Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Содержание

Введение 9

1 Эксплуатационная часть 11

1.1 Выбор беспроводных сетей, протокола обмена и оборудования 11

1.1.1 Перспективы беспроводных сетей 11

1.1.2 Преимущества и эффект от внедрения беспроводных сетей 12

1.1.2.1 Мониторинг параметров сигналов устройств 12

1.1.2.2 Контроль действий персонала 13

1.1.2.3 Организация радиочастотной идентификации 14

1.1.3 Особенности беспроводных сетей 17

1.1.3.1 Требования к беспроводным сетям и выбор протокола 17

1.1.3.2 Обзор стандарта ZigBee 19

1.1.3.3 Анализ и подбор устройств, работающих в протоколе ZigBee 22

1.1.3.4 Программное обеспечение и устройства, поставляемые компанией Microсhip 23

1.2 Выбор устройства обработки информации на базе микроконтроллеров и его характеристики 28

1.2.1 Подбор микроконтроллера, отвечающего целям проектирования 28

1.2.2 Контроллеры фирмы AVR 30

1.2.3 Аппаратные и программные интерфейсы взаимодействия с ПК и периферийными устройствами 33

2 Техническая часть 40

2.1 Разработка общей концепции устройства мониторинга. 40

2.1.1 Сравнительный анализ приборов исследования электрических сигналов 40

2.1.2 Определение технических характеристик разрабатываемого устройства 42

2.2 Выбор и описание средств разработки 44

2.2.1 Интегрированная отладочная среда AVR 44

2.2.2 Пакет программ для автоматизированного проектирования электронных схем PROTEUS 46

2.2.3 Описание лабораторного стенда, по изучению и разработке программируемых микропроцессорных устройств 50

2.3 Реализация взаимодействия устройства с пользователем 52

2.3.1 Графическое отображение информации 52

2.3.2 Управление устройством 52

2.4 Организация беспроводной передачи данных 53

2.4.1 Использование приемопередатчика Mrf24j40ma 53

2.4.2 Подключение трансивера к контроллеру 55

2.4.3 Организация памяти микрочипа Mrf24J40 57

2.4.4 Управление регистрами микрочипа Mrf24J40 59

2.4.5 Управление приемопередатчиком 60

2.5 Подключение внешней энергонезависимой памяти 66

2.5.1 Характеристика подключаемой SD карты 66

2.5.2 Подключение SD карты 67

2.5.3 Инициализация SD карты 68

2.6 Разработка узла электропитания 70

2.7 Дизайн устройства, разработка корпуса 72

2.8 Разработка программного обеспечения 72

2.8.1 Создание пользовательского приложения на ПК 72

2.8.1.1 Функции и задачи приложения 72

2.8.1.2 Описание используемых библиотек и компонентов 73

2.8.1.3 Алгоритм работы пользовательского приложения на ПК 74

2.8.2 Разработка управляющей программы микроконтроллера 75

2.8.2.1 Функции и задачи управляющей программы 75

2.8.2.2 Описание используемых библиотек и компонентов 76

2.8.2.3 Алгоритм работы управляющей программы 87

3 Расчет экономических затрат на изготовление прибора 89

3.1 Общие положения 89

3.2 Расчет затрат на внедрение прибора 90

3.3 Расчет общих экономических затрат 94

3.4 Расчет экономического эффекта и эффективности проекта 95

4 Безопасность жизнедеятельности 97

4.1 Основные требования к производственному освещению 97

4.2 Нормирование производственного освещения 99

4.3 Требования к релейным помещениям 101

4.4 Расчет искусственного освещения 102

4.4.1 Расчет индекса помещения 102

4.4.2 Расчет светового потока одной лампы 103

4.4.3 Расчет количества ламп 104

Заключение 106

Список используемых источников 107

Приложение А 109

Приложение Б 114

Введение

Грузоперевозки являются очень важным процессом в условиях развивающейся промышленности и производства. В настоящее время железнодорожный транспорт занимает первое место по грузообороту в стране, и является относительно дешевым и безопасным.

Системы железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) выполняют важную задачу организации перевозочного процесса грузовых и пассажирских поездов при обеспечении высокого уровня безопасности движения подвижных составов и заданной пропускной способности участков. Одним из условий безопасности железнодорожного транспорта является надежная работа устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ). Повышение требований к безопасности и качеству перевозочного процесса требует уделять большое внимание новым средствам технической диагностики.

В условиях автоматизации и компьютеризации систем управления и обеспечения безопасности движения поездов, методы диагностики и программного управления объектами становятся особенно актуальными. Задача сбора данных, непрерывного контроля параметров с помощью недорогих автономных устройств с малым потреблением электроэнергии, имеет большое практическое значение как для систем обеспечения движения поездов, так и для технологического оборудования, включая сети передачи данных. Применение беспроводных сетей на железнодорожном транспорте обусловлено сложной технической оснащенностью и необходимостью непрерывного контроля параметров приборов и устройств.

Целью дипломного проекта является разработка технических средств мониторинга СЖАТ с применением беспроводных и микропроцессорных устройств. В процессе проектирования необходимо изучить возможности и характеристики современных приборов исследования сигналов, использование беспроводных технологий, при организации сети мониторинга, хранение данных, с помощью энергонезависимой памяти на основе SD карты. Нужно подобрать программно-технический комплекс по разработке микропроцессорных устройств. В конечном итоге разработать программную и аппаратную часть беспроводного устройства сбора данных.

1 Эксплуатационная часть

1.1 Выбор беспроводных сетей, протокола обмена и оборудования

1.1.1 Перспективы беспроводных сетей

Железнодорожный транспорт, как и любое современное производство, невозможно представить без автоматических систем контроля и мониторинга. Сложный технологический процесс требует повышения уровня безопасности движения поездов, чему способствует контроль устройств и узлов автоматических систем. Объекты автоматики, пожарные датчики на постах электрической централизации, тепловизионное оборудование в релейных помещениях и релейных шкафах необходимо контролировать в режиме реального времени, что позволит своевременно выявлять отказы и снижать вероятность нарушения уровня безопасности. Для этого применяют новые методы технического обслуживания и комплексы технических средств контроля технологического процесса на железнодорожных станциях. Сбор, обработка информации подразумевает организацию канала передачи данных.

Использование традиционных физических линий передачи предполагает наличие кабельной сети, каналообразующей аппаратуры, специализированного программного обеспечения и вычислительных мощностей. Это, в свою очередь, требует больших затрат как в процессе внедрения, так и в процессе эксплуатации.

Организовать проводной канал передачи не всегда возможно, по причинам надежности, безопасности, сложности прокладки и наличия электромагнитных воздействий. Особенно осложняется это на станциях с устаревшим оборудованием и неразвитой инфраструктурой. Применение беспроводных каналов передачи информации может быть единственной альтернативой по экономической и технической целесообразности.

1.1.2 Преимущества и эффект от внедрения беспроводных сетей

1.1.2.1 Мониторинг параметров сигналов устройств

Беспроводные сети используют воздушную среду передачи информации. Носителем информации выступают волны сверхвысокочастотного диапазона. К преимуществам беспроводных сетей, при современном развитии протоколов беспроводной связи, можно отнести возможность быстрого развертывания, относительно не большие затраты на инсталляцию сетей, а также гибкую топологию сети.

Высокая степень интеграции и развитие электронных устройств позволяют беспроводным сетям выполнять различные задачи. В общем виде выполняется одна, главная задача – организация сети сбора данных, причем там, где обычными методами это не возможно или нецелесообразно. Применение такой сети сбора данных возможно во многих областях производства и быта. Умный дом – как раз одна из областей применения, где устройства беспроводных сетей позволяют интегрировать передовые технологии в быт, без ущерба дизайну и, в тоже время, не обременяя большими затратами. Контроль технологических процессов – один из широчайших полигонов применения беспроводных сетей. С помощью беспроводных сетей можно контролировать не только простые процессы производства, но и сложные, где объекты контроля удалены от контролирующего пункта, а также находятся в движении.

Технологический процесс на железной дороге подразумевает большую территориальную удаленность объектов друг от друга, с большим количеством параметров, оперативный контроль которых ведется централизованно. На станции это могут быть релейные шкафы входных светофоров и переездов, реле в релейном помещении, пожарные датчики, температура в технологических помещениях, состояние ДГА и т.д.

Появляется возможность организации сети мониторинга по различными функциональными направлениями:

-организация контроля технического состояния контролируемого объекта – определение вида технического состояния объекта, в том числе отказа, на основе проверки соответствия значений параметров нормативам и алгоритмам работы системы или модели;

-мониторинг технического состояния - дистанционный контроль (телеконтроль) технического состояния объекта по определенному алгоритму с накоплением информации, и ее анализа с целью идентификации текущего состояния объекта и обеспечения прогнозирования изменения его состояния;

-прогнозирование технического состояния - определение технического состояния объекта с заданной (расчетной) вероятностью на предстоящий интервал времени;

1.1.2.2 Контроль действий персонала

Модернизация ОАО «РЖД» существенно отстает от ожидаемого темпа. Техническая модернизация обошла мелкие станции и разъезды, которые влияют на основные показатели эффективности работы дороги в целом. На таких станциях еще широко используют устаревшее оборудование, построенное на электромеханических принципах. Примером такого устройства может быть пульт БМРЦ. Контроль и диагностирование такого устройства современными системами ДЦ и ДК существенно осложнен, так как большое количество электромеханических элементов, работающих в цепях с напряжением 12-24 В, необходимо контролировать специальными устройствами с гальванической развязкой. Также сложности возникают и с монтажом контролирующего оборудования, так как устаревшие здания постов ЭЦ могут не позволять прокладывать новые кабели.

В связи с этим целесообразно применять устройства контроля органов управления на электромеханических пультах электрической централизации стрелок и сигналов на станциях. Это позволит повысить качество технологического процесса эксплуатационной работы. Для этого необходимо располагать информацией о состоянии ответственных за движение поездов систем и фиксация действий дежурного работника, управляющего эксплуатационной работой. То есть, появляется возможность формировать отчет о состоянии устройств, а также о профессиональном уровне принятия решений диспетчерского персонала.

1.1.2.3 Организация радиочастотной идентификации

Использование приемопередатчиков беспроводных сетей и управляющего контроллера, позволяет создать сеть передачи данных о движении поездов, методом фиксации радиочастотной метки в радиусе действия передатчика (РЧ-идентификации). РЧ-идентификация ((RadioFrequencyIdentification)RFID) использует радиочастотное электромагнитное излучение для чтения/записи информации на небольшое устройство, называемое меткой, или транспондером. RFID-система состоит из считывающего устройства и множества радиочастотных датчиков — меток со встроенной антенной, приемопередатчиком и батарейкой. Обязательными элементами активной РЧ-метки являются ресивер (приемопередатчик), микропроцессор, память, антенна, батарея питания и интерфейс для записи информации (программирования) [2].

Для считывания информации с РЧ-метки можно использовать точно такой же прибор, но запрограммированный для подключения к управляющему микроконтроллеру. Такая возможность имеется благодаря сетевому принципу работы. Некоторые устройства промышленных протоколов беспроводных сетей имеют встроенное программное обеспечение (стек протокола) для автоматического поиска и соединения с аналогичным устройством.

На сегодняшний день, на железной дороге очень актуальной темой является интервальное регулирование движения поездов с помощью спутниковых систем позиционирования ГЛОНАСС. Использования беспроводных радиосетей позволило бы дополнить такие системы в местах, где имеются зоны не покрытия спутниковыми системами [2].

Пример совместного использования спутниковых систем и беспроводных сетей показан на рисунке 1.1, на примере сети ZigBee.

Рисунок 1.1 - Общая структура позиционирования с использованием сети ZigBee

Организовать контроль движения поездов, возможно с помощью как раз РЧ-идентификации. Фиксация происходит в тот момент, когда метка, установленная на подвижной единице, взаимодействует с меткой, установленной на контрольной точке по пути следования.

Метка может устанавливаться как на локомотиве, так и на хвостовом вагоне, что позволяет контролировать не только приближение подвижной единицы попутного направления, но и его полносоставность [2].

На рисунке 1.2 показана идентификация с помощью меток, на примере вычисления расстояния между поездами и длины поезда.

Рисунок 1.2 - Метка для вычисления расстояния между поездами

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.

Список файлов ВКР