СИСТЕМА ЛАБОРАТОРНОЙ ТЕЛЕМЕТРИИ

Квочкин Д.О.¹, Устюгов В.А.²

¹Магистрант 1 курса; ²Магистрант 1 курса, Сыктывкарский государственный университет

СИСТЕМА ЛАБОРАТОРНОЙ ТЕЛЕМЕТРИИ

Аннотация

В статье рассматривается вариант построения системы телеметрии для физической лаборатории. Основу системы составляют аппаратные модули — преобразователи сетевого интерфейса в интерфейсы другой структуры. Управление модулями берёт на себя диспетчер лаборатории — специальное серверное программное обеспечение, осуществляющее сбор, упорядочивание и хранение экспериментальных данных, полученных с датчиков, а также выдачу управляющих сигналов на лабораторное оборудование.

Ключевые слова: автоматизация, удалённое управление, система сбора и анализа данных.

Kvochkin D.O.¹, Ustugov V.A.²

¹Student; ²Student, Syktyvkar state university

LABORATORY TELEMETRY SYSTEM

Abstract

This paper presents the development of a telemetry  system for a physical laboratory. There are two main parts of the system. First part is based on hardware modules, commonly this is a converter Ethernet interface to interfaces another structures (i.e. SPI, I2C, RS-232 etc.). Second part presents by a software of the laboratory server, called laboratory manager – this is a special software to collect, organize, and storage of experimental data obtained from the sensors, as well as sending control signals to laboratory equipment.

Keywords: automation, remote control, data collection and analysis system.

Введение. Сложно представить современную лабораторию физического эксперимента, построенную без применения различных средств телеметрии и базовых принципов автоматизированных систем управления (АСУ). Разработки в области дистанционного управления и организации петель обратной связи в экспериментах ведутся давно и представляют собой различные аппаратно-программные решения [1-2].

Цель данной работы – разработка универсальной информационной системы, позволяющей объединенить в совокупность стандартные процедуры в работе экспериментатора, а именно: удалённый доступ к экспериментальному оборудованию, журналирование протекания эксперимента, формирование отчётов по проделанной работе, связь со своими коллегами для обсуждения полученных результатов, запросы на получение времени для использования лабораторного оборудования в других научных центрах.

Рис. 1 - Составляющие части информационной системы

В качестве решения предлагается применение клиент-серверной архитектуры (Рис. 1.). На общем сервере лаборатории запущен т.н. “Диспетчер лаборатории” (программное обеспечение разработанное на языке Python с использованием фреймворка Django),  с одной стороны осуществляющий доступ клиентским персональным компьютерам (ПК), с другой стороны управляющий согласующими аппаратными модулями (САМ), связанными различными популярными интерфейсами (SPI, I2C, RS-232 или др.) с экспериментальным оборудованием. Доступ к проведению экспериментом осуществляется через веб-интерфейс “Диспетчера лаборатории”. Управление САМ реализуется по интерфейсу Ethernet. Систематизация и архивация полученных данных выполняется с использованием системы управления базами данных (СУБД) MySQL.

Структура аппаратных модулей имеет вид, представленный на рис. 2.

Рис. 2 - Структура САМ

Аппаратные модули собственной разработки на связке RISC-микроконтроллера с Ethernet-контроллером ENC28J60 представляют собой преобразователи интерфейсов (из Eth в RAW) и позволяют организовать дистанционное управление лабораторным оборудованием на скорости до 10 Мбит/с (полный дуплекс) с длиной сегмента до 100 метров. Под RAW-интерфейсом подразумевается любой другой цифровой или аналоговый стандарт, по которому доступно подключение того или иного промышленного оборудования. Подобное аппаратное решение зарекомендовало себя в системе сетевого мониторинга температуры, влажности и точки росы на связке Atmega168 – ENC28J60 в [3].

Важной особенностью предлагаемого решения является наличие системы разграничения прав доступа к той или иной лаборатории. Любой пользователь, авторизованный в системе имеет права на работу с экспериментальными установками, выданные администратором данной лаборатории (лаборантом) на определённый срок.

Результаты. Предлагаемая система находится в стадии разработки и на сегодняшний день проходит тестирование и отладка согласующих аппаратных модулей, а также детальная проработка архитектуры серверной компоненты (разработка базы данных и программной среды диспетчера лаборатории).

Заключение. Предложен инструмент для превращения научной лаборатории в единую сеть для проведения экспериментов, хранения и анализа их результатов, обмена научным опытом с другими лабораториями. Гибкость и модульность позволяют данной системе легко адаптироваться для решения похожих задач и в других областях.

Литература

1. Won-jong Kim, Kun Ji & Ajit Ambike (2006, July). Real-Time Operationg Environment for Networked Control Systems. IEEE Transactions on automation science and engineering, Vol. 3, No. 5, pp. 287-296.
2. Дмитриев В.М., Коротина Т.Ю. Принципы реализации автоматизированных лабораторных комплексов с локальным и удалённым доступом. // Журнал "Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники". – 2007. – №2 (16). – С. 121-128.
3. Demeter R., Campeanu R. (2009). Microcontroller based Ethernet embedded systems. Bulletin of the Transilvania Uiversity of Brasov, Vol. 2 (51), pp. 249-254.