Данные действия выполняются при каждом поступившем запросе. Они составляют основу рабочего цикла программы. Блок - схема алгоритма обработки запроса показана на рисунке 2.7.

2.6 Разработка интерфейса взаимодействия с пользователем

Разрабатываемая система имеет сетевой интерфейс. Взаимодействие с ней осуществляется посредством встроенного в систему WEB - сервера. Следовательно для взаимодействия с системой необходимо разработать WEB - приложение, выступающее промежуточным элементов между аппаратными ресурсами и пользовательским интерфейсом.

Для разработки данного приложения необходимо создать HTML - страницы, взаимодействуя с которыми пользователь осуществляет взаимодействие с системой. При этом все страницы и служебные файлы образуют содержимое WEB - сервера.

Для большей интерактивности и привлекательности пользовательского интерфейса были выбраны современные технологии разработки WEB - приложений. Такие как HTML, CSS, JavaScript, Ajax, CGI. Благодаря использованию этих технологий, приложение должно выглядеть и функционировать аналогично стандартному приложению на персональном компьютере. В частности должны быть кнопки, поля для ввода и другие элементы интерфейса.

Также следует отметить, что приложение должно иметь возможность получения информации от системы без необходимости перезагрузки страницы в браузере.

Пользовательский интерфейс должен обеспечивать выполнение следующих функций:

- получение информации о температуре;

- получение информации о состоянии контактных датчиков;

- изменение состояния каналов управления.

Выводы по разделу

Целью написания второй главы пояснительной записки был выбор и обоснование структурной схемы системы, выбор архитектуры микроконтроллера, аппаратной платформы, а также средств отладки и проектирования. Была проведена работа по разработке рабочих алгоритмов программного обеспечения системы.

В дальнейшем предполагается реализации разработанных алгоритмов и загрузка созданного программного обеспечения в микроконтроллер.

3. Реализация проекта системы

3.1 Создание программного обеспечения

3.1.1 Создание основной программы микроконтроллера

Программное обеспечение микроконтроллера системы сбора данных и управления создавалось в среде Keil uVision 4. Данная среда проектирования была выбрана как наиболее оптимальная. Ее выбор был обоснован в пункте 2.4.1.

После запуска данной среды был запущен мастер новых проектов, помогающий создать заготовку будущего проекта. Окно мастера проектов показано на рисунке 3.1.

В окне данного мастера был выбран микроконтроллер отладочной платы, а именно NXP LPC1778. После этого мастер предложил добавить в проект необходимые начальные файлы инициализации и настройки проекта, а также заголовочный файл, описывающий физические адреса всех регистров данного микроконтроллера. Они были добавлены. Далее в проект была добавлена библиотека CMSIS (Cortex Microcontroller Software Interface Standard). Данная библиотека включает в себя несколько заголовочных файлов и файлов исходного кода на языке С. Она предназначена для абстрагирования аппаратного уровня от программного уровня. Представляет собой прослойку между аппаратурой микроконтроллера и написанным программным обеспечением. В нее включены базовые функции по управлению ядром ARM, функции задания и настройки тактовой частоты и другие служебные функции.

После этого в проект была добавлена скомпилированная библиотека TCP_CM3. lib. Данная библиотека разработана ARM Systems и включается в состав среды проектирования. Она содержит все базовые функции по работе с локальными вычислительными сетями стандарта TCP/IP. Также она содержит функции, обеспечивающие работу WEB - сервера, функции по приему и передаче сетевых пакетов [17].

Среда проектирования дает возможность логического и физического разделения ресурсов проекта. Это значит, что можно создавать папки и подпапки и перемещать туда нужные ресурсы.

Далее в проект были добавлены конфигурационные файлы Net_Config. c RTX_Config. c. Эти файлы также включены в состав среды проектирования. Они предназначены для настройки сетевой библиотеки TCP_CM3. lib и ядра операционной системы реального времени (RTOS). Если она используется. При разработке проекта была учтена возможность использования RTOS.

После этого в проект был добавлен исходный и заголовочный файл драйвера микросхемы физической реализации сетевого интерфейса KS8721. Данный драйвер необходим для взаимодействия микросхемы и микроконтроллера, т.к. существует достаточно много микросхем физической реализации сетевого интерфейса и почти каждой из них необходим свой драйвер.

Далее были добавлены необходимые исходные файлы для реализации взаимодействия с цифровым температурным датчиком DS18B20. Этот датчик представляет собой небольшой микроконтроллер со встроенным АЦП и интерфейсом взаимодействия по стандарту 1 - Wire.

После этого были добавлены файлы исходного кода непосредственно основной части программы проекта, содержащие главную функцию main, с которой начинается выполнение программы.

После предварительного добавления всех первоначально необходимых файлов исходного кода, библиотек и драйверов, были необходимым образом изменены свойства самого проекта. Окно свойств проекта показано на рисунке 3.2.

Данное окно свойств проекта имеет несколько вкладок, содержащих различные свойства текущего проекта. Были изменены следующие свойства. Установлена частота подключенного к микроконтроллеру кварцевого резонатора. Произведены настройки встроенного в среду компилятора для оптимизации исходного кода и повышения производительности. Установлены свойства, отвечающие за формирование файла прошивки микроконтроллера в стандарте Intel HEX. Прописаны пути поиска исходных и заголовочных файлов проекта, а также библиотек, чтобы компилятор смог их найти во время процесса компиляции. Далее произведен выбор отладчика и программатора для проекта.

В некоторые файлы исходного кода проектов, написанных в среде Keil uVision 4, встроены специальные теги, помогающие производить быстрое изменение данных хранящихся в этих файлах, не прибегая к сложным расчетам значений регистров микроконтроллера. При наличии данных тегов, в окне редактора исходного кода появляется дополнительная вкладка конфигурации. В ней наглядно показаны текущие настройки и опции и дана возможность изменить их, не прибегая к расчетам битовых масок и физических адресов регистров.

После настройки свойств проекта была произведена конфигурация стартового файла проекта startup_LPC177x_8x. s. Конфигурация этого файла показана на рисунке 3.3 Были выбраны необходимые размеры стека и размеры используемой памяти ОЗУ.

Далее были настроены базовые служебные регистры микроконтроллера и заданы их стартовые значения. Также заданы частоты периферийных устройств микроконтроллера, делители базовой частоты и другие системные свойства. Все эти опции были заданы через конфигурацию файла system_LPC177x_8x. c. Они показаны на рисунке 3.4.

Далее были сконфигурированы настройки библиотеки TCP_CM3. lib путем изменения файла Net_Config. c. Были выбраны необходимые сетевые параметры и активированы нужные службы. Было задано имя хоста. Задано значение физического MAC адреса сетевого интерфейса, значение IP адреса по умолчанию, значение маски сети, имя для службы NetBIOS. Произведена настройка протоколов DHCP, TCP, DNS, ARP. Все это было сделано через конфигурацию файла Net_Config. c. Она показана на рисунке 3.5.

После этого были сконфигурированы настройки использования операционной системы реального времени RTOS RTX на случай ее использования в проекте. Был задан аппаратный таймер, число конкурирующих задач, размер стека для задачи и другие параметры. Все это было сделано через конфигурацию файла RTX_Config. c. Она показана на рисунке 3.6.

Далее была произведена доработка драйвера сетевого интерфейса. Причина доработки в том, что все временные переменные, буферы обмена, адресные указатели драйвера должны располагаться во второй части ОЗУ микроконтроллера, начиная с адреса 0х20000000. Для этого были прописаны специальные директивы компилятора __at (0x20000000). Благодаря этим директивам, при компиляции явно указываются физические адреса размещения данных. Этого же эффекта можно добиться путем изменения свойств файла исходного кода EMAC_LPC177x_8x. c. В свойствах файла можно указать диапазоны физического размещения данных в микроконтроллере. Свойства этого файла показаны на рисунке 3.7.

После всех предварительных настроек и действий по изменению конфигурационных файлов, настройки свойств проекта, началась непосредственно реализация ранее описанных рабочих алгоритмов программы.

Основная логика работы программы реализована в 2 исходных файлах на языке С: HTTP_CGI. c и HTTP_main. c. Первый файл отвечает за реакцию системы на запросы клиента. Во втором файле реализована базовая логика и описана основная функция main. Кроме того, в файле исходного кода присутствуют директивы условной компиляции для четкого разделения исходного кода в случае использования операционной системы реального времени.

Файл HTTP_main. c состоит из нескольких функций:

static void init (). Эта функция отвечает за начальную инициализацию системы ввода - вывода микроконтроллера и инициализацию сетевого интерфейса, а также настройку тактовой частоты.

static void timer_poll (). Данная функция является служебной функцией для обеспечения многозадачности системы. Она следит за системным таймером и производит поочередное переключение задач, выделяя им квант времени.

static void init_io (). Функция, вызываемая при начальной инициализации. Отвечает за инициализацию системы ввода - вывода микроконтроллера.

void LED_out (U32 val). Данная функция отвечает за вывод информации в каналы управления светодиодами. Ей передается необходимая маска, и она согласно этой маске производит управление исполнительными каналами.

float read_temp (void). Функция получения текущей температуры, полученной от датчика температуры. Вызывает внешние функции драйвера датчика температуры.

U8 get_button (void). Функция получения информации о текущем состоянии контактных датчиков.

int main (void). Основная функция программы. С нее начинается выполнение программного кода.

Данный файл имеет еще несколько вспомогательных функций, не требующих пояснения в рамках данного раздела. Исходный код основного модуля HTTP_main. c показан в приложении А.

Второй файл HTTP_CGI. c отвечает за обработку клиентских запросов и формирование ответов, а также реакции на эти запросы. Он реализует интерфейс CGI (Common Gateway Interface), обеспечивающий связь между кодом основной программы и WEB - сервером. При получении запросов, WEB - сервер вызывает функции, реализующие интерфейс CGI. Есть 3 основных функции реализующие этот интерфейс:

void cgi_process_var (U8 *qs). Функция вызывается, если пришел запрос с методом GET;

void cgi_process_data (U8 code, U8 *dat, U16 len). Функция вызывается, если пришел запрос с методом POST;

U16 cgi_func (U8 *env, U8 *buf, U16 buflen, U32 *pcgi). Функция вызывается когда приходит любой HTTP запрос.

Данные функции реализуют всю логику работы по обработке запросов системой сбора данных и управления. Они анализируют принятые запросы. Производят поиск требуемых данных. При нахождении в запросе определенной информации они производят ответ на нее.

3.1.2 Создание файлов содержимого WEB-сервера

Так как взаимодействие системы сбора данных и управления происходит посредством браузера, то браузеру необходимо передавать HTML - страницы, отображающие состояние системы сбора данных и управления и позволяющие управлять этой системой.

В процессе создания содержимого WEB - сервера, было создано несколько групп файлов:

1) HTML - страницы. Обычные HTML - страницы, передаваемые в браузер пользователя без изменений.

2) Файлы CGI [18]. Специальным образом подготовленные HTML - файлы, из которых система сбора данных и управления формирует обычные HTML - файлы, передаваемые в браузер пользователя. Далее они будут описаны более подробно.

3) Файлы CSS [19]. Файлы каскадных таблиц стилей. Предназначены для визуального оформления информации и более наглядного представления.

4) Картинки. Файлы картинок, используемые в передаваемых и генерируемых HTML - страницах.

5) Файлы JavaScript. Эти файлы реализуют функции на языке программирования JavaScript. Далее они будут описаны более подробно.

6) Файлы CGX. Это специальные XML - файлы, предназначенные для реализации технологии Ajax и динамического изменения информации на страницах без их перезагрузки.

Кроме того, были созданы некоторые служебные файлы для генерации и интеграции файлов содержимого WEB - сервера в итоговый файл прошивки.

Создание файлов простых HTML - страниц было выполнено в редакторе Notepad++. Были созданы следующие страницы:

index. htm - главная страница системы сбора данных и управления. Из нее осуществляется доступ ко всем функциям системы. Она загружается сразу же при попытке доступа к системе сбора данных и управления по имени хоста или по полученному IP - адресу. Далее пользователь системы выбирает необходимые ему функции.

about.html - страница, на которой представлена информация о системе и ее авторе. Страница не несет какой - либо функциональной нагрузки.

Также параллельно с созданием страниц HTML, была создана страница каскадных таблиц стилей style. css. Данная страница содержит описание стилей различных элементов HTML с использованием технологии CSS. Другие HTML - страницы, а также генерируемые страницы содержат ссылку на файл стилей. Благодаря этому, внешний вид всех страниц системы изменяется в браузере пользователя. Код таблицы стилей показан в приложении Г.

Также были созданы обычные картинки в формате PNG и GIF. Картинки помогли визуализировать элементы интерфейса страниц системы. Все картинки были созданы с помощью свободно - распространяемой программы Paint.net.

Далее начался процесс создания файлов CGI. Данные файлы представляют собой специально подготовленные HTML - страницы, содержащие дополнительную информацию. При передаче страницы WEB - сервером, она предварительно анализируется. Если строка файла CGI начинается с символа "t", то она передается в браузер без изменения. Если строка начинается с символа "c", то значит она содержит информацию, которая должна быть получена из основной программы системы. WEB - сервер обращается к внешним функциям и получает эту информацию. После этого сгенерированная строка передается в браузер пользователя. Аналогичным образом реализована передача параметров и данных из форм сформированной HTML - страницы. При отправке HTTP - запроса, он анализируется и из него извлекаются необходимые данные. Один из основных CGI - файлов contacts. cgi показан в приложении Б. В нем наглядно показан вышеописанный механизм.

Процесс создания файлов CGI заключался в первоначальном создании соответствующих HTML - файлов с последующей доработкой специальными символами.

В результате были созданы следующие файлы:

thermo. cgi - страница системы, позволяющая получить информацию о температуре, используя подключенный цифровой датчик температуры.

contacts. cgi - страница системы, позволяющая получить информацию о текущем состоянии контактных датчиков.

loads. cgi - страница системы, позволяющая управлять состоянием каналов управления.

Далее к созданным файлам был добавлен файл JavaScript xml_http. js. Этот файла дает возможность использовать технологию Ajax. Данная технология применяется для возможности динамического изменения содержимого страниц без их полной перезагрузки. Она использует язык программирования JavaScript и файлы в формате XML.html - страница периодически отправляет запросы WEB - серверу. В ответ на эти запросы сервер отправляет странице XML - файлы, содержащие информацию о состоянии элементов страницы. Из этого файла скрипт извлекает данную информацию и меняет элементы страницы согласно этой информации. Перезагрузки страницы не требуется. В этом заключается технология Ajax. Код данного файла xml_http. js показан в приложении В.

Также был создан еще один файл JavaScript scripts. js. Он содержит функции по выводу некоторых длинных строк на русском языке.

Были созданы файлы CGX. Эти файлы, используются скриптом xml_http. js и предназначены для реализации технологии Ajax. Они представляют собой XML файлы, содержащие информацию об изменяемых элементах соответствующих форм. Также они обработаны по той же технологии, что и CGI - страницы. При их запросе браузером клиента, некоторые данные в них генерируется на основе данных основной программы. В результате были созданы следующие файлы:

thermo. cgx - файл информации о текущей температуре.

contacts. cgx - файл информации о текущем состоянии контактных датчиков.

На страницах системы имеются элементы управления, позволяющие включить или выключить возможность использования технологии Ajax. Это позволяет получать информацию, обновляя страницу средствами браузера, или информация будет обновляться автоматически средствами Ajax.

После создания всех необходимых файлов содержимого WEB - сервера, файлы были помещены в отдельную папку Web. Также был создан специальный служебный файл описания Web. inp. Он содержит список данных файлов.

Среда проектирования Keil uVision содержит специальный скрипт для преобразования файлов содержимого WEB - сервера в формат виртуальной файловой системы. Данный скрипт запускается автоматически при сборке проекта. Он генерирует файл исходного кода на языке С Web. c. Данный файл представляет собой описание всех созданных элементов содержимого сервера в виде массива байтов. Далее сгенерированный файл включается в проект. На рисунке 3.8 показан список файлов содержимого WEB-сервера.

3.2 Сборка проекта и отладка

После создания всех необходимых файлов исходного кода, добавления библиотек, заголовочных файлов, файлов содержимого WEB - сервера и других служебных файлов, проект необходимо собрать. Сборка проекта включает в себя генерацию необходимых файлов исходного кода, компиляцию всех файлов исходного кода, преобразование в объектный код, и генерацию файла прошивки.

В процессе построения и сборки проекта, автоматически были проверены все зависимости в проекте, подключены недостающие необходимые файлы.

Сборка проекта в среде Keil uVision запускается выбором соответствующего пункта меню. В результате сборки проекта были получены файлы прошивки и файлы для отладки через интерфейс JTAG. Результат сборки проекта показан на рисунке 3.9.

После первоначальной сборки проекта, может возникнуть необходимость его отладки в режиме эмуляции. Отладка нужна для выявления ошибок в коде, оптимизации кода и других целей. В используемые при разработке среду проектирования встроен программный отладчик. Он позволяет проводить простые операции базовой отладки, не прибегая к использованию аппаратных отладчиков. Среда содержит множество инструментов отладки, позволяющих производить пошаговую отладку, отладку при наступлении события и прерывания, прерывание по значению переменной. Также можно отслеживать состояние памяти и переменных. Также есть возможность видеть ассемблерный код, выполняемый в данный момент. Среду проектирования в режиме отладки можно увидеть на рисунке 3.10.

К сожалению не всегда программная отладка в режиме эмуляции позволяет качественно произвести отладку проекта. Ее недостаток - это небольшая скорость отладки, а также то, что она часто не учитывает или физически не может учесть особенностей реального микроконтроллера. В этом случае для отладки проекта необходимо использовать аппаратный отладчик. Такие отладчики обычно совмещают в себе также функции программатора. В большинстве случаев отладка ведется через отладочный интерфейс JTAG. Это специальный стандарт, разработанный для отладки различных электронных устройств и их компонентов. Во время отладки через интерфейс JTAG, отладка происходит непосредственно в самом микроконтроллере. Можно управлять им напрямую, изменяя состояние регистров и участков памяти.

Отладка проекта системы сбора данных и управления производилась аппаратным отладчиком CoLinkEx. Он показан на рисунке 3.11.

Во время отладки становится доступно окно управления периферийными устройствами микроконтроллера. Меню управления ими показано на рисунке 3.12.

3.3 Загрузка программного обеспечения в микроконтроллер

Когда проект системы сбора данных и управления был собран и была произведена отладка программного кода, следующим действием стала загрузка проекта в сам микроконтроллер.

Существует 3 альтернативных способа загрузки программного обеспечения в микроконтроллер, используемый в данном проекте:

1) Первичный загрузчик через последовательный порт;

2) Загрузка через интерфейс JTAG;

3) Загрузка через интерфейс SWD.

Загрузка через последовательный порт является довольно медленной и ее применение целесообразно для небольших объемов файла прошивки. Также обычно для нее необходимо дополнительное оборудование в виде преобразователя уровней. В данном проекте она не использовалась.

Загрузка через интерфейс JTAG и интерфейс SWD является наиболее быстрой и эффективной в условиях использования отладочной платы. Поэтому использовалась загрузка через интерфейс JTAG. На отладочной плате есть специальный отладочный порт, совместимый со стандартом JTAG. Поэтому для загрузки программного обеспечения достаточно подключить программатор к этому порту и в среде проектирования выполнить команду загрузки прошивки в микроконтроллер.

Стандартный 10 - выводной разъем JTAG показан на рисунке 3.13.

3.4 Тестирование программного обеспечения системы

3.4.1 Тестирование датчика температуры

Тестирование программного обеспечения системы сбора данных и управления предполагает запуск системы в различных условиях. А также функционирование системы в различных режимах работы.

Первая процедура тестирования включала в себя многократную инициализацию датчика. В данном случае проводилась процедура инициализации цифрового датчика температуры 5 раз подряд. При этом отслеживались реакции микроконтроллера и самого датчика. Блок - схема данной тестирующей процедуры показана на рисунке 3.14.

Осциллограммы, снятые с шины данных датчика показаны на рисунках 3.15, 3.16.

На осциллограмме видно, что взаимодействие происходит по стандарту протокола 1 - Wire. В начале, микроконтроллер, прижимает линию к "земле" и отпускает ее обратно. Это служит сигналом поиска для всех устройств на шине. Они обнаруживают перепад напряжений. Далее устройства на шине 1 - Wire откликаются на этот сигнал. Это происходит за счет того, что само подчиненное устройство прижимает линию к "земле". Микроконтроллер видит это и начинает передачу.

На рисунке 3.16 показаны осциллограммы 3 из 5 идущих подряд процедур инициализации. Они идут с некоторой задержкой. При этом масштаб отображения не позволяет видеть все данные.

Из приведенных осциллограмм видно, что взаимодействие происходит в нормальном и прогнозируемом режиме работы. В данной системе обмен по протоколу 1 - Wire реализован программно и сбоев программы в данном случае не наблюдается.

Далее была проверена реакция системы на потерю связи с температурным датчиком в процессе работы. Блок - схема данной тестирующей процедуры показана на рисунке 3.17.

Осциллограмма, на которой показана процедура чтения значения температуры из датчика после потери и восстановления связи показана на рисунке 3.18.

Тестирование показало, что после потери связи с датчиком и последующем восстановлении этой связи система продолжает нормально функционировать. При этом если датчик отключен, то система не может прочитать значение температуры и ее значение принимается равным значению по умолчанию.

3.4.2 Тестирование получения сетевого адреса

В ходе тестирования система была подключена к локальной вычислительной сети, в которой функционировал DHCP - сервер. В данном случае он должен выдать системе сетевой IP - адрес. После нескольких запусков, было установлено, что система успешно получает сетевой адрес от DHCP - сервера. Блок - схема данной тестирующей процедуры показана на рисунке 3.19.

Далее был произведен запуск системы в локальной сети без DHCP - сервера. В данной ситуации система должна использовать сетевой IP адрес по умолчанию. После нескольких запусков, было установлено, что система становится доступна по установленному по умолчанию IP адресу. Блок - схема данной тестирующей процедуры показана на рисунке 3.20.

3.5 Рекомендации по эксплуатации системы

Для работы системы сбора данных и управления требуется питающее напряжение 5 вольт при постоянном токе. Питание может быть получено посредством подключаемого адаптера или путем использования разъема USB. На печатной плате устройства присутствует разъем USB и разъем подключения внешнего питания.

Для взаимодействия с системой необходимо любое устройство, имеющее доступ к локальной вычислительной сети, в которой функционирует система сбора данных и управления, а также имеющее WEB - браузер с включенной поддержкой JavaScript.

Предполагается, что в обычных условиях пользователь системы будет взаимодействовать с ней посредством персонального компьютера.

В локальной сети, в которой функционирует система сбора данных и управления должно отсутствовать устройство с сетевым адресом 192.168.1.136, либо в ней должен функционировать DHCP - сервер.

Система сбора данных и управления имеет интуитивно понятный интерфейс и не требует наличия специальных знаний у пользователя системы.

3.6 Руководство пользователя системы

Вход в систему сбора данных и управления осуществляется посредством WEB - браузера. В адресной строке браузера необходимо набрать "mcb1778". В случае отсутствия в локальной сети DHCP - сервера доступ можно получить также по адресу 192.168.1.136. Если в сети есть DHCP - сервер доступ можно получить по адресу, который он присвоил системе. После входа в систему пользователь попадает в главное меню, и в браузере появляется окно, показанное на рисунке 3.21.

Далее пользователь может выбрать интересующий его пункт меню просто нажав кнопку.

Кнопка "Информация о проекте" позволяет получить доступ к странице, которая содержит информацию о системе и ее разработчике.

Кнопка "Контактные датчики" позволяет перейти на страницу отображающую состояние контактных датчиков. Данная страница показана на рисунке 3.22.

На этой странице показано состояние датчиков в момент загрузки этой страницы. Для обновления информации можно перезагрузить страницу средствами браузера или нажать кнопку "Обновить данные". Также предусмотрена возможность динамического обновления состояния датчиков без перезагрузки страницы. Для этого надо поставить галочку напротив надписи "Обновлять периодически".

В случае если датчик пассивен, то его статус отображается серым кружком. Если датчик активен, то его состояние отображается красным кружком. На рисунке 3.23 показано состояние, при котором датчик №4 активен, а все остальные пассивны.

На каждой странице системы сбора данных и управления предусмотрена возможность перехода в главное меню. Для этого нужно нажать кнопку с соответствующим названием.

Кнопка на главном меню "Датчики температуры" позволяет перейти на страницу отображающую состояние цифрового датчика температуры. Данная страница показана на рисунке 3.24.

Данная страница также предусматривает динамическое обновление данных. Для этого необходимо установить галочку напротив "Обновлять автоматически".

Информацию можно обновить, также нажав кнопку "Обновить данные". Температура показана с точностью до тысячных.

Кнопка на главном меню "Управление нагрузками" позволяет перейти на страницу управления исполнительными каналами. Данная страница показана на рисунке 3.25.

Эта страница позволяет менять состояние каналов управления. При установке галочки в соответствующее поле сразу же меняется состояние соответствующего канала. В случае демонстрационной версии зажигается светодиод. В дальнейшем информация о состоянии канала сохраняется. Если зайти на данную страницу позднее, то активные каналы будут иметь установленные галочки.

Выводы по разделу

Целью написания третьей главы пояснительной записки была реализация разработанных алгоритмов, создание программного обеспечения системы сбора данных и управления.

Также в ходе работы была произведена сборка проекта и загрузка программного обеспечения в микроконтроллер. Далее созданный проект прошел стадию тестирования в ходе которой было выявлено, что созданная система полностью выполняет возложенные на нее задачи. Также были разработаны рекомендации по эксплуатации системы и инструкция пользователя системы. Реализованная модель системы показана на рисунке 3.26

4. Технико-экономическое обоснование разработки

4.1 Расчет себестоимости системы сбора данных и управления

Для определения себестоимости системы сбора данных и управления примем исходные данные, представленные в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Исходные данные для расчета себестоимости проекта

№	Наименование параметра	Значение параметра
1	Оклад в рублях	16000
2	Количество дней в году	365
3	Количество выходных в году	100
4	Количество праздничных дней в году	16
5	Количество рабочих часов в день	8
6	Число отработанных дней	53

Затраты на выполнение проекта состоят из затрат на заработную плату исполнителям, затрат на закупку или аренду оборудования, затрат на организацию рабочих мест и затрат на накладные расходы и рассчитываются по формуле (4.1) [4]

, (4.1)

где - заработная плата исполнителей;

- затраты на обеспечение необходимым оборудованием;

- затраты на организацию рабочих мест;

- накладные расходы.

Поскольку установка разработанной системы не несет существенных временных и финансовых затрат, ими при расчете можно пренебречь.

Для разработки системы необходимо предоставить оборудование и специальное программное обеспечение. Так как оборудование и программное обеспечение использовалось и будет использоваться после разработки системы, не следует брать полную стоимость. Необходимо определить ресурс оборудования в годах работы и затем определить объем ресурса оборудования, необходимый для реализации проекта. Таким образом, затраты на обеспечение необходимым оборудованием будут определяться по формуле (4.2):

, (4.2)

где С_ЕР - стоимость единицы ресурса в единице времени;

Тр - длительность разработки;

Для разработки системы сбора данных и управления был выделен ноутбук ASUS F3JP стоимостью 18 000 рублей с предустановленной лицензионной операционной системой Windows XP Professional. Также для разработки был выделен программатор - отладчик. Его стоимость составляет 500 рублей. Компьютерная техника устаревает достаточно быстро, поэтому период амортизации данного оборудования был определен в количестве 48 месяцев. Таким образом, стоимость единицы ресурса можно определить по формуле (4.3)

, (4.3)

где Соб - стоимость оборудования в рублях;

Трес - период амортизации оборудования в месяцах.

Разработка программного обеспечения связана с использованием лицензионных операционных систем, сред программирования и прочих утилит, необходимо учесть расходы на их использование. Для разработки системы сбора данных и управления потребуется операционная система Windows XP, среда проектирования Keil uVision 4, текстовый редактор Notepad++. Операционная система поставлялась вместе с оборудованием, поэтому затраты на ее использование уже включены в стоимость оборудования и рассчитываются вместе с ним.

Среда проектирования Keil uVision 4 имеет бесплатную версию с установленными ограничениями, позволяющими реализовать данный проект [19], текстовый редактор Notepad++ распространяются бесплатно и затраты на их использование можно не учитывать.

Также в расходы необходимо включить стоимость отладочной платы, на базе которой реализована система. Ее цена составляет 1700 рублей

Таким образом, затраты на оборудование и программное обеспечение показаны в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Затраты на оборудование

Вид оборудования	Стоимость, рублей	Период амортизации, месяцев	Стоимость единицы ресурса, рублей	Требуемый объем, месяцев	Доля, отнесенная на проект, рублей
Ноутбук ASUS F3JP + Windows XP	18000	48	375	2	750
Программатор - отладчик CoLinkEx	500	48	11	2	22
Отладочная плата	1700	-	-	-	1700
Keil uVision 4	0	48	0	2	0
Notepad++	0	48	0	2	0
Итого	2472

Можно сделать вывод, что затраты на оборудование и программное обеспечение будут составлять:

= 2472 рубля.

Затраты на организацию и содержание рабочего места разработчика определены бухгалтерией и составляют 2000 рублей в месяц. Таким образом, стоимость организации рабочего места на период разработки системы сбора данных и управления составит:

= 2000 2 = 4000 рублей

Затраты на выплату исполнителям заработной платы определяется соотношением (4.4) [4].

, (4.4)

где - основная заработанная плата;

- дополнительная заработная плата;

- отчисления с заработанной платы.

Расчет основной заработанной платы при дневной оплате труда исполнителей следует проводить на основе данных по окладам и графику занятости исполнителей. Данный расчет представлен формулой (4.5) [4].

, (4.5)

где - число дней, отработанных исполнителем проекта;

- дневной оклад исполнителя. При восьмичасовом рабочем дне он рассчитывается по формуле (4.6) [4].

, (4.6)

где - месячный оклад;

- месячный фонд рабочего времени, который рассчитывается по формуле (4.7) [4].

, (4.7)

Где _- продолжительность рабочего дня;

- общее число дней в году;

- число выходных дней в году;

- число праздничных дней в году.

Согласно формуле (4.7) месячный фонд рабочего времени составляет:

часов;

С учетом налога на доходы физических лиц размер месячного оклада увеличивается, что отражено в формуле (4.8) [4].

, (4.8)

где

- оклад, который позволит исполнителю заниматься проектом и который получен из информации кадровых агентств;

- налог на доходы с физических лиц (13%).

Согласно формуле (4.8) рассчитаем размер месячного оклада с учетом налога на доходы физического лица:

рублей;

Зная месячный оклад с учетом налога на доходы физического лица и месячный фонд рабочего времени, рассчитаем по формуле (4.6) дневной оклад.

рублей;

Зная число отработанных дней и дневной оклад, рассчитаем размер основной зарплаты по формуле (4.5).

рублей;

Расходы на дополнительную заработанную плату учитывают все выплаты непосредственно исполнителям за время, непроработанное на производстве, но предусмотренное законодательством, в том числе: оплата очередных отпусков, компенсация за недоиспользованный отпуск, и др. Величина этих выплат составляет 20% от размера основной заработной платы и рассчитывается по формуле (4.9) [4].

, (4.9)

Рассчитаем дополнительную заработную плату по формуле (4.9).

рублей;

Отчисления с заработанной платы состоят из отчислений в пенсионный фонд Российской Федерации, фонд социального страхования, территориальный и федеральный фонды обязательного медицинского страхования. Тарифы отчислений с заработной платы представлены в таблице 4.2 [20].

Таблица 4.2 - Отчисления с заработной платы

№	Наименование учреждения	Тариф
1	Пенсионный Фонд Российской Федерации, страховая часть	16%
2	Пенсионный Фонд Российской Федерации, накопительная часть	6%
3	Фонд социального страхования	2,9%
4	Федеральный Фонд обязательного медицинского страхования	5,1%
5	Территориальный Фонд обязательного медицинского страхования	0%
6	Отчисления в ФСС по травматизму	0,2%
7	ИТОГО:	30,2%

Отчисления с заработанной платы рассчитываются по формуле (4.10) [4].

, (4.10)

где

- отчисления с заработанной платы.

Как видно из таблицы 4.2, суммарный тариф отчислений составляет 30,2%.

Рассчитаем отчисления с заработной платы по формуле (4.10).

рублей;

Зная основную и дополнительную зарплаты и размер отчислений с заработной платы, по формуле (4.4) рассчитаем размер зарплаты за отработанный период:

рублей;

Накладные расходы, связанные с выполнением проекта, следует вычислить, ориентируясь на расходы по основной заработанной плате. Обычно они составляют 60% расходов на основную заработанную плату. Накладные расходы рассчитываются по формуле (4.11) [4].

, (4.11)

С учетом значения основной заработной платы по формуле (4.11) рассчитаем накладные расходы на выполнение проекта.

рублей;

Результаты, полученные в процессе вычислений затрат, следует подставить в формулу (4.1), что и определит суммарные затраты на реализацию проекта.

рублей.

4.2 Оценка эффективности системы сбора данных и управления

В случае внедрения системы сбора данных и управления возрастает скорость получения данных и передачи управляющих воздействий. Также отпадает необходимость в рабочих местах операторов, следящих за технологическими процессами. В данном случае функции оператора могут быть возложены на центрального оператора системы, следящего за всеми технологическими процессами.

Также появилась возможность собирать данные и оказывать управляющее воздействие на практически неограниченном расстоянии и в условиях, в которых человек не смог бы этого сделать.

Разработанная система также может быть легко подвергнута масштабированию при незначительных дополнительных затратах.

Рассчитаем прибыль предприятия, которую возможно получить после внедрения системы.

Месячный оклад уволенного оператора составляет 13000 рублей. Следовательно, для организации экономия фонда заработной платы с учетом отчислений составит 13000 * 1,502 = 19526 рублей.

Произведем расчет экономии организации за счет увеличения производительности труда сотрудников. Если сотрудник при применении системы экономит ?Ti, часов, то повышение производительности труда Pi (в %) определяется по формуле (4.12) [21]

, (4.12)

где, Fi - время, которое планировалось сотрудником для выполнения работы до внедрения программы.

Экономия, связанная с повышением производительности труда сотрудника в течение месяца, определяется по формуле (4.13) [21]

, (4.13)

где Zc - среднемесячная заработная плата сотрудника.

Время на получение информации о технологическом процессе центральным оператором сократилось с 2 до 0,5 минуты. Таким образом, повышение производительности труда сотрудника регистратуры согласно формуле (4.12) составит:

Поскольку зарплата центрального оператора составляет 15000 рублей в месяц, месячная экономия затрат организации, связанная с повышением производительности труда центрального оператора согласно формуле (4.13) равна:

рублей

Для вычисления общих финансовых выгод организации за месяц после внедрения системы сбора данных и управления просуммируем полученные результаты:

рублей

Зная затраты и прибыли, теперь мы можем рассчитать срок окупаемости проекта и тем самым определить, насколько он эффективен. Срок окупаемости - это отношение затрат на разработку системы к объему общих финансовых выгод за месяц от ее внедрения. В нашем случае срок окупаемости будет равен:

107294/87116 = 1.23 месяцев.

Таким образом, разработка системы сбора данных и управления окупится спустя в течение менее 2 месяцев после ее внедрения.

Выводы по разделу

Целью четвертой главы пояснительной записки было проведение подробного расчета себестоимости и эффективности разработанной системы сбора данных и управления. Данный расчет производился с учетом средней зарплаты программиста для восьмичасового рабочего дня и с учетом всех выходных в период с 10 ноября 2012 года по 1 февраля 2013 года. Также были учтены отчисления в Федеральную налоговую службу и отчисления в Пенсионный Фонд Российской Федерации, Фонд социального страхования, Территориальный и Федеральной Фонды обязательного медицинского страхования.

При расчете не были учтены расходы на внедрение разработанной системы, поскольку данная процедура не несет в себе существенных временных и материальных затрат, но были включены расходы на оборудование и аренду помещения.

Окончательная себестоимость разработанной системы составляет 107294 рубля.

В результате анализа производительности труда до и после внедрения системы сбора данных и управления установлено, что прибыль, полученная организацией от внедрения системы, составит 87116 рублей ежемесячно.

Таким образом, разработка и внедрение системы окупится в течение менее чем 2 месяцев.

5. Рекомендации по безопасности жизнедеятельности и экологии

5.1 Общие сведения об освещенности рабочих мест

В современном мире мало кто задумывается об освещенности своего рабочего места. Многие даже не знают, что существуют нормы и стандарты освещенности рабочих мест. Люди давно заметили закономерную зависимость влияния освещения на рабочем месте человека на его производительность труда. В условиях плохой освещенности или неправильного положения источника света, человек быстрее утомляется, у него ухудшается внимание, падает сосредоточенность. Кроме того, со временем это может привести к проблемам со здоровьем. Поэтому оценка освещенности рабочего места и правильное проведение этой оценки может выявить проблемы освещенности рабочего места на раннем этапе. Устранив обнаруженные проблемы, можно существенно повысить производительность труда работника и снизить утомляемость сотрудника на рабочем месте [22].

5.2 Порядок проведения аттестации рабочих мест по условиям освещенности

В соответствии с методическими указаниями [22] в Российской Федерации установлен следующий порядок проведения аттестации рабочих по условиям освещенности.

Аттестация рабочих мест по условиям освещения выполняется в несколько этапов:

1) работа с нормативной документацией;

2) Оценка соответствия исполнения применяемых в осветительной установке (ОУ) светильников требованиям по защите от воздействия среды в помещении;

3) обследование условий освещения рабочих мест;

4) обработка результатов обследования и оформление протокола;

5) проверка соответствия показателей освещения нормативным требованиям;

6) оценка условий освещения по гигиеническим критериям в соответствии с руководством Р 2.2.013-94;

7) анализ причин несоответствия условий освещения рабочих мест требованиям нормативных документов и разработка предложений по совершенствованию ОУ с целью приведения условий освещения в соответствие с нормативной документацией.

Работа с нормативной документацией заключается в определении нормативных требований к освещению аттестуемых рабочих мест.

Проверка соответствия исполнения светильников требованиям по защите от воздействия среды в помещении обязательна, если аттестуемые рабочие места расположены в помещениях с тяжелыми условиями среды (взрывоопасных, пожароопасных, с химически активной средой и т.п.).

При несоответствии исполнения светильников требованиям по защите от воздействия среды в помещении аттестация не проводится и дается предписание о необходимости реконструкции ОУ.

Обследование условий освещения заключается в замерах, визуальной оценке или определении расчетным путем следующих показателей:

1) коэффициента естественной освещенности;

2) освещенности рабочей поверхности;

3) показателя ослепленности;

4) коэффициента пульсаций освещенности (МУ 2.2.4.706-98/МУ ОТ РМ 01-98);

5) отраженной блескости (наличия эффективных мероприятий по ее ограничению).

Проверка вышеперечисленных показателей на соответствие их требованиям норм осуществляется путем сопоставления результатов обследования с нормативными величинами, указанными в отраслевых (ведомственных) нормативных документах по искусственному освещению или в СНиП 23-05-95.

При отсутствии для отдельных видов работ отраслевых (ведомственных) норм искусственного освещения нормируемые показатели освещения определяются в зависимости от разряда и подразряда зрительных работ по СНиП 23-05-95.

Оценка условий освещения по гигиеническим критериям заключается в определении класса условий труда в зависимости от результатов проверки, выполненной в соответствии с результатов обследования с нормативными величинами, указанными в отраслевых (ведомственных) нормативных документах по искусственному освещению или в СНиП 23-05-95.

По результатам аттестации на основе анализа причин неудовлетворительных условий освещения отдельных рабочих мест разрабатываются предложения по совершенствованию ОУ.

Перечень основных нормативных документов, необходимых для оценки условий освещения рабочих мест и перечень средств измерений приведены в соответствующих документах [22].

Выводы по разделу

В пятой главе были обоснована актуальность правильной освещенности рабочего места, а также приведен порядок проведения аттестации рабочих мест по условиям освещенности. Выяснено, что освещенность рабочего места напрямую влияет на здоровье и производительность труда работника.

Заключение

В ходе данного дипломного проекта была разработана система сбора данных и управления, способная найти применение в различных областях человеческой деятельности. Разработанная система имеет сетевой интерфейс взаимодействия, обладает простым пользовательским интерфейсом, не требует от пользователя системы специальных знаний и подготовки. Разработанная система имеет 4 канала управления, 4 канала контактных датчиков, 1 канал для цифрового температурного датчика.

После изучения аналогов были разработаны требования, которым должна удовлетворять проектируемая система, и в соответствии с этими требованиями был разработан проект системы.

Также были разработаны и реализованы рабочие алгоритмы функционирования системы. Реализация основной программы была выполнена в среде проектирования Keil uVision 4 с использованием библиотек по работе с локальной вычислительной сетью, встроенными WEB - серверами и операционными системами реального времени.

Содержимое WEB - сервера в виде WEB - страниц и служебных файлов, а также интерфейс пользователя были реализованы в текстовом редакторе Notepad++ и протестированы во всех популярных WEB - браузерах. Было проведено тестирование системы и ее элементов. Было проведено тестирование цифрового температурного датчика, подключенного по шине 1 - Wire, в различных режимах его работы.

Была рассчитана себестоимость проекта и проведена оценка его эффективности, доказавшая, что внедрение разработанной системы позволит уменьшить производственные издержки.

Была проведена работа по изучению рекомендаций по безопасности жизнедеятельности в области освещенности рабочего места и его влияния на производительность труда.

В завершение можно сказать о том, что проект реализован полностью согласно техническому заданию. Задачи, поставленные в начале работы, полностью решены, и определенные цели можно считать достигнутыми. Созданная система может найти применение в различных областях деятельности человека. Она может быть реализована как на отладочной плате, так в отдельном устройстве.

Список использованных источников

1. L - Card: [Электронный ресурс]: Модульная система сбора данных LTR, 6 января 2013, URL: http://www.lcard.ru/ltr. php3.

2. MOXA: [Электронный ресурс]: Модульные системы сбора данных серии 4000, 6 января 2013, URL: http://www.moxa.ru/group/listAll/17750/.

3. Википедия, свободная энциклопедия: [Электронный ресурс]:

4. Ethernet, 12 января 2013, URL: http://ru. wikipedia.org/wiki/Ethernet.

5. Меняев М.Ф. Содержание организационно-экономической части дипломного проекта (для проектов, связанных с разработкой программного обеспечения): Учебное пособие. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 24 с.

6. Википедия, свободная энциклопедия: [Электронный ресурс]:

7. Keil, 12 января 2013, URL: http://ru. wikipedia.org/wiki/ Keil_ (company) .

8. Википедия, свободная энциклопедия: [Электронный ресурс]:

9. JTAG, 12 января 2013, URL: http://ru. wikipedia.org/wiki/JTAG.

10. CooCox: [Электронный ресурс]: Free and open ARM Cortex MCU SW/JTAG debugging adapter, 12 января 2013, URL: http://www.coocox.org/colinkEx. htm.

11. Википедия, свободная энциклопедия: [Электронный ресурс]:

12. Микроконтроллер, 12 января 2013, URL: http://ru. wikipedia.org/wiki/Микроконтроллер.

13. Википедия, свободная энциклопедия: [Электронный ресурс]:

14. DHCP, 12 января 2013, URL: http://ru. wikipedia.org/wiki/DHCP.

15. Википедия, свободная энциклопедия: [Электронный ресурс]:

16. NetBIOS, 12 января 2013, URL: http://ru. wikipedia.org/wiki/NetBIOS.

17. ARM: [Электронный ресурс]: Cortex-M Series, 3 января 2013. URL: http://www.arm.com/products/processors/cortex-m/index. php.

18. StarterKit: [Электронный ресурс]: SK-LPC1778, 2 декабря 2012, URL: http://starterkit.ru/html/index. php? name=shop&op=view&id=71.

19. Dallas Semiconductor: [Электронный ресурс]: DS18B20, 12 января 2013, URL: http://www.maximintegrated.com/datasheet/index. mvp/id/28.

20. IAR Systems: [Электронный ресурс]: IAR Embedded Workbench, 12 января 2013, URL: http://www.iar.com/Products/IAR-Embedded-Workbench/.

21. CooCox: [Электронный ресурс]: CooCox CoIDE, 12 января 2013, URL: http://www.coocox.org/CooCox_CoIDE. htm.

22. Википедия, свободная энциклопедия: [Электронный ресурс]:

23. JavaScript, 12 января 2013, URL: http://ru. wikipedia.org/wiki/JavaScript.

24. Getting Started Building application with RL - ARM: Пособие. - Keil.:, 2011. - 156 с.

25. Википедия, свободная энциклопедия: [Электронный ресурс]:

26. CGI, 12 января 2013, URL: http://ru. wikipedia.org/wiki/CGI.

27. Википедия, свободная энциклопедия: [Электронный ресурс]:

28. CSS, 12 января 2013, URL: http://ru. wikipedia.org/wiki/CSS.

29. Пенсионный Фонд Российской Федерации: [Электронный ресурс]: Тарифы страховых взносов с 1 января 2011 года, 2010. URL: http://www.pfrf.ru/rates_premiums/.

30. Центр Antegra consulting: [Электронный ресурс]: Расчет экономического эффекта от внедрения системы автоматизации, 28 января 2013, 2012. URL: http://www.antegra.ru/news/experts/_det-experts/4/.

31. Российская Федерации. Оценка освещенности рабочих мест. Методические указания. МУ 2.2.4.706-981/МУ ОТ РМ 01-98. - 1998. - 3 июня.

32. Тревон М. Микроконтроллеры ARM7 семейств LPC2300/2400.: Пер. с англ. - М.: ООО "И.Д. Вильямс", 2010. - 335 с.: ил.

33. Joseph Yiu. The Definite Guide to the ARM Coretx M3 - Embedded Technology, 2007. - 380 с.

34. Документация фирмы Philips на микроконтроллеры серии LPC.

Приложение А. Текст основного модуля HTTP_main. c

/*----------------------------------------------------------------------------

*

*---------------------------------------------------------------------------*/

#include <stdio. h>

#include <RTL. h>

#include <Net_Config. h>

#include <LPC177x_8x. h> /* LPC177x_8x definitions */

#include "ds18b20. h"

BOOL LEDrun;

BOOL tick;

U32 dhcp_tout;