Виртуальная модель системы передачи информации

код текущего значения температуры среды, используя формулу:

Здесь:

Nдt — код интервала времени между измерениями (константа, записанная в память МК);

— N74 — коды температуры ДТ, полученные в процессе измерения;

N — код ПТИ датчика температуры;

N — код температуры среды, полученный для момента времени Дt после начала измерения;

N — код текущего значения температуры среды.

Затем программа вычисляет интервал времени после включения или отключения нагревателя, через который его надо выключить или включить:

Т = А- Nfr. = (NT

Щ tN„,

УДК 004.9

ния, то по истечении времени, равному значению определенного в программе для данного термостата показателя тепловой инерции, вновь выполняются указанные выше измерения и вычисления. После этого вновь включается (или выключается) нагреватель и либо производится отсчет нового вычисленного времени до выключения (или включения) нагревателя, либо программа переходит на начало цикла измерения и регулирования температуры.

Библиографический список

1. Ярышев Н.А. Теоретические основы измерения нестационарной температуры. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд - ние, 1990. —256 с.

2. Михайлов А.В., Рожков Н.Ф., Чередов А.И. Метод повышения точности измерения линейно изменяющихся температур. - Омск: ОмГТУ, Деп. в ВИНИТИ 23.12.03, №2247-В2003. - 11 с.

где NТЕРМ — код термостатируемой температуры.

Этот интервал сопоставляется с текущим временем, прошедшим после включения или отключения нагревателя. Как только указанный интервал будет завершен, произойдет выключение или включение нагревателя.

Если при выключении или включении нагревателя температура среды отличается от требуемого значе-

МИХАЙЛОВ Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Информационно-измерительная техника» ОмГТУ. РОДИОНОВ Максим Георгиевич, кандидат экономических наук, доцент кафедры «Информационно-измерительная техника».

Дата поступления статьи в редакцию: 12.10.2007 г. © Михайлов А.В., Родионов М.Г.

М. Г. РОДИОНОВ А. В. МИХАЙЛОВ

Омский государственный технический университет

ВИРТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

Рассмотренная в статье виртуальная модель системы передачи информации может быть использована для проведения исследований и лабораторных работ для более глубокого изучения и понимания материалов в области информационно-измерительной техники, в частности в области информационно-измерительных систем.

Виртуальная модель содержит в себе элементы, входящие в различные области знания — это микропроцессорная техника и электроника, программирование, операционная система, различные ветви математики и многое другое.

Для создания лабораторного комплекса по передаче данных (виртуальная модель) могут быть использована различные среды. Основной задачей

данной модели являлась возможность ознакомиться с методами и способами передачи информации на различные расстояния для более глубокого изучения и понимания студентами основ преобразования и передачи данных как одной из областей применения информационно-измерительных систем.

Структурно данная модель может состоять из следующих основных блоков:

— модуль настроики — модуль программы, предназначенный для указания пути к базе данных, проверки соединение с базой. Прописывает аккаунт пользователя, его пароль, тип кодировки и дополнительные параметры: отключение диспетчера задач во время запуска приложения, закрытие Shell-оболочки.

— база — представляет базу данных реляционного типа, Firebird, выполнена виде файла, имеющего несколько таблиц, в которых располагаться различные данные. Данный тип соответствует типу таблиц INTERBASE, но имеет ряд преимуществ, таких как фришное издание, и меньший объем как самой программы, так и исполняемой части, располагающейся в памяти.

— сервер — служит для настройки базы, получения отчетов о выполненных работах, чистках системных и рабочих таблиц, занесением новых пользователей, созданию и удалению тестовых задач.

— клиент — основная программа, которая сочетает в себе сразу несколько функциональных возможностей, таких как выполнение тестовых задач, выполнение лабораторных работ и научно — исследовательских работ при соответствующей степени приближения.

Рассмотрим данную программу более подробно. Начнем с инсталляции. Для того, что бы установить программу необходимо решить, чем будет являться машина. Если она будет являться сервером, то на нее для начала необходимо будет установить INTERBASE или Firebird, потом перенести в любой каталог папку СЕРВЕР с вложенными туда папками IMAGE и DATA, в которых будут располагаться, соответственно, база данных, картинки к тестовым вариантам, и исполняемые программы настройка базы и сама серверная утилита. Если же это клиентская часть, то необходимо перенести папку клиент, с вложенными в нее исполняемыми программами и папками TASK и TEORITY, и утилитой настройки базы.

При запуске клиентской части появляется диалоговое окно, требующее ввести свою фамилию, имя и отчество, после чего происходит авторизация с имеющейся базой. Если пользователь имеется в списке, то программа запускается, а если нет, то она автоматически закрывается. Появляется главное окно формы, на котором есть главное меню программы, и строка состояния на которой отображена информация о пользователе. После нажатие соответствующих пунктов меню появляется та или иная форма с соответствующим содержанием. После чего на той всплывшей форме, можно проводить свою дальнейшую работу, либо это исследовательские работы, либо тестовые задание. Либо запускается новый процесс с содержанием теории или задания на лабораторную работу. На всех появляющихся формах будут содержаться легко доступные и понятные элементы управления и правки.

При запуске серверной части, так же как и в клиентской части происходит, открытие формы, но без авторизации. На этой форме будет располагаться главное меню. При нажатии на соответствующие кнопки меню будет происходить соответствующее событие — это либо запуск форм для ввода, удаление или замены

клиентов, а также формы для удаления тестов, и их созданию. Имеются элементы администрирования базы, то есть очистки таблиц, вызова файла справки, а также получению различных отчетов. Это могут быть отчеты по исследовательским работам либо по решению тестовых задач.

При запуске программы, появляется форма, на которой иметься поля для ввода; типа кодировки, имя сервера, путь к базе, имя пользователя и пароля. А также флаги для управления типом сервера, отключением Explorer, отключение диспетчера задач и одноранговой вход в систему. Загрузка параметров происходит из файла инициализации «setup.ini». После ввода или изменения параметров необходимо будет выполнить проверку соединения, нажав на кнопку с соответствующим названием. После того как выйдет сообщение, что «Соединение успешно установлено», необходимо подтвердить данное сообщение и нажать на кнопку «Записать». После чего в данный файл будут записаны все настройки, если файл отсутствовал или был удален, то он создается заново.

Структура самой базы данных содержит семь таблиц; STUDENT, DOCENT, RELAY, WORKTEST, WORKLAB, ANSWER, QUESTION. В таблице STUDENT располагаться сведения о студентах, в таблице DOCENT — сведения о преподавательском составе, WORKLAB и WORKTEST являться рабочими таблицами для хранения данных соответственно по тестам и лабораторным работам, таблицы ANSWER и QUESTION соответственно содержат информацию по тестовым вопросам и ответам к ним, а в таблице RELAY происходит записи об авторизациях пользователей которые использовали клиентскую часть или пытались ее использовать. Разработка данной базы была проведена в IBExpert 6.0.

Далее, рассмотрим вопрос выбора языка программирования для такого рода моделей. В настоящее время в мире существует большое число различных языков программирования и непрерывно идет создание новых, используемых для конкретных задач. При этом распространены как языки компилируемого, так и транслируемого типов.. По области применения их можно разбить на универсальные — разработка любых приложений (Си, Си++, Паскаль, Бейсик) и на специализированные - ориентированные на определенную область и привязанные к какой либо программе (ActionScript для Macromedia Flash, AutoLisp для Autocad). Хотя языки транслирующего типа более универсальны (они могут работать на всех системах, где для них реализованы трансляторы), однако основной их недостаток — низкая скорость работы и полная незащищенность исходного кода от изменения пользователем, что способно в некоторых случаях привести к неверной работе системы, к получению неверных данных. Есть еще языки промежуточного типа (например Java), вначале переводящих исходный код в объектный (байт - код), который потом транслируется с большей скоростью. Однако они в основном являются специализированными (например основное использование Java — Интернет и различные мобильные устройства). Поэтому для разработки виртуальной модели системы был выбран язык

компилируемого типа. Таких языков насчитывается довольно много, но есть три достаточно мощных языка высокого уровня, наиболее часто используемых — это Visual Basic, Object Pascal и С++. Данные языки созданы довольно давно и проверены на практике. Наш основной выбор лежит между Object Pascal и С++, поскольку Visual Basic все-таки требует наличие библиотек времени выполнения (runtime library) и имеет более неудобную среду разработки. С одной стороны, С++ более мощный, более ориентирован на системные задачи и обеспечивает более оптимальный код. Однако Pascal более распространен и более легок для понимания.

Для Object Pascal, выпускаемого компанией Borland, специально создана визуальная среда проектирования, позволяющая легко создавать любой пользовательский интерфейс за короткое время. Она построена по объектно — ориентированному принципу. Приведем некоторые ее характеристики.

Новейшая система объектно-ориентированного программирования Borland Delphi производства корпорации Borland предназначена для операционных систем Windows 95\98\2000 и NT. Интегрированная среда Borland Delphi обеспечивает скорость визуальной разработки, продуктивность повторно используемых компонент в сочетании с мощью языковых средств Object Pascal, усовершенствованными инструментами и разномасштабными средствами доступа к базам данных.

Borland Delphi может быть использован везде, где требуется дополнить существующие приложения расширенным стандартом языка Pascal, повысить быстродействие и придать пользовательскому интерфейсу качества профессионального уровня.

Его особенностями являются, например, язык Pascal, высокопроизводительный 32-разрядный оптимизирующий компилятор, интегрированная среда разработки IDE, создание библиотек DLL, LIB и исполняемых программных файлов ЕХЕ, полный доступ к Windows API, компоненты для работы с базами данных, проводник баз данных, генератор дистрибутивов InstallShield Express, драйверы SQL Links для баз данных Oracle, Sybase, Informix, DB2, Microsoft SQL Server и InterBase и многие другие возможности.

Для разбиения программы на модули и подпрограммы необходимо разработать:

— схему взаимосвязи модулей из которых состоит программа. Каждый модуль имеет цифровую ссылку, используемую при описании модуля. Кроме того, самым верхним иерархическим модулем является файл проекта Delphi, служащий для начальной инициализации программ. Все файлы проекта Delphi создаются автоматически.

— требования к каждому модулю — что должен включать в себя данный модуль и как это должно работать. Здесь же рассмотреть и включаемые подпрограммы.

Рассмотрим пункт авторизации пользователей, он состоит из 2 подпунктов, «студенты» и «преподаватели», два модуля они похожи друг на друга отличаются лишь тем, что работают с разными таблицами и заводят разные типы пользователей. Требования к ним

заключаются в следующем — это возможность контроля ошибок ввода оператором, удобный интерфейс, отображение данных и возможность редактирования списка, возможность удаления, замены и вставок новых пользователей, а так же ввода их дополнительной информации, либо номера групп, либо ввода маркера значений.

Раздел «создание теста» представляет форму с расположенными на ней компонентами для ввода вопросов и ответов, а также предусмотрена возможность ввода графической информации. Имеется возможность ввода количества вопросов в тесте и его варианта, также будут предусмотрена защита от неправильных действий пользователей, и их типичные ошибки которые они совершают.

Раздел «отчеты» служит, для того чтобы получить отчеты по выполненным работам. В каждой из этих групп есть подгруппы одна из которых делает запрос индивидуально по каждому студенту, вторая подгруппа делает запрос по всем студентам, занесенным в список. В отчетах по тестам необходимо также указывать вариант тестовых вопросов. В отчетах подключена возможность вывода на печатающее устройство.

Теперь перейдем к пункту администрирования, он включает в себя четыре подраздела — это «Очистка рабочей таблице тестов», «Очистка рабочей таблицы лабораторных работ», «Очистка таблицы RELAY», «Удаление всех тестов». Названия данных элементов управления являться довольно информативными и поэтому в описании не нуждаются, лишь «Очистка таблицы RELAY» - это удаление записей в таблице, в которой отображается информация по авторизации пользователей, которые зашли в программу клиента или пытались зайти, в ней отображается информация о том имени, которое он вводил, его IP адрес, то есть тот адрес компьютера в сети, с которого этот пользователь авторизовался или пытался авторизоваться в программе, а также информация о дате и времени входа.

Перейдем к описанию клиентской части проекта, при загрузке которого появляется главная форма. Все приложения выполнены по технологии MIDI - форм. На главный модуль возлагаются следующие задачи:

- авторизация пользователя,

- функции защиты,

- инициализация главной формы,

- закрытие проекта,

- запуск информационных файлов теории,

- запуск информационных фалов задания,

- открытие формы для выполнения лабораторных работ,

- открытие формы для решения тестовых задач,

- открытия информационных дополнений.

Рассмотрим структурную схему программы; после

запуска которой происходит запрос на ввод идентификатора пользователя, после чего происходит запрос в базу и проверяется данный пользователь. Следующим шагом происходит запрос в файл конфигурации и считывание параметров защиты. Имеются три варианта защиты это выгрузка Explorer, блокировка диспетчера задач и одноранговый вход в систему, то есть вход осуществляется один раз за сеанс Windows.

Все эти параметры защиты могут применяться как вместе, так и отдельно, в зависимости от настроек, а могут быть не активными. После авторизации и инициализации мер защиты происходит загрузка главной формы, на которой имеются элементы управления в виде главного меню программы. В нижней части экрана располагается панель Tool Bar, имеющая два поля в первом записан номер группы, который берется из базы по запросу идентификатора пользователя, а во втором поле записан сам идентификатор пользователя. Рассмотрим более подробно элементы управления.

Объект теория содержит три кнопки с информативными названиями; «Частотное разделение каналов», «временное разделение каналов», «ортогональное разделение каналов» каждое из этих управляющих структур запускает программу с теоретическими данными по соответствующим темам. Сама информация содержится на уровень выше, чем исполняемая программа в подкаталоге «TEORITY», с конечными именами файлов соответственно. На том же принципе основан и пункт меню как описание работ, в нем также располагаться объекты с информацией о ходе выполнения лабораторной работы, фалы расположены, так же как и в предыдущем пункте меню за исключением названия папки, с теме же именами, но в папки с названием «TASK». Вызвав эти процедуры, как и в предыдущем случае, информация будет отображаться в Internet Explorer.

Следующим пунктом меню идет пункт с названием «Ход выполнение работы», который содержит четыре подпункта, таких как «Частотное разделение каналов», «Временное разделение каналов», «Ортогональное разделение каналов» и «Ответить на вопросы теста». Каждый из этих пунктов вызывает соответствующую форму, имеющую свое определенное назначение, указанное в названии элементов управления.

Теперь перейдем к описанию форм проектов для теста. Открытие формы происходит в максимализо-ваном виде на весь экран. Прежде чем происходит создание формы производится запрос у пользователя о варианте теста, после чего этот вариант запрашивается из базы и происходит создание формы. Которая имеет, поля вопроса и вариантов ответа на него, также есть поля отображение графической информации.

Описание и требования к формам для выполнения исследовательских (лабораторных) работ будут типичными, отличия их незначительные только в формулах преобразование выходного сигнала. Предусмотрена возможность вывода графиков, если это окажется возможным и числовых значений, а также элементов ввода параметров самой системы, сигналов, помех и различных коэффициентов. Можно отображать временные характеристики и значения в специальных контейнерах хранителях. Возможность управления масштабом графиков. Все данные могут в дальнейшем

записываться в базу (входные параметры, выходные, переменные, также будут записываться контрольные точки временных параметров). Входными сигналами для данных работ будут использоваться два сигнала один периодический и один не периодический. Из этого следует, что рассматриваемые системы двухка-нальные. Применение более каналов считается менее целесообразным, что загружает систему. К тому же, как в количественном, так и в качественном соотношении в двухканальных системах можно смоделировать процессы многоканальной системы.

Спроектированный и реализованный в виде программных модулей лабораторный комплекс по передачи данных (виртуальная модель) не имеет прямых аналогов и построен на основе синтеза особенностей нескольких различных представителей класса систем.

Программа полностью соответствует всем заданным при ее проектировании техническим требованиям — она построена по модульному принципу (состоит из четырех почти полностью независимых модулей, что дает возможность изменять отдельные модули, не изменяя всех сразу и сохраняя неизменным имеющийся между ними интерфейс). При этом могут усиливаться отдельные возможности программы и для их использования вводится новые интерфейсы. В среде обеспечивается защита от неверных действий пользователя. Один из примеров этой защиты — запрет программой действий, которые являются логически неправильными в текущий момент. Кроме того, обеспечивается проверка на допустимость вводимого пользователем значения в тех случаях, когда это необходимо, и несоблюдение этого требования может привести к критической ошибке. В среде используется одна база данных, которая необходима для хранения информации о тестах, лабораторных работах и об авторизации. Эти типы баз используют механизм взаимодействия с программой на основе Firebird и используют абсолютную адресацию не через псевдонимы, а напрямую к диску. Кроме того, программа имеет встроенный файл справки, в который полностью перенесены руководство пользователя и руководство администратора, измененные в соответствии с правилами создания справочных файлов. Кроме того, данная программа имеет большой потенциал расширения.

РОДИОНОВ Максим Георгиевич, кандидат экономических наук, доцент кафедры «Информационно-измерительная техника».

МИХАЙЛОВ Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Информационно-измерительная техника».

Дата поступления статьи в редакцию: 19.11.2007 г. © Родионов М.Г., Михайлов А.В.