Материал: Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем

Микроконтроллеры представляют собой эффективное средство реализации разнообразных устройств. Использование микроконтроллеров не только приводит к повышению технико-экономических показателей (стоимости, надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров), но и позволяет сократить время разработки изделий и делает их модифицируемыми, адаптивными

Существует два основных способа измерения частоты. В первом способе выбирают фиксированный интервал времени и подсчитывают число колебаний входного сигнала в течение этого интервала. Именно этот способ используется в предлагаемом устройстве. Подсчитав число периодов входного сигнала за известное время (100 мс), он приводит его к секундному интервалу и показывает на индикаторе значение частоты в герцах или кратных им единицам. Второй способ заключается в измерении интервала времени между нарастающими фронтами входного сигнала. Этот способ можно применять только в случае сигналов низкой частоты. Структурная схема частотомера приведена на рисунке.

Структурная схема частотомера

Для надежной работы на входе счетчика должен быть установлен формирователь, превращающий исходный сигнал любой формы и амплитуды в последовательность нормированных по амплитуде импульсов с крутыми перепадами. Практически все остальные узлы, необходимые для измерения частоты и вывода результата на индикатор, имеется в микроконтроллере, что делает этот прибор весьма удобным для реализации на нем частотомера.

Трудность состоит лишь в сравнительной низкочастотности счетчика, встроенного в микроконтроллер. Это вынуждает добавлять между выходом формирователя и входом микроконтроллера предварительный делитель частоты импульсов, понижающий ее до приемлемого значения. Нужно сказать, что в микроконтроллерах семейства PIC имеется встроенный достаточно высокочастотный предварительный делитель частоты, который с успехом используют в частотомерах. Микроконтроллер ATmega8515 семейства AVR, на котором построен предлагаемый частотомер, при многих других достоинствах не имеет такого делителя. Поэтому пришлось использовать внешний на микросхеме-счетчике.

Принцип измерения состоит в следующем. Сформированные импульсы поступают на ключ, который пропускает их на вход предварительного делителя частоты (четырехразрядного двоичного счетчика) только при высоком уровне на выходе микроконтроллера. Частота импульсов на выходе подключенного к счетчику дешифратора и на входе микроконтроллере в 16 раз меньше исходной.

Таблица

Основные технические характеристики

В начале цикла измерения уровень на выходе микроконтроллера низкий и ключ открыт. Кратковременным сигналом высокого уровня, сформированным на выходе микроконтроллера, программа устанавливает счетчик в нулевое состояние. Затем она на 100 мс открывает ключ. Импульсы, поступают на вход двоичного счетчика. Дешифратор следит за переполнением счетчика и при переполнении подает сигнал на микроконтроллер, эти сигналы подсчитывает встроенный счетчик микроконтроллера Т1.

По истечении счетного интервала программа запрещает дальнейшее прохождение импульсов на вход счетчика и считывает состояние его выходов. Далее она обрабатывает результаты работы предварительного двоичного и встроенного счетчиков, вычисляет значение частоты и выводит его на двустрочный символьный ЖКИ. Описанный измерительный цикл периодически повторяется. Имеется возможность программной модернизации и модификации устройства.

Исходя из вышеизложенного можно сделать заключение: во-первых, предлагаемое устройство просто схемотехнически, что позволяет собрать его в радиолюбительских условиях; во-вторых, частотомер собран на современной, но доступной и дешевой элементной базе, что позволяет использовать его в учебно-конструкторском процессе; в-третьих, исходя из основных технических характеристик можно сказать, что прибор конкурентоспособен по сравнению с частотомерами, изготовленными на предприятиях.

Литература

1. Мортон Джон. Микроконтроллеры AVR. Вводный курс. /Пер. с англ. М.: Издательский дом «Додека ХХI», 2006. 272 с.

2. Хлюпин Н. Частотомер – цифровая шкала с цифровым индикатором. – Радио, 2004. № 7. С. 64, 65.

3. Хливенко И. Частотомер с ЖК индикатором. - Радио, 2006. № 9. С. 32 - 34.

Воронежский государственный технический университет

УДК 658.52

В.С. Гундарев

Методика оценки профессиональной

подготовленности в процессе тренажерной

подготовки операторов АСУ

специального назначения

Рассматривается методика оценки профессиональной подготовленности операторов АСУ специального назначения в процессе их тренажерной подготовки, основанная на трехуровневой системе показателей тренированности. Приводятся результаты оценки эффективности тренажерной подготовки операторов

Уровень обученности операторов, выполняющих наиболее ответственные функции контроля, принятия решений и восстановления работоспособности АСУ специального назначения (СН), в значительной степени определяет качество ее функционирования как сложной человеко-машинной системы в условиях возмущающих воздействий. В связи с этим проблема формирования управлений в АСУ должна решаться на основе комплексной оптимизации процессов управления с приоритетом всех уровней профессиональной деятельности операторов и высокосовершенной адаптации системы к их личностным факторам [1]. Использование для этих целей алгоритмического обеспечения на основе прогнозирующих моделей требует решения, по крайней мере, двух принципиальных вопросов [2]:

формализованные в виде функционалов требования к качеству управления, включая требования, обусловленные присутствием в системе человека;

формализованное в виде динамических моделей или экстраполяционных зависимостей описание процессов, протекающих в АСУ, включая психофизиологические процессы человека-оператора, характеризующие его функциональное состояние – состояние профессиональной подготовленности.

При этом интегральным показателем, характеризующим функциональное состояние оператора, является эффективность его деятельности (производительность, темп, количество ошибок, правильность решения автоматизированных задач (АЗ) и пр.) [2]. С учетом этого, а также известных методов оценки профессиональной подготовленности операторов различного рода эргатических систем и используемых при этом показателей [3, 4] разработана система показателей тренированности лиц оперативно-технического персонала АСУ СН, основанная на их представлении в виде трехуровневой иерархии.

В качестве обоснованных частных показателей для оценки успешности локальных эргатических процессов (ЛЭП) на первом уровне иерархии этой системы используются “скользящие” [5] среднее, дисперсия времени реализации ЛЭП и правильность получаемых результатов решения соответствующих АЗ с участием тренирующегося оператора АСУ. Правомочность использования названных показателей для оценки успешности ЛЭП и, следовательно, тренированности оператора АСУ СН обосновывается тем, что при достаточно высокой производительности ПЭВМ, применяемых в составе автоматизированных рабочих мест (АРМ) операторов, время автоматического выполнения не операторских (т.е. машинных) функций при решении АЗ в соответствии с программно реализованными алгоритмами обработки информации можно считать малой постоянной величиной. В этих условиях успешность реализации ЛЭП будет определяться в основном степенью тренированности оператора быстро и правильно выполнять возложенные на него функции, оцениваемой с использованием указанных показателей.

Таким образом, при определении формальных выражений для названных частных показателей успешности ЛЭП будем оперировать случайным временем t_kzj решения z-ой, z = 1...Z, АЗ при j-ой реализации соответствующей программы с участием k-го, k = 1...K, тренирующегося оператора и признаком правильности p_kzj полученного им результата решения АЗ.

С учетом изложенного и известного определения “скользящего” среднего значения случайной величины [5] в качестве выражений для определения значений указанных частных показателей, оцениваемых по выборке из W последних измеренных значений t_kzw, w = j – W, j – W +1,..., j, где j – номер  j-ой реализации соответствующей программы (удовлетворяет условию j >W), в методике используются следующие соотношения:

для “скользящего” среднего времени реализации ЛЭП решения z-ой, z = 1...Z, АЗ с участием k-го, k =1...K, тренирующегося оператора:

, (1)

для “скользящей” дисперсии времени реализации ЛЭП решения z-ой, z =1...Z, АЗ с участием k-го, k =1...K, тренирующегося оператора:

, (2)

для “скользящей” правильности полученного результата решения z-ой, z =1...Z, АЗ с участием k-го, k =1...K, тренирующегося оператора:

. (3)

В последнем из этих выражений величина p_kzw принимает значение 1, если z-ая АЗ при w-ой реализации соответствующей программы с участием k-го тренирующегося оператора АРМ решена правильно, и значение 0 – в противном случае.

Эффективность (в статистическом смысле) вычисляемых в соответствии с выражениями (1) – (3) “скользящих” оценок значений используемых частных показателей тренированности оператора (успешности ЛЭП) обеспечивается с использованием понятия асимптотического обучения [3, 6] путем надлежащего выбора значения W.

Определяемые в соответствии с приведенными выражениями значения частных показателей тренированности операторов при необходимости могут быть усреднены по совокупности АРМ, решаемым на них АЗ и участвующим в соответствующих ЛЭП операторам АСУ.

В соответствии с используемым методом локальной оценки качества эргатических процессов формальное выражение для характеристической функции успешности решения z-ой, z = 1...Z, АЗ при j-ой реализации соответствующей программы с участием k-го, k =1...K, тренирующегося оператора представляется в виде:

(5)

где значения t_z0, d_z0, p_z0 – суть пороговые значения используемых частных показателей тренированности оператора.

С использованием определяемого таким образом значения v_kzj характеристической функции уточненное с учетом успешности решения z-ой, z =1...Z, АЗ при j-ой реализации соответствующей программы с участием k-го, k =1...K, тренирующегося оператора значение _kzi оценочной переменной успешности в произвольный момент времени t_i, t_i > t_i-1, находится в соответствии с рекуррентным выражением:

_qkzi = (1 – ) _qkzi-1 +   v_qkzj. (6)

В этом выражении , 0 < <1, – весовой коэффициент, характеризующий “вклад” последнего полученного значения v_kzj в новое значение _kzi оценочной переменной успешности, характеризующей подготовленность оператора на втором уровне иерархии рассматриваемой системы показателей.

Эффективность процесса тренажерной подготовки (ТП) характеризует подготовленность оператора на третьем уровне иерархии рассматриваемой системы показателей и оценивается согласно выражению:

, (7)

в котором функция J(k, z) принимает значения последних номеров реализаций ЛЭП, т.е. тех, при которых выполнилось условие _kzi > _пор завершения формирования навыков тренируемых операторов АСУ СН. В связи с приведенным выражением уместно заметить, что оно дает несколько заниженную, по сравнению с реально имеющей место, оценку снижения суммарных затрат времени. Это обусловлено тем, что уже в ходе первых W реализаций каждого из рассматриваемых ЛЭП реально произойдет некоторое повышение тренированности операторов и, следовательно, снижение затрат времени решения АЗ с их участием по сравнения с фактическим начальным, априорно не известным значением этих затрат до начала тренировок.

В интересах оценки эффективности процесса ТП операторов АСУ СН в соответствии с изложенной методикой проведены вычислительные эксперименты по оценке успешности решения типовых АЗ. В результате получены представленные на рисунке графические зависимости оценочной переменной успешности  при различных значениях используемого в рекуррентном выражении (6) весового коэффициента  и пороговых значениях используемых частных показателей (1) – (3) тренированности оператора.

Графические зависимости успешности решения

операторами АСУ СН типовых АЗ

А

 =0.1

С использованием полученных ранее результатов имитационного моделирования деятельности операторов АСУ СН и оценок успешности решения типовых АЗ на основе выражения (7) проведены расчеты локальной эффективности E для различных вариантов реализации процесса ТП на уровне каждой АЗ. Анализ результатов этих расчетов показал, что реализация в компьютерном тренажере разработанных методик и алгоритмов управления подготовкой операторов АСУ обеспечивает повышение эффективности процесса ТП на 30-35 %.

Литература

1. Гундарев В.С., Махинов Д.В. Конфликтологический подход к проблеме подготовки специалистов в сфере информационной безопасности автоматизированных систем // Системные проблемы надёжности, качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий в инновационных проектах (Инноватика - 2007): Материалы Международной конференции и Российской научной школы. Ч. 2. Т. III. М.: Энергоатомздат, 2007. С. 110-114.

2. Буков В.Н. Оптимизация человеко-машинных систем на основе прогнозирования функционального состояния оператора // Автоматика и телемеханика, 1995. № 12. С. 124-137.

3. Анодина Т.Г., Мокшанов В.И. Моделирование процессов в системе управления воздушным движением. М.: Радио и связь, 1993. 264 с.

4. Бургонский А.С. Статистическая обработка результатов тренировки // В сб.: Автоматизация обучения и тренировки операторов сложных систем управления. Л.: ЛИТМО, 1989. С. 17-26.

5. Цыпкин Я.З. Адаптация и обучение в автоматических системах. М.: Наука, 1968. – 400 с.

6. Таран В.А. Эргатические системы управления: Оценка качества эргатических процессов. - М.: Машиностроение, 1976. 188 с.

Воронежское военно-техническое училище ФСО РФ

УДК 681.3

М.С. Петров, Л.Н. Никитин

КОНСТРУКЦИЯ МЕТЕОСТАНЦИИ

Предлагаемый прибор отличается от аналогов использованием современной базы, исчерпывающим в домашних условиях набором измеряемых параметров, высокой точностью, простотой тарировки, наличием интерфейса USB, что существенно для связи с современными компьютерами, не имеющими зачастую других интерфейсов, большой внутренней памятью, сохранением работоспособности при отсутствии части датчиков, наличием часов, обычного и лунного календарей

Идея создания домашней метеостанции появилась, когда надоели ежеутренние попытки разглядеть с фонарем в руках сквозь оконное стекло показания наружного термометра. Описания радиолюбительских конструкций приборов, измеряющих различные параметры окружающей среды, можно найти, например, в различных радиолюбительских журналах. Но после их изучения было решено модернизировать уже имеющуюся конструкцию, соблюдая принцип сохранения работоспособности метеостанции при отсутствии или неисправности любых предусмотренных в ней датчиков: датчики давления и влажности, в отличие от датчиков температуры, дороги, а датчик скорости ветра еще не готов. Это дало возможность постепенно расширять функциональность уже действующего прибора.

Кроме измерения метеоданных, указанных в таблице, станция имеет дополнительные функции: часы, календарь, лунный календарь, восемь будильников. Жидкокристаллический индикатор снабжен подсветкой.

Таблица

Основные измеряемые параметры