персонального комп’ютера для іх подальшого зручного зберігання, моніторінгу та обробки;

— забезпечувати зв’язок між модулями копмлексу на відстані до 5 кілометрів;

— задовільняти існуючим «оматорським» стандартам радіозв'язку.

Для функціонування радіозв'язку між приладом та модулями комплексу було обрано частоту 315 МГц, оскільки вибір частоти передачі даних понад 500 МГц може призвезти до перешкоди збоку сотового зв’язку, передача даних на більш низькій частоті (менше 200 МГц) може перешкоджати робіті радіомовленевого зв’язку (рації, інші переговорні пристрої).

Обрана частота передачі (500−700 МГц) належіть до діапазону «оматорських» частот, передача даних у радіусі до 5 кілометрів не потребує реєстрації у Укрчастотнагляді та інших подібних державних установах, та може використовуватись без додаткових документів та відповідних ліцензій.

1. Огляд існуючих технічних аналогів

Розглянемо декілька технічних розробок, що несуть сособою мету збору та збереження певних метеопоказників.

1. Система «ІОН», російського виробника «ООО Прома» (2001р). Метеорологічний комплекс являє собою прилад збору метеопоказників, у який вбудовані певний набір датчиків, та мікроконтролер з досить великим об'ємом внутрішньої пам’яті для збереження результатів вимірювання.

Його структурну схему можна уомвно представити так (рис. 1.1):

Рисунок 1.1. Система збору метеорологічних даних «ІОН» російського виробника «ООО Прома».

Алгоритм роботи даного пристрою можна представити так:

— задається план вимірів за допомогою текстового файла та при підключенні пристрою до Пкзаноситься план вимірів;

— людина (оператор) пересувається з пристроєм до точки заміру та натискаючи кнопку «Пуск» робить запит до датчиків на вимірювання відповідних показників;

— щойно виміряні дані зберігаються у внутрішній пам’яті мікроконтролера пристрою;

— робиться замір у наступній контрольній точці, і так доти, доки не буде виконаний план, внесений у началі маршруту;

— після завершення маршруту, дані, що буди збережені, переносяться до персонального комп’ютера для їх подальшої обробки.

Недоліки такої системи є очевидними: неможливість працювати у реальному часі даних, необхідність пересування з приладом по контрольних точках, жорстка прив’язка до плану вимірів, незручність користування та .ін.

2. Стандартна система моніторінгу за погодою. У стандартної метеорологічної станції є також недоліки у роботі: збирання метеорологічних даних (тих або інших метеопоказників) є узагальнюючим; по-друге, вони є стаціонарними, тобто розташовані на певних ділянках місцевості; по третє, не всі ділянки земної поверхні знаходяться у зонах дії метеорологічних станцій, витрата великої кількості коштів при експлуатації, через залучення великої кількості працівників-метеорологів.

Ці системи не можуть бути застосованими у тих випадках, коли необхідна можливість збору інформації у реальному часі, для збору метеопоказників може залучатися лише одна особа, є необхідність збору метеоінформації у місцях, що не входять до зони дії стаціонарних метеостан-цій, можливість легкого та швидкого оперування з отриманими даними.

Для вирішення усіх цих проблем необхідна розробка нового метеокомплекса.

2. Структурна схема приладу та її опис

2.1 Структурна схема і призначення окремих функціональних блоків

Можна запропонувати наступну структурну схему приладу (рис. 2.1.1):

Рисунок. 2.1.1. Структурна схема приладу Головні функціональні блоки схеми — прийомо-передавальний пристрій та модуль попередньої обробки прийнятого сигналу.

Прийомо-передавальний пристрій — пристрій, що здійснює радіо передачу запиту до модуля збору метеоінформації та прийом інфорамціції, що надійшла від блоку датчиків модуля.

Модуль попередрьої обробки — здійснює попередню обробку прийнятого сигналу від прийомо-передавального пристрою для подальшої передачі інформації на lpt-порт ПК.

2.2 Робота пристрою за структурною схемою

2.2.1 Прилад збору метеорологічних даних

Розглянемо структурну схему приладу збору метеорологічних даних (рис. 2.2.1.1)

Рисунок. 2.2.1.1. Структурна схема приладу збору метеорологічної інформації.

Прийомо-передавальний пристрій — здійснює зв’язок між приладом прийому метео-рологічних даних та модулем збору метеоінформації.

Мікроконтролер — відповідає за керування роботою прийомо-передавального пристрою та блоку датчиків у складі модуля збору інформації.

Блок датчиків — конкретний набір датчиків, що здійснюють вимірюють певні метеорологічні показники.

Для аналізу роботи приладу за структурною схемою, розглянемо цикл передачі інформації, який проходить у процесі роботи метеорологічного комплексу.

2.2.2 Обмін інформацією між окремими вузлами метеорологічного комплекса

Обмін інформацією між окремеми вузлами метеорологічного комплекса можно наведено на рис. 2.2.2.1.

Умовно цикл обміну інформацією між модулем збору, приладом прийому інформації, та керуючою програмою ПК можна представити через структурну схему комплексу збору метеорологічних даних (рис. 4.1.1)

Розглянемо цикл обміну інформації

керуюча програма передає на lpt-порт код модулю, що буде опитаний (лінія 1);

з порта інформація поступає на блок попередньої обробки інформації (лінія 2);

звідки код модуля поступає на прийомо-передавальний пристрій для запиту до модуля збору (лінія 3);

прийомо-передавальноий пристрій приладу прийому інформації передає прийомо-передавальному пристрою модуля збору метеорологічних даних код модуля (лінія 4);

далі іде передача коду для аналіза мікроконтролером переданого коду (лінія 5) мікроконтролер власний код (код модуля) з отриманим, якщо не співпадає - цикл завершується, якщо співпадає - цикл триває;

мікроконтролер передає запит до блоку датчиків для отримання корисної інформації (лінія 6);

блок датчиків отримавши повідомленя, робить замір погодних показників та повертає корисну інформацію до мікроконтролера (лінія 7);

мікроконтролер, зберігши інформацію у власному буфері, передає її до прийомо-передавального пристрою (лінія 8);

модуль збору (прийомо-передавальний пристрій) передає інформацію до модулю прийому метеорологічних даних (лінія 9);

прийомо-передавальний пристрій передає інформацію модулю попередньої обробки сигналу для її подальшої передачі у ПК (лінія 10);

модуль попередньої обробки робить необхідні перетворення та передає відповідну інформацію на lpt-порт (лінія 11);

керуюча програма робить зчитування інформації з lpt-порту та робить подальшу обробку прийнятої інформації (лінія 12).

Прилад прийому метеорологічних даних Модуль збору метеорологічних даних Рисунок. 2.2.2.1. Обмін інформацією між вузлами метеорологічного комплекса.

3. Вибір апаратних засобів

3.1 Вибір та характеристики прийомо-передавального пристрою

Для передачі даних між модулями збору та прийому метеоінформації через радіоканал потрібно вибрати радіо прийомо-передавальний пристрій, який задовільняв би наступним вимогам:

— низька ціна;

— досить малі габаритні розміри;

— забезпечувати високу частоту передачі даних — понад 500 МГц;

— мати можливість зовнішнього живлення до 5 В, та 30 mA у режимі передачі;

— забезпечувати прийом/передачу даних у напівдуплексному режимі.

Оскільки у технічному завданні маємо 1 канал радіозв'язку для прийому та передачі, використаємо напівдуплексний режим передачі даних.

Виходячи із частотних вимог передачі даних, оберемо частоту 700 МГц для прийому та передачі даних.

Оберемо прийомо-передавальний пристрій швейцарської фірми Xemics XE1201A, бо він має низьку ціну (близько 5% від запланованої суми витрат), має відносно невеликі габаритні розміри (25×25 мм), та задовільняє іншим вищезгаданим вимогам.

Характеристики прийомо-передавального пристрою:

— напруга живлення 2,4В;

— ток живлення в режимах прийом/передача до 6/8 мА;

— потужність передавача 20 мВт;

— температурний діапазон роботи -40 + 85⁰С;

— частотний діапазон передачі даних 400 — 700 МГц;

— швидкість передачі даних — до 64 Кбіт/С.

3.2 Вибір мікроконтролера

Для здійснення попередньої обробки інформації, прийнятої від датчиків оберемо мікроконтролер РІС16С54, бо він має досить низьку ціну, досить поширений на ринку, та здатен забезпечувати всі необхідні функції для роботи модуля збору інформації.

Мікроконтролер має вісімнадцять ніжок. Усі регістри мікросхеми 8-бітні.

4. Розобка протоколу передачі даних

4.1 Трьохрівневий сигнал обміну даними

Для реалізації циклу обміну даними у метеорологічному комплексі запропонуємо троьрівневий сигнал, тобто такий сигнал, у которому є можливим виділити за амплітудою три логічних рівня: логічний рівень «0», логічний рівень «1» та логічний рівень «синхронізація».

Умовно такий сигнал можна зобразити так (рис. 4.1.1):

Рисунок 4.1.1. Трьохрівневий сигнал, що використовуватиметься при передачі даних.

U_синхр. — рівень напруги синхронізуючого сигналу;

U₁ — рівень напруги логічної одиниці;

U₀ — рівень напруги логічного нуля.

Як бачимо з рисунка, сигнал, що передається має три логічних рівня, тобто після інформаційного сигналу («0» або «1»), відразу йде сигнал-підтвердження високого рівня. У момент приходу синхронізуючого сигналу можна знімати попередній інформаційний рівень.

4.2 Передача даних через lpt-порт ПК

4.2.1 Характеристики LPT-порту

Оскільки виходячи із технічного завдання прийом-передача інформації повинна здійснюватись через LPT-порт ПК, модуль прийому інформації повинен задовільняти його фізичним та електричним інтерфейсам.

Адаптер паралельного інтерфейсу являє собою набір регістрів, розташованих у просторі введення/виводу. Регістри порту адресуються щодо базової адреси порту, стандартними значеннями якого є 3BCh, 378h і 278h. Порт може використати лінію запиту апаратного переривання, зазвичай IRQ5 або IRQ7. Порт має зовнішню 8-бітну шину даних, 5-бітну шину сигналів стану й 4-бітну шину керуючих сигналів. При передачі даних використовуватимемо адресу 378h (lpt1).

Стандарт на паралельний інтерфейс IEEE 1284, прийнятий у 1994 році, визначає терміни SPP, EPP, і ECP. Стандарт визначає п’ять режимів обміну даними, метод узгодження режиму, фізичний і електричний інтерфейси. Згідно IEEE 1284, можливі наступні режими обміну даними через паралельний порт:

До передавачів пред’являються наступні вимоги:

— рівні сигналів без нагрузки не повинні виходити за рівні -0,5 … +5,5В;

— рівні сигналов при струмі нагрузки 14 мА мають бути не нижчими +2,4

— швидкість наростання (спаду) імпульса має знаходитись в межах 0,05−0,4 В/нс.

Вимоги до приймачів:

— припустимі амплітудні раівні сигналів -2,0 + 7,0 В (що витримуються без руйнувань та помилок у роботі);

— пороги спрацьовування мають бути не вище 2,0 В (VIH) для високого рівня та не нижче 0,8 В (VIL) для низького;

— вхідна ємкість не повинна перевищувати 50 пФ.

Стандарт IEEE 1284 визначає три типи використовуваних рознімань. Типи А (DB-25) і В (Centronics-36) використовуються у традиційних кабелях підключення принтера, тип С — нове малогабаритне 36-контактне рознімання.

При розробці будемо використовувати стандартне А (DB-25) рознімання.

4.2.2 Вибір режиму прийому-передачі через lpt-порт

Розглянемо основні (найбільш поширені) режими роботи lpt-порта.

— Compatibility Mode — однонаправлений (вивід) за протоколом Centronics. Цей режим відповідає стандартному (традиційному) порту SPP.

— Nibble Mode — ввід байта у два цикли (по 4 біта), використовуючи для прийому лінії стану.

— Byte Mode — ввід цілого байта, використовуючи для прийому лінії даних.

— ЕРР (Enhanced Parallel Port) Mode — двонаправлений обмін даними, при якому керуючі сигнали інтерфейсу генеруються апаратно під час циклу звернення до порта (читання або запису в порт).

— ECP (Extended Capability Port) Mode — двонаправлений обмін даними з можливістю апаратного стискання даних за методом RLE (Run Length En-coding) та використання FIFO-буферів та DMA. Керуючі сигнали інтерфейсу генеруються апаратно.

Розглянемо вимоги, що висуваються до прийому та передачі даних через lpt-порт:

— двонаправлений обмін даними;

— найбільша поширеність та апаратна реалізація у сучасних ПК функцій, що застосовуватимуться під час прийому та передачі;

— керуючі сигнали мають генеруватися як програмно, так й апаратно.

— цикли читання й запису можуть чергуватися в довільному порядку або йти блоками.

Для задоволення всих цих вимог стандартні режими обміну є неприйнятними, тому запропонуємо власний режим (протокол) обміну.

4.2.3 Розробка інтерфейсу передачі даних через lpt-порт

Стандартний порт має при 8-ми бітних регістри, розташованих на сусідніх адресах вводу/виводу, починаючи з базової адреси порту BASE.

Data Register (DR) — регістр даних. Дані, записані у цей регістр, виводяться на лінії інтерфейсу. Дані, зчитані з цього регістра, в залежності від схемотехніки адаптера відповідають або раніше записаним даним, або сигналам на тих же лініях.

Status Register (SR) — регістр стану, що представляє собою 5-бітний порт уведення сигналів стану принтера (біти SR.4-SR.7). Біт SR.7 інвертується — низькому рівню сигналу відповідає одиничне значенню біта в регістрі, і навпаки.

Control Register (CR) — регістр керування. Як і регістр даних, цей 4-бітний порт виводу допускає запис і читання (біти 0−3), але його вихідний буфер звичайно, має тип відкритий колектор. Це дозволяє більш коректно використовувати лінії даного регістра як вхідні при програмуванні їхній у високий рівень. Біти 0, 1, 3 інвертуються — одиничному значенню в регістрі відповідає низький рівень сигналу, і навпаки.

Будемо розглядати стандартне рознімання порту DB-25S (розетка).

Для розробки протоколу обміну даними будемо використовувати такі клеми:

DR0 (Data 0) — працює на вивід інформації. У режимі виводу — передає номер модулю, від якого будуть запрошені дані (контакт номер 2 у DB-25S).

DR1 (Data 1) — працює на вивід інформації. У режимі виводу — передає номер модулю, від якого будуть запрошені дані (контакт номер 3 у DB-25S).

CR2 (Init#) — працює на вивід інформації. Використовується для синхронізації під час запису до порту (контакт номер 16 у DB-25S).

CR3 (Select Input#) — працює на вивід інформації. Використовуєтся для задання напрямку виводу (запис або читання), також служить для задання режиму роботи прийомо-передавального пристрою — RX/TX — інвертований сигнал (контакт номер 17 у DB-25S).

SR7 (Busy) — працює на ввід інформації. Використовується для прийому даних від зовнішнього пристрою. Інвертований сигнал (контакт номер 11 у DB-25S).

SR5 (Paper Out) — працює на ввід інформації. Використовується для синхронізації під час читання інформації з порту (контакт номер 12 у DB-25S).

Умовно графічну схему обміну даними через lpt-порт можна зобразити так (рис. 4.2.3.1):

Рисунок 4.2.3.1. Виводи lpt-порта при роботі з приладом.

Алгоритм циклу читання даних за допомогою lpt-порта можна представити так:

1. Програмно встановлюється низький рівень сигналу Select Input# (CR3), тим самим переключаючи порт у режим читання даних, цей же сигнал й передається на вхід прийомо-передавальний пристрою RX/TX, переключаючи його у режим прийому даних.

2. На вхід Busy (SR7) від блоку попередньої обробки сигналу надходять дані. Порт чекає на підтверждення від переферійного пристрою.

3. Від блоку попередньої обробки сигналу на вхід Paper Out (SR5) надхо-дить синхронізуючий сигнал (високий рівень).

4. Знімаються дані з SR7.

5. Програмно встановлюється низікий рівень сигналу Paper Out (SR5) для готовності прийому наступного біту інформації.

Алгоритм запису даних до lpt-порту можна представити так:

1. Програмно встановлюється високий рівень сигналу Select Input# (CR3), тим самим переключаючи порт у режим запису даних, цей же сигнал й передається на вхід прийомо-передавального пристрою RX/TX, переключаючи його у режим передачі даних.

2. До lpt-порту програмно записується байт 1, що символізує передачу «0», або 10, що символізує передачу «1», тим самим з’являються відповідні сигнали на виходах DR0 або DR1.

3. Програмно встановлюється високий рівень сигналу CR3 (Select Input#) для підтвердження посилки наступного біту інформації.

4. Дається програмна затримка (10 мкс) — для витримування рівня сигналу CR3.

5. Програмно встановлюється низький рівень сигналу CR3 (Select Input#) для кінця підтвердження.

5 Розробка модулю попередньої обробки сигналу

5.1 Обробка прийнятого сигналу Модуль збору метеорологічних даних має наступну структуру (рис. 5.1.1):

Рисунок. 5.1.1 Структура модулю збору інформації

Мікроконтролер модуля збору інформації передає дані, які щойно були зчитані з блоку датчиків, та збережені у власному буфері мікроконтролера.

Розглянемо форму сигналу на виході прийомо-передавального пристрою приладу прийому інформації, який був отриманий від модуля збору інформації (рис. 5.1.2).

Тривалість інформаційного рівня сигналу становить 40 мкс, тривалість синхронізуючого сигналу становить 10 мкс.

За умови таких тривалостей сигналу, можлива передача інформації зі швидкістю до 20 000 біт/сек.

Стає очевиндим необхідність мати модуль, який би розпізнавав інформаційні та синхронізуючі сигнали та розділяв би їх на дві складові (рис. 5.1.2).

Рисунок 5.1.2 Модуль попередньої обробки прийнятого сигналу.

Слід також зважати на те, що модуль збору може знаходитись на будь якій відстані від модулю прийому інформації, тому амплітуди сигналу, що надходитимуть на вхід модуя попередньої обробки є нефіксованими, та залежитимуть від відстані між двома прийомо-передавальними пристроями.

Рисунок 5.1.3. Форма сигналу на виході прийомо-передавального пристрою приладу прийому.

Рівні вхідних інформаційних та синхронізуючого сигналів отримуємо у процентному співвідношені від постійної утворюючої сигналу, що прийшов на вхід.

Для вирішення цих вимог запропонуємо наступну схему (рис. 5.1.4):

Оскільки передається сигнал зі швидкістю 20 000 біт/сек, у якості логічних компонентів можуть слугувати будь-які мікросхеми ТТЛ-логіки низької потужності та з часом переключення не більшим 2000 нс.

У якості мікросхем DD1, DD2, DD3, наприклад мікропотужний чотирьохканальний аналоговий компаратор TLC339 (мінімальна напруга живлення — +1,5 В, вхідний ток 0,005 нА, час переключення 1700 нс).

Рисунок 5.1.4. Обробка прийнятого сигналу для передачі до lpt-порта.

У якості мікросхем DD4, DD5 — наприклад, мікросхема 74ALS86, що являє собою 4 двохвходових логічних елементи «виключаюче або» (напруга живлення — +3,6 В, час переключення 30 нс). У якості мікросхеми DD6, наприклад, мікросхему 74SN7432, що являє собою 4 двохвходових логічних елементи «або» (напруга живлення — +3,6 В, час переключення 30 нс).

Зробимо розрахунок параметрів схеми, використаємо формули:

(1)

де R, C — параетри RC-ланцюга;

ф — час падіння напруги на конденсаторі.

Оскільки в даній схемі виділяємо лише три різні рівні сигналів, приймемо ф > 20. Тобто рівень падіння напруги на виході конденсатора не повинен перевищувати 5%

Приймемо загальний опір ланцюга R = R₁+ R₂+ R₃+ R₄ = 10 КОм (вважа-ючи при цьому, що ток, що протікає у ланцюгу дорівнює 0,36 mА).

Обчислимо ємкість конденсатора:

С = ф/R = 50? 10^-6 • 20 / 10⁴ = 10^-7 (Ф).

Приймемо амплітуди спрацьовування логічних рівнів сигналів:

логічний рівень «0» — 0,7 В;

логічний рівень «1» — 2,0 В;

логічний рівень «синхронізація» — 3,0 В.

Обчислимо R₁, R₂, R₃, R_4, прийнявши вхідну напругу 3,6 В, ток ланцюга 0,36 mA.

R₄ = 0,7 / 0,36 = 1,9 Ком;

R₃ = 2,0 / 0,36 — 1,9 • 10³ = 3,6 Ком;

R₂ = 3,0 / 0,36 — 1,9 • 10³ — 3,6 • 10³ = 2,7 Ком;

R₁ = 10 — 1,9 — 3,6 — 2,7 = 1,8 Ком.

Таким чином маємо на одному виході схеми інформаційний рівень сигналу — «0» або «1», на іншому — сигнал синхронізації.

5.2 Підготовка сигналу для передачі

На вході прийомо-передавального пристрою прилада мусимо мати аналогічний трьох-рівневий сигнал для можливості передачі як інформаційної частини сигналу, так й синхронізуючої послідовності (рис. 5.2.1):

Рисунок 5.2.1 Модуль обробки сигналу для передачі.

На виході модулю обробки сигналу для передачі мусимо отримати форму сигналу, аналогічну до форми сигналу (рис. 5.1.2).

Для цього необхідне програмне чергування передачі сигналів данних та сигналів синхронізації керуючої програми ПК.

Наприклад, при передачі логічної «1» на вихід lpt-порта треба записати байт даних «10», для передачі логічного нуля треба записати байт «1», при цьому слід передавати біт синхронізації після кожного запису байта даних.

Для вирішення цих вимог запропонуємо наступну схему (рис. 5.2.2):

У якості мікросхеми AD1 можна запропонувати мікросхему тройного аналогового мультиплексора IW4053B (напруга живлення +3,6 В, вхідний ток до 10 mA, робочий діапазон температур від -60 до +150⁰С).

Зробимо розрахунок параметрів дільника напруги. При цьому, що ток, що протікає у ланцюгу приймемо 0,36 mА, напруга 3,6 В.

Приймемо

R = R₁+ R₂+ R₃+ R₄=10 КОм.

R₄ = 0,7 / 0,0005 = 1,4 Ком;

R₃ = 2,0 / 0,0005 — 1,4 • 10³ = 2,6 Ком;

R₂ = 3,0 / 0,0005 — 2,6 • 10³ — 1,4 • 10³ = 2,0 Ком;

R₁ = 10 — 1,4 — 2,6 — 2,0 = 4 Ком.

Таким чином передаючи на вхід модуля три сигнали, отримуємо один трьохрівневий сигнал.

Рисунок 5.2.2 Модуль обробки сигналу для передачі.

U₁ — рівень напруги, що дорівнює рівню напруги сигналу «синхро-нізація» (3 В);

U₂ — рівень напруги, що дорівнює рівню напруги сигналу «логічна 1» (2 В);

U₃ — рівень напруги, що дорівнює рівню напруги сигналу «логічний 0» (0,7 В);

6. Розрахунок антеного модуля для прийомо-передавального пристрою

Зробимо розрахунок антеного модуля для прийомо-передавального пристрою.

В якості антени використаємо несиметричний вертикальний чвертьхвильовий зазамлений вібратор (штирьова антена).

Маючи внутрішню опорну частоту прийомо-передавального пристрою, виділяючи різні гармоніки, застосовуючи резонансні контури з відповідним посиленням можна отримати різні частоти.

Наприклад, маючи опорну частоту прийомо-передавального пристрою 20 МГц, виділяючи п’яту та сьому гармоніки можна отримати частоту f₀ = 20 • 10⁶ • 5 • 7 = 700 МГц.

Розрахуємо довжину хвилі сигналу:

(1)

де: л₀ — довжина хвилі,

с — швидкість хвилі,

f₀ — частота передачі.

Знаходимо л₀ = 0,43 (м).

Оскільки використовується чвертьхвильовий вібратор, визначемо висоту вібратора:

h = 0,25 л₀ (2)

Знаходимо h = 0,1075 (м).

Діючу висоту вібратора визначимо за формулою:

h_д = 0,64h (3)

Знаходимо h_д = 0,0688 (м).

Визначимо також показники ємкості та індуктивності на вході антени:

(4)

де: w — частота на виході LC-контуру,

L — індуктивність катушки, С — ємкість конденсатора.

Маємо:

w = 2рf (5)

Знаходимо w = 4,4 10^{9 .}

Підберемо L, C так, щоб вони задовільняли формулі (4).

При С = 10 пФ, знайдемо:

Гн. (6)

Обчислимо параметри катушки індуктивності, використаємо формулу:

(7)

де: N — кількість вітків катушки,

L — індуктивність катушки у мкГн,

R — радіус вітка катушки у дюймах, Н — висота катушки.

Обчислимо:

Звідки взявши висоту катушки 0,1 дюйма, а радіус катушки 0,025 дюйма, обчислимо кількість вітків:

(8)

Знайдемо амплітуду сили тока, та силу тока в пучності:

(9)

Для чвертьволнового вібратора опір випромінювання, віднесений до пучності тока складає R_Уп 37Ом.

Візьмемо опір втрачень у антені R_п = 7Ом.

Від прийомо-передавального пристрою до антени підводиться потужність P_a = 10мВт.

Обчислимо:

(10)

Знайдемо КПД антени:

(11)

Обчислимо: з_a=0,84.

Знайдемо максимальну напруженість електричного поля на відстані 5 кілометрів від антени:

(12)

де: r — відстань від антени для вимірювання;

Е — напруженність електричного поля.

Обчислимо:

Е = 60•0,03/5000 = 0,36 мВт/м.

Що перевищує показники чутливості приймача, та є достатнім для передачі сигналу.

7. Розробка конструкторського виконання приладу

7.1 Розміщення мікросхем усередені приладу

Оскільки основні мікросхеми приладу мають невеликий розмір, та схожі електричні параметри, їх можна розмістити на одній печатній платі, що кріпитиметься чорирьма штирами до корпусу.

Запропонуємо пласмасове виконання корпсу приладу.

Розглянемо розміри елементів мікросхем приладу, щодо їх розміщення на печатній платі.

— прийомо-передавальний пристрійXE1201A — 25×25×5 мм;

— мультиплексор IW4053B — 19×7,5×5 мм;

— компаратор TLC339 — 19×7,5×5 мм;

— мікросхема «виключаюче або» 74ALS86 19×7,5×5 мм;

— мікросхема «або» SN7432 19×7,5×5 мм;

— стандартне рознімання lpt-порту DB-25S 40×7 мм.

Для розміщення мікрохем використаємо печатну плату розміром 45×60 мм. Представимо розміщення елементів на печатній платі у масштабі 1:1 (рис. 7.1.1):

Рисунок 7.1.1. Умовне розміщення основних мікросхем приладу на печатній платі.

— XE1201A (1) — прийомо-передавальний пристрій;

— IW4053B (2) — обробка сигналу для передачі;

— TLC339 (3), 74ALS86 (4), SN7432 (5) — обробка прийнятого сигналу.

7.2 Забезпечення живлення приладу

Для забезпечення живлення приладу використовуватимемо підзаряджувані акумулятори.

Наприклад запропонуємо нікельметалгідридний акумулятор:

вихідна напруга 1,2В;

ємкіть укумулятора 800 mA/ч;

розміри 16×16×8 мм.

Якщо послідовно включити три таких акумулятори, отримаємо вихідну напругу живлення 3,6 В, що буде достатньо для подання живлення на будь-яку з обраних мікросхем.

Розглянемо основні елементи, які будуть включені у корпус приладу:

— головна печатна плата приладу (2);

— блок живлення приладу (1);

— вихідне рознімання приладу DB-25S (3);

— закріплення антени (4).

Зобразимо усі основні блоки приладу у масштабі 1:1 (рис. 7.2.1):

Як бічимо, для розміщення основних блоків приладу у корпусі, достатньо використати корпус, розміром 108×50×20 мм.

Рисунок 7.2.1. Розміщення основних блоків приладу у корпусі.

7.3 Зовнішній вигляд приладу

Усі елементи приладу будуть розміщені у пластмасовому корпусі, розміром 105×50×20 мм, оскільки штирьова антена має довжину 107,5 мм, її доцільно було б розмістити «вздовж» корпуса, зовнішній вигляд приладу матиме такий вигляд (рис. 7.3.1).

Для якомога кращого прийому та передачі даних, антена має бути розташована горизонтально до земної поверхні. Тому запропонуємо два види розташування приладу під час роботи з ним. У вигляді «зачіпки» (рис. 7.3.2 (а)), та у вигляді стойки (рис. 7.3.2 (а)).

Рисунок 7.3.1. Зовнішній вигляд приладу.

Рисунок 7.3.2(а, б). Розташування та закріплання приладу під час роботи з ним.

7.4 Розрахунок ударостійкості

Зробимо необхідні розрахунки, щодо ударостійкості приладу при падінні з певної висоти.

Візьмемо початкові умови:

висота падіння приладу h = 1 м;

пружність поверхні при падінні h_0п = 1 мм;

пружність корпусу приладу h_0к = 2 мм;

початкова швидкість падіння v₀ = 0 м/с;

будемо вважати, що пришвидшення a₀ під час «тормозного шляху» приладу при падінні є рівномірним.

Довжина «тормозного шляху» приладу дорівнює суммі пружності поверхні та корпусу приладу

h₀ = h_0п + h_0к (1)

Швидкість приладу при падінні становитиме

v = v₀ + gt = 10t (2)

Шлях при падінні визначаємо за формулою:

(3)

Отже час падіння визначаємо як:

(4)

Швидкість тіла у момент падіння

(5)

Визначимо прискорення приладу у момент падіння (деформацію корпусу приладу та поверхні падіння приймаємо рівномірній у часі):

Отже ударостійкість приладу має складати a = 1,33 10⁴, або 1,33 10³g.

Сумарну вагу головної мікросхеми приладу, що кріпитиметься на штирьові опори корпусу приймемо 50 г.

або (6)

Візьмемо чотири штирьові опори для фіксації мікросхеми усередені копруса.

Оскільки максимальне навантаження на закріплення мікросхеми становитиме при горизонтальному навантаженні на штирьові опори, тобто при горизонтальному падінні мікросхеми (рис. 7.1).