НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

УДК. 21474

ООО «Цифровые решения»

МГТУ им. Н. Э. Баумана,

info@iu4.bmstu.ru

Введение

В России с каждым годом увеличивается число автотранспортных средств. Особенно заметным этот рост стал в последние годы. Но, приобретая автомобиль, мало кто задумывается о той опасности, которой подвергается и подвергает других. На рисунке 1 приведена статистика смертности в результате ДТП в России и в ЕС с 1991 по 2008 г.

Рисунок 1.1 - Статистика количества погибших в тысячах в результате ДТП в России (ГИБДД МВД РФ) и ЕС(CARE, 2008) в период с 1991 по 2008 г.

Таким образом, разработчикам в электронной промышленности отводятся задачи по разработке интеллектуальных транспортных систем, как для управления и контролирования транспортных потоков, так и поддержки управления транспортным средством во избежание потенциально опасных ситуаций.

В данной статье рассматривается реализация системы, позволяющей считывать показания с датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, преобразовывать полученные показания в цифровой сигнал, обрабатывать этот сигнал для представления в удобной для считывания форме. При использовании данной системы на транспортных средствах возможно своевременное предотвращение выхода из строя  силовой установки транспортного средства. Так же перегрев двигателя внутреннего сгорания может привести к его возгоранию.

2. Особенности системы мониторинга на основе одноплатного вычислительного модуля

Разрабатываемая система мониторинга должна обладать следующими отличительными особенностями:

·               возможность быстрого и удобного съема информации с датчика температуры охлаждающей жидкости.

·               возможность ведения статистики полученных показаний с датчика

·               способность работы системы с различными датчиками транспортных средств.

·               способность  обработки информации полученной с датчиков и представление полученной информации в наглядном виде.

·               возможность для расширения системы датчиками других типов, таких как датчики оборотов двигателя транспортного средства, давления масла, органами управления.

·               возможность использования различных устройств вывода и ввода, таких как сенсорные панели, мониторы.

3. Состав аппаратных средств системы мониторинга

Для работы системы мониторинга необходимы аппаратные средства, которые позволят выполнять задачи сбора сигналов с  датчика температуры, вывода полученной и преобразованной информации пользователю системы в наглядном виде. Кроме того необходимо, чтобы выбранные средства обладали особенностями приведенными в предыдущем разделе.

В качестве вычислительного модуля был выбран одноплатный компьютер Тион-Про2 компании «Зао-Зео», который представляет собой высоко-интегрированную вычислительно-управляющую систему на базе процессора Cirrus Logic ЕР9315 с ядром семейства ARM9, способным продолжительное время работать автономно и имеющим развитую инфраструктуру [1].

Для преобразования аналоговых сигналов с датчика температуры охлаждающей жидкости в цифровые необходим модуль АЦП. Для реализации данной функции в данной системе используется «Плата ввода/вывода» компании «Зао-Зео». Данный модуль полностью совместим с выбранным ранее вычислительным модулем, так же позволяет подключать до четырех датчиков к выходам АЦП со съёмными резистивными делителями и до десяти контактных датчиков. Так же присутствуют восемь выходов для управления реле.

В качестве датчика температуры охлаждающей жидкости используется термометр сопротивления компании «Febi», который устанавливается в автомобили Chevrolet, Daewoo, Opel, Vauxhall [2].

Рисунок 3.1 - График зависимости сопротивления от температуры используемого термометра.

Термометр сопротивления - это термометр, как правило, в металлическом или керамическом корпусе, чувствительный элемент которого представляет собой резистор, выполненный из металлической проволоки или пленки и имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры. Зависимость сопротивления от температуры  для используемого датчика температуры представлена на рисунке 3.1, получена экспериментально [3].

4. Программное обеспечение

При разработке подобных систем на схожих аппаратным платформах, как правило, применяются операционные системы с несколько урезанными возможностями, но вполне достаточными, для выполнения большинства задач. Главными же достоинствами таких операционных систем является их низкие аппаратные требования и невысокая цена продажи. В данном проекте используется операционная система  EmbeddedLinux. [2]

Кроме того, для реализации данного проекта существует еще несколько важных аспектов, такие как:

·               компиляция исходных кодов операционной системы EmbeddedLinux для поддержки модуля АЦП/ЦАП, а так же средств разработки.

·               компиляция исходного кода разработанной системы мониторинга под процессор одноплатного вычислительного модуля Тион-Про, ARM9;

·               отображение графики в операционной системе Linux для встроенных систем без X Window System - оконной системы, обеспечивающей стандартные инструменты и протоколы для построения графического интерфейса пользователя;

·               настройка взаимодействия системы с пользователем

Для решения первой задачи потребуются исходные коды ядра операционной системы, необходимый набор дополнений, называемый «патчем», и операционная система Linux, в которой возможно скомпилировать исходные коды требуемой операционной системы. Для поддержки модуля АЦП/ЦАП требуется произвести коррекцию файла конфигурации исходных кодов. 

Для решения второй задачи достаточно корректно настроить соответствующий компилятор, arm-linux-g++, и собрать на основе исходного кода исполняемый файл, который в последствии будет запущен на одноплатном вычислительном модуле.

Для решения  третьей и четвертой задачи требуется более детальный и внимательный подход. Как уже было сказано выше, Linux для встраиваемых систем не оснащен системой X Window System, которая обеспечивает базовые функции графической среды: отрисовку и перемещение окон на экране, взаимодействие с мышью и клавиатурой. В таком случае необходимо использовать фреймбуфер.

На рисунке 4.1 представлена структурно-функциональная схема разрабатываемой системы мониторинга.

Рисунок 4.1 – Структурно-функциональная схема системы мониторинга.

Для создания программы с графическом интерфейсом, способным отрисовываться через фреймбувер было принято решение использовать набор библиотек Qt for Embedded Linux [4].

Выводы

Предложенная система мониторинга позволяет проводить отслеживание температуры охлаждающей жидкости двигателя транспортного средства в реальном времени. В зависимости от полученных значений, может предупреждать пользователя о возможных неполадках. При незначительной переконфигурации систему можно расширить дополнительными датчиками и управляющими реле.

Литература

1.            ЗАО "Завод Электрооборудования" [Электронный ресурс] : Компания ЗАО "Завод Электрооборудования", Москва 2011. Реж. доступа:  http://www.zao-zeo.ru/

2.            Febi [Электронный ресурс] : Общество FerdinandBilsteinGmbH + CoKG, г. EnnepetalGermany 2011. Реж. доступа:  http://www.febi.com

3.            Б. Н. Олейник, Приборы и методы температурных измерений : учеб. пособие для сред. спец. учеб. заведений по спец. "Электротеплотехн. измерения" / [Б. Н. Олейник, С. И. Лаздина, В. П. Лаздин, О. М. Жагулло] .— М. : Изд-во стандартов, 1987 .— 296 с.

4.            Qt – A cross-platform application and UI framework [Электронныйресурс] : Компания Nokia Corporation, USA, 2010. Реж. доступа: http://qt.nokia.com/

5.            Мысловский Э.В., Власов А.И., Акристиний М.В. Микроконтроллеры // Электронные компоненты, №5. 2002. С.47-50.