XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Создание программно-аппаратных комплексов

Аппаратно-программный комплекс —  техническое решение концепции алгоритма работы сложной системы, управление которой осуществляется, как правило, исполнением кода из определённого базового наборакоманд (системы команд), описанных в документации. Состоит, соответственно, из двух основных частей:

Аппаратная часть — устройство сбора или обработки информации, например компьютер, платавидеозахвата, биометрический детектор, калибратор и т. д.

Программная часть (Software) — специализированное ПО, обрабатывающее и интерпретирующее данные, собранные аппаратной частью

При разработке аппаратной части выделяют следующие этапы:

Определение требований к системе. При любом проектировании

необходимо определить какие задачи будет решать разрабатываемая система и составить полный список требований к ней. В требования могут входить такие пункты как: решение системой задачи или набора задач, примерный алгоритм работы, общие габариты, эксплуатационные предписания, требования к пользовательскому интерфейсу.

Анализ аналогов. При решении любых технических задач следует

начинать с поиска уже готовых решений, даже если они не полностью удовлетворяют нашим требованиям, что позволяет сэкономить ресурсы и время на последующих этапах разработки, тем более если известны проблемы с которыми столкнулись разработчики данных систем.

Подбор компонентной базы. На данном этапе происходит подбор

элементной базы: архитектура микроконтроллера, датчики и исполняемые механизмы. Производители современных микроконтроллеров предлагают широкий выбор оборудования, отличающихся архитектурой, организацией и объемом памяти, разрядностью, а также большим набором периферии и т.п. Раньше при разработке систем основанных на микропроцессорах в системах автоматического управления востребованы были 8 и 16 разрядные контроллеры с разнообразными системами команд. В настоящее время появились 32 разрядные микроконтроллеры на основе стандартизированных архитектур SPARC, ARM, MIPS обладающие низкой ценой и большим набором совместимой периферии. Примером таких микропроцессоров может служить STM32 от компании STMicroelectronics. Следовательно на выбор того или иного контроллера влияет: наличие функционала для решения определенных задач, соответствие с требованиями к системе, её стоимость ,а так же совместимая периферия. Совместимая периферия может быть как исполнительные механизмы так и разнообразные сенсоры и датчики. С развитием науки и постоянной компьютеризацией датчикам и механизмам имеющим цифровые интерфейсы обмены данных с микроконтроллером отдается большее предпочтение чем с использованием аналоговых схем.

Моделирование разработанной системы. При создании аппаратной

части зачастую используют разнообразныеметоды моделирования, что позволяет сократить затраты на разработку, особенно это актуально для проектов с большим количеством дорогостоящих модулей. Выделяют несколько методов моделирования: математическое, компьютерное и макетирование. В процессе математическое моделирование устанавливаются требования к автоматическим контурам, вычисляются коэффициенты, оценивается надежность системы к сбоям, определяются коэффициенты цифровых и аналоговых датчиков. В компьютерном моделировании анализ происходит на более глубоком уровне, что позволяет выполнять моделирование работы цепей аналоговых и цифровых схем в программной среде. Макетирование в данном методе происходит непосредственная сборка прототипа аппаратного комплекса, что позволяет провести первоначальную оценку собранного оборудования. На данном этапе следует использовать микроконтроллер выбранного семейства с наибольшими возможностями, что бы в дальнейшем можно было осуществить выбор определенной модели для создания конечного устройства

Разработка конструкции системы. В процессе создания конечного

аппаратного комплекса можно выделить следующие этапы которые можно выполнять параллельно:

Разработка принципиальной схемы устройства.

Разработка и изготовление печатной платы.

Подбор и заказ комплектации.

Разработка элементов управления.

Разработка программного обеспечения для проверки работоспособности основных блоков устройства.

Сборка устройства.

Отладка устройства с применением тестового ПО.

Разработка основного ПО.

Разработка диагностического ПО.

Комплексная проверка и надстройка.

Список литературы

Береснев, А.Л. Разработка и макетирование микропроцессорных систем : учебное пособие / А.Л. Береснев, М.А. Береснев. Издательство Южного федерального университета, 2016. - 108 с.

Боровский, А.С. Программирование микроконтроллера Arduino в информационно-управляющих системах : учебное пособие / А.С. Боровский, М.Ю. Шрейдер 2017. - 113 с. : ил. - Библиогр. в кн. - ISBN 978-5-7410-1853-8