Структура АСНИ презентация

Что такое автоматизированные системы научных исследований (АСНИ)?
Автоматизированные системы научных исследований (АСНИ) предназначены для автоматизации научных экспериментов, а также для осуществления моделирования исследуемых объектов, явлений и процессов, изучение которых традиционными средствами затруднено или невозможно.

В настоящее время научные исследования во многих областях знаний проводят большие коллективы ученых, инженеров и конструкторов с помощью весьма сложного и дорогого оборудования.
Большие затраты ресурсов для проведения исследований обусловили необходимость повышения эффективности всей работы.
Эффективность научных исследований в значительной степени связана с уровнем использования компьютерной техники.

Компьютеры в АСНИ используются
в информационно-поисковых и экспертных системах, а также решают следующие задачи:
управление экспериментом;
подготовка отчетов и документации;
поддержание базы экспериментальных данных и др.

В результате применения АСНИ возникают следующие положительные моменты:
в несколько раз сокращается время проведения исследования;
увеличивается точность и достоверность результатов;
усиливается контроль за ходом эксперимента;
сокращается количество участников эксперимента;
повышается качество и информативность эксперимента за счет увеличения числа контролируемых параметров и более тщательной обработки данных;

результаты экспериментов выводятся оперативно в наиболее удобной форме — графической или символьной (например, значения функции многих переменных выводятся средствами машинной графики в виде так называемых «горных массивов»). На экране одного графического монитора возможно формирование целой системы приборных шкал (вольтметров, амперметров и др.), регистрирующих параметры экспериментального объекта.

Общая структура АСНИ
Объект исследования
АСНИ
измерения
управление

Разновидности АСНИ
Информационно-измерительная система
Объект исследования
ИИС
измерения

Разновидности АСНИ
Управляющая система
Объект исследования
УС
управление

Обобщенная структура автоматизированной системы научных исследований: АСИС, АСМ, АСЭИ - автоматизированной системы исследовательских стендов, моделирования гипотетических систем и управления экспериментальных исследованиями; КМ-константы моделей (оценки); СИ-сигналы измерения; СМ-структуры моделей; СУ-сигналы управления.

АСИС
стабилизация режимных параметров процессов в объектах эксперимента (дозирование в-в, стабилизация т-ры, давления и др. параметров в микрореакторах, фрагментах аппаратов или химико-технол. схемах) для уменьшения неконтролируемых возмущений (шумов);
программное управление во времени и пространстве режимными параметрами (создание контролируемых изменений независимых переменных объекта эксперимента по заданному плану);
логическое управление устройствами для измерения отклика объекта на контролируемые возмущения (автоматич. отбор проб на анализ, переключение режимов работы приборов, перемещение датчиков в объекте и др.);
экспресс-анализ результатов измерений отклика объекта на возмущения (первичная обработка данных спектрального типа);
экспресс-анализ опытов (оценки материальных и тепловых балансов по всем параметрам, определяющим состояние объекта эксперимента).

АСУЭ
В подсистеме управления экспериментами (АСУЭ) автоматизируются:
качественный и численный анализ априорных мат. моделей для конструирования исследовательских стендов, включая анализ для выбора типа объектов эксперим. изысканий, методик измерения и управления ими;
выявление наиб. информационных опытов для данной модели или неск. ее вариантов (планирование экспериментов);
определение статистич. оценок констант моделей сравнением вычисленных по модели значений отклика "объекта на контролируемые возмущения с измеренными значениями по заданным критериям оценки (обратные задачи моделирования).

АСМ
В подсистеме моделирования гипотетических систем (АСМ) автоматизируются:
синтез вариантов мат. моделей гипотетич. систем и расчеты отклика моделей (прямые задачи моделирования) на основе априорной информации об элементах синтезируемой системы на первых этапах исследований и скорректированных моделей по эксперим. данным;
оптимизация характеристик синтезируемых гипотетич. систем и сравнение их с заданными целями изысканий;
анализ оценок гипотетич. систем для уточнения познавательных задач, решаемых в подсистеме эксперим. исследований (АСЭИ), образуемой сочетанием подсистем АСИС и АСУЭ;
анализ чувствительности оценок гипотетич. систем к параметрам элементов моделей для определения направления поиска более эффективных элементов. При объединении подсистем АСЭИ и АСМ образуется АСНИ.

Главный принцип создания технических и программных средств АСНИ - модульное построение систем с обеспечением сопряжения пользователем отдельных модулей в систему без спец. дополнит. разработок (стандартизация интерфейсов, создание унифицированных магистралей для подключения цифровых приборов в систему).
Важнейшее условие эффективного функционирования АСНИ - обеспечение возможности для исследователя активно контролировать все выполняемые АСНИ процедуры и управлять ими

Основой АСНИ
Является компьютерная техника, построенная по общим принципам построения вычислительных систем (ЦП, УВВ, УП),
изучаемых в дисциплинах:
Организация ЭВМ и систем,
Архитектура и конфигурирование ЭВМ,
Микропроцессорные системы и др.

Примеры
Персональные компьютеры – универсальные (офисные) вычислительные машины с комплектом плат расширения и внешними устройствами
Специализированные ВМ – микропроцессорные устройства, как правило, минимальной конфигурации

Объект исследования
АСНИ
измерения
управление

СИГНАЛЫ
Под сигналом s(t) будем понимать изменение во времени одного из параметров физического процесса.

Классификация сигналов

Детерминированным называется сигнал, который точно определен в любой момент времени (например, задан в аналитическом виде). Детерминированные сигналы могут быть периодическими и непериодическими.
Периодическим называется сигнал, для которого выполняется условие s(t) = s(t + кT), где к - любое целое число, Т - период, являющийся конечным отрезком времени. Пример периодического сигнала - гармоническое колебание. Любой сложный периодический сигнал может быть представлен в виде суммы гармонических колебаний с частотами, кратными основной частоте

Непериодический сигнал, как правило, ограничен во времени.
Случайным сигналом называют функцию времени, значения которой заранее неизвестны и могут быть предсказаны лишь с некоторой вероятностью. В качестве основных характеристик случайных сигналов принимают:
а) закон распределения вероятности (относительное время пребывания величины сигнала в определенном интервале);
б) спектральное распределение мощности сигнала.

Формы представления детерминированных сигналов

Формы представления детерминированных сигналов

Формы представления детерминированных сигналов

Формы представления детерминированных сигналов

Формы представления детерминированных сигналов
Цифровой

ЦП взаимодействует с памятью и УВВ посредством набора системных шин – внутрисистемную магистраль

УВВ может взаимодействовать с внешней средой:
посредством стандартных интерфейсов
Как «нестандартное» устройство

Типовые интерфейсы
Centronics (параллельный порт LPT): 8 линий данных, 5 управления, уровень сигналов –TTL
Благодаря режимам ЕСР, ЕРР передача данных возможна двунаправленная

Пример использования: матричная клавиатура
in
out
LPT

Цифроаналоговый преобразователь
out
LPT
z
y
DAC

PonyProg

Типовые интерфейсы
RS -232 –последовательный интерфейс,
уровни сигналов ±3..12 В
скорость передачи – до 115 Кбод
Наличие статических сигналов управления модемом
Возможность работы с SLIP – Serial Line Internet Protocol

Типовые интерфейсы
USB (Universal Serial Bus) – высокоскоростной двухпроводный интерфейс
«+» - имеется в любом персональном компьютере
возможность питания устройства
« - » - сложный протокол обмена

Преобразователь USB-LPT

Осциллограф USB

Преобразователь USB – RS232

Интерфейс SPI
См курс МПС
Высокая скорость передачи
2..8 Мбит/с
Наличие во многих МК
Основной интерфейс для программирования AVR
Недостаток – нетипичен для ПК

Интерфейс I2С (Philips)
См курс МПС
Высокая скорость передачи
Наличие во многих МК
Специально создан для реализации локальных сетей передачи данных
Типовые применения: Flash- memory с последовательным способом доступа к информации (например - 24LC64)

Типовая конфигурация шины I2C

Интерфейс МicroLAN (Dallas Semiconductor)
Однопроводный шинный интерфейс
Возможность подключения до 238 устройств
Стандартные устройства:
цифровые термометры
устройства TouchMemory