Помощь студентам в учебе
Разработка графического интерфейса и его функционального наполнения для датчика температуры
|
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБЗОР И ВЫБОР ПРОГРАММ КОМПЬЮТЕРА ДЛЯ СОЗДАНИЯ АРХИТЕКТУРЫ ГРАФИЧЕСКОГО ИНТЕРФЕЙСА ДЛЯ СВЯЗИ С ДАТЧИКОМ ТЕМПЕРАТУРЫ С ФУНКЦИЕЙ САМОДИАГНОСТИКИ 9
1.1 Обзор программ для разработки графических интерфейсов 9
1.1.1 Программный комплекс Delphi 10
1.1.2 Программный комплекс Python 13
1.1.3 Программный комплекс Lazarus 15
1.2 Обзор протоколов передачи данных 16
1.2.1 Протокол HART 16
1.2.2 Протокол PROFIBUS 19
1.2.3 Протокол ModBus 23
1.3 Выводы по разделу 1 25
2 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ И АЛГОРИТМА РАБОТЫ ГРАФИЧЕСКОГО
ИНТЕРФЕЙСА ДЛЯ ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРЫ С ФУНКЦИЕЙ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО САМОКОНТРОЛЯ 28
2.1 Разработка алгоритма графического интерфейса 28
2.2 Алгоритм создания интерфейса в Python 30
2.3 Разработка алгоритма работы интерфейса с датчиком температуры 39
2.3.1 Разработка алгоритма работы интерфейса с несколькими датчиками температуры 41
2.4 Разработка алгоритма работы интерфейса с протоколом ModBus 43
2.5 Выводы по разделу 2 46
3 ОТЛАДКА ПРОГРАММЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ
ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ 47
3.1 Отладка графического интерфейса на корректность работы кода, функционала и визуальной составляющей 47
3.2 Выводы по разделу 3 62
4 ПРОВЕДЕНИЕ КОРРЕКТИРОВКИ ПРОГРАММЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ
ИСПЫТАНИЙ 63
4.1 Описание проведения тестирования программы 63
4.2 Выполнение тестирования программного обеспечения 64
4.2.1 Отображение в программе всех подключенных датчиков 64
4.2.2 Корректная передача данных из программы в АЦП датчиков 67
4.2.3 Корректный приём данных поступающих с датчиков 69
4.2.4 Корректное отображение всех данных во всех вкладках «Чтение» и
«Графики» графического интерфейса 72
4.3 Выводы по разделу 4 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 77
ПРИЛОЖЕНИЕ А 80
1 ОБЗОР И ВЫБОР ПРОГРАММ КОМПЬЮТЕРА ДЛЯ СОЗДАНИЯ АРХИТЕКТУРЫ ГРАФИЧЕСКОГО ИНТЕРФЕЙСА ДЛЯ СВЯЗИ С ДАТЧИКОМ ТЕМПЕРАТУРЫ С ФУНКЦИЕЙ САМОДИАГНОСТИКИ 9
1.1 Обзор программ для разработки графических интерфейсов 9
1.1.1 Программный комплекс Delphi 10
1.1.2 Программный комплекс Python 13
1.1.3 Программный комплекс Lazarus 15
1.2 Обзор протоколов передачи данных 16
1.2.1 Протокол HART 16
1.2.2 Протокол PROFIBUS 19
1.2.3 Протокол ModBus 23
1.3 Выводы по разделу 1 25
2 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ И АЛГОРИТМА РАБОТЫ ГРАФИЧЕСКОГО
ИНТЕРФЕЙСА ДЛЯ ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРЫ С ФУНКЦИЕЙ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО САМОКОНТРОЛЯ 28
2.1 Разработка алгоритма графического интерфейса 28
2.2 Алгоритм создания интерфейса в Python 30
2.3 Разработка алгоритма работы интерфейса с датчиком температуры 39
2.3.1 Разработка алгоритма работы интерфейса с несколькими датчиками температуры 41
2.4 Разработка алгоритма работы интерфейса с протоколом ModBus 43
2.5 Выводы по разделу 2 46
3 ОТЛАДКА ПРОГРАММЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ
ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ 47
3.1 Отладка графического интерфейса на корректность работы кода, функционала и визуальной составляющей 47
3.2 Выводы по разделу 3 62
4 ПРОВЕДЕНИЕ КОРРЕКТИРОВКИ ПРОГРАММЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ
ИСПЫТАНИЙ 63
4.1 Описание проведения тестирования программы 63
4.2 Выполнение тестирования программного обеспечения 64
4.2.1 Отображение в программе всех подключенных датчиков 64
4.2.2 Корректная передача данных из программы в АЦП датчиков 67
4.2.3 Корректный приём данных поступающих с датчиков 69
4.2.4 Корректное отображение всех данных во всех вкладках «Чтение» и
«Графики» графического интерфейса 72
4.3 Выводы по разделу 4 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 77
ПРИЛОЖЕНИЕ А 80
Измерения температуры в технических системах являются составной частью процессов их разработки, испытаний, производства, эксплуатации и утилизации. Любое средство измерений имеет тенденцию к деградации со временем его метрологических характеристик. Эффективность применения современной техники во многих случаях непосредственно связана с качеством используемой термометрической информации. Для подтверждения соответствия качества измеряемых данных, проводят процедуру поверки, которая может подтвердить метрологические неисправности средства измерения. Метрологическая неисправность - это состояние средства измерения, при котором все его нормирующие метрологические характеристики соответствуют установленным требованиям [1]. Средство измерения должно работать в течение всего межповерочного интервала. Межповерочный (межкалибровочный) интервал - это промежуток времени или наработка между двумя последовательными поверками (калибровками) [1].
В настоящее время большинство предприятий по производству средств измерений стараются увеличить межповерочный интервал производимых ими устройств. Одним из способов решения данной проблемы является внедрение в датчик функции метрологического самоконтроля.
Датчик - это конструктивно обособленное устройство, содержащее один или несколько первичных измерительных преобразователей [2]. Метрологическим самоконтролем датчика называют автоматическую проверку метрологических исправностей датчика в процессе его эксплуатации, которая осуществляется с использованием принятого опорного значения, формируемого с помощью встроенного в датчик средства или выделенного дополнительного параметра выходного сигнала [2]. Интеллектуальный датчик - адаптивный датчик с функцией метрологического самоконтроля. Поэтому датчик с функцией метрологического самоконтроля можно назвать интеллектуальным датчиком измерения.
Одной из важных задач при создании датчика с функцией метрологического самоконтроля является разработка компьютерного программного обеспечения, для взаимодействия датчика с персональным компьютером (ПК). Компьютерное программное обеспечение (ПО) - это совокупность программ и соответствующей документации, позволяющая использовать вычислительную технику для обработки данных и решения различных задач [3]. Особенности поверочной деятельности определяют специфические задачи ПО для метрологии: учет характеристик эталонов, обеспечение прослеживаемости к эталонам, учет неопределенности проводимых при поверке измерений (ПО должно иметь встроенный математический аппарат для вычисления неопределенностей при измерениях), обеспечение различных форм представления информации (на базе одного массива информации о приборах формировать различные отчеты (протоколы, свидетельства, графики поверки и пр.)), архивное хранение данных о поверке [4].
Разработка компьютерного программного обеспечения, выполняемая в данной работе, будет включать в себя разработку программы и алгоритма работы графического интерфейса для датчика температуры с функцией метрологического самоконтроля.
Направление разработки новых датчиков температуры является актуальным по- несколькими причинами: большое количество температурных датчиков, подлежащих поверке, вызывают огромные траты денег на их проведение; выведение из строя датчика температуры может повлечь за собой катастрофические последствия, поэтому необходимо расширять возможности датчиков и повышать их надежность.
Научной новизной представленной выпускной работы является создание нового алгоритма функционирования датчика температуры с персональным компьютером, на основе графического интерфейса пользователя и его функционального наполнения, с использованием программирования.
Практической ценностью выпускной работы является разработка графического интерфейса, который даёт возможность пользователю взаимодействовать с датчиком температуры.
Целью выпускной квалификационной работы является обеспечение корректного взаимодействия датчиком температуры с функцией метрологического самоконтроля через персональный компьютер путём создания программного обеспечения (графического интерфейса и его функционального наполнения).
Задачи выпускной квалификационной работы:
1) обзор и выбор программ компьютера для создания архитектуры графического интерфейса связи с датчиком температуры с функцией метрологического самоконтроля;
2) разработка программы и алгоритма работы графического интерфейса для датчика температуры с метрологической функцией самоконтроля;
3) отладка программы с использованием рабочих образцов датчика;
4) проведение корректировки программы по результатам испытаний.
В настоящее время большинство предприятий по производству средств измерений стараются увеличить межповерочный интервал производимых ими устройств. Одним из способов решения данной проблемы является внедрение в датчик функции метрологического самоконтроля.
Датчик - это конструктивно обособленное устройство, содержащее один или несколько первичных измерительных преобразователей [2]. Метрологическим самоконтролем датчика называют автоматическую проверку метрологических исправностей датчика в процессе его эксплуатации, которая осуществляется с использованием принятого опорного значения, формируемого с помощью встроенного в датчик средства или выделенного дополнительного параметра выходного сигнала [2]. Интеллектуальный датчик - адаптивный датчик с функцией метрологического самоконтроля. Поэтому датчик с функцией метрологического самоконтроля можно назвать интеллектуальным датчиком измерения.
Одной из важных задач при создании датчика с функцией метрологического самоконтроля является разработка компьютерного программного обеспечения, для взаимодействия датчика с персональным компьютером (ПК). Компьютерное программное обеспечение (ПО) - это совокупность программ и соответствующей документации, позволяющая использовать вычислительную технику для обработки данных и решения различных задач [3]. Особенности поверочной деятельности определяют специфические задачи ПО для метрологии: учет характеристик эталонов, обеспечение прослеживаемости к эталонам, учет неопределенности проводимых при поверке измерений (ПО должно иметь встроенный математический аппарат для вычисления неопределенностей при измерениях), обеспечение различных форм представления информации (на базе одного массива информации о приборах формировать различные отчеты (протоколы, свидетельства, графики поверки и пр.)), архивное хранение данных о поверке [4].
Разработка компьютерного программного обеспечения, выполняемая в данной работе, будет включать в себя разработку программы и алгоритма работы графического интерфейса для датчика температуры с функцией метрологического самоконтроля.
Направление разработки новых датчиков температуры является актуальным по- несколькими причинами: большое количество температурных датчиков, подлежащих поверке, вызывают огромные траты денег на их проведение; выведение из строя датчика температуры может повлечь за собой катастрофические последствия, поэтому необходимо расширять возможности датчиков и повышать их надежность.
Научной новизной представленной выпускной работы является создание нового алгоритма функционирования датчика температуры с персональным компьютером, на основе графического интерфейса пользователя и его функционального наполнения, с использованием программирования.
Практической ценностью выпускной работы является разработка графического интерфейса, который даёт возможность пользователю взаимодействовать с датчиком температуры.
Целью выпускной квалификационной работы является обеспечение корректного взаимодействия датчиком температуры с функцией метрологического самоконтроля через персональный компьютер путём создания программного обеспечения (графического интерфейса и его функционального наполнения).
Задачи выпускной квалификационной работы:
1) обзор и выбор программ компьютера для создания архитектуры графического интерфейса связи с датчиком температуры с функцией метрологического самоконтроля;
2) разработка программы и алгоритма работы графического интерфейса для датчика температуры с метрологической функцией самоконтроля;
3) отладка программы с использованием рабочих образцов датчика;
4) проведение корректировки программы по результатам испытаний.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы были выполнены следующие задачи:
В первом разделе был проведен аналитический обзор литературы и патентов по теме исследования, а также произведен сравнительный анализ существующих способов написания алгоритмов, кодов и создания графических интерфейсов для датчиков температур, был произведен подбор программ. По результатам проведения сравнительного анализа было выявлено, что программный комплекс Python, и протокол передачи данных ModBus являются наиболее подходящим для создания программного обеспечения датчиков температуры для серийного производства.
Во втором разделе были разработаны алгоритмы работы графического интерфейса и протокола передачи данных с графическим интерфейсом. Также было приведено подробное описание всех действующих окон и их функций. Были приведены результаты компилирования графического интерфейса.
В третьем разделе произведена отладка разработанного графического интерфейса с его функциональным наполнением, а также проверка всех её частей на ошибки, включая программный код.
В четвертом разделе был составлен перечень функций, подлежащих тестированию, а именно:
1) отображение в программе всех подключенных датчиков;
2) корректная передача данных из программы в АЦП датчиков;
3) корректный приём данных поступающих с датчиков;
4) корректное отображение всех данных во всех вкладках («Чтение», «Графики») графического интерфейса.
Практическим результатом проделанной работы является разработка графического интерфейса, который даёт возможность пользователю взаимодействовать с датчиком температуры. Созданное программное обеспечение было протестировано на рабочих образцах датчиков температуры с метрологической функцией самоконтроля. Результаты проведенного тестирования показали, что интерфейс работает корректно и соответствует установленным в ходе разработки требованиям.
Графический интерфейс позволяет:
1) полностью подготовить и настроить датчики температуры к их работе (произвести калибровку);
2) отслеживать в реальном времени показания температуры, которые поступают с датчиков в удобной форме (в виде графиков);
3) контролировать состояние датчиков, путём диагностики.
В результате тестирования был сделан вывод о том, что разработанное программное обеспечение имеет ряд преимуществ:
а) удобный и наглядный интерфейс пользователя, не требующий изменения исходного кода для корректировки исходных параметров эксперимента;
б) удобная форма представления параметров датчиков температуры с помощью задания временных отсечений на графиках, увеличение графиков, возможность получения количественных параметров в указанный момент времени.
В первом разделе был проведен аналитический обзор литературы и патентов по теме исследования, а также произведен сравнительный анализ существующих способов написания алгоритмов, кодов и создания графических интерфейсов для датчиков температур, был произведен подбор программ. По результатам проведения сравнительного анализа было выявлено, что программный комплекс Python, и протокол передачи данных ModBus являются наиболее подходящим для создания программного обеспечения датчиков температуры для серийного производства.
Во втором разделе были разработаны алгоритмы работы графического интерфейса и протокола передачи данных с графическим интерфейсом. Также было приведено подробное описание всех действующих окон и их функций. Были приведены результаты компилирования графического интерфейса.
В третьем разделе произведена отладка разработанного графического интерфейса с его функциональным наполнением, а также проверка всех её частей на ошибки, включая программный код.
В четвертом разделе был составлен перечень функций, подлежащих тестированию, а именно:
1) отображение в программе всех подключенных датчиков;
2) корректная передача данных из программы в АЦП датчиков;
3) корректный приём данных поступающих с датчиков;
4) корректное отображение всех данных во всех вкладках («Чтение», «Графики») графического интерфейса.
Практическим результатом проделанной работы является разработка графического интерфейса, который даёт возможность пользователю взаимодействовать с датчиком температуры. Созданное программное обеспечение было протестировано на рабочих образцах датчиков температуры с метрологической функцией самоконтроля. Результаты проведенного тестирования показали, что интерфейс работает корректно и соответствует установленным в ходе разработки требованиям.
Графический интерфейс позволяет:
1) полностью подготовить и настроить датчики температуры к их работе (произвести калибровку);
2) отслеживать в реальном времени показания температуры, которые поступают с датчиков в удобной форме (в виде графиков);
3) контролировать состояние датчиков, путём диагностики.
В результате тестирования был сделан вывод о том, что разработанное программное обеспечение имеет ряд преимуществ:
а) удобный и наглядный интерфейс пользователя, не требующий изменения исходного кода для корректировки исходных параметров эксперимента;
б) удобная форма представления параметров датчиков температуры с помощью задания временных отсечений на графиках, увеличение графиков, возможность получения количественных параметров в указанный момент времени.