Пояснительная записка (1230175)
Текст из файла
Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»
Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь»
К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ
Заведующий кафедрой
__________А.И. Годяев
«____»________2016 г.
РАЗРАБОТКА УНИВЕРСАЛЬНОГО УСТРОЙСТВА СОПРЯЖЕНИЯ ПОРТОВ LPT, COM (RS-232), USB
Пояснительная записка к дипломному проекту
ДП 23.05.05 ПЗ – 256
Студент гр.256 Е.И. Беляков
Консультант по безопасности
жизнедеятельности
(ст. преподаватель) А.А. Балюк
Консультант по экономике
(доцент, к.э.н., доцент) Л.Е. Тумали
Основной консультант
(инженер) А.А. Онищенко
Руководитель
(ст. преподаватель) А.С. Петрова
Нормоконтроль
(доцент) Н.А. Пельменёва
Хабаровск-2016
Задание
Отзыв
Аннотация
Содержание
Введение 7
1 Эксплуатационная часть 9
1.1 Роль приборов в диагностике железнодорожной автоматики 9
1.2 Прибор МПИ СЦБ виды и схемные решения МПИ СЦБ 9
1.3 Классификация портов ввода – вывода 14
1.3.1 Порт ввода вывода информации COM 14
1.3.2 Порт ввода вывода информации LPT 17
1.3.3 Порт ввода вывода информации USB 18
1.4 Вывод 21
2 Техническая часть 23
2.1 Устройство сопряжения интерфейсов 23
2.1.1 Концепция построения 30
2.1.2 Аппаратная часть и алгоритм работы 32
2.1.3 Программное обеспечение 37
2.2 Типовые контроллеры сопряжения устройств 44
2.2.1 Классификация 48
2.2.2 Назначение устройства 50
2.3 Выводы 54
3 Реализация устройства сопряжения интерфейсов 56
3.1Схемные решения 56
3.2 Программное обеспечение и прошивка МК 61
3.3 Экспериментальные испытания 77
4 Экономическая часть 81
4.1 Характеристика проекта 81
4.2 Расчет строится по прогнозируемым технико-экономическим показателям 81
4.3 Расчет расходов на создание ПО и УСО 82
5 Безопасность жизнедеятельности. Обеспечение безопасности при эксплуатации прибора МПИ СЦБ 90
5.1 Понятие безопасности жизнедеятельности, общие положения 90
5.2 Опасные и вредные производственные факторы 91
5.3 Кондиционирование воздуха в производственных помещениях 92
5.4 Расчёт необходимого количества кондиционеров для компенсации избытков тепла в производственном помещении 94
Заключение 98
Cписок используемых источников 100
Введение
Железнодорожный транспорт России является ведущим видом транспорта страны, выполняющим свыше 80% грузооборота и около 40% пассажирооборота транспорта общего пользования.
Железные дороги играют решающую роль в выполнении перевозок важнейших грузов, обеспечивающих бесперебойное функционирование промышленного комплекса страны. В работе железных дорог важные функции выполняют системы железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ). Они решают две основные задачи: управления движением поездов на станциях и перегонах и обеспечения безопасности поездных и маневровых передвижений. С развитием транспорта эти задачи постоянно усложняются. Поэтому постоянно возрастают и требования к системам управления и контроля, что вызывает необходимость их совершенствования и использования более прогрессивной элементной базы. Применение на железнодорожном транспорте современной микроэлектронной базы является допустимым только при обеспечении такого уровня безопасности движения, который был бы не ниже уровня, гарантируемого традиционными устройствами.
Современный этап развития СЖАТ характеризуется широким использованием для их построения микроэлектронной и микропроцессорной техники. Но при разработке и обслуживании микроэлектронных устройств от инженера требуется более высокая квалификация, поскольку методы анализа и синтеза таких устройств достаточно сложны.
Использование в качестве элементной базы интегральных микросхем потребовало разработки принципиально новых решений при построении устройств железнодорожной автоматики по сравнению с известными подходами к проектированию средств промышленной автоматики. Чтобы система железнодорожной автоматики могла служить основным средством регулирования движения поездов, она должна выполнить одно из основных требований - обеспечить защиту от опасных отказов при повреждении отдельных элементов или сбоях в работе ее устройств.
1 Эксплуатационная часть
-
Роль приборов в диагностике железнодорожной автоматики
Приборы диагностики в железнодорожной автоматике, играют определяющую роль как в организации безопасного регулирования движения поездов, так и в развитии отрасли железнодорожного транспорта в целом. Постоянное совершенствование диагностических устройств автоматики, влияет на работоспособность и надежность использованного оборудования. Переход на микропроцессорные системы управления, бурное развитие телекоммуникационных технологий – все это предъявляет высокие требования к уровню подготовки специалистов в этой области. Приборы, которые используются для диагностики оборудования усовершенствуются и создаются новые они являются гарантом качество и надежности. Приборы диагностики являются незаменимыми в жизни железнодорожной автоматике. Особенно качество приборов отражается на специалистах-производственниках, непосредственно обслуживающих системы железнодорожной автоматики.
1.2 Прибор МПИ СЦБ виды и схемные решения МПИ СЦБ
Эксплуатационная часть содержит технические данные, описание принципа действия прибора, использования по назначению, транспортирование и хранение прибора.
В состав прибора входит персональный компьютер (ПК) класса Notebook (или любой IBM PC совместимый) с установленной операционной системой Windows XP и стандартным портом USB, а также модуль преобразования электрических сигналов из аналоговой формы в цифровую, в дальнейшем именуемый МПЭС.
Устройство, технические данные, принцип действия и правила эксплуатации используемого в составе прибора ПК приведены в соответствующих описаниях ПК и программного обеспечения ПК.
К работе с прибором допускаются лица, имеющие навыки работы с ПК.
Прибор МПИ-СЦБ предназначен для измерения, отображения и регистрации следующих параметров сигналов, при эксплуатации и ремонте устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) железнодорожного транспорта, а также устройств автоматики, телемеханики и связи в полевых и стационарных условиях.
МПИ-СЦБ измеряет:
- напряжение постоянного тока положительной и отрицательной полярности от минус 500 В до плюс 500 В;
- напряжение переменного тока от 0,1 20 350 В в диапазоне частот от 8 Гц до 10 кГц;
- силу постоянного тока от 0,1 до 25 А;
- силу переменного тока от 0,1 до 20 А в диапазоне частот от 25 до 100 Гц;
- длительности импульсов и интервалов времени между импульсами постоянного и переменного тока в диапазоне 10-3 – 10 с;
- частоту напряжения переменного тока от 0,1 Гц до 10 кГц;
- угол сдвига фазы двух гармонических сигналов в диапазоне частот от 25 до 100 Гц, при условии, что измеряемые сигналы не имеют гальванической связи;
- разницу и сумму напряжений постоянного или переменного тока двух каналов от минус 500В до плюс 500 В в диапазоне частот от 25 до 100 Гц;
- временные задержки между сигналами двух каналов в диапазоне от 10-3 до 10 с.
Рисунок 1.1 – Структурная схема МПИ СЦБ с подключением USB
Рисунок 1.2 – Структурная схема МПИ СЦБ с подключением LPT,COM
В настоящее время в комплект прибора входит персональный компьютер и из-за него стоимость превышает пятьсот тысяч рублей и по этой причине, перспективно внедрить универсальное устройство, с помощью которого мы можем добиться использование данного прибора с более мощными по быстродействию и менее дорогими персональными компьютерами или ноутбуками. Еще один факт, влияющий на перспективность создания такого универсального устройства связи прибора и ПК, является, технический прогресс, ведь сейчас не все версии программного обеспечения прибора могут быть совместимы с операционными системами, которых с каждым годом становиться все больше и больше. И наиболее реальными, с точки зрения воплощения в жизнь, являются два схемных решения. Первым решением, является написание программного обеспечения, способного с помощью программы согласовать сигналы, поступающие от двух портов ввода информации.
Рисунок 1.3 – Первый вариант схемного решения МПИ СЦБ
Вторым вариантом решением поставленной задачи является создание универсального модуля преобразования аналоговых сигналов в цифровые и связь прибора с помощью порта ввода USB со всеми существующими версиями операционных систем различных ноутбуков или персональных компьютеров, что являлось бы решением экономической проблемы, а именно уменьшение стоимости всего комплекса оборудования в разы, и расширение диапазона всевозможных операций на одном автоматизированном рабочем месте. Перспектива использования переносного многофункционального прибора значительно бы повысилась, и как итог увеличение возможности контроля устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, заранее поиск всевозможных отказов и их устранение, а в целом повышение безопасности движения поездов.
Рисунок 1.4 – Второй вариант схемного решения МПИ СЦБ
1.3 Классификация портов ввода – вывода
1.3.1 Порт ввода вывода информации COM
Порт ввода-вывода – это некоторое аппаратное исполнение, оно позволяет некоторому контролеру или процессору обмениваться информацией или данными с некоторыми устройствами ввода-вывода напрямую, не обращаясь к памяти устройства. У самого популярного микроконтроллера AVR портами называются контакты, которые могут обмениваться информацией с внешними устройствами [2].
Универсальный внешний последовательный интерфейс СОМ-порт (Communications Port – коммуникационный порт) присутствует в персональных компьютерах начиная с первых моделей. Этот порт позволяет осуществлять асинхронный обмен, прием и передачу данных по стандарту RS-232C. СОМ-порты выполняются на микросхемах, универсальных приемопередатчиков, которые являются асинхронными. Микроконтроллеры AVR совместимы с семейством i8250/16450/16550. Они используют в пространстве ввода-вывода по 8 смежных 8-битных регистров и имеют свойство размещаться по стандартным базовым адресам 3F8h (COM1), 2F8h (COM2), 3E8h (COM3), 2E8h (COM4). Порты могут использовать аппаратные прерывания IRQ4 (обычно используются для разъёмов СОМ1 и COM3) и IRQ3 (для разъёмов COM2 и COM4). Визуально порты имеют последовательные линии передачи и приема данных, а также набор сигналов управления и состояния данного вида порта, соответствующий стандарту RS-232.
У СОМ-портов имеются внешние разъемы - (male — «папа») DB25P или DB9P, находящиеся на задней панели компьютера (см. рисунок 2). Главной особенностью интерфейса COM порт - является применение «не ТТЛ» сигналов - все внешние сигналы порта двуполярные. Гальваническая развязка отсутствует — схемная земля подключаемого устройства соединяется со схемной землей компьютера. Скорость передачи данных может достигать 115 200 бит/с.
Компьютер может располагать в себе до четырех последовательных портов СОМ 1-COM4 (для компьютеров класса AT типично расположение двух портов) с поддержкой и управлением на уровне BIOS. Сервис BIOS Int 14h обеспечивает инициализацию портов вода–вывода, ввод и вывод символа информации, не используя прерываний и опрос состояния. Через Int 14h скорость передачи программируется в диапазоне 110-9600 бит/с (меньше, чем реальные возможности порта). Для повышения производительности передаваемой информации широко используется взаимодействие большинства программ с портом на уровне регистров записи данных, для этого необходимость совмести аппаратных средств СОМ-порта с программным обеспечением для реализуемых устройств.
Наименование порта указывает его основное назначение подключение периферийного, коммуникационного оборудования (например, модема) для связи с другими компьютерами, сетями и периферийными устройствами. К порту могут непосредственно подключаться и периферийные устройства с последовательным интерфейсом подключения такие как принтеры, плоттеры, терминалы и другие. СОМ-порт широко используется для подключения смежных устройств, а также организации непосредственной и быстрой передачи данных между компьютерами.
К СОМ-порту подключают и электронные ключи. Эти ключи позволяют осуществлять работоспособность программы или оборудования используемого только на этом компьютере. Копирование с данного компьютера информации или установка на данный компьютер программ невозможно если нет электронного ключа.
Синхронный обмен в персональном компьютере поддерживают лишь специальные адаптеры, например, SDLC или V.35.
Один из портов может использоваться и для беспроводной инфракрасной связи с периферийными устройствами подключения. Существуют карты ISA с парой СОМ портов, они чаще всего взаимодействуют с LPT портом, либо с контроллерами для дисковых интерфейсов (FDC+IDE). Если возникает необходимость в большом количестве последовательных интерфейсов, то в компьютер можно установить специальные адаптеры-мультиплексоры (дополнительные порты ввода-вывода). Это весьма дорогие карты, они выпускаются обычно на 4,8,12 и даже 16 портов. Такое большое число разъемов на заднюю стенку компьютера вывести очень проблематично так как занимает очень большое пространство, и у мультиплексоров обычно имеется внешний блок с разъёмами, соединяемые с адаптером и кабелем с много контактными разъемами. BIOS мультиплексоры не поддерживает.
1.3.2 Порт ввода вывода информации LPT
Порт параллельного интерфейса для приема и передачи информации был введен в персональный компьютер для подключения принтера — с этим действием и связано его название LPT-порт (Line PrinTer — построчный принтер). Стандартный, он же традиционный LPT-порт (или SPP-порт) предназначен для вывода информации или вывода данных,
хотя и имеет возможность вводить информацию и данные с некоторыми ограничениями. Существуют основные модификации LPT-порта двунаправленный, ЕРР, ЕСР и другие, расширяющие его возможности, повышающие производительность передачи данных и снижающие нагрузку на процессор. Сначала они являлись фирменными решениями отдельных производителей, но вскоре позднее был принят стандарт.
С внешней стороны порт имеет 8-битную шину данных, 5-битную шину сигналов состояния и 4-битную шину управляющих сигналов, выведенные на разъем розетку DB-25S. В LPT-порте используются логические уровни ТТЛ, это сокращает и ограничивает допустимую длину кабеля из-за невысокой помехозащищенности ТТЛ интерфейса. Гальваническая развязка отсутствует стандарту подключения схемная земля подключаемого устройства соединяется со схемной землей компьютера. Поэтому этого порт является уязвимым местом компьютера, страдающим при нарушении правил подключения и техники подключения. Поскольку порт обычно располагается на системной плате, в случае его выжигания в следствии некорректного подключения зачастую выходит из строя и его ближайшее окружение, вплоть до выгорания всей системной платы.
Характеристики
Тип файла документ
Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.
Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.
Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
