Проектирование систем сбора и передачи информации

Проектирование систем сбора и передачи информации

Министерство образования Украины

Севастопольский государственный технический университет

Кафедра ТК

КУРСОВАЯ РАБОТА

по теме

«Проектирование систем сбора и передачи информации»

Выполнил: ст. гр. А- д

Проверил:

Мирянов В. И.

Севастополь - 2007

Содержание

Задание и исходные данные__________________________________________

Введение__________________________________________________________

Анализ исходных данных_________________________________________

Обоснование выбора принципов построения_________________________

Структурная схема и её описание___________________________________

Расчет основных показателей______________________________________

Описание функциональной схемы__________________________________

Описание прнципиальной схемы_______________________________________________________

Описание программного обеспечения_______________________________

Заключение________________________________________________________

Целью данного курсового проекта является разработка системы сбора, обработки, передачи и распределения информации.

В ходе выполнения данного курсового проекта необходимо выполнить:

Разработать функциональную схему передающего и приёмного устройства.

Расчёт основных параметров схемы.

Разработать принципиальную схему.

Исходными данными для расчёта являются: количество источников, объём и вид передаваемой информации, система приоритетов, частота появления информации, скорость передачи информации, вероятность ошибки в канале, категория устройств, время доставки.

Ведение

Создание материальных благ, необходимых для жизни человека, осуществляется в процессе производства. В любом производственном процессе могут применяться как мускульная сила, так и его умственные способности.

Очевидно, что в производственном процессе человеку приходится затрачивать тем большую умственную энергию, чем сложнее процесс. В простейшем случае умственная работа оказывается несложной и имеет вспомогательный характер (подсчёт зарплаты и т.п.), в другом - затрата умственной энергии может быть велика (при производстве сложных расчётов, обработке экспериментов и т.п.).

Умственная энергия используется и при управлении производственным процессом. Здесь человек в нужные моменты времени должен вмешиваться в ход процесса и принимать соответствующие решения. Например, на нефтехимическом заводе происходит переработка солярового масла отделением летучих углеводородов. Поступающие в ректификационную колонну сырьё предварительно подогревают до определённой температуры, которая должна изменятся в зависимости от состава сырья. Оператор, управляющий этим процессом, прежде чем вмешаться в его ход, должен получить информацию о ходе процесса, температуре, давлении, составе сырья и т.п. с помощью контрольно-измерительной аппаратуры и датчиков. Устройства для получения информации называют устройствами сбора информации.

Таким образом, первый этап управления производственным процессом - получение информации.

Далее на основании этой информации требуется принять правильное решение, влияющее на ход процесса. Однако если производственный процесс сложный и для управления им требуется быстрая обработка большего объёма информации, то вместо оператора для этой цели используют устройства вычислительной техники, которые на основе заранее заданного алгоритма принимают решение о воздействии на ход процесса.

Второй этап управления производственным процессом - переработка информации.

Принятое решение в виде сигналов поступает на исполнительные механизмы, где они, изменяя уставки регуляторов, положение заслонок, клапанов и т.п. изменяют ход производственного процесса в нужном направлении.

Третий этап управления производственным процессом - использование информации.

Система управления, в которой все функции управления процессом перекладываются с человека на автоматические устройства, называются ароматической системой. Человек не принимает участия в процессе управления; его деятельность ограничена лишь контролем работы и устранением возникающих неисправностей.

Если управляемый процесс рассредоточен на большой площади, измеренные и полученные средствами сбора информации данные необходимо передать в вычислительную машину, которая может находиться на значительном расстоянии от технологических агрегатов. Эта передача информации осуществляется системами телемеханики. Передача сигналов от вычислительной машины к исполнительным механизмам также выполняется системами телемеханики.

Итак, если функция управления производственным процессом осуществляется не человеком, а машинами и механизмами, то возникает автоматизация, которая является составной частью автоматики, занимающейся разработкой и построением устройств, действующих без участия человека.

Автоматические системы обычно решают задачи оптимального управления. Устанавливается определённый критерий (например, максимальная производительность или минимальная себестоимость), разрабатывается соответствующий ему алгоритм, и управляющая вычислительная машина поддерживает режим оптимального процесса путем посылки команд на автоматические регуляторы или исполнительные механизмы.

Поскольку отличительной особенностью автоматических и телеавтоматических систем является полное отсутствие человека в процессе управления, автоматизация, осуществляемая с их помощью, называется полной автоматизацией. Однако не всегда и не для всех производственных процессов возможна и целесообразна полная автоматизация. Информационный цикл может полностью или частично замыкаться через человека. В этих случаях происходит неполная замена умственной энергии человека при управлении процессом, т.е. возникает частичная автоматизация.

1. Анализ исходных данных

Рассмотрим некоторые особенности технического задания курсового проекта. Необходимо разработать систему сбора и передачи информации первой категории, что соответствует вероятности возникновения ошибки 10-8. Т.к. задан симплексный тип канала, то необходимо производить защиту информации при помощи кодов исправляющих ошибки (коды Хемминга, циклические коды) т.е. далее необходимо рассчитать вероятность возникновения ошибки при использовании выбранного кода и проверить выполнение неравенства (1):

Заданный объём информации 100 ТС можно интерпретировать, как 100 бит, т.е. необходимо передать 13 байт информации в двоичном коде. При этом заданна скорость, с которой происходит передача информации, частота появления информации от источников, т.е. необходимо организовывать соответствующую частоту опроса источников.

Источники активные, т.е. способные сигнализировать о наличии на них информации. При этом система сбора и передачи информации сканирует значение запросов на обслуживание и обслуживает источники выставившие флаг запроса на обслуживание по порядку их следования. После обслуживания система возвращается в исходное состояние, т.к. приоритет источников отсутствует.

2.Обоснование выбора принципов построения ССПИ

Проектирование ССПИ производится в соответствии с ТЗ, которое заставляет следовать некоторым принципам построения системы. Ниже будут рассмотрены эти принципы и дано обоснование применения (выбора) именно этих принципов.

Дисциплина обслуживания источников информации обусловлена наличием активных источников с равным приоритетом, что соответствует асинхронно-циклической дисциплине. При использовании данной дисциплины система циклически опрашивает источник на наличие запроса и при его наличии асинхронно переходит к его обслуживанию. Так как в дальнейшем будет использоваться микро-ЭВМ с аппаратно реализованным интерфейсом, в качестве организации передачи информации выбирается асинхронная организация. Наличие симплексного канала лишает возможности введения канала обратной связи, что заставляет применять коды исправляющие ошибки. Современная электронная база позволяет применить для опроса 14 источников одноступенчатое избирание. Так как частота появления информации не высока (50 Гц), то выгоднее опрашивать источники при появлении общего запроса, который формирует специальная схема.

На основе вышеуказанных принципов происходит разработка структурной схемы ССПИ и её дальнейшая реализация. В следующей главе представлена структурная схема и её описание.

3.Структурная схема и её описание

Рис. 1 Структурная схема ССПИ

Структурная схема состоит из следующих узлов:

--- устройство распределения (УР);

--- устройство управление (УУ);

--- кодирующее устройство (КУ);

--- декодирующее устройство (ДУ);

--- устройство формирования общего запроса;

Рассмотрим функции этих узлов и их совместную работу.

УР приёмной стороны аналогично УР передающей стороны. Эти устройства управляются УУ и являются связующим звеном между УУ, источниками, кодером (на передающей стороне) и УУ, приёмником информации и декодером (на приёмной стороне).

КУ служит для формирования кода Хемминга из информационного сообщения.

ДУ образует принятое сообщение, выдавая исправленное сообщение в (случае ошибки) и синдром ошибки для анализа УУ. При наличии ошибки 2-й кратности происходит уничтожение принятой информации.

Устройство формирования общего запроса подает сигнал на УУ и КУ, по которому начинается опрос источников.

Далее представлена разработка основных узлов структурной схемы на уровне функциональной дальнейшая доработка для получения принципиальной схемы.

4. Расчёт основных показателей

Рассчитаем вероятность трансформации при передаче сообщений закодированных кодом Хемминга с длинной сообщения 16 бит и 6-ю контрольными символами.

(2)

при n = m+k = 22

Ртр = С322 * Р30 * (1 - Р0)19 + С422 * Р40 * (1 - Р0)18 + С522 * Р50 * (1 - Р0)17

Ртр = 1540 * 10-5 * (0.99999)19 + 7315 * 10-20 + 26334 * 10-25

Ртр 10-11 РтрIкат = 10-8

Таким образом мы будем использовать код Хемминга с m = 16, k = 6. Избыточность данного кода составляет:

r = k / n ; r = 6 / 22 = 0.2727 0.3

Т.к. объём информации составляет 100С (100 бит), то передавая информацию по 16 бит мы должны отправить 7 посылок с информационными разрядами и 7 посылок с контрольными. Для передачи адреса источника необходимо 4 разряда (24 = 16). Исходя из объема информации на один источник видно что одна из посылок будет полупустой, поэтому выгодно в эту посылку добавить адресные разряды, которые будут кодироваться вместе с информационными.

5. Описание функциональной схемы

В приложении 1 находится функциональная схема ССПИ, рассмотрим особенности ее работы.

Устройство распределения информации УР собранно на буферных регистрах DD1-DD196 сгруппированных по 14 штук на источник. Управлением УР осуществляется регистрами сдвига DD197-DD211, дешифратором DD229 и микроконтроллером DD231. Микроконтроллер берет на себя также функции синхронизации работы всего устройства и преобразования собранной информации в последовательный код с последующей выдачей ее в КС. Элементы НЕ DD212-DD228 нужны для адаптации управляющего сигнала сдвиговых регистров.

Источники опрашиваются по появлении на них запроса. Общий запрос формируется схемой собранной на элементах DD364-DD366.

Особенностью схемы УР является формирование адреса источника на его выходе с помощью сигналов запроса. Таким образом адрес источника считывается как дополнительный 4 разряда данных.

Микросхема DD230 представляет собой шестнадцатиразрядную схему контроля по коду Хемминга. Вход DB предназначен для приёма информационных сообщений, а выход СВ для выдачи контрольных разрядов. В данном случае схема используется для кодирования, управляется выводом Р1.5 микро-ЭВМ DD231.

Таким образом информация с выхода одного из шинных драйверов попадает на вход микро-ЭВМ и схемы контроля по коду Хемминга. Затем микро-ЭВМ подаёт управляющие импульсы на схему контроля и считывает через порт Р3 контрольные символы, которые затем передаются в КС вместе с сообщениями через последовательный интерфейс Р3.1. Система проверок для кода Хемминга обеспечиваемая микросхемой DD230:

(3)

На приёмной стороне используются аналогичные элементы, но схема контроля по коду Хемминга включена в режиме декодирования. Дешифратор DD232 используется аналогично для выбора получателя сообщения. Вывод Р3.0 является входом данных из КС, Р3.1- Р3.6 выдают контрольные разряды на декодер DD233(этими же выводами производится чтение синдрома), а вывод Р3.7 запрещает выдачу данных в приемные регистры DD267- DD363. Принятый из КС адрес вместе с данными декодируется и в случае отсутствия многократной ошибки, выдается микроконтроллером на дешифратор DD232 , который собственно и выбирает нужный приемник. Отдельные линии приемника также как и на приемной стороне выбираются регистрами сдвига DD235-DD249.

6. Описание принципиальной схемы

Принципиальная схема разрабатываемого устройства находится в приложении 2. Рассмотрим особенности этой схемы. Для реализации связи с приемниками и источниками использованы буферные регистры КР1533ИР33 в таблице 1 находится описание данного типа драйверов.

Таблица1

Символ ''Z`` означает, что выходы регистров переводятся в третье состояние. Дешифраторы реализованы посредством К1533ИД3 с прямыми выходами, что необходимо для управления регистрами сдвига (сдвиг осуществляется по переднему фронту сигнала). При этом входы разрешения работы дешифраторов постоянно подключён к земле, что является разрешением работы.

Страницы: 1, 2