Дипломная работа: Автоматизированная система изучения тепловых режимов устройств ЭВС
Общая структура ПО для разрабатываемой системы приведена на рисунок 5.1.1.
Рисунек 5.1.1 – Структура программного обеспечения АСИТР
В рамках данного проекта предполагается реализовать некоторую часть ПО для разрабатываемой системы, сакцентировав внимание на разработке прикладного ПО и, в частности, пользовательского интерфейса .
Учитывая требования к разрабатываемой системе, изложенные в ТЗ, а также принятые выше схемотехнические решения, разработаем алгоритм работы программы (БГУИ.411117.001Д).
5.2 Выбор и обоснование пользовательского интерфейса
Интерфейс пользователя является одной из самых важных частей приложения – это то, что видит пользователь. Для него интерфейс и есть само приложение [14]. Пользователю не требуется знать, какой код выполняется за каждой сценой интерфейса. С точки зрения пользователя, неважно, сколько времени и усилий было затрачено разработчиком на написание и оптимизацию кода, практичность разработанного приложения зависит от интерфейса.
Интерфейс приложения производит на пользователя наибольшее впечатление при оценке всего приложения, вне зависимости от того, насколько совершенен с технической точки зрения его код. Пользователь смотрит на приложение исключительно как на комфортное и эффективное средство достижения определенной цели. Хорошо разработанный интерфейс изолирует пользователя от тонкостей программирования, облегчая выполнение поставленной задачи.
Для приложений Windows существуют два основных стиля интерфейсов пользователя: интерфейс с одним документом (single – document interface, SDI) и интерфейс со многими документами (multiple – interface document, MDI). Приложения, используемые стиль SDI, позволяют одновременно открывать только один документ – чтобы открыть другой, следует закрыть предыдущий. В качестве примера можно назвать NotePad, WordPad, AutoCAD 14 и др.
Приложения с интерфейсами MDI позволяют отображать одновременно несколько документов, причем каждый документ отображается в своем окне. В приложениях MDI присутствует меню Окно (Window) с командами для переключения между окнами или документами.
Кроме двух наиболее распространенных стилей интерфейса, SDI и MDI, существует также третий, менее популярный – интерфейс в стиле проводника (explorer – style interface). Это интерфейс состоит из одного окна, содержащего две панели. На левой панели представлено дерево или иерархический вид, правая панель является областью отображения, как, например, в Microsoft Windows Explorer. Этот тип интерфейса предназначен для перемещения среди большого числа документов или их просмотра.
Для разрабатываемого приложения целесообразно использовать MDI интерфейс. Такой выбор придаст приложению большую гибкость, а следовательно – и удобство пользователю: возможности по сравнению содержимого нескольких окон, простое переключение из одного документа в другой и т.п.
Учитывая возложенные на разрабатываемую систему задачи, а также эргономические требования, предъявляемые к интерфейсу приложения [14], разработаем «внешний вид» управляющей программы для АСИТР (рисунок 5.2.1).
Рисисунок 5.2.1 – Общий вид первой загружаемой формы управляющей программы
В связи с относительно небольшим перечнем задач, возлагаемых на управляющую программу (а, следовательно, и предоставляемых пользователю сервисов), а также учитывая требование к программному интерфейсу по простоте [14], включение в интерфейс панели инструментов представляется нецелесообразным.
Главное меню управляющей программы состоит из четырех пунктов: «Измерения», «Вид», «Окно», «Помощь», для выбора которых определены соответствующие клавиши доступа (<Alt>+первая буква названия пункта). Кроме того, для наиболее часто используемых команд меню (из подменю «Измерения») назначены быстрые клавиши, используемые для непосредственно выполнения требуемой команды (<Ctrl>+ латинский «эквивалент» начальной буквы заголовка команды).
Общий вид используемых подменю представлен на рисунок 5.2.2.
Рис. 5.2.2 – Общий вид используемых подменю
Известно, что внимание пользователя прежде всего направлено на левый верхний угол зрительной зоны [14], т. е. ее сканирование происходит слева направо и сверху вниз. Следовательно, элементы управления в приложении следует необходимо располагать, учитывая данный факт.
В подменю «Измерения» сгруппированы основные системные сервисы: «Начать» <измерения>, «Открыть» <сохраненный документ>, «Сохранить» <результаты>, «Печать» <результатов измерений>, «Выход» <из приложения>.
Обращение к системным настройкам осуществляется через подменю «Вид» (графическое и числовое представление результатов измерения, калибровка и настройка системы).
Подменю «Окно» - стандартное для MDI интерфейса и содержит команды компоновки открытых подчиненных окон («Каскадом», «Выстроить значки»), а также отображает названия всех открытых подчиненных форм.
Из подменю «Помощь» можно вызвать файл справки, а также форму, содержащую информацию о программе («Вызов справки» и «О программе» соответственно).
После выбора команды «Начать» пользователю открывается форма, представленная на рисунок 5.2.3, в которой выбираются требуемые для измерения каналы, а также режим (время) измерения.
Рисисунок 5.2.3 – Форма «Начать измерения»
После нажатия кнопки «ОК» на форме «Начать измерения» пользователю открывается следующее рабочее окно программы, на которое будут выведены графические результаты измерения. В зависимости от выбранного на предыдущей форме режима измерения данные выводятся либо после заданного времени, либо сразу после окончания измерения (длительность задержки определяется быстродействием аппаратуры модуля АЦП). Формы для этих двух случаев представлены на рисунках 5.2.4 и 5.2.5 соответственно.
Рисунок 5.2.4 – Форма, открывающаяся после начала измерений с заданными временными параметрами
Рисунок 5.2.5 – Форма, содержащая «графические» результаты исследования
Следует отметить, что после задания режима измерения, отличного от «Немедленного» и нажатия кнопки «ОК», пользователю представляется форма, на которой кроме соответствующей надписи некоторые элементы сигнализируют о проведении эксперимента (анимационный элемент в левом верхнем углу экрана, кнопка «Численные значения» недоступна).
Кроме того, на форме расположена кнопка «Закрыть все», которая позволяет прервать эксперимент в любой момент, а также закрыть данную форму и форму с численными результатами проведенного исследования.
По нажатию кнопки «Численные значения» открывается форма, на которой отображаются численные значения полученных экспериментальных данных и номера каналов, по которым производились измерения (рисунок 5.4.6).
Рисунок 5.2.6 – Форма, отображающая численные значения, полученные в ходе эксперимента
Более эффективные средства визуализации модели теплового поля исследуемого объекта представляет пакет «Matlab 5.2». На рисунке 5.2.7 показано представление теплового поля объекта средствами его функции «Surf».
Рисунок 5.2.7 – Визуализация теплового режима исследуемого объекта средствами «Matlab 5.2»
Таким образом, вышеприведенные положения являются основой для выбора и построения пользовательского интерфейса управляющей программы проектируемой системы. Все уточнения и дополнения по данному вопросу приведены в п. 5.3.
5.3 Разработка программных модулей
В связи с тем, что разработка всего комплекса программных средств (как прикладного, так и системного ПО – см. рисунок 5.1.1) для проектируемой системы задача весьма трудоемкая и требующая специальной повышенной квалификации от разработчика, в рамках данного дипломного проекта, как уже отмечалось выше (п. 5.1), предполагается реализовать некоторую часть ПО для АСИТР, сакцентировав внимание на разработке прикладного ПО и, в частности, пользовательского интерфейса.
Разработку пользовательского интерфейса управляющей программы для АСИТР целесообразно выполнить на языке Visual Basic (в частности, используя версию Visual Basic 6.0 Professional Editor), который представляет собой мощный аппарат для создания высококачественных Windows – приложений, совмещая при этом широкие возможности с простотой создания кода [14]. Однако, в связи тем, что широко распространенный бесплатный элемент управления «Microsoft Chart Control» (Version 6.00.00) не содержит средств для построения наиболее приемлемой для решения данной задачи поверхностной диаграммы, и, как следствие, не является наиболее удачным средством визуализации тепловой модели исследуемого объекта, для этой цели целесообразно использовать возможности математического пакета «Matlab 5.2». «Matlab» представляет собой интерактивную программу, предназначенную для цифровых вычислений, обработки пользовательских данных и сигналов, а также наглядной визуализации результатов. Система Matlab сформирована на основе матричного программного обеспечения для работы с линейными системами уравнений.
Говоря о математическом обосновании построения тепловой модели исследуемого устройства ЭВМ, необходимо заметить, что для решения этой задачи нужно использовать интерполяцонную теорию (для вычисления температур, в промежуточных точках, т. е. в тех точках теплового поля, в которых непосредственно не установлены датчики температуры). Однако, учет суперпозиции полей и функций зависимостей распределения температуры от расстояния до источника тепловой энергии применительно к двухмерному пространству, является достаточно сложной задачей. Поэтому, при построении тепловой модели исследуемого устройства ЭВМ целесообразно использовать ряд упрощений и допущений, которые, однако, не приведут к невыполнению требований, предъявляемых к разрабатываемой системе по точности измерений.
Фрагменты программного обеспечения АСИТР приведены в Приложении 3.
5.4 Рекомендации по работе с программой
При разработке представленных в Приложении 3 фрагментов управляющей программы особое внимание было сакцентировано на построении доброжелательного интерфейса и поэтому представленное ПО во многом является самодостаточным и не требующим обширных дополнительных рекомендаций по работе. Однако, как и в каждой прикладной программе, учитывая особенности различных пользователей, есть некоторые аспекты использования ПО, которые нуждаются в уточнении и дополнительных разъяснениях для пользователей. Сюда можно отнести вопрос, связанный с вводом координат устанавливаемых на исследуемый объект датчиков. Очевидна нецелесообразность помещения непосредственно на форму какого-либо то пусть даже самого небольшого по объему руководства по заполнению соответствующих полей. Такую информацию предпочтительнее поместить в файл справки и в справку «Что это?».
6 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ
6.1 Градуировка датчиков, настройка и регулировка системы
Для получения адекватных данных об исследуемом тепловом режиме с помощью АСИТР необходимо выполнить (однократно) ряд действий по настройке и регулировке системы. Первое, что требуется сделать – необходимо откалибровать используемые датчики.
Для выполнения данной задачи для проектировщика имеет смысл построить график температурной зависимости напряжения база – эмиттер (Vbe) для используемого в качестве теплодатчика транзистора. Для этого необходимо: 1) определить реальное значение Vbe на границах измеряемого интервала температур (согласно ТЗ: - 30 , +1000С); 2) построить график линейной зависимости Vbe= Vbe (Тх) с использованием двух значений Vbe: Vbe(- 300С ) и Vbe(+1000С). Для проверки линейности данной зависимости целесообразно дополнительно измерить значения Vbe в нескольких промежуточных точках рабочего диапазона температур (построить реальную градуировочную кривую).
На рисунке 6.1.1 представлена градуировочная кривая.
Рисунок 6.1.1 – Градуировочная кривая
Построение градиировочной кривой подтвердило, что для применяемых датчиков зависимость выходного напряжения от измеряемой температуры носит линейный характер. Некоторая нелинейность (неотображаемая на графике и лежащая в пределах 0,5 2%) объясняется погрешностями измерительной аппаратуры.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что применяемые датчики полностью соответствуют представленным фирмой-разработчиком на них техническими условиями.
В п.5.3 представлен фрагмент кода, из которого очевидны принципы использования и калибровки датчика: в граничных точках измеряемого интервала температур определяются данные от модуля АЦП, которые используются для расчета коэффициента линейной зависимости температуры от напряжения (ß) и далее, расчет температуры производится по формуле: Тх = ß *( Vadcx - Vadco), где Vadcx – данные от модуля АЦП при измеряемой температуре, Vadco – данные (однажды измеренные и записанные в память) при температуре 00С.
6.2 Экспериментальное исследование теплового режима системного блока ПЭВМ
В качестве исследуемого блока выберем блок персональной ЭВМ, который конструктивно содержит трансформаторный блок питания для питания электронной части ПЭВМ. Электронная часть реализована в виде объединительной панели (корзины) с установленными на ней горизонтально ячейками. Технические характеристики блока приведены в Приложении 2.
Как известно, температура нагрева устройства оказывается выше температуры окружающей среды, в результате чего происходит процесс отдачи тепла в окружающую среду. Этот процесс идет тем интенсивнее, чем больше разность температур рассматриваемого устройства и окружающей среды. Кроме того, следует помнить, что нагрев блока определяется величиной энергии, зависящей от времени. Если за определенный промежуток времени в блоке выделяется тепла больше, чем он может рассеять в окружающую среду, то тепло идет на нагрев элементов прогрессирует (нестационарный режим). В зависимости от конструкции изделия, а также от условий окружающей среды, через некоторое время наступает установившийся (стационарный) режим, при котором дальнейший нагрев элементов прекращается, и в окружающую среду отдается постоянная тепловая энергия.
Таким образом, для получения достоверных данных о реальном (стационарном) тепловом режиме исследуемого блока необходимо проводить измерения температур тепловыделяющих элементов через некоторое время (15 – 20 минут) после включения устройства.
В эксперименте целесообразно исследовать тепловой режим не всех компонентов входящих в состав блока, а лишь критичных к перегреву (в частности, ИМС - см. Приложение 2).
Необходимо также помнить, что кроме источников тепла, по которым производятся измерения, в исследуемом блоке присутствуют и нерассматриваемые источники тепловой энергии.
Учитывая вышеизложенное, произведем экспериментальное исследование теплового режима рассматриваемого блока. Датчики установим на поверхности исследуемых ИМС. Результаты исследования приведены на плакате БГУИ.411117.004Д (на первую ИМС, приведенную в таблице, поместим датчик №1, на 12-ую - №12).
Полученные в ходе проведенного эксперимента значения температур компонентов исследуемого блока ПЭВМ необходимо сопоставить с результатами теоретического расчета теплового режима данного блока, что и будет сделано в п. 6.3.
6.3 Теоретический расчет теплового режима системного блока ПЭВМ
Как было сказано п. 2, расчет теплового режима устройств ЭВМ заключается главным образом в определении по конструктивным данным тепловой модели температур нагретых зон (объем, в котором происходит рассеяние тепла) и поверхностей элементов. В ходе расчета определяют также температуру в других характерных зонах устройства (окружающего воздуха, корпуса и т.д.) и характеристики системы охлаждения.
При расчете тепловых режимов конструкций ЭВС реальную систему представляют в виде модели. Понятие тепловой модели было введено Г. Н. Дульневым [3]. Им же сформулировано основное требование, предъявляемое к тепловой модели: тепловая модель должна быть адекватна изучаемому явлению и реализуема математически.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
