Современная электроника №6 (2022)

Реклама

Реклама

ЖУРНАЛ Здравствуйте, уважаемые друзья! Журнал «Современная электроника» Издаётся с 2004 года В этом номере журнала мы рады представить вашему внима- нию статьи – доклады студентов и аспирантов Российского Главный редактор Ю. В. Широков технологического университета МИРЭА. Мы верим, что тех- Заместитель главного редактора нологическое будущее страны в руках таких неравнодушных А. В. Малыгин энтузиастов своего дела. В условиях ужесточающихся санк- Редакционная коллегия А. Е. Балакирев, ций все наши надежды связаны с возрождением отечествен- В. К. Жданкин, С. А. Сорокин, Д. А. Кабачник, ной технологической базы на новом, конкурентном уровне. В Р. Х. Хакимов связи с этим пристальное внимание привлекают отечествен- Вёрстка А. М. Бабийчук ные разработки и успехи в развитии технологий. Если вам Обложка Д. В. Юсим есть что сказать инженерному сообществу, милости просим Распространение А. Б. Хамидова ([email protected]) к нам, в «Современную электронику», где всегда рады знаком- Реклама И. Е. Савина ([email protected]) ству с новыми авторами. Учредитель и издатель ООО «СТА-ПРЕСС» Мы по-прежнему работаем для вас, собирая самые интерес- Генеральный директор К. В. Седов ные статьи и новости. Заходите на сайт журнала, подписы- Адрес учредителя и издателя: вайтесь на наш YouTube-канал, смотрите наши репортажи и 117279, г. Москва, ул. Профсоюзная, д. 108, делитесь ссылками на них со своими коллегами! пом/ком/эт I/67/тех Почтовый адрес: 117437, г. Москва, Всего вам доброго! Профсоюзная ул., 108 Тел.: (495) 232-00-87 Юрий Широков, главный редактор [email protected] • www.soel.ru Производственно-практический журнал Выходит 9 раз в год. Тираж 10 000 экз. Цена свободная Журнал зарегистрирован в Федеральной службе по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия (свидетельство ПИ № ФС77-18792 от 28 октября 2004 г.) Отпечатано: ООО «МЕДИАКОЛОР». Адрес: Москва, Сигнальный проезд, 19, бизнес-центр Вэлдан. Тел./факс: (499) 903-69-52 Перепечатка материалов допускается только с письменного разрешения редакции. Ответственность за содержание рекламы несут рекламодатели. Ответственность за содержание статей несут авторы. Материалы, переданные редакции, не рецен- зируются и не возвращаются. Мнение редакции не обязательно совпадает с мнением авторов. Все упомянутые в публикациях журнала наименования продукции и товарные знаки являются собственностью соответствующих владельцев. © СТА-ПРЕСС, 2022 ЧИТАЙТЕ ЖУРНАЛ в ЭЛЕКТРОННОЙ ВЕРСИИ на сайте soel.ru после простой регистрации и в ПЕЧАТНОЙ ВЕРСИИ по подписке 2 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

СОДЕРЖАНИЕ 6/2022 РЕКЛАМОДАТЕЛИ РЫНОК AdvanteX · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·9 4 Новости российского рынка AdvantiX · · · · · · · · · · · · · · · · 3-я стр. обл. Delta Design· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·33 СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ EA Electro-Automatic· · · · · · · · · · · · · · · ·17 ДОЛОМАНТ· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·15 6 Реализация прототипа ИУС на основе блокчейн-технологии ИРБИС· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·4 Микроволновые системы · · ·2-я стр. обл., 4 Наталья Зорина, Николай Кузнецов, Леонид Шапетько МОРИОН · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·5 ПЛАТАН · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·4 10 Современные подходы и тенденции в архитектуре IIoT-систем ПТА · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·64 СНЕЖЕТЬ · · · · · · · · · · · · · · · 1-я стр. обл. Сергей Рылов ТЕСТПРИБОР · · · · · · · · · · 1, 4-я стр. обл. Фаворит-ЭК · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·5, 21 14 Автоматизированная система управления регулированием давления газа в производстве азота Читайте в «CTA» № 3/2022: методом короткоцикловой безнагревной адсорбции Российское ПО в промышленности: Александр Саркисов не обманет, не продаст 18 Прогнозирование качества шлифования Китай заполняет ниши: кто заменит с помощью цифрового двойника ушедших поставщиков Борис Соловьёв Невзирая на санкции: новые проекты автоматизации ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ ® РОССИЙСКОЕ ПО ISSN 0206 975X 20 Уроки импортозамещения от MT Microsystems: В ПРОМЫШЛЕННОСТИ: WWW.CTA.RU МЭМС-компоненты для навигации и связи не обманет, не продаст КИТАЙ ЗАПОЛНЯЕТ НИШИ: Александр Бекмачев кто заменит ушедших поставщиков НЕВЗИРАЯ НА САНКЦИИ: ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ новые проекты автоматизации 26 Доверие к искуственному интеллекту ДАЁШЬ и факторы риска его применения в различных сферах жизни !ИМПОРТО- Роман Болбаков, Михаил Коваленко, Антонио-Кристи Исаев ЗАМЕЩЕНИЕ 28 Разработка портативного устройства и комплекса программ для тестирования и настройки многофункциональных аварийных вычислителей-регистраторов Андрей Васенев 30 Применение свёрточной нейронной сети для решения проблемы регистрации скан-копий документов в электронном архиве Екатерина Волгина 34 Опыт применения трёхзначной логики в управлении технической системой Григорий Беднов ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 36 Проектирование устройств вывода информации с использованием цифрового генератора шаблона в Proteus 8.11. Часть 2 Татьяна Колесникова 50 Разработка модуля выдачи и контроля исполнения производственного задания информационно-управляющей системы класса MES Мария Бахметьева 54 Ионизирующие излучения и их воздействие на полупроводниковые материалы (по данным литературных источников). Часть 2 Сергей Кравчук, Владимир Соколов, Михаил Марченко, Оксана Вовк Электронная версия этого журнала СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ Оформляйте подписку на журнал «СТА» 62 К 100-летию со дня рождения М.И. Кривошеева – и читайте печатную версию патриарха отечественного и мирового радио- и телевещания или электронную версию на www.cta.ru Владимир Бартенев СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 3

РЫНОК На правах рекламы Новости российского рынка СОБЫТИЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ 3. Методы расчёта и конструирования Место проведения – г. Москва, гостинич- И ПРИМЕНЕНИЮ СВЧ- СВЧ-усилителей мощности на нитриде гал- ный комплекс «Измайлово», корпус «Гам- лия, обеспечение теплового режима, надёж- ма-Дельта». КОМПОНЕНТОВ И ПРИБОРОВ ности и стабильности их параметров. Приглашаем главных конструкторов и ведущих Заявки на участие от предприятий при- 4. Возможности и особенности примене- нимаются до 15 октября 2022 года. Коли- технических специалистов вашего предприятия ния СВЧ-усилителей на нитриде галлия в чество участников от одного предприятия на II семинар-совещание специалистов на тему системах связи, радиолокации, радиопро- зависит от количества включённых в про- «Актуальные вопросы разработки и применения тиводействия. грамму докладов от предприятия и может СВЧ-компонентов и приборов на основе техно- быть ограничено организаторами. логии нитрида галлия», организуемый АО «Ми- Желающим выступить с докладом кроволновые системы» 10–11 ноября 2022 года. (до 15 минут) или сообщением (до 5 минут) www.mwsystems.ru Участие в семинаре-совещании бесплатное! необходимо в срок до 1 августа 2022 года [email protected] направить тезисы в объёме одной страницы В рамках мероприятия планируются до- А4 по электронной почте [email protected] +7 (499) 644-21-03 клады и сообщения на следующие темы. на имя заместителя генерального директо- ра АО «Микроволновые системы» по разви- 1. Современные технологии изготовления тию электронной компонентной базы Мин- СВЧ-транзисторов и МИС на нитриде гал- небаева Вадима Минхатовича. лия, конструкции и параметры приборов. 2. Схемы, конструкции и характеристики Программа семинара-совещания будет СВЧ-устройств на основе нитрид-галлие- направлена вам до 15 сентября 2022 года. вых приборов. ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ НА ПЛАТУ насчитывает более 30 точек в различных ная серия модулей производится для источников AIPULNION городах и провинциях Китая. солнечной энергии. Гарантия производителя на DC/DC-преобразователи составляет 5 лет. Компания Aipu Electron Technology (торго- Два основных направления производства вая марка AipUlnion) уже известна российско- компании – DC/DC- и AC/DC-преобразова- Линейка AC/DC-преобразователей начинается му рынку и не раз была участником выставки тели на печатную плату – дополняются мо- с модулей мощностью 1 Вт и расширяется до мо- ExpoElectronica. Основанная в 2001 году, ком- дулями приёмопередатчиков интерфейсов делей на 150 Вт. Здесь представлены как корпу- пания видит свою миссию в разработке и про- RS-485, RS-232, CAN. сированные ИП, так и модели в открытом корпусе. изводстве миниатюрных источников питания на плату. Из 180 сотрудников 20% заняты в DC/DC-источники питания выпускаются мощ- Работа на международном рынке, безуслов- разработке и инженерной поддержке, благо- ностью от 1 до 700 Вт в изолированном корпусе, но, связана с конкуренцией с широко извест- даря чему компания уже получила более 20 па- также доступны бескорпусные модели. Пользо- ными торговыми марками, поэтому компания тентов на AC/DC- и DC/DC-преобразователи. ватель может выбрать корпуса как для SMT- AipUlnion ориентируется в своём производстве Источники питания производятся и тестиру- монтажа, так и пайки в отверстия платы. Отдель- на модели в стандартных корпусах и с типо- ются на современном автоматизированном вой разводкой платы. По запросу клиентов ком- оборудовании. Вся продукция соответствует пания предлагает замены на преобразователи стандартам CE, RoHS и 3C. Traco, Aimtec, Mornsun и другие торговые марки. Сбыт продукции на локальном рынке осу- www.platan.ru ществляется через сеть дилеров, которая [email protected] +7 (495) 970-00-99 ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ КОМПАНИЯ «ИРБИС» импульсных источников питания и по техниче- ским заданиям заказчика как отдельную про- ПРОДОЛЖАЕТ РАСШИРЯТЬ дукцию. Качественно, быстро, по умеренным ПРОИЗВОДСТВО ценам. Тороидальная намотка: диаметр колец от 5 до 60 мм. Рядовая намотка: ширина кар- В мае 2022 года в «ММП-Ирбис» законче- каса от 7 до 60 мм. Возможны варианты рабо- на реконструкция здания цеха моточных из- ты с использованием материалов заказчика. делий в поселке Бабынино Калужской обла- сти. Производственные площади увеличились www.mmp-irbis.ru в два раза. Введены в эксплуатацию новые [email protected] современные станки. Цех производит моточ- ные изделия для собственного производства +7 (495) 927-10-16 4 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

РЫНОК На правах рекламы ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ АО «Морион» выпускает ряд квар- Более подробно о G-чувствительности и ме- цевых генераторов с пониженной тодах её измерения можно найти на страни- С ПОНИЖЕННОЙ G-чувствительностью: це сайта: www.morion.com.ru/info/publications/. ● ГК207-ТС-10 МГц, G-чувствительность G-ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ [email protected] ОТ АО «МОРИОН» < 0,5·10–9/g; +7 (812) 350-75-72 ● ГК317-ТС-100 МГц, G-чувствительность +7 (812) 350-92-43 АО «Морион» (Санкт-Петербург), веду- щее предприятие России и один из мировых < 0,3·10–9/g; www.morion.com.ru лидеров в области разработки и серийного ● ГК176-ТК-10 МГц, G-чувствительность производства пьезоэлектронных приборов стабилизации и селекции частоты, представ- < 0,5·10–9/g. ляет кварцевые генераторы с пониженной Всю дополнительную информацию по G-чувствительностью. Любой кварцевый гене- данным изделиям можно узнать по тел. ратор обладает чувствительностью к воздей- +7 812 775-95-65, а также на сайте ствующему на него ускорению и, как частный АО «Морион». случай, к ориентации в пространстве. Зависи- мость частоты генератора от приложенного ускорения называют G-чувствительностью ге- нератора. Она определяется как относитель- ное изменение выходной частоты генерато- ра при воздействии ускорения 1g. Типовая G-чувствительность кварцевых генераторов составляет несколько еди- ниц 10–9. Особенно важным этот параметр становится, когда требуется получить низкие фазовые шумы от генератора, установлен- ного на подвижном носителе. В этом случае результирующие фазовые шумы практиче- ски полностью определяются уровнем внеш- них вибраций и G-чувствительностью. На фазовые шумы также может оказать влия- ние вибрация от работающих вентиляторов в составе аппаратуры. БЛОКИ НАВИГАЦИИ MNV420A В комплекте поставки входит кабель-раз- более высокого уровня Tier 1. Подтвержде- ветвитель, позволяющий подключать внеш- нием обоснованности претензий на лидер- ДЛЯ БЕСПИЛОТНОЙ ТЕХНИКИ ний приёмник дифференциального сигна- ство среди производителей автокомпонен- ла через сети 4G. тов и поставщиков системных решений для И СИСТЕМ ADAS ОТ автомобильной отрасли служит присвоение ООО «ФАВОРИТ-ЭК» В комбинированном режиме ИНС+ГНСС компании сертификата соответствия стан- обеспечивается точность: дарту IATF16949:2016. Среди реализованных ООО «Фаворит-ЭК» предлагает серий- ● крен/тангаж: 0,1°; проектов: интеллектуальная система управ- ные поставки блоков инерциально-спут- ● курс: 0,2° (базовая линия 1 м); ления легковым автомобилем, включающая никовой навигации MNV420A фирмы MT ● положение: 2 cм + 1 ppm (RTK); удержание в полосе, аварийное торможе- Microsystems. ● скорость: 0,03 м/с. ние, автоматическую парковку и т.д.; успеш- ная демонстрация беспилотного вождения ма- MNV420A – старшая модель в линейке – Погрешности при автономном навигацион- гистральных грузовиков на дорогах общего является результатом системной ра- ном решении при отсутствии сигналов ГНСС: пользования. боты производителя по созданию се- ● положение: 0,2 м (10 с) или 0,2% мейства блоков ИНС для различных www.favorit-ec.ru транспортных средств и интеграции их (1 км / 2 мин); [email protected] с приёмниками сигналов ГНСС. Блок ● курс: 0,15° (1 мин). +7 (495) 627-76-24 объединяет в одном корпусе 6-компо- нентный модуль МЭМС инерциальных MT Microsystems обладает научно-про- датчиков и мультисистемный много- изводственной базой в континентальном частотный двухантенный приёмник Китае, что выгодно отличает компанию от сигналов BEIDOU, GPS, ГЛОНАСС, fabless-конкурентов и обеспечивает ста- GALILEO. Конструктив блока разме- бильность поставок с разумными срока- рами 1558134,5 мм отвечает требо- ми в условиях глобальной экономической ваниям применения в автомобильной турбулентности и логистических коллап- технике и оснащён стандартным разъ- сов. ёмом для подключения к шине CAN и антенными входами; поддерживается MT Microsystems приобрела статус Tier 2 – обмен по протоколу RS-422. поставщика интеллектуальных автомобиль- ных систем и стремится к подтверждению СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 5

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Реализация прототипа ИУС на основе блокчейн-технологии Наталья Зорина, Николай Кузнецов, Леонид Шапетько (РТУ МИРЭА) проблемам. Отечественной платформы схожего типа не существует. Работа направлена на проверку возможности применения гибридного блокчейна для реализации ИУС. В ходе выполнения работы были Основной целью проведения дан- проанализированы требования к системе с учётом выбранного процесса, ного исследования было изучение выбраны необходимые для реализации прототипа программные возможности использования техно- средства, реализован прототип ИУС, а также произведено его логии гибридного блокчейна для созда- тестирование. Результатом работы стал полученный прототип, а также ния прототипа логистической системы выводы результатов тестирования. Полученные выводы позволили контроля перевозок. В качестве пере- ответить на актуальные вопросы и обосновать решения актуальных возимого груза нами была выбрана проблем выбранного процесса. коллекция картин. Разрабатываемая система должна была обеспечить кон- Введение Технология блокчейн является одним тейнерную транспортировку картин из возможных решений. Несмотря на с учётом соблюдения температурного Глобализация – это устоявшая- зрелость технологии, в докладе, опубли- и влажностного режимов, кроме того, ся часть современного мира, кото- кованном в журнале PwC, «Connected должна быть обеспечена безопасность рая оказала существенное влияние на and autonomous supply chain ecosystems транспортировки. промышленность и торговлю. В усло- 2025» сообщается, что, вопреки расту- виях глобальной цифровой экономики щему интересу к этой технологии, Были поставлены следующие иссле- любой процесс создания добавленной только «5% из всех компаний и 27% от довательские задачи: стоимости существенно трансформи- общего числа цифровых флагманов ● собрать и проанализировать требо- ровался за счёт структурных изменений в индустрии готовы к её внедрению в в экономике [1]. Современная логисти- реальных проектах» [5]. вания к такого рода системе; ка, как часть этого процесса, становит- ● выбрать наиболее подходящий стек ся всё более сложной, с большим коли- В качестве успешного примера чеством сторон, прямо или косвенно использования технологии блокчейн ведения разработки и обосновать ар- вовлечённых в цепочку поставок [2, 3]. для логистики и управления цепоч- хитектурное решение для разработ- Эта сложность создаёт новые вызовы кой поставок можно привести совмест- ки системы; для всех участников цепочки создания ный проект датской компании Maersk ● выполнить реализацию и тестирова- ценности, которые связаны в первую Global Trade Digitization (GTD) и аме- ние прототипа системы; очередь со следующими проблемами: риканской IBM блокчейн-платформы ● оценить полученное проектное ре- ● проблема коммуникации между TradeLens [6]. Эта платформа позволя- шение с точки зрения решения про- ет сэкономить большие суммы средств блем, существующих в настоящее участниками процесса; за счёт улучшения контроля за пере- время в логистике. ● проблема осуществления сквозной дачей информации и автоматиза- ции документооборота [7]. Применяе- Материалы и методы прозрачности процессов; мый компанией подход предполагает ● проблема информационной безо- использование одного из видов блок- К перевозке ценных грузов предъ- чейн – приватной блокчейн-сети – для являются особые требования: упаков- пасности. организации коммуникации между ка груза должна быть надёжно закры- Существование этих проблем делает компаниями – участниками электрон- та и зафиксирована в транспортном существующие логистические процес- ного взаимодействия. Использование средстве; каждая отдельная едини- сы крайне неэффективными и небез- приватной блокчейн-сети позволя- ца должна быть взвешена и записана опасными [4]. Внедрение сквозных ет участникам электронного взаимо- в документации; место с ценным гру- цифровых технологий на различных действия подтвердить достоверность зом должно быть опломбировано, о чём этапах, в том числе и в производствен- информации и тем самым реализует делается запись в грузовой накладной; ные процессы, способно решить мно- возможность использования легковес- груз должен быть застрахован. В каче- гие из этих проблем. ных алгоритмов достижения консенсу- стве объекта логистического процесса са. Отметим, что доверие к такой систе- для нашего исследования были выбра- {Хэш + другие данные} ме строится только на предположении, ны картины. Перевозка ценных грузов, что большинство компаний, составля- таких как предметы живописи, имеет Приватный Аудируемый ющих распределённый реестр, не всту- особенности, связанные с упаковкой и блокчейн блокчейн пили в сговор с целью мошенничества. транспортировкой. Во время длитель- В большинстве случаев этого не про- ной перевозки на такой груз могут ока- Рис. 1. Принципиальная архитектурная схема исходит, однако есть отрасли, которые зывать влияние колебания температу- гибридного блокчейна особо чувствительны к подобного рода ры, инсоляция, влажность, вибрация и другие факторы, которые могут нега- тивно сказаться на сохранности и состоянии изделия. Поскольку такие изделия часто имеют высокую цен- 6 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ность, то для поддержания целостно- формат хранения и представления дан- Листинг 1 сти будет использоваться контейнер, ных аудита. Описание абстрактного в который помещается транспорти- логистического контракта руемый объект. Очевидным решени- Данная платформа была выбрана ем является использование «умного» нами в силу простоты использования. abstract contract Transfer { контейнера с использованием IoT- В настоящий момент Ethereum является string company; технологий, оснащённого датчиками эффективной платформой для постро- bool public isFailed = и модулями передачи. ения блокчейн-сетей, которая поддер- живает смарт-контракты на Тьюринг – false; В данной работе вместо контей- полном языке программирования string public owner; нера используется модуль эмуляции Solidity, в отличие от, например, Bitcoin. mapping(string => int64) данного контейнера с использова- Кроме всего прочего, использование нием языка программирования Rust. платформы Ethereum позволит инте- public sensors; Выбор данного языка обусловлен его грироваться с её базовой криптовалю- гибкостью, низкими требованиями к той эфиром и реализовать собствен- function CheckIsFailed() вычислительным ресурсам, поддерж- ный токен на базе стандарта ERC20, public virtual returns (bool); кой реального времени, строгим кон- обеспечивая таким образом простую тролем за памятью и мультиплатфор- интеграцию с существующим миром function put(string memory менностью. криптофинансов. Для реализации key, int64 value) public { клиентской по отношению к блокчей- Важным вопросом также являет- ну части нами был выбран стек разра- sensors[key] = value; ся выбор архитектуры используемо- ботки Java/Spring. Язык Java в большин- } го блокчейн-хранилища. Для того стве случаев используется для создания чтобы исключить сговор компаний, бэкенд-части корпоративных приложе- function setOwner(string удобно воспользоваться архитектурой ний. memory newOwner) public { гибридного блокчейна [8], предпола- гающего аудит записываемой в блок- Обсуждение результатов owner = newOwner; чейн информации. Гибридный блок- } чейн представляет собой связанные Реализованный в результате выпол- } приватный и публичный блокчейны. нения практической части исследова- Приватный блокчейн в доверительной ния прототип состоит из двух модулей: информационно-управляющей систе- среде работает по одному из легковес- модуля эмуляции контейнера перевоз- мы с использованием децентрали- ных протоколов достижения консен- ки и модуля гибридного блокчейна. зованной распределённой базы дан- суса, например, по алгоритму дости- ных. Прототип реализует функционал жения консенсуса RAFT, и отправляет Модуль эмуляции представляет логистического контроля за картина- в публичный блокчейн хэши блоков и собой обобщённую модель контей- ми на основе технологии блокчейн. публичную информацию. Таким обра- нера, в котором перевозится картина. В части программной реализации нами зом, приватный блокчейн осуществляет Данный модуль генерирует определён- было разработано собственное API на аудит публичного блокчейна. Принци- ные данные: показания двух датчиков базе методологии REST. Вызов разрабо- пиальная схема гибридного блокчейна температуры и показания двух датчи- танного API со стороны внешней систе- представлена на рис. 1. ков влажности. Именно эти параметры мы позволяет выполнить проверку дан- непосредственно влияют на целость и ных в блокчейн посредством вызова Также использование гибридного сохранность объекта транспортиров- специального метода смарт-контракта. блокчейна сохраняет низкую стои- ки – картины. Нами была реализована программная мость транзакции, которая важна при сущность – абстрактный контракт, взаимодействии с IoT-решениями. Для Данные генерируются в отдельных который описывает интерфейс, реали- нашей реализации был выбран блок- потоках в реальном времени. В случае зуемый любым логистическим смарт- чейн на базе платформы Ethereum. просрочки дедлайна эмулятор отправ- контрактом. Он называется Transfer и Платформа Ethereum является блок- ляет сообщение об ошибке считывания. представлен в Листинге 1. чейн-платформой, которая позволяет После считывания данные отправляют- разработчикам создавать децентрали- ся на сервер при помощи POST-запроса. Фактическая реализация логистиче- зованные приложения с использовани- Как упоминалось выше, весь код эмуля- ского контракта для работы с конкрет- ем смарт-контрактов. Смарт-контракт – тора был реализован на языке програм- ным объектом транспортировки – кар- некоторая программа, записанная в мирования Rust. Преимущество исполь- тиной представляет собой реализацию блокчейн, выполняемая и подтверждае- зования данного подхода состоит в том, контракта Transfer и представлена в мая участниками блокчейн-сети. Логи- что при возникновении необходимо- Листинге 2. стический контракт, в котором опи- сти в использовании реального време- сываются условия доставки, включает ни можно будет быстро развернуть дан- Также нами был описан смарт- в себя целевые показатели приборов, ную программу на встроенной системе. контракт аудита. Данная реализация время доставки и любые другие инте- С учётом специфики рассматриваемого хранит хэши блоков и поступающие грируемые условия. Таким образом, процесса применение реального време- данные датчиков. Реализация данного осуществляется валидация логисти- ни сможет улучшить показатели выпол- способа записи в виде смарт-контракта ческих условий. Для аудита заключа- нения алгоритма. представлена Листингом 3. ется аудиторский контракт в публич- ной сети. Данный контракт описывает В результате выполнения практи- Тестирование ческой части нашей исследователь- ской работы был получен прототип Модуль эмуляции камеры Данный проект был протестирован на базе персонального компьютера со следующими характеристиками: ● процессор: Quad-Core Intel Core i5; ● 8 ГБ ОЗУ с частотой 1,4 ГГц. Для разработки применялось следу- ющее ПО: СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 7

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Листинг 2 Листинг 3 ● было оценено полученное проект- Реализация контракта для Реализация способа записи ное решение с точки зрения реше- контейнера перевозки картин данных аудита для хранения ния проблем, существующих в на- стоящее время в логистике. contract PictureTransfer is contract AuditContract { В результате выполнения иссле- Transfer { mapping(string=>string) довательской работы был создан и function CheckIsFailed() public hashInfo; протестирован работающий про- public override(Transfer) string[] public keys; тотип системы, созданный на базе returns (bool){ технологии гибридного блокчейна. function put(string Данный прототип продемонстриро- if (!isFailed) { memory key, string memory value) вал зрелость данной технологии для isFailed = !(((se public{ применения её в рамках разработки технологии контроля логистической nsors[“temperatureValue1”] < 24 hashInfo[key]=value; цепочки поставок. Авторам представ- && sensors[“temperatureValue1”] keys.push(key); ляется перспективной для проведения > 22) || } дальнейших исследований интегра- ция данной разработки с электрон- (sensors[“temperatureValue2”] function get(string memory ным документооборотом и цифровы- < 24 && key) public view returns(string ми валютами, такими как цифровой sensors[“temperatureValue2”] > memory){ рубль. 22)) && return hashInfo[key]; ((sensors[“humidityValue1”] < 60 } && sensors[“humidityValue1”] > 50) || function keyLength() public view returns(uint){ (sensors[“humidityValue2”] < 60 && sensors[“humidityValue2”] > return keys.length; 50))); }} return isFailed; 2) проблема осуществления сквозной Литература } прозрачности процессов решается return true; при помощи использования ауди- 1. Гудкова Т.В. Глобальные цепочки созда- } торского блокчейна в рамках архи- ния добавленной стоимости в условиях } тектуры гибридного блокчейна; цифровизации экономики // Журнал экономической теории. 2020. Т. 17. № 1. ● операционная система macOS; 3) проблема информационной безо- С. 53–64. ● CLion с расширением для разработ- пасности решается посредством ис- пользования архитектуры гибрид- 2. Казарина Л.А. Логистика по контрак- ки на ЯП Rust; ного блокчейна, так как она делает ту // Известия ИГЭА. 2004. № 3 (40). ● Node-Red. кибератаку в 51% случаев просто не- С. 70–75 // URL: http://izvestia.bgu.ru/ возможной. reader/article.aspx?id=4492 (дата обра- Модуль блокчейна Также была выявлена проблема, свя- щения: 03.04.2019). Данный проект был протестирован занная с выбранным стеком разработ- 3. Колодин В.С. Логистические системы в на базе персонального компьютера со ки: низкая производительность тран- производственно-коммерческой деятель- следующими характеристиками: закций в приватной блокчейн-сети ности // Известия ИГЭА. 2011. № 6 (80). ● процессор: Intel Core i7 11700KF; из-за использования Ethereum. Для при- С. 99–103. URL: http://izvestia.bgu.ru/ ● 16 ГБ ОЗУ с частотой 3200 ГГц. ватного блокчейна лучше использовать reader/article.aspx?id= 14587 (дата обра- платформу Hyperledger. Данная плат- щения: 03.04.2019). Для разработки использовалось сле- форма является специализированной дующее программное обеспечение: для разработки именно корпоратив- 4. Kersten W., Blecker T., Ringle C.M. (2017) ● операционная система Windows 10; ных приложений на основе блокчейна Digitalization in Supply Chain Management ● Postman; и предоставляет более эффективные и and Logistics: Smart and Digital Solutions ● Intelij Idea – Community Edition; зрелые инструменты для работы в дове- for an Industry 4.0 Environment, ● Docker; ренной среде. Proceedings of the Hamburg International ● Geth. Conference of Logistics (HICL), No. 23, Заключение epubli GmbH, Berlin // URL: https://doi. Результаты тестирования org/10.15480/882.1442. и выводы В рамках работы были поставлены и решены исследовательские задачи: 5. Connected and autonomous supply chain В результате тестирования разрабо- ● были описаны проблемы, связанные ecosystems 2025, доклад PwC 2020 // URL: танного программного проекта нам https://www.pwc.com/gx/en/industrial- удалось продемонстрировать эффек- с логистикой ценных грузов, собра- manufacturing/digital-supply-chain/ тивность использования технологии ны и проанализированы требования supply-chain-2025.pdf. блокчейн для решения трёх характер- к информационно-управляющей си- ных для логистики проблем, связанных стеме для контейнера перевозки кар- 6. TradeLens to launch in Russia with с коммуникациями, сквозной прозрач- тин: определены основные параме- pilot in St. Petersburg, 6 июня 2019 ностью и информационной безопасно- тры и их допустимый диапазон; // URL: https://www.maersk.com/ стью: ● был выбран наиболее подходящий news/articles/2019/06/06/tradelens- 1) проблема коммуникации между стек ведения разработки и обосно- to-launch-in-russia-with-pilot-in-st- ванное архитектурное решение для petersburg. участниками процесса взаимодей- разработки системы; ствия успешно решается посред- ● были выполнены реализация и тести- 7. TradeLens // URL: https://www.tradelens. ством автоматизированного вызова рование прототипа системы; com/. методов смарт-контракта при помо- щи «умного» оборудования; 8. Hybrid Blockchain December 2020 Jordanian Journal of Computers and 8 Information Technology 6(4):1. WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НОВОСТИ МИРА РОСТЕХ СОЗДАЛ ШЛЕМ ДЛЯ боты, показывая потенциально опасные или явлении и устранении любого рода техноген- неисправные элементы: разогретые до вы- ных повреждений», – сказал исполнительный СПАСАТЕЛЕЙ С ТЕХНОЛОГИЕЙ соких температур поверхности, утечки элек- директор Ростеха Олег Евтушенко. ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ трического тока и т.д. Также встроенный те- пловизор может быть использован для по- Взаимодействие внутри системы проис- «Концерн Радиоэлектронные техноло- иска людей под завалами. ходит по следующей схеме: изображение гии» (КРЭТ) Госкорпорации Ростех разра- с работающего в зоне ЧС квадрокоптера ботал концепт экипировки для спасателей «В момент аварий, чрезвычайных ситуа- проецируется на карту местности и выво- с применением технологии дополненной ций или стихийных бедствий любая техниче- дится в таком виде на монитор оператора. реальности. Новинка представляет со- ская помощь людям, находящимся на пере- Специалист отмечает ключевые зоны по- бой объединённые в систему интерактив- довой, борющимся за спасение и безопас- иска и устранения неисправностей, после ные шлемы, способные получать картин- ность людей, очень востребована. Сегодня чего полученная информация передаётся ку с квадрокоптера и поддерживать связь мы представляем решение, способное по- в Ситуационный центр управления (СЦУ) с центром управления. высить уровень защиты спасателей, увели- для анализа и принятия решений. Команда чить эффективность их действий, а также ско- оснащённых шлемами «Умные руки» специ- Система состоит из мобильного рабоче- рость коммуникации с ситуационным центром. алистов действует «на земле» и оперативно го места, квадрокоптера и устройства опе- Шлем «Умные руки» будет очень полезен во реагирует на сигналы, поступающие из СЦУ. ратора – шлема «Умные руки». Она может время аварийно-спасательных или монтажных одновременно управлять командами чис- работ, при ликвидации последствий ЧС, вы- «Автоматизация рабочего процесса в зонах ленностью до 20 человек и не имеет огра- повышенной опасности необходима для спа- ничений по радиусу действия. сения жизни и здоровья работников. Любые манипуляции с использованием проекта СЦУ Мобильное рабочее место агрегирует всю проводятся быстрее и точнее, команде легче информацию об окружающей обстановке и координировать свои действия, поскольку лю- позволяет экипированным шлемами сотруд- ди видят задачу комплексно, а не фрагмен- никам обмениваться аудио- и видеоинфор- тами», – прокомментировал заместитель ге- мацией, графическими и тепловизионными нерального директора по развитию граждан- данными, схемами и технической докумен- ской продукции АО «КРЭТ» Максим Моторин. тацией. Шлем «Умные руки» формирует для оператора видеоподсказки из встроенной rostec.ru базы данных и повышает безопасность ра- Реклама СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 9

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Современные подходы и тенденции в архитектуре IIoT-систем Сергей Рылов (РТУ МИРЭА) Объединение этих источников для анализа в контексте IIoT обеспечит В статье рассмотрены преимущества внедрения IIoT технологий, а также основу для более всестороннего мони- интеграции ИТ и ОТ технологий. Рассмотрены основные стандарты и торинга бизнеса, анализа и контроля консорциумы IIoT. Представлены основные подходы к архитектуре IIoT данных, а также повышения эффек- платформ на базе современных промышленных протоколов передачи тивности. данных. Введение Кроме того, решения IIoT расширят Преимущества внедрения IIoT разнообразие бизнес-каналов, доступ- IIoT призван преобразовать прак- ных предприятиям, создавая больше Основными преимуществами внедре- тически все существующие бизнес- возможностей для повышения при- ния IIoT являются: модели, создавая при этом новые воз- влекательности для клиентов. ● повышение операционной эффек- можности для всех игроков на рынке промышленной автоматизации. Унифицированные источники тивности; данных ● возможность разработки новых про- Основная концепция IIoT заключа- ется в интеграции информационных Внедрение IIoT предполагает исполь- дуктов; технологий (ИТ), операционных тех- зование концептуально новых и уни- ● получение всеобъемлющей инфор- нологий (ОТ) и платформ для работы фицированных источников данных. с клиентами. мации; Эти данные будут поступать из самых ● операционные выгоды. Применение методологий постро- разных источников: ения систем с использованием IIoT ● традиционные внутренние бизнес- IIoT создаёт потенциальную выгоду предоставит возможности доступа к от подключения и интеграции данных новым источникам данных и инстру- источники; из систем информационных техноло- ментам аналитики, а также определит ● информационные технологии и свя- гий (ИТ), центра обработки данных в ближайшем будущем стандартные из операционных технологий (OT) на подходы и архитектуры для построе- занные с ними системы; заводе и подключённых устройств. ния распределённых систем управле- ● датчики; ● ИТ-часть бизнеса фокусируется на ния и мониторинга в различных обла- ● устройства, подключённые к сети Ин- стях промышленности. ресурсах, которые обрабатывают тернет; данные для бизнес-функций, таких Решения IIoT объединят разрознен- ● внешние источники социальных се- как начисление заработной платы, ные организационные элементы, про- базы данных, доступ к клиентам, раз- цессы и источники информации, что тей; личные бизнес-анализы, инструмен- позволит улучшить процесс разработ- ● другие структурированные и не- ты отчётности и инвентаризация. ки и доставки товаров и услуг. ● OT-технологии нацелены на систе- структурированные элементы дан- мы и элементы, которые строят, вы- ных (аудио, видео, цифровые изо- полняют, контролируют и наблюда- бражения). ют производственные или сервисные процессы. Традиционные Интеграция ИТ и ОТ возможности До появления Интернета вещей суще- - ствовало ограниченное сотрудниче- .. ство или перекрёстная связь между системами ИТ и ОТ. Рис. 1. Интеграция ИТ и ОТ WWW.SOEL.RU Такие «островки» исполнения спо- 10 собствовали развитию организацион- ных моделей, которые, будучи индиви- дуально эффективными, заставляли ИТ и ОТ работать относительно независи- мыми способами. В рамках системы IIoT эти два доме- на могут продолжать функционировать как отдельные пулы. При этом необходима интеграция: ● операционных и бизнес-данных; ● исторической аналитики; ● аналитики и прогнозирования в ре- альном времени; СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ● контроля; Таблица. Основные стандарты и международные консорциумы IIoT ● взаимодействия и анализа. Модель Организация Ссылка ГОСТ Интеграция этих данных приведёт к более интегрированной инфраструк- IIRA Industrial Internet Consortium https://iiconsortium.org/ ПНСТ ПРОМЫШЛЕННЫЙ туре ИТ и ОТ, что принесёт преимуще- ИНТЕРНЕТ ВЕЩЕЙ ства как по вертикали в обоих доменах, RAMI4.0 Platform Industrie 4.0 https://www.plattform-i40.de/ так и по горизонтали во всей органи- oneM2M https://www.onem2m.org/ ГОСТ Р 59799—2021 зации (рис. 1). Architecture Reference Model Консорциумы и модели IIoT Сервисы Основные Сервисы IIoT-платформы сервисы IIoT-платформы IIoT требует беспрецедентной степе- Среда разработки Основная Среда разработки ни системной интеграции через грани- IIoT-платформы инфраструктура IIoT-платформы цы домена, границы иерархии и фазы жизненного цикла. Это возможно только в том случае, если решения исходят из стандартов и спецификаций, основанных на кон- сенсусе (табл.). Крайне важно рассматривать стандар- тизацию как основу открытой и совме- стимой системной архитектуры для промышленной реализации концеп- ции интеллектуального производства. IIoT-платформа Рис. 2. Взаимодействие IIoT-платформ С функциональной точки зрения .. платформа IIoT – это техническая система, которая предоставляет ряд вспомогательных услуг для поддерж- ки доставки приложений IIoT. В контексте инициативы Консор- циума промышленного Интернета (Industrial Internet Consortium, IIC) по тестированию отдельных (вертикаль- ных) приложений, таких как управление эффективностью активов, контроллеры микросетей и производственные опера- ции должны полагаться на услуги плат- формы IIoT для предоставления надёж- ных, масштабируемых и безопасных приложений конечным пользователям. Каждое приложение IIoT зависит от Среды разработки платформы и набо- ра сервисов платформы (рис. 2). Сервисные функции IIoT Рис. 3. Сервисные функции платформы IIoT Трёхуровневая архитектура системы IIoT Сервисы платформы IIoT являют- ● интеллектуальные исполнительные ся общими для многих приложений устройства; Трёхуровневая архитектура вклю- Интернета вещей (рис. 3). чает в себя граничный уровень, уро- ● адаптеры; вень платформы и уровень предпри- Повторное использование этих ● шлюзы; ятия (рис. 4). служб для поддержки нескольких при- ● другие устройства. ложений даёт преимущества в области Уровни играют определённую стандартизации. Каждое устройство (Asset) на гра- роль в обработке потоков дан- ничном уровне должно иметь свой ных и потоков контроля, связан- Кроме того, их включение в архи- «драйвер» – Asset Administration тектуру горизонтальной платформы Shell (AAS). помогает разрушить границы и обе- спечивает совместимость между при- ложениями. Asset Под Asset понимают: ● интеллектуальные сенсоры; СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 11

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 4. Трёхуровневая архитектура IIoT Данная архитектура (рис. 6) позволя- ет локализовать операции и контроль (граничные аналитика и вычисления). Главное преимущество подобной архитектуры состоит в том, что мож- но снизить сложность систем IIoT для масштабирования по количеству управ- ляемых активов и по сетям. Некоторые сенсорные граничные узлы должны иметь возможность маршрутизации. В результате пути маршрутизации от одного сенсорно- го узла к другому и к граничному шлю- зу могут изменяться динамически. Граничный шлюз действует как единая точка входа в сенсорные граничные узлы и как точка управления, обеспе- чивающая маршрутизацию и преоб- разование адресов. Сетевой СТЭК и протоколы передачи данных Особое внимание при проектирова- нии IIoT-систем стоит уделить стандар- там (рис. 7): ● DDS (https://www.omg.org/spec/DDS/); ● TSN (IEC/IEEE 60802, IEEE 802.1Q); ● OPC UA (https://reference.opcfoundation. org/); ● MQTT (https://mqtt.org/). Формат обмена данными AutomationML (AML) Формат обмена данными AutomationML, стандартизированный в соответствии со стандартом IEC 62714, является нейтральным, бесплатным форматом данных на основе XML. Он был разработан для поддержки обмена данными между инженерными инстру- ментами в гетерогенной среде инже- нерных инструментов. AML должен содержать следующую Рис. 5. Функциональные домены IIoT информацию об устройстве (ASSET): ных с действиями по использо- ● идентификация: производитель, се- ванию. зовать одни и те же данные, анали- рийный номер, описание и т.д.; Уровни связаны тремя сетями: тические платформы и службы для ● бесконтактная сеть; преобразования данных и информа- ● технические данные: максимальная ● сеть доступа; цию в своих целях. ● сеть служб. скорость (для двигателя, например); Взаимодействие и управление Функциональные домены посредством шлюза ● оперативные данные: текущая темпе- трёхуровневой архитектуры IIoT Архитектура взаимодействия и ратура (для датчика температуры, на- Паттерн трёхуровневой архитекту- управления посредством шлюза содер- ры объединяет основные компоненты жит решение для локального подклю- пример); (например, платформы, службы управ- чения на границе системы IIoT со шлю- ления, приложения), которые обыч- зом, который соединяется с глобальной ● документация (PDF, например). но отображаются в функциональные сетью. домены (рис. 5). Помимо этого, AML позволяет хра- Шлюз действует как оконечная точка В результате компоненты всех функ- для глобальной сети, изолируя локаль- нить и передавать алгоритмы в стан- циональных доменов могут исполь- ную сеть от граничных сенсорных узлов. дарте OpenPLC (XML), а также имеет 12 возможность хранить версионность. Унифицированная распределённая архитектура платформы IIoT В основе передачи информации меж- ду различными уровнями лежит OPC WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ UA-протокол, в который интегрирует- ся AML-информация. При необходимости реализации REALTIME-сетей на Граничном уровне (Edge Tier) необходимо использовать OPC UA over DDS или OPC UA over TSN. Выводы Рис. 6. Архитектура взаимодействия и управления посредством шлюза При проектировании и разработке ... Энергоснабжение и Здравоохранение Производство Логистика ... современных IIoT-систем автомати- коммунальные услуги зации следует обращать внимание на опыт и предложения мировых сооб- Управление Телекоммутационное Производственное ществ в данной области, при этом распределёнными принимать решение об конкретной архитектуре, опираясь на особенно- данными сти конкретного производства и пред- приятия. Прикладной уровень DDS oneM2M Веб-сервисы OPC UA Приведённые в статье архитектурные подходы чётко дают понять, что необ- ходимо уже сейчас продумывать воз- можные пути и методы модернизации существующих и новых производств с учётом предлагаемых современных архитектурных векторов развития IIoT- систем. Литература Транспортный DDSI-RTPS CoAP MQTT HTPP OPC UA Bin уровень TCP 1. The Industrial Internet of Things Сеть TCP UDP Vocabulary. [Электронный ресурс] // URL: Связь https://iiconsortium.org/pdf/Vocabulary- Интернет-протокол (IP) Report-2.3.pdf (дата доступа: 10.05.2022). Физический уровень TSN / Wireless Wireless Wireless Wireless 2. The common strategy on international Ethernet PAN LAN 2G/3G/LTE Wide Area standardization in field of the Internet (802.1 (802.16) of Things/Industrie 4.0. [Электрон- (802.15) (802.11 (3GPP) ный ресурс] // URL: https://www. 802.3 Wi-Fi) plattform-i40.de/IP/Redaktion/EN/ Downloads/Publikation/common-strategy- Рис. 7. Сетевой стэк протоколов IIoT international-standardization.pdf?__ blob=publicationFile&v=4 (дата доступа: Производственная и товарная информация Заводские технологические данные 10.05.2022). Дополнительные данные о состоянии и Azure IoT веб-приложения датчиках 3. The Industrial Internet of Things Volume G1: Reference Architecture Version 1.9. Уровень предприятия Клиент/ [Электронный ресурс] // URL: https:// издатель iiconsortium.org/pdf/IIRA-v1.9.pdf (дата Заводские облачные доступа: 01.04.2022). соединители 4. Smart Factory Applications in Discrete Mfg Уровень Посредник white paper. [Электронный ресурс] // платформы Сервер агрегации URL: https://iiconsortium.org/pdf/Smart_ Factory_Applications_in_Discrete_Mfg_ Граничный Производственный модуль(и) цеха white_paper_20170222.pdf (дата досту- уровень OPC UA Сервер(ы) па: 10.05.2022). Рис. 8. Распределённая архитектура IIoT-систем (Ed.), Published by DAAAM International, 5. Digital Twin and Asset Administration ISBN 978-3-902734-11-2, ISSN 1726-9679, Shell Concepts and Application in the Manufacturing Systems in Industry 4.0: Vienna, Austria DOI: 10.2507/28th.daaam. Industrial Internet and Industrie 4.0. Trends, Benefits and Challenges, Proceedings proceedings.112. [Электронный ресурс] // URL: https:// of the 28th DAAAM International www.plattform-i40.de/IP/Redaktion/DE/ Symposium, pp. 796–802, B. Katalinic Downloads/Publikation/Digital-Twin-and- Asset-Administration-Shell-Concepts.pdf?__ blob=publicationFile&v=9 дата доступа: 10.05.2022. 6. Nikolic, B.; Ignjatic, J.; Suzic, N.; Stevanov, B. & Rikalovic, A. (2017). Predictive СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 13

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Автоматизированная система управления регулированием давления газа в производстве азота методом короткоцикловой безнагревной адсорбции Александр Саркисов (РТУ МИРЭА) нике и попадает в генератор азота, в котором происходит разделение В статье рассмотрена проблема деформации адсорбента на основе молекул кислорода и молекул азота углеродного молекулярного сита под давлением и предложено решение методом короткоцикловой безнагрев- для увеличения срока службы используемого адсорбента ной адсорбции. Молекулы кислорода в производстве азота методом короткоцикловой адсорбции. Приведён захватываются адсорбентом, в то вре- пример проекта внедрения автоматизированной системы управления мя как молекулы азота беспрепятствен- в производство азота. но проходят адсорбент и поступают потребителю. Генератор азота (рис. 1) Введение давления достигает от 3 до 10 бар, вслед- состоит из двух ёмкостей, наполненных ствие чего гранулы углеродного моле- гранулами углеродного молекулярно- Технологический процесс производ- кулярного сита деформируются и теря- го сита, системы трубопровода и кла- ства азота методом короткоцикловой ют свои свойства. Потеря адсорбентом панов. От плотности и размера гранул безнагревной адсорбции состоит из своих свойств влечёт за собой сниже- в ёмкостях генератора азота, давления нескольких этапов. Ключевым этапом ние качества производимого продукта, сжатого воздуха, его температуры и сте- производства является процесс адсорб- что создаёт экономические риски для пени очистки на входе в адсорбцион- ции (поглощения) молекул кислорода владельцев производства. При анализе ную установку зависит чистота и про- из сжатого воздуха и насыщение объёма предлагаемых азотных станций у боль- дуктивность получения азота. ёмкостей генератора азота молекулами шинства производителей отсутствует азота. Работа генератора азота циклич- система регулирования давления газа, Работа генератора азота по мето- на, и во время каждого цикла перепад и значение давления на входе в генера- ду короткоцикловой безнагревной тор азота определяется компрессором адсорбции циклична. Цикл состоит на самом первом этапе производства. из нескольких этапов: Данная концепция азотных станций не 1) Адсорбция при парциальном давле- позволяет использовать максимальный ресурс используемого адсорбента, что нии в первом адсорбере. приводит к замене дорогостоящего обо- 2) Регенерация адсорбента во втором рудования и материалов и повышению себестоимости производства азота. адсорбере. 3) Выравнивание давления в адсорбе- Основная часть рах. Процесс генерации азота состоит из 4) Адсорбция при парциальном давле- нескольких этапов: 1) сжатие воздуха; нии во втором адсорбере. 2) осушение сжатого воздуха; Время цикла зависит от характе- 3) очистка от примесей; ристик адсорбента и может быть 4) подготовка воздуха; представлено с помощью изотермы 5) адсорбционное разделение; адсорбции. Изотерма адсорбции – это 6) накопление азота. зависимость адсорбционной способно- сти от давления при постоянной темпе- Атмосферный воздух сжимается в ратуре. Изотерма адсорбции является компрессоре, проходит систему очист- источником информации о структуре ки, состоящей из трёх фильтров и осу- адсорбента, тепловом эффекте адсорб- шителя, накапливается в воздухосбор- ции и ряде других физико-химических и технологических характеристик [1]. Лучшая адсорбция кислорода происхо- дит при температуре 20°C и давлении (+) f(t) X(t) Коррек. Электро- Y(t) (–) фильтр двигатель Регулятор Заслонка Газоход Датчик W2 W3 W4 W5 W0 W1 Рис. 1. Генератор азота Рис. 2. Наполненный информацией прототип карточки клиента 14 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

Приглашаем 15-21ПсаатКввеМВингЦуОлдсь,«1тоКПВану4Аб2А-Ти30,Рн2Ик2аОТ», ОТВЕТСТДВЛЕНЯНАЖЯЕЭСЛТЕККТИРХОНУИСКЛАОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ 100% РОССИЙСКАЯ КОМПАНИЯ ЗАКАЗНЫЕ РАЗРАБОТКИ КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО Разработка электронного оборудования Контрактная сборка электроники уровней: по ТЗ заказчика в кратчайшие сроки модуль / узел / блок / шкаф / комплекс • Модификация КД существующего изделия • ОКР и технологические консультации • Разработка спецвычислителя на базе • Макеты, установочные партии, постановка в серию • Комплектование производства отечественными COM-модуля • Конфигурирование модульного и импортными компонентами и материалами • Поддержание складских запасов РЭК и материалов, корпусированного изделия • Сборка магистрально-модульной системы контролирование жизненного цикла комплектующих • Серийное плановое производство по спецификации заказчика • Тестирование и испытания изделий • Разработка изделия с нуля • Гарантийный и постгарантийный сервис (495) 232-2033 • WWW.DOLOMANT.RU Реклама

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Начало Начало Получения данных о Расчет рабочего давления в Расчет оптимального требуемой чистоте азота из адсорберах. Расчет времени давления, требуемого на SCADA системы полуцикла компрессоре Генерация азота в Данные из SCADA системы о адсорбере №1 требуемом давлении Открытие клапана к Нет Давление в адсорбере Чтение значений давления пуска адсорберу №1. Закрытие всех №1 равно рабочему Опрос датчика давления Передача сигнала Нет Компрессор Да и останова (Регистров остальных клапанов в адсорбере №1 давлению? «Пуск» включен? 4176...4177, 4178...4179) с Да контроллера Airmaster S1 Открытие клапана потребителю из Подача азота потребителю. Алгоритм управления Изменение значений Нет Данные адсорбера №1. Открытие клапана Регенерация адсорбента в контроллера в случае давления пуска и удовлетворяют между адсорберами. Открытие клапана останова требованиям? сброса из адсорбера №2 в атмосферу адсорбере №2 запуска системы Время полуцикла Нет Конец Да прошло? Нет Рис. 4. Алгоритм управления контроллера в случае изменения давления Да Выравнивание давления в адсорберах Закрытие клапана в адсорбер №1. Начало Закрытие клапана потребителю из адсорбера №1. Закрытие клапана Опрос датчиков давления Давление в адсорберах сброса из адсорбера №2 в атмосферу в адсорберах одинаково? Да Получения данных о Расчет требуемого давления Нет требуемой чистоте азота из Генерация азота в Передача значения Данные в границах адсорбере №2 SCADA системы требуемого давления в дозволленых автоматическую систему значений Нет управления давлением газа Да Давление в адсорбере Опрос датчика давления в Открытие клапана к Опрос датчиков давления и Передача данных о №2 равно рабочему адсорбере №2 адсорберу №2. Закрытие температуры сжатого давлении и температуре всех остальных клапанов воздуха после сжатого воздуха в SCADA давлению? Открытие клапана потребителю из Редукционного клапана №1 систему Да адсорбера №2. Открытие клапана между адсорберами. Открытие клапана Конец Подача азота потребителю. сброса из адсорбера №1 в атмосферу Регенерация адсорбента в адсорбере №1 Нет Время полуцикла Да Выравнивание давления в прошло? адсорберах Конец Рис. 3. Алгоритм управления ПЛК генератора азота Рис. 5. Алгоритм управления контроллера регулирующим клапаном 7–10 бар. Исходя из вышеизложенно- типовым алгоритмом регулирования Один из программируемых кон- го, задача внедряемой автоматизиро- (ПИД регулятор). Регулятор формиру- троллеров используется для контроля ванной системы управления состоит в ет сигнал управления и через электро- и управления генератором азота. Алго- регулировании давления газа на вхо- двигатель и заслонку воздействует на ритм управления данного ПЛК пред- де в генератор азота c учётом требуе- расход газа. ставлен на рис. 3. мых показателей чистоты получаемо- го азота. W0 – передаточная функция газохода. Основная задача по расчёту времени W1 – передаточная функция датчика цикла, требуемого давления и температу- Основываясь на опыте производите- с измерительным преобразователем. ры сжатого воздуха на входе в генератор лей системы управления для азотных W2 – передаточная функция коррек- азота, взаимодействие с системой визу- установок, внедрение системы автома- тирующего фильтра. ализации и выполнение роли ведущего тического управления регулировани- W3 – передаточная функция регуля- контроллера ложится на второй контрол- ем давления газа на входе в адсорбци- тора. лер. Некоторые примеры разработанных онную установку позволит исключить W4 – передаточная функция сервоэ- алгоритмов управления основного кон- влияние неизбежных скачков давления лектродвигателя. троллера представлены на рис. 4, 5. сжатого воздуха и повысит качество W5 – передаточная функция заслонки. производимого продукта. После внедрения системы автомати- Общая структура системы управ- ческого регулирования давления газа ления представлена на рис. 6. Обмен Структурная схема системы авто- для контроля протекания всего техно- информацей между ПЛК реализован матического регулирования давле- логического процесса требуется раз- согласно протоколу Modbus RTU, в то ния показана на рис. 2. Информация работка автоматизированной систе- время как взаимодействие между основ- о давлении подаётся на датчик давле- мы управления. Состав предлагаемой ным ПЛК и системой визуализации осу- ния с последующим преобразовани- системы управления состоит из двух ществляется по TCP/IP-протоколу. ем изменения давления в унифици- программируемых контроллеров, кон- рованный токовый сигнал, который трольно-измерительных (датчиков) Заключение поступает на вход корректирующего приборов и системы визуализации. фильтра и далее на вход регулятора с Причины и зависимость деформа- ции микропористого адсорбента в 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 6. Структурная схема системы управления ровой двойник» к генератору азота и Литература адсорбенту. Применение вышеописан- процессе адсорбции подробно опи- ных технологий даёт возможности для 1. Матвейкин В.Г., Погонин В.А., Путин С.Б. саны в [5]. Настоящая работа позволя- более глубокого исследования условий и др. Математическое моделирование и ет решить проблему неконтролируе- протекания процесса адсорбции и тем управление процессом короткоцикловой мого перепада давления и тем самым самым позволяет повысить качество безнагревной адсорбции. М.: Издатель- сократить износ адсорбента. Помимо продукции и сократить издержки во ство «Машиностроение-1», 2007. 140 с. этого, точная информация о давлении время производства. и его регулировании создаёт условия 2. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория для применения технологии «Циф- систем автоматического управления. СПб.: Профессия, 2003. 763 с. 3. Бакаев В.Н. Теория автоматического управления: методическое пособие к лабораторному практикуму. Вологда: ВоГТУ, 2009. 56 с. 4. Втюрин В.А. Основы АСУ ТП. СПб.: Изд- во Санкт-Петербургской государствен- ной лесотехнической академии имени С.М. Кирова, 2006. 154 с. 5. Фомкин А.А., Петухова Г.А. Особенно- сти адсорбции газов, паров и жидкостей микропористыми адсорбентами // Журнал физической химии. 2020. № 3. С. 393–403. 6. Бейли на Н.Ю., Липкина Н.В., Петров А.В. и др. Открытое акционерное общество «Научно- исследовательский институт конструкцион- ных материалов на основе графита «НИИгра- фит». Углеродное молекулярное сито. Патент № 2467793 РФ, МПК B01J 20/20 (2006.01). № 2011103866/05; Заявл. 03.02.2011; Опубл. 27.11.2012, Бюл. № 33. До 30 кВт двунаправленной энергии в небольших приборах Новые источники питания EA-PSB с наивысшей удельной мощностью на рынке • 2 в 1: программируемый источник питания и электронная нагрузка в одном приборе • Двунаправленная мощность с автодиапазонным выходом • Полностью цифровой контроль и управление (U, I, P, R) • КПД до 96% • Опциональное герметичное водяное охлаждение • Установленные интерфейсы (аналоговый, LAN, USB) • Слот Anybus для установки дополнительных интерфейсов • Моделирование (батареи, PV, FC), встроенный генератор функций • Мощность 1,5; 3; 5; 10; 15 и 30 кВт, ширина 19“, высота от 2U до 4U ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 17

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Прогнозирование качества шлифования с помощью цифрового двойника Борис Соловьёв (РТУ МИРЭА) ● изменение параметров в программе В статье рассмотрена верхнеуровневая модель процесса шлифования и сравнение их с реальными данны- и способы прогнозирования качества шлифования с помощью цифрового двойника. Описана архитектура процесса шлифования, ми для корректировки; использующая цифровой двойник и основные положения, на которых основывается прогнозная модель. ● возможность составления програм- мы правки шлифовального круга по определённой заданной траектории в зависимости от износа, а также учёт изменения расстояния между шлифо- Введение режиме гораздо труднее отследить вальным кругом и заготовкой на ве- точечные повреждения шлифовально- Для любого технологического про- го круга, которые возникнут в резуль- личину износа. изводства всегда актуальна задача тате частых столкновений, вследствие снижения трудоёмкости операций и чего качество обработанной поверхно- Такая модель зависит от множества себестоимости изготовления деталей сти понижается [7]. Для решения дан- с обеспечением заданных показате- ной проблемы наладчик обязан прове- параметров, которые, в конечном ито- лей качества. В современных научных рить изделие, выправить круг в случае исследованиях прослеживается поиск необходимости и поставить обратно ге, определяют изменение состояния совершенствования методов шлифо- на станок или же заменить круг, если вания, применяющихся на различ- нет возможности провести правку [6]. системы по их совокупности. ных производствах. Одним из откры- тых вопросов является оптимизация Одним из вариантов решения данной Другими словами, данное условие инструментообеспечения при шлифо- проблемы является создание цифрово- вальных операциях на станках с ЧПУ. го двойника на базе прогнозной модели. необходимо для своевременной кор- Основная часть Для разработки данной модели огра- ректировки оборудования и возможно- ничимся станками, которые не снабже- На данный момент на производствах ны системой автоматической правки сти скорректировать состояние пара- можно отметить 2 подхода к обработке шлифовальных кругов. заготовок при шлифовании: метров при моделировании в реальном 1) на станке с ЧПУ автоматизирова- Рассмотрим групповое цеховое про- изводство, где шлифовальные станки времени. на отслеживаемость состояния ин- с ЧПУ имеют схожие возможности и струмента и его правка при необхо- типовые конструкции, однако отли- В настоящей работе рассматривается димости; чаются, в большинстве своём, линей- 2) на станке с ЧПУ такой автоматиза- ными размерами [9]. случай, когда обрабатываемая поверх- ции нет. В первом случае, когда оценка износа При таком производстве маршрут ность заготовки меньше ширины шли- шлифовального круга и осуществление инструмента задаётся через G-code его правки уже полностью автоматизи- (язык программирования устройств с фовального круга. В таком случае у нас рованы, надобность в моделировании числовым программным управлением процесса для осуществления монито- (ЧПУ), и заготовка движется по опре- будут образовываться бороздки, кото- ринга с целью оптимизации инстру- делённой траектории, что приводит к ментообеспечения и разработке неравномерному износу шлифоваль- рые будут влиять на качество шлифо- цифрового двойника данного техно- ного круга [3]. логического процесса отпадает. вания [4]. Во втором же случае оператору или Важно отметить, что при таком режи- диспетчеру производства нужно само- ме работы производства сложно подо- Для примера можно рассмотреть стоятельно отслеживать, выправлять брать оптимальный по производитель- и заменять инструмент с запасом по ности маршрут обработки изделий с головку самореза и шлифовальный времени, при этом часто инструмент минимальной затратой ресурсов. используется неэффективно. круг, где заготовка имеет диаметр 7 мм, Особенно данные проблемы будут Прогнозная модель процесса шли- критичны в случае использования фования должна учитывать следую- а ширина круга 10 мм. «кассетных» заготовок, когда в зону щие факторы: шлифования подаётся сразу несколь- ● прохождение инструмента (шлифо- Рассмотрим верхнеуровневую ко заготовок, что приводит к увеличе- нию количества ударов шлифоваль- вального круга) по заданной траекто- модель данного процесса шлифования. ного круга о заготовки [8]. При таком рии, аналогичной реальной траекто- рии на реальном станке; Для составления прогнозной модели ● воздействие заготовки на шлифо- вальный круг, при котором возни- нам необходимо разделить шлифоваль- кает точечное стачивание заготовки; ный круг на равные сектора и рассмо- треть их неравномерное стачивание [2]. Далее должны быть определены пара- метры, которые мы можем отслеживать и корректировать в модели: ● термические параметры [5]; ● частота вращения и сила резания; ● зависимость снижения качества шли- фования от времени; ● влияние динамических воздействий; ● физико-химические свойства мате- риалов заготовки и инструмента; Так как точно описать и спрогнози- ровать поведение параметров систе- мы в данном процессе практически невозможно, а параметры системы зависят друг от друга согласно опи- санным законам [10], то необходимо воспользоваться Байесовской вероят- ностью [1]. 18 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Байесовская вероятность поможет отследить изменение параметров дис- ка в зависимости друг от друга. Байесовская вероятность описывает- ся формулой 1: , где P(A) — вероятность события A; Рис. 1. Блок-схема алгоритма верхнеуровневой модели процесса шлифования P(A | B) — вероятность события A при гидромашин // В сб.: Научно-техниче- ры шлифования // В сб.: Физические наступлении события B; ская конференция по итогам научно- и компьютерные технологии. Труды P(B | A) — вероятность наступления исследовательских работ 2019 года. 20-й Международной научно-практи- Сборник статей по материалам конфе- ческой конференции. Харьков, 2014. события B при истинности события A; ренции / отв. ред. В.А. Соколова. СПб., С. 39–43. P(B) — вероятность наступления 2020. С. 414–416. 6. Козлов Д.В., Игнатьев А.А. Динамическая 2. Калиновская Е.В. Компьютерное модели- модель процесса врезного шлифования события B. рование в решении вопроса повышения с учетом износа шлифовального круга // Верхнеуровневый алгоритм модели качества обработки деталей при опера- Вестник Саратовского государственно- циях шлифования // Проблемы науки. го технического университета. 2011. Т. 3. процесса шлифования, основанной на 2017. № 7 (20). С. 33–35. № 2 (58). С. 63–66. Байесовской вероятности, будет иметь 3. Симонов В.В., Игнатьев А.А. Разработка 7. Лапшин А.В., Балашов В.Н., Юдаев С.Н. вид, показанный на рис. 1. функциональной схемы процесса обра- Двустороннее шлифование в подвиж- ботки шлифованием с применением ных центрах // Металлообработка. 2011. Также мы должны учитывать, что для цифрового прибора активного контро- № 3 (63). С. 2–7. реализации и апробации данной моде- ля процесса шлифования колец подшип- 8. Воронков А.В. Математическая модель ли будет необходима автоматизирован- ников // В сб.: Управление качеством на шероховатости поверхности детали ная система для подготовки управля- этапах жизненного цикла технических и при плоском шлифовании с усложнён- ющих программ для станков с ЧПУ с технологических систем. Cборник науч- ной кинематикой // Фундаментальные и базой данных (CAM), которая будет спо- ных трудов Всероссийской научно-тех- прикладные проблемы техники и техно- собна передавать параметры в базу дан- нической конференции. Юго-Западный логии. 2011. № 2-3 (236). С. 22–30. ных, с которой необходимо будет вза- государственный университет. Курск, 9. Ардашев Д.В. Анализ различных механиз- имодействовать. 2019. С. 181–184. мов износа абразивного зерна в процес- 4. Зубарев Ю.М., Черненко В.И., Прие- сах шлифования // Современные фунда- Объединять все составляющие дан- мышев А.В. Разработка рациональных ментальные и современные исследова- ной системы должен цифровой двой- рабочих циклов с целью повышения ния. 2018. № 2 (29). С. 18–24. ник. эффективности процесса шлифования 10. Подборнов И.В., Свирщев В.И. Прогно- // Морские интеллектуальные техноло- зирование формирования остаточной Цифровой двойник представляет гии. 2020. № 2-2 (48). С. 148–154. шероховатости поверхности при пло- собой интерфейс взаимодействия опе- 5. Гершиков И.В., Новиков Ф.В. Упро- ском торцовом планетарном шлифова- ратора с объектом управления, моде- щённый подход к расчёту температу- нии // СТИН. 2011. № 5. С. 36–37. лирующий работу средств автоматиза- ции и их алгоритмов. Цифровая модель включает в себя описание возможных вариантов неисправностей технологи- ческого оборудования, инструментов и варианты их устранения. Благодаря цифровому двойнику модель не только сможет отражать текущее состояние процесса в режиме реального времени, но и позволит про- гнозировать будущее состояние, осно- вываясь на текущих данных благодаря прогнозной модели. Заключение Цифровой двойник, используя про- гнозную модель на базе Байесовской вероятности и CAM-систему с базой данных, будет способен оптимальным образом использовать ресурсы произ- водства, а точнее – увеличивать срок жизненного цикла инструмента, под- бирать для этого оптимальный марш- рут, а также помогать при составлении маршрутных карт. Литература 1. Ясев А.Г., Меженная К.Г. Исследование точности процесса шлифования валов СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 19

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Уроки импортозамещения от MT Microsystems: МЭМС-компоненты для навигации и связи Александр Бекмачев ([email protected]) ● беспилотная навигация и системы помощи при вождении для назем- Компания MT Microsystems с 25-летним опытом разработки ного транспорта; и производства инерциальных МЭМС-компонентов открывает российским потребителям новые возможности использования ● геофизические исследования, систе- акселерометров, гироскопов, БИНС, узлов АФАР для ответственных мы внутрискважинной навигации и применений. Собственный девиз «Постигать мир и вести за собой диагностики при бурении и добыче; к будущему» воплощается компанией буквально, об этом говорят её производственные и рыночные успехи. ● сейсмография и промышленный ви- бромониторинг; Один из столпов китайской инду- ектными нормами 0,5 мкм. В конце стрии МЭМС (Микроэлектромехани- производственной цепочки проис- ● потребительская электроника: Ин- ческие системы) компонентов для ходит корпусирование кристаллов в тернет вещей, умные дома, умная бы- инерциальных измерительных систем ИМС (интегральная микросхема) для товая техника; и средств радиосвязи, компания MT поверхностного монтажа, а также Microsystems более двух десятилетий сборка и калибровка функционально ● системы радиосвязи и радиолокации ведет собственные разработки и раз- законченных модулей БИНС (бесплат- диапазонов ВЧ/СВЧ. вивает полупроводниковые техноло- форменная инерциальная навигаци- гии для обеспечения импортозамеще- онная система) на основе собствен- Российские проекты, ния. Показателем признания успехов ных ИМС. реализованные при участии служит председательство компании в ООО «Фаворит-ЭК», которые национальной Ассоциации произво- Основные компетенции компании: стали возможны благодаря дителей МЭМС-компонентов. Основой инерциальные МЭМС-датчики и моду- применению продукции MT рыночной устойчивости производи- ли для навигации, разнообразные авто- Microsystems: теля служит штат квалифицирован- мобильные датчики, датчики давления, ных сотрудников, число которых пре- МЭМС-ключи для радиопередающих ● блоки навигации; высило в 2021 г. 200 человек, а также устройств. ● устройства стабилизации полезной полный собственный производствен- ный цикл на промышленной площад- Главные рынки, для которых нагрузки; ке в г. Шицзячжуа′н в провинции Хэбэй работает MT Microsystems: ● системы трекинга / контроля стату- континентальной части КНР. На заво- де предприятия функционирует про- ● национальная космическая програм- са подвижного состава; изводство МЭМС на базе 6″ пластин ма и авиация; ● гироинклинометрические системы КНИ (кремний на изоляторе) с про- ● подвижной состав и инфраструктура для MWD/LWD. высокоскоростных железных дорог; Обзор продукции ● автомобилестроение; Компания MT Microsystems провела системную работу по импортозаме- щению, создав базовую линейку ИМС с чувствительными элементами и фор- мирователями сигналов и стандартных а СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 б Рис. 1. ИМС акселерометров: а) внешний вид; б) габаритные размеры 20 WWW.SOEL.RU

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ интерфейсов. На основе собственной Таблица 1. Сравнительные характеристики ИМС-акселерометров компонентной базы создаются и более сложные системы с использованием Название, производитель продукции сторонних производите- лей, например, комплексные инерци- Параметр Единица MS9000 Safran Sensing Technologies MSA8000D MT Microsystems Co., Ltd. ально-спутниковые блоки навигации. измерения Switzerland SA (Colibrys) Акселерометры Тип корпуса – LCC20 LCC20 g ±2…±200 ±2…±200 Заметным успехом MT Microsystems Диапазон измерений мg <0,1…11 0,05…10 стало создание ИМС-акселерометра – аналоговый, ратиометрический цифровой, SPI серии MSA6000 для диапазонов изме- Разрешающая ортогонально планарно рения от ±2g до ±200g в керамическом способность мg корпусе LCC20 – аналога серии MS9000 <10…<1000 20…100 Safran-Colibrys. Впоследствии, с внедре- Интерфейс мg/°С нием ASIC, появилась версия акселеро- <0,1…<10 ≤0,1…≤10 метра в том же корпусе с цифровым Направление оси ppm/°С интерфейсом – MSA8000D, рис. 1. Аксе- чувствительности 100 ≤100…≤200 лерометры проходят заводскую кали- % от МК бровку для обеспечения стабильности Дрейф нуля на Гц <0,8…<1 <0,1…<0,5 рабочих характеристик при рабочих температурном кГц от 0 до ≥ 100 147 температурах –55 … +125°C и сохраняют °С параметры при одиночных ударных воз- диапазоне g 1,4...26 1,3...11,4 действиях до 10 000g. Сравнение с бли- В -55...+125 -55...+125 жайшим аналогом приведено в табл. 1. Температурный мВт 6000 (полусинус, 0,15 мс, 10 000 (полусинус, 2 мс, 3 раза в коэффициент одиночный, в 1 напр.) каждом напр.) Для лабораторных исследований, 2,5…5,5 5,0 ± 0,1 текущего контроля режимов работы смещения промышленного оборудования, испы- 2…7,5 100 таний авиационной техники, вклю- Температурная чая вертолёты, диагностики высот- стабильность масштабного коэффициента (МК) Нелинейность Полоса пропускания (-3 дБ) Резонансная частота Диапазон рабочих температур Стойкость к ударам Напряжение питания Потребляемая мощность Реклама СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 21

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ аб Рис. 3. Внешний вид инклинометра MTS2006 в гд зонами измерений от ±5° до ±75° с точ- ностью 0,01°, оснащаются интерфей- Рис. 2. Акселерометры в металлических корпусах: а) MSA1000; б) MSV3100A; в) MSV3070; г) MSV1210B; сами RS-232, RS-422, RS-485 скоростью д) MSV1250B обмена до 115 200 бит/с. Компактный корпус 33×35×17,5 мм обеспечивает аб в уровень защиты IP68 (рис. 3). гд Гироскопы (ДУС) Рис. 4. Гироскопы в металлических корпусах: а) MSG2004F; б) MSG2004D; в) MSG3000E; Функционально законченные дат- г) MSG360; д) MSG310F чики угловых скоростей (ДУС) пред- ставлены сбалансированной линей- ных зданий и сооружений, плотин, Инклинометры кой высокостабильных одно-, двух- и мостов, железнодорожной инфра- трёхкомпонентных гироскопов в проч- структуры выпускаются виброакселе- Специализированное решение пред- ных металлических корпусах. Базовые рометры в металлических корпусах лагается для двухплоскостной стабили- версии ДУС охватывают диапазон угло- индустриального стандарта с унифи- зации подвижных спутниковых антенн, вых скоростей ±450° с возможностью цированными системами крепления узлов радарных устройств, платформ расширения до ±3600°, полоса пропу- и интерфейсами. Малошумящие аксе- с промышленным, геофизическим и скания может быть расширена с базо- лерометры MSA1000(A), MSV3100(A), другим оборудованием, видеотеодоли- вой 150 Гц до 250 Гц. Лучшие показате- MSV3070/3071, MSV1210B, MSV1250B тов и оборудования сходного назначе- ли нестабильности смещения, которые имеют от 1 до 3 измерительных осей ния, а также для контроля и компенса- обеспечиваются в диапазоне рабо- и обеспечивают регистрацию сигналов ции крена вагонов высокоскоростных чих температур –45…+85°C, составля- в полосе от 0 до 10 000 Гц для диапазо- поездов. Двухосевые термокомпенси- ют 0,8…3,0°/ч для различных моде- на ±2g… ±200g у разных моделей, рис. 2. рованные инклинометры MTS2006 лей. Для внешней термокомпенсации имеют несколько исполнений с диапа- в конструкциях ДУС предусмотрены встроенные датчики температуры. В стандартном исполнении все блоки имеют интерфейс RS-422. Внешний вид гироскопических блоков MSG2004F в цилиндрическом корпусе с фланцем 22×22×30,5 мм и MSG2004D, MSG3000E, MSG360, MSG310F в прямоугольных корпусах объёмом от 4,1 до 37,2 см3 показан на рис. 4. Особого внимания заслуживает одно- осный гироскоп MSG1100D в компакт- ном стальном корпусе, специальная версия которого имеет подтверждён- ную многолетнюю историю примене- ния в РФ, рис. 5. В заданных условиях применения этот датчик успешно кон- курирует с однокомпонентной верси- ей Sensonor STIM210, сравнение при- ведено в табл. 2. Для замены 2- и 3-компонентных вер- сий STIM210 стоит рассмотреть модуль в аналогичном корпусе – MSG3000E. 22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Таблица 2. Сравнительные характеристики однокомпонентных ДУС Единица Название, производитель измерения Параметр STIM210, 1 компонент Safran Sensing MSG1100D(C)-300 Technologies Norway AS (Sensonor) MT Microsystems Co., Ltd. Размеры корпуса мм 38,6×44,8×21,5 20×22×10,2 Диапазон измерений °/c – ±400 ±300 (±100 … ±5000) Интерфейс °/ч Дрейф нуля °/√ч RS-422 SPI / RS-422 Случайный угловой уход ppm или % от МК 4…10 ≤10 Нелинейность МК Гц °С 0,15 ≤0,2 Полоса пропускания (-3 дБ) Диапазон рабочих температур 25 ppm ≤0,1 % от МК Стойкость к ударам g От 16 до 262 120 –40...+85 –40...+85 Напряжение питания В Потребляемая мощность мВт 1500 (полусинус, 0,5 мс в любом 2000 направлении) 5,0 ± 0,5 5,0 ± 0,1 <1500 <150 Рис. 5. Внешний вид гироскопа MSG1100D(С)-300 Табл. 3. Сравнительные характеристики инерциальных измерительных модулей MSI310 и ADIS16465-2 Рис. 6. Инерциальные модули MSI310, MSI313, Параметр Единица ADIS16465-2 MSI310 MSI362, MSI3000F измерения Analog Devices MT Microsystems Co., Ltd. Инерциальные модули Интерфейс – SPI SPI / RS-422 4,5…5,5 Инерциальные измерительные моду- Напряжение питания В 3,0…3,6 28 ± 5 ли MT Microsystems имеют преиму- –40...+85 щественно 6-компонентную конфи- Потребляемый ток мА 44…55 гурацию и также созданы на основе SUS304 (08Х18Н10) собственных чувствительных МЭМС- Диапазон рабочих температур °C –40...+105 22,4 × 22,4 × 9,0 элементов. Модель начального уров- 2000 ня MSI310, уже известная российским Материал корпуса – алюминиевый сплав потребителям, в своё время была соз- ±450 дана как прямая замена Analog Devices Размеры корпуса мм 22,4 × 22,4 × 9,0 ≥100 ADIS16465-2 (табл. 3). Модули MSI313, MSI362, MSI370A в корпусах близкого Стойкость к ударам g 2000 ±0,1 габарита и веса имеют нарастающую от модели к модели точность и стабиль- Гироскопы ±0,05 ность, что позволяет заказчику выбирать 0,04 для массовых применений подходящую Диапазон измерений °/с ±500 10 пропорцию цена/производительность 0,4 (рис. 6). Старшей моделью в настоящий Полоса пропускания (-3 дБ) Гц 550 ±0,2 момент является MSI3000F, эксплуатаци- 0,005 онные и весогабаритные характеристи- Изменение масштабного коэффициента (МК) в % ±0,3 ки которой наиболее близки к Sensonor температурном диапазоне (-40 ... +85°C, 1σ ) ±15 STIM300, см. табл. 4. ≥100 Погрешность несоосности (1σ) ° ±0,05 На основе базовых моделей созда- ±0,1 ются специальные решения, напри- Нелинейность (на полном диапазоне) % от МК 0,2 мер, для железнодорожной техники. ±0,05 Нестабильность нулевого сигнала (1σ) °/ч 2,5 0,03 70 Случайный угловой уход (1σ) ° / √ч 0,15 0,07 ±3 Температурная погрешность (-40 ... +85°C, 1σ) °/с ±0,2 Погрешность от линейного ускорения °/с / g 0,009 Акселерометры Диапазон измерений g ±8 Полоса пропускания (-3 дБ) Гц 600 Изменение масштабного коэффициента (МК) в % ±0,1 температурном диапазоне (-40 ... +85°C, 1σ ) Погрешность несоосности (1σ) ° ±0,05 Нелинейность (на полном диапазоне) % от МК 0,5…1,5 Нестабильность нулевого сигнала (1σ) мкg 3,6 Случайный уход по скорости (1σ) м/с / √ч 0,012 Температурная погрешность (-40 ... +85°C, 1σ) мg ±1 Табл. 4. Сравнительные характеристики инерциальных измерительных модулей MSI3000F и STIM300 Параметр Единица STIM300 MSI3000F измерения Safran Sensing Technologies MT Microsystems Co., Ltd. Интерфейс Частота дискретизации Norway AS (Sensonor) RS-422 Напряжение питания 1000 – RS-422 5,0±0,3 Потребляемый ток 300 Материал корпуса отсчётов/с ≤2000 Алюминиевый сплав Размеры корпуса 38,6×44,8×20,5 Диапазон рабочих температур В 5,0±0,5 –40 ... +85 Стойкость к ударам ≥2000 Несоосность чувствительных элементов мА 300 3 Диапазон измерений – Алюминиевый сплав Полоса пропускания (-3 дБ) ±450 Изменение масштабного коэффициента мм 38,6×44,8×21,5 150 (10 … 250) в температурном диапазоне Нестабильность нулевого сигнала (1σ) °C –40 ... +85 ≤20 Случайный угловой уход (1σ) g 1500 0,8 Диапазон измерений 0,1 Полоса пропускания (-3 дБ) мрад 1 Изменение масштабного коэффициента ±15 в температурном диапазоне Гироскопы 150 (10 … 250) Нестабильность нулевого сигнала (1σ) Случайный уход по скорости (1σ) °/с ±400 ≤100 Гц 16 … 262 0,015 0,015 ppm ±500 °/ч 0,3 ° / √ч 0,15 Акселерометры g ±10 (±5; ±30; ±80) Гц 90 … 214 ppm 100 мg 0,05 м/с / √ч 0,07 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 23

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ а Рис. 8. Варианты исполнения корпуса блока инерциально-спутниковой навигации MNV420A Табл. 5. Основные характеристики навигационной системы MNV420A б Характеристика Параметр Значение Единица Комбинированный режим измерения Рис. 7. Блоки датчиков для железнодорожной Крен / тангаж (1σ) 0,1 техники: а) MSV3009; б) MSVT1101A-100 ИНС+ГНСС (точность ° определения) Курс (1σ) 0,2 / базовая линия Трёхкомпонентный виброакселеро- 1м ° метр MSV3009 призван контролиро- Автономное навигационное вать устойчивость колёсной тележки решение, только ИНС Положение (1σ) 1,5 м (SPP), – и деформацию корпуса вагона. Кон- 2 cм + 1 ppm (RTK) струкция датчика в корпусе уровня Гироскоп м/с IP68 обеспечивает защиту от ЭМП, Скорость (1σ) 0,03 механических повреждений и отве- Акселерометр м чает требованиям эксплуатации на Погрешность определения положения при 0,2 железных дорогах. Комбинированный Общие потере сигнала ГНСС (10 с) % датчик MSVT1101A-100 для локомоти- вов одновременно измеряет вибра- Погрешность определения положения 0,2 ° цию и температуру в месте установки при потере сигнала ГНСС, пробег/ для обеспечения безаварийных режи- продолжительность (1 км / 2 мин) °/с мов работы приводных механизмов °/ч (рис. 7). В обоих датчиках предусмо- Погрешность определения курса при потере 0,15 °/ч трена цепь автоматического самоте- сигнала ГНСС (1 мин) °/с стирования. ppm Диапазон измерений ±450 g БИНС с ГНСС мg Стабильность нуля 10 мg Весьма значительным успехом ком- мg пании стало создание БИНС MNV420A Нестабильность смещения нуля 2 ppm со встроенным мультисистемным при- В ёмником сигналов глобальных навига- Смещение нуля в температурном диапазоне 0,1 Вт ционных спутниковых систем (ГНСС). мм Характеристики блока позволяют Нелинейность масштабного коэффициента 100 г использовать его в системах помощи при вождении ADAS на дорогах общего поль- Диапазон измерений ±8 Гц зования и обеспечивают выполнение требований по автономному вождению Стабильность нуля 0,2 бит/с уровней L3, L4. Одна из версий MNV420 получила признание государственной Нестабильность смещения нуля 0,02 °С автомобилестроительной компании °С КНР SAIC Motor Corporation и интегри- Смещение нуля в температурном диапазоне 2 рована в легковой автомобиль Marvel R, магистральный автономный грузовик и Нелинейность масштабного коэффициента 200 в перспективный электрический внедо- рожник. Благодаря переносимости реше- Напряжение питания 9…24 ния и наличию универсального интер- фейса CAN блок может быть встроен в Потребляемая мощность ≤6 систему управления карьерной, строи- тельной, сельскохозяйственной и прочей Габаритные размеры 155 × 81 × 35 24 Вес <450 Тип интерфейса RS-422, CAN Частота обновления данных 100 Скорость передачи данных RS-422, 230 400; CAN, 500K Диапазон рабочих температур -40…+85 Диапазон температур хранения -50…+105 мобильной техникой с разной степенью ры –55°C рассчитаны на работу в радио- автономности (рис. 8). Дополнительный трактах диапазонов C, X, Ku, K, Ka интерфейс RS-422 230 400 бод при часто- на частотах от 6 до 38 ГГц. те обновления данных 100…200 Гц обе- спечивает выполнение и более слож- Основные параметры для разных ных задач, связанных со стабилизацией моделей: полезной нагрузки, навигацией и ориен- ● размер на плате: от 4,5×5 мм до тированием в полёте. Основные характе- ристики приведены в табл. 5. 8×10 мм при высоте 2,7…3 мм; ● коэффициент стоячей волны (VSWR): Радиочастотные компоненты 1,25…1,4; МЭМС-изоляторы серии SiIS и цирку- ● вносимые потери: 0,5…0,8 дБ; ляторы серии SiDCR с установленным ● величина развязки (ISO): 11…20 дБ. нижним пределом рабочей температу- Внешний вид циркуляторов и изоля- торов в исполнении для поверхностно- го монтажа приведён на рис. 9. WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ За пределами нашего обзора останут- Рис. 9. Внешний вид МЭМС-циркуляторов и изоляторов ся другие компоненты MT Microsystems, такие как датчики температуры, раз- ления кондиционера, датчик обратного соответствия стандарту IATF16949:2016 нообразные МЭМС-датчики давле- давления выхлопных газов, датчик тем- управления качеством для поставщиков ния для воздушных и гидравлических пературы масла и охлаждающей жидко- автомобильной промышленности. магистралей в промышленном обо- сти. Качество продукции подтверждено рудовании, авиационной, морской, действующим Сертификатом № 0414485 Это объёмная тема, и она заслужива- железнодорожной технике, энергети- ет отдельной публикации. ке, системах вентиляции, отопления, кондиционирования, в коммунальном хозяйстве, транспортной и логистиче- ской инфраструктуре, для систем рас- пределения энергоресурсов и пр. Особого внимания заслуживает про- дукция MT Microsystems для автомобиль- ной техники: датчик массового расхода воздуха (ДМРВ), датчик дифференци- ального давления, датчик абсолютно- го давления во впускном коллекторе – ДАД или MAP, датчик давления паров топлива, датчик давления гидравличе- ской/тормозной системы, датчик дав- НОВОСТИ МИРА ВОРОНЕЖСКИЙ ARM- выбрано изделие воронежского НИИ элек- в медицинской технике, энергетике и дру- тронной техники К1921ВК01Т. гих областях. МИКРОКОНТРОЛЛЕР Данный 32-разрядный микроконтрол- «То, что наш микроконтроллер был вы- К1921ВК01Т ПОСТАВЯТ лер, основанный на ядре ARM Cortex-M4F, бран в качестве основы для устройств УПРАВЛЯТЬ ЕДИНОЙ подходит для управления электропривода- управления энергосистемой и электро- ми и электрическими силовыми установка- приводами инновационного электрическо- ЭНЕРГОСИСТЕМОЙ ми благодаря расширенным функциям и го речного трамвайчика, – с одной сторо- ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЧНЫХ большому набору интерфейсов, включая ны, большая честь для нас, а с другой – до- ТРАМВАЙЧИКОВ девять модулей ШИМ, из которых шесть – стойная оценка нашего решения. Транспорт с поддержкой режима высокого разреше- вообще и речные суда в частности – это Электросуда с микроконтроллерами ния; шесть модулей захвата/сравнения; три область техники, в которой сегодня очень К1921ВК01Т на борту уже курсируют по аналоговых компаратора. Также микросхе- многое зависит от электроники, в том чис- Москве-реке в опытном режиме. ма имеет два порта CAN 2.0b, интерфейсы ле жизнь и безопасность людей, поэтому USB 2.0 Device/Host с физическим уровнем к надёжности электронных компонентов О том, что после 16-летнего перерыва PHY, Ethernet 10/100 Мбит/с, UART, SPI, I2C. здесь предъявляются очень жёсткие тре- возродятся регулярные перевозки пассажи- бования. Мы гордимся, что наш микрокон- ров по Москве-реке, стало известно около Микроконтроллер работает на тактовой троллер подтвердил соответствие этим вы- года назад. Но это не просто возвращение частоте 100 МГц, снабжён Flash-памятью соким стандартам», – сказал коммерческий легендарного речного трамвайчика: речные ёмкостью 1 МБ, встроенным ОЗУ 192 КБ директор АО «НИИЭТ» Владимир Малеев. маршруты будут интегрированы в общую и имеет в своём составе двенадцать двух- систему городского пассажирского транс- канальных 12-разрядных АЦП. Выпускает- Электросуда с микроконтроллерами порта, а регулярные рейсы впервые в ми- ся микросхема в пластиковом корпусе ти- К1921ВК01Т на борту уже курсируют по Мо- ре будут осуществляться электрическими па QFP-208. скве-реке в опытном режиме. Ожидается, что речными судами в круглогодичном режи- движение по двум маршрутам («Фили – Ки- ме. Эти экологичные речные трамвайчики Благодаря широкому функционалу ИС евский вокзал» и «Печатники – Автозавод- получат имена московских рек. Имя перво- К1921ВК01Т для решения задач, возложен- ский мост») откроется в этом году. Сначала го из них – «Синичка» (в честь реки, про- ных на них в рамках аппаратуры управления на маршрутах будут работать девять таких текающей через Соколиную Гору, Лефор- энергосистемой и электроприводами элек- судов, способных перевозить до 80 пассажи- тово и Басманный) – выбрали пользова- трического судна, понадобилось всего два ров (они будут снабжены 50 сидячими и 30 тели проекта «Активный гражданин». Об таких микроконтроллера, которые вошли в стоячими местами), затем количество судов этом CNews сообщили представители АО состав аппаратуры, разработанной петер- планируется довести до 21. Также этот про- «НИИЭТ». бургской компанией «Русское электротех- ект имеет хороший потенциал для масштаби- ническое общество». рования. В частности, существуют планы за- Но за романтикой речных судов скрыва- пустить в будущем подобные электрические ются сложные и ответственные технологии. Помимо систем управления, ИС речные трамвайчики в Нижнем Новгороде. Среди них – управление силовыми установ- К1921ВК01Т может применяться в сред- ками, энергосистемой, электроприводами ствах измерения, связи, наблюдения, без- russianelectronics.ru рулей и т. п. Для решения этой задачи не- опасности, автоматизации производства, обходим надёжный микроконтроллер, и на эту роль в новых электрических судах было СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 25

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Доверие к искуственному интеллекту и факторы риска его применения в различных сферах жизни Роман Болбаков, Михаил Коваленко, Антонио-Кристи Исаев (РТУ МИРЭА) ных ситуаций. В ходе исследования результатов выбора было рассмотре- Стремительное развитие искусственного интеллекта (далее – ИИ) но более 11 млн возможных сценари- обусловило его широкое применение во всём мире, однако феномен ев поведения, на основании которых и искусственного интеллекта на данный момент недостаточно изучен, предлагается обучение ИИ для понима- что подтверждается малым количеством исследований, проведённых ния необходимого выбора. Также при в этой сфере, по причине её новизны. Данная работа призвана разработке подобной системы стоит исследовать вопрос доверия к искусственному интеллекту, рассмотреть учитывать результаты краш-тестов на выделенные на сегодня факторы, на которые можно опираться при различных скоростях для понимания изучении данного вопроса, а также обсудить вопросы внедрения возможных повреждений самим ИИ в искусственного интеллекта в такие сферы, как повседневное ходе решения подобного вопроса. использование, бизнес и военные структуры. Не стоит забывать и о правовом Введение Можно также упомянуть о знамени- аспекте подобных беспилотников. тых законах робототехники Айзека Прецедентом на данный момент стало Исследование берёт своё начало Азимова, которые можно использовать поведение машины Tesla, которая хоть в работе «Доверие в искусственном и в применении ИИ. На их основе пред- и остановилась на требование сотруд- интеллекте» [1], собранной на основе лагается рассмотреть некоторые вари- ника полиции, однако, не дождавшись изучения отношения населения пяти анты планирования подхода к разра- его, скрылась с места остановки. Этот стран (США, Канады, Германии, Велико- ботке и обучению ИИ. эпизод считается феноменальным по британии и Австралии), в котором при- причине того, что закону неизвестно, няло участие 6054 человека, к ИИ. Выво- Анализ проблемы что делать с искусственным интеллек- ды оказались достаточно интересными: в гражданской сфере том, который, по сути, нарушил пра- бо′льшая часть опрошенных (62%) слы- вила. Если рассматривать вопрос кон- шали о существовании технологии ИИ, Рассмотрим пример работы с искус- кретней, кто должен понести наказание однако мало понимают, как именно она ственным интеллектом на примере за превышение скорости: автомобиль поможет в повседневной жизни. Кроме известной компании Tesla и их раз- (что в текущий момент звучит как бес- того, 81% респондентов ожидают, что работок в сфере управления транс- смыслица), его владелец, не ответствен- ИИ будет регулироваться на законода- порта на основе компьютерного зре- ный за поведение беспилотника, или же тельном уровне и что должен существо- ния. С точки зрения законодательства компания, создавшая его, не предусмо- вать новый независимый регулятор ИИ. подобное решение является лишь тревшая подобный сценарий? Право- достаточно умной системой удержа- вым ведомствам предстоит серьёзная Выводы, полученные данным иссле- ния автомобиля на полосе, однако как работа по урегулированию всех аспек- дованием, подкрепляются также и западные, так и отечественные разра- тов подобной технологии [5]. основными тезисами из многочислен- ботки гражданских беспилотников в ных работ по изучению этого вопро- лице Яндекса стремятся создать доста- Анализ вопроса в бизнес-сфере са, например, тезисы статьи Дашкова точно мощный ИИ для решения задачи Андрея Александровича [2] о факторах, передвижения по дорогам общего поль- Рассматривая возможности ИИ, которые человечеству и государству зования. В таких ситуациях стоит учи- невозможно задвигать его примене- необходимо принимать во внимание тывать внештатное поведение, которое ние бизнесом на задний план. Начи- при решении столь трудной дилеммы, в состоянии обработать человек, одна- ная от задач, с которыми мы уже более как изучение доверия и этичности ИИ. ко подобные вопросы вводят ИИ и его или менее научились справляться, Видите ли, в отличие от заранее запро- разработчиков в ступор выбора вариан- таких как анализ больших данных и граммированных сценариев, ИИ спосо- тов действия. В ход вступают извечные введение систем распознавания речи бен обучаться и делать выводы, которые дилеммы, такие как дилемма вагонетки и текста, заканчивая задачами, которые человеком могут трактоваться двояко [3] в слегка изменённом формате. Перед в перспективе могли бы лишить мно- (примеры будут рассмотрены в статье), водителем резко появляется выбор пре- жество людей их рабочих мест, что в конце концов, интеллект – это каче- пятствия: пешеход или бетонное ограж- уже является вопросом этичности ИИ. ство психики, которое характеризует- дение, учитывая, что скорость автомо- Несмотря на полезность ИИ, не стоит ся способностью приспосабливаться к биля достаточно высока для полной забывать, что технологии подвержены различным ситуациям, способностью остановки и, скорее всего, приведёт к кибератакам или нарушению данных, к обучению и запоминанию информа- неминуемой гибели одного из участни- способных привести к неминуемым ции и пониманию абстрактных кон- ков дилеммы. Этим вопросом задались последствиям, например, ошибкам при цепций, которым нам ещё предстоит и создатели ресурса «Moral Machine» анализе крови, ведущим к неправиль- обучить машины, а что говорить о бес- [4], который предоставляет 13 вариан- ному лечению пациентов. конечных научно-фантастических сце- тов выбора различных имитирован- нариях развития ИИ! Говоря о бизнесе, стоит понимать, что на текущем этапе развития невоз- 26 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ можно оставить систему, например, выполнению и решить их самостоя- рия к ИИ и его этичности, споры об систему принятия решений, в под- тельно. В этом случае человек может этом могут растянуться на весь жиз- чинении ИИ, ведь недостаточно обу- положиться на общепринятое мнение ненный цикл этой технологии, но ченный механизм способен выдавать или на авторитетное лицо [9]. нельзя отрицать важность влияния ошибки за счёт непонимания получен- подобных систем на развитие пони- ного результата вследствие наруше- Вопросы, рассматриваемые в статье, мания глобальных процессов за счёт ния данных. Системам искусственно- поднимались до этого в исследовани- считывания и обучения машин чело- го интеллекта можно передать решения ях [10], где авторы утверждали, что эти- веческим моральным и этическим тех или иных бизнес-процессов, кото- ческие рассуждения и принятие этиче- действиям в повседневных ситуаци- рые требуют анализа большого количе- ских решений различны: первое может ях. При помощи технологий можно ства заранее известных факторов, при быть достигнуто людьми, а второе (на быстрее анализировать полученные помощи которых система сможет ана- сегодняшний день) едва ли может быть результаты, искусственный интел- лизировать решения. выполнено передовыми машинами. лект позволит обработать множество Формально в работе иностранных кол- медицинских исследований и прове- Анализ проблемы в оборонной лег [10] изучаются эти два понятия, но сти среди них метаанализ для выяв- промышленности мы (люди) воспринимаем это различие ления или же опровержения законо- интуитивно. Учитывая современные мерностей. Системы ИИ в оборонной промыш- технологии и наличие чёткой грани- ленности способны принести как мас- цы между этическими способностями Литература су пользы, так и большие потери за счёт людей и ИИ, встаёт вопрос, зачем нам ошибок в интерпретации данных. Если их сравнивать? На данный вопрос есть 1. Studie: Bu..rgerinnen und Bu..rger haben даже человеку в экстремальной ситуа- ответ: в некоторых простых сценари- wenig Vertrauen in ku..nstliche Intelligenz ции порой сложно применять принцип ях алгоритма может быть достаточно // URL: https://home.kpmg/de/de/home/ «свой-чужой», а решение зачастую при- для достижения почти (если не точно) themen/2021/05/studie-buergerinnen- ходит благодаря неожиданным факто- одинаковых результатов между сторо- und-buerger-haben-wenig-vertrauen-in- рам, таким как жесты, мимика, речь или ной этических рассуждений и челове- ki.html. внешний вид, то ИИ и подавно не спра- ком, принимающим решения исходя вится с подобной задачей сразу. Кроме из морали. 2. Дашков А.А., Нестерова Ю.О. Построе- того, следует учитывать, что летальное ние доверия при использовании искус- оружие с применением технологий ИИ Также важным принципом этиче- ственного интеллекта // E-Management. может неправильно интерпретировать ского принятия решений является вер- 2021. Т. 4. № 2. С. 28–36. заранее изученные данные и атаковать ность. Верность касается ответствен- гражданских, что не позволяет полно- ности человека к самому себе: быть 3. Next Stop: “Trolley Problem” // URL: https:// стью довериться подобным системам верным и правдивым в своих отноше- www.merriam-webster.com/words-at-play/ в боевом режиме. Однако, несмотря ниях с другими. Это также включает в trolley-problem-moral-philosophy-ethics. на все риски, с точки зрения человече- себя выполнение обещаний, выпол- ской этики спасти жизнь рядового, не нение взятых на себя обязательств и 4. Moral Machine // URL: https://www. дав ему погибнуть на поле боя, за счёт надёжность [11]. moralmachine.net/hl/ru. применения беспилотников, анализи- рующих ситуацию на основе холодно- Современные исследования [12] 5. Синицин С.А. Искусственный интеллект го расчёта, гораздо более приемлемый показывают, что когда людей просят в координатах права // URL: https://izak. вариант. оценить этические решения человека ru/img_content/events/iskusstvennyj- или водителя ИИ, люди не отдают одно- intellekt-v-koordinatah-prava.pdf. Готово ли общество к принятию значного предпочтения ни тому, ни этических решений с помощью другому; этот нулевой результат одно- 6. Pratt G.A. Is a cambrian explosion coming ИИ? роден по странам. Однако когда спро- for robotics? // Journal of Economic сили об их явном мнении, следует ли Perspectives, 29 (3) (2015), pp. 51–60. Современные технологии в области разрешать водителю принимать этиче- ИИ являются примерами тенденции к ские решения на дороге, испытуемые 7. Wiener N. God and Golem, Inc: A Comment повышению уровня сложности и авто- высказались более решительно против on Certain Points where Cybernetics номии в самых разных процессах [6]. автомобилей с искусственным интел- Impinges on Religion vol. 42, MIT press Уже давно существуют опасения по лектом. Кроме того, мы используем (1964). поводу этики ИИ, которые обозрева- структурную оценку, чтобы показать, ются и обсуждаются в различных тру- что несоответствие между этими дву- 8. McCarthy J., Hayes P.J. Some philosophical дах и работах, включая современную мя результатами вызвано комбинаци- problems from the standpoint of artificial художественную литературу и иссле- ей двух элементов: люди считают, что intelligence Readings in artificial дования [7, 8]. общество не хочет, чтобы ИИ прини- intelligence, Elsevier (1981), pp. 431–450. мал этические решения, и оправдывают Доверие касается вопросов в области свои убеждения об обществе (общепри- 9. Большой психологический словарь / под компетенции человеческого познания. нятые или нет), когда их спрашивают ред. Б.Г. Мещерякова, В.П. Зинченко. М.: Также доверие касается и задач, кото- об этом. Прайм-ЕВРОЗНАК, 2003. 632 с. рые человек может выполнить само- стоятельно. Человек делегирует задачи, Вывод 10. McDermott D. What matters to a machine? если у него нет желания их выполнять Machine ethics (2011), pp. 88–114. или он неспособен приступить к их На текущий момент не может быть однозначно трактован вопрос дове- 11. Bersoff D., Koeppl P. The relation between ethical codes and moral principles. Ethics and Behavior 3 (3 & 4): 345–357 (1993). 12. Caro-Burnett J., Kaneko S. Is Society Ready for AI Ethical Decision Making? Lessons from a Study on Autonomous Cars. Journal of Behavioral and Experimental Economics, v. 98, Elsevier 2022. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 27

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Разработка портативного устройства и комплекса программ для тестирования и настройки многофункциональных аварийных вычислителей-регистраторов Андрей Васенев ([email protected], РТУ МИРЭА) ● автоматический анализ загруженных диагностических журналов; Многофункциональные аварийные вычислители-регистраторы используются для регистрации параметров состояния поезда ● выгрузка диагностических журналов метрополитена и являются комплексными изделиями. В процессе с накопителя устройства на ПК; их тестирования и настройки применяется специализированное ПО и внешние аппаратные средства, однако некоторые процессы ● установка точных даты и времени в взаимодействия с регистратором могут быть автоматизированы регистратор при помощи GPS; и реализованы в отдельном портативном устройстве. В статье описывается разработка и реализация такого устройства и комплекса ● предоставление человеко-машинно- программ для его работы. го интерфейса для взаимодействия с устройством. Введение считывания записанных данных В качестве платы центрального и применяется также для считыва- Многофункциональный аварийный ния диагностической информации микроконтроллера устройства была и настройки. Для решения таких выбрана Raspberry Pi Pico с 26-кон- вычислитель-регистратор произво- задач используется специализиро- тактным интерфейсом ввода/выво- ванное ПО. да (GPIO), поддерживающая такие дится АО «НИИВК им. М.А. Карцева» протоколы, как SPI, I2C и UART. Отли- Проектирование устройства чительной особенностью платы по и представляет собой малогабарит- сравнению с прочими решения- При анализе процессов такого вза- ми является встроенная поддержка ное бортовое устройство, предназна- имодействия с регистратором были программирования контроллера на выявлены задачи, нуждающиеся в языке MicroPython. Это интерпре- ченное для регистрации параметров автоматизации, и методы, которые тируемый язык с синтаксисом стан- могут быть усовершенствованы, – дартного языка Python, созданный состояния поезда метрополитена это задача анализа диагностических специально для работы на микро- журналов, формируемых встроен- контроллерах. Язык прост в освое- и сохранения зарегистрированной ной программой регистратора и нии и позволяет быстро и эффек- используемых на некотором этапе тивно разрабатывать как прототипы информации в рабочих и аварий- их тестирования, а также метод уста- программ, так и финальные сборки. новки актуальных даты и времени. Объём и читаемость исходного кода ных условиях. Регистратор рассчитан Для сокращения времени тестирова- программных модулей значительно ния многофункциональных аварий- снижает сложность программирова- на применение в головных вагонах ных вычислителей-регистраторов ния, снижая вероятность допущения и совершенствования метода уста- ошибок и повышая тем самым надёж- поездов метрополитена и применя- новки даты и времени было разра- ность и качество работы портативно- ботано и впоследствии реализова- го устройства. ется совместно с прочими система- но портативное устройство, а также комплекс программ. В комплекс про- Многофункциональность устрой- ми регистрации данных, которые грамм входит встроенная программа ства обусловливает использование работы устройства и прикладная про- нескольких модулей, подключаемых обеспечивают считывание, обра- грамма, предназначенная для обмена к плате центрального микроконтрол- данными с устройством через персо- лера, а именно: модуля часов реально- ботку, долговременное хранение и нальный компьютер (ПК). го времени, модуля канала Ethernet, модуля GPS и модуля бесперебойно- отображение зарегистрированной Устройством решаются следующие го питания. В качестве внутреннего задачи: накопителя устройства была выбра- информации. ● проверка наличия соединения с ре- на карта памяти MicroSD, размеща- ющаяся в соответствующем слоте Регистратор выполняет следующие гистратором; на плате памяти. Для эффективного ● загрузка диагностических жур- взаимодействия с устройством было основные функции: решено использовать OLED-дисплей налов на внутренний накопитель с небольшой диагональю и индика- ● принимает сигналы, характеризую- устройства; ционные светодиоды; для управле- ния устройством применяются две щие значения параметров состояния поезда, и переводит их в цифровую форму в соответствии с заданными правилами; ● записывает принятые данные в на- копитель; ● отображает своё состояние и состо- яние входных каналов при помощи светодиодных индикаторов; ● обеспечивает возможность считыва- ния записанных данных в персональ- ный компьютер (ПК) при его подклю- чении к регистратору посредством интерфейса Ethernet. При этом использование под- ключённого к регистратору ПК не ограничивается возможностью 28 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ тактовые кнопки и переключатель ма представляет собой интерпрети- ке C# с использованием интерфей- питания. руемый код на языке MicroPython и са программирования приложений предназначена для загрузки в пор- Windows Forms. Проектирование интерфейсной тативное устройство для обеспече- печатной платы ния решения им всех поставленных Реализация проекта задач. Архитектура программы пред- При анализе состава устройства вза- ставляет собой набор программных По окончании разработки устрой- имодействия с регистратором было модулей, разделённых по назначе- ства и закупки всех необходимых решено спроектировать интерфейс- нию: вычислительных модулей был создан ную печатную плату, выполняющую ● считывание и обработка сигнала GPS; макетный образец, который использо- следующие задачи: ● обмен данными по каналу Ethernet; вался в процессе разработки и отладки ● обеспечение электрического соеди- ● автоматический анализ диагностиче- комплекса программ. нения модулей и платы центрально- ских журналов регистратора; По завершении программирова- го микроконтроллера; ● обработка действий оператора и ото- ния и изготовления интерфейсной ● крепёж модулей и элементов челове- печатной платы был собран и проте- ко-машинного интерфейса. бражение информации; стирован демонстрационный обра- При проектировании взаимного ● передача команд отображения на ди- зец устройства. После завершения расположения модулей и элементов этапа проектирования и изготовле- устройства определяющими факто- сплей; ния корпуса портативное устройство рами стали их габаритные размеры и ● чтение и запись на карту памяти может быть применено на предприя- возможности по подключению. При тии АО «НИИВК им. М.А. Карцева» для создании эскиза расположения ком- MicroSD; тестирования и настройки многофунк- понентов устройства в первую оче- ● считывание уровня заряда аккумуля- циональных аварийных вычислите- редь использовалась документация лей-регистраторов, повысив эффек- на компоненты от производителя- тора и потребляемого тока; тивность работы отдела встраиваемых поставщика. Были определены общие ● главный цикл работы портативного электронных систем. габаритные размеры проектируемой печатной платы. устройства. Литература Печатная плата была спроектирова- При включении устройства запу- на с использованием отечественной скается главный цикл работы, кото- 1. Документы по САПР Delta Design: САПР Delta Design компании Eremex. рый абстрагирован от деталей реа- [Электронный ресурс] // URL: https:// Была создана библиотека используе- лизации конкретного физического www.eremex.ru/knowleage-base/ мых в устройстве компонентов, раз- модуля или функционала и опе- delta-design/docs/ (дата обращения: работаны принципиальная схема и рирует высокоуровневыми мето- 21.03.2022). непосредственно интерфейсная печат- дами, предоставляемыми прочи- ная плата. В процессе формирования ми программными модулями. На 2. Лапин А.А. Интерфейсы. Выбор и реали- библиотеки компонентов использо- дисплей выводится меню возмож- зация. М.: Техносфера, 2005. 168 c. валась документация (даташиты) на ных действий с устройством, пере- компоненты и ГОСТ 2.743-91 единой ключение и выбор пунктов меню 3. Макконнелл С. Совершенный код. системы конструкторской докумен- осуществляется тактовыми кноп- Мастер-класс / пер. с англ. СПб.: БХВ, тации «Обозначения условные гра- ками. По окончании выполнения 2018. 896 c. фические в схемах». При разработ- выбранной функции на дисплей ке электрической схемы применялся выводится сообщение о результате, 4. Одуан К. Измерение времени. Основы ГОСТ 2.702-2011 единой системы кон- сопровождаемое соответствующим GPS / К. Одуан, Б. Гино. М.: Техносфера, структорской документации «Прави- светодиодом. На протяжении всего 2002. 400 c. ла выполнения электрических схем». сеанса работы устройства работа- При проектировании печатной платы ют светодиод уровня заряда и стату- 5. Резонит – Технологические возмож- были учтены ограничения технологи- са аккумулятора (> 15% заряда, ≤ 15% ности производства: [Электронный ческих возможностей будущего изго- заряда, заряжается), а также свето- ресурс] // URL: https://www.rezonit.ru/ товителя печатной платы – компании диод, сигнализирующий об акту- directory/tekhnologicheskie-osobennosti- «Резонит» с производственной лини- альности времени, отсчитываемого proizvodstva/ (дата обращения: ей в г. Москве. в устройстве. 04.04.2022). Спроектированная печатная плата Прикладная программа представ- была экспортирована в формате произ- лена в виде меню взаимодействия с 6. Требования к проектированию печат- водственных Gerber-файлов и направ- подключённым по USB устройством, ных плат: [Электронный ресурс] // URL: лена на изготовление. открывающимся через системный https://gostost.ru/pechatnie-platy/ (дата трей ОС Windows. Прикладная про- обращения: 05.04.2022). Разработка комплекса грамма позволяет выполнить про- программ граммное подключение и отклю- 7. MicroPython: [Электронный ресурс] // чение портативного устройства, URL: https://micropython.org/ (дата обра- В состав разработанного ком- загрузку диагностических журна- щения: 26.04.2022). плекса программ, как было сказано лов с накопителя устройства в выде- выше, входят встроенная программа ленную директорию на ПК, а также 8. Raspberry Pi Documentation: [Элек- и прикладная. Встроенная програм- открыть окно настройки параме- тронный ресурс] // URL: https://www. тров взаимодействия с устрой- raspberrypi.com/documentation/ ством. Программа написана на microcontrollers/rp2040.html (дата обра- объектно-ориентированном язы- щения: 15.02.2022). 9. Waveshare Wiki: [Электронный ресурс] // URL: https://www.waveshare.com/ wiki/Main_Page (дата обращения: 24.02.2022). СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 29

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Применение свёрточной нейронной сети для решения проблемы регистрации скан-копий документов в электронном архиве Екатерина Волгина (РТУ МИРЭА) документов и ведение метаданных (каталогизация данных), регистра- Выявлена проблематика, возникающая при регистрации в электронном ция файлов для архивного хранения: архиве «ЭЛЬДОКа» дублей скан-копий документов, и приведены ● поиск электронных документов; варианты решения, описана архитектура свёрточной нейронной сети, ● работа с электронными докумен- а также указаны её преимущества и недостатки. тами – визуализация содержимого электронных документов, работа с Введение Платформа АТОЛЛ обеспечивает реестрами электронных докумен- единое управление всей поступающей тов, выгрузка данных и массовое Электронный архив документов информацией, включая внутренние редактирование карточек доку- (ЭЛЬДОКа) – программное обеспече- сервисы поддержания целостности, ментов; ние для каталогизации проектной доку- и реализует возможность предоставле- ● управление электронным архивом. ментации на предприятии и регламен- ния доступа к данным. Задача организации и настройки тации доступа к ней. хранилища электронных докумен- Концепция работы электронного тов, управление сервисами, кото- Целевым назначением ИТ-решения архива систематизирует файловые рые обеспечивают работу с архив- «ЭЛЬДОКа» является: Хранилища и данные из реляционных ными электронными документами, ● создание сетевого программного обе- систем, собирая их виртуально в еди- доступ к ним, журналирование ра- спечения в форме веб-приложения ную КАРТОЧКУ ОБЪЕКТА (или ДОКУ- боты с архивом; для ввода, хранения и обработки ин- МЕНТА). Многокритериальный поиск в ● администрирование; формации в рамках задачи информа- РЕЕСТРЕ КАРТОЧЕК нужной информа- ● настройка электронного архива; ционного обеспечения деятельности ции в файлах карточек и ее ВИЗУАЛИ- ● аудит действий пользователей; Компании заказчика; ЗАЦИЯ обеспечивается атрибутивным ● подготовка графической отчётности. ● ведение электронного архива Ком- бизнес-значимым описанием файлов Функциональный модуль с набором пании; и структурированием их по разделам функций для ведения графических ● структурированное хранение и связь карточки (рис. 1). данных, в том числе описывающих документов; объекты предметной области; ● обеспечение объектно-ролевого до- Функциональность системы заклю- ● паспортизация объектов. Функцио- ступа к материалам; чается в автоматизации перечислен- нальный модуль с набором функций ● возможность визуализировать доку- ных ниже задач бизнеса в разных биз- для представления отраслевых дан- менты различных форматов; нес-процессах, главными атрибутами ных по объекту (объекту паспортиза- ● увеличение эффективности и повы- которых являются документы: ции) через настраиваемую иерархи- шение качества контроля над выпол- ● формирование электронного архи- нением работ. ва документов – создание карточек Рис. 1. Концепция работы электронного архива WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 30

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ ческую структуру разделов паспорта Рис. 2. Структура нейронной сети повсеместно используются свёрточ- и отраслевые визуализаторы. ные нейронные сети, которые являют- Цель работы: найти методы разреше- 1. Поиск дублей документов посред- ся разновидностью моделей глубоко- ния проблематики регистрации дублей ством сравнения по контрольной го обучения. Свёрточные нейронные скан-копий документов, обучить и проте- сумме файлов. сети обеспечивают частичную устой- стировать свёрточную нейронную сеть. Контрольная сумма файлов — это чивость к изменениям масштаба, сме- Поставленные задачи: щениям, поворотам, смене ракурса и ● найти способы обхода недостат- последовательность цифр и букв, кото- прочим искажениям. В основе свёр- ков применения метода сравне- рая используется для проверки дан- точной нейросети лежит Deep Learning- ния скан-копий документов по ных на наличие ошибок. Если заранее алгоритм, который может принимать контрольной сумме и текстовому известна контрольная сумма исходного входное изображение, присваивать содержимому; файла, можно использовать служебную важность (усваиваемые веса и смеще- ● провести анализ библиотек на язы- программу контрольной суммы, чтобы ния) различным областям/объектам в ке Python для найденных способов. подтвердить, что сравниваемый файл изображении и может отличать одно идентичен исходному. от другого. Предпосылки работы Чтобы получить контрольную сум- Для достижения цели распознава- При регистрации документов в элек- му, необходимо запустить программу, ния скан-копий и вывода ссылки на уже тронном архиве разные пользователи которая обработает файл с помощью существующую скан-копию необходи- зачастую регистрируют одни и те же алгоритма. Типичные алгоритмы, кото- мо обучить нейронную сеть. документы под разными именами и в рые используются для этого, включают разных ветках иерархии документов. MD5, SHA-1, SHA-256 и SHA-512. Обучение свёрточной нейронной Это приводит: сети для классификации ● к увеличению расходов на системы Алгоритм использует криптографи- изображений ческую хеш-функцию, которая прини- хранения документов; мает входные данные и создаёт стро- Когда работа будет вестись с участи- ● рассинхронизации разных копий до- ку (последовательность цифр и букв) ем нейронной сети, то возникает необ- фиксированной длины. ходимость сбора данных для обучения. кументов при обновлении их версии; Обучающий набор данных представ- ● снижению уровня доверия к элек- Внутри электронного архива реа- ляет собой набор наблюдений, для лизован алгоритм хеширования MD5. которых указаны значения входных тронному хранилищу документов. MD5 – в настоящее время является и выходных переменных. В данном Ещё большей проблемой является одним из самых распространённых случае используются наборы данных, регистрация разных скан-копий одно- способов защитить информацию в сфе- основанных на скан-копиях проектной го и того же документа, так как с точ- ре прикладных исследований, а также в документации и документов заказчика. ки зрения файловой системы это будут области разработки веб-приложений. совершенно разные файлы. Архитектура свёрточной Утилита md5sum, предназначенная нейронной сети Основная идея для хеширования данных заданного файла по алгоритму MD5, возвращает Нейронная сеть состоит из пар сло- Основная задача электронного архи- строку. Она состоит из 32 цифр в шест- ёв – слоёв подвыборки и слоёв свёрт- ва «ЭЛЬДОКа» – каталогизация и класси- надцатеричной системе счисления. То ки, каждый из которых, в свою очередь, фикация документов заказчика в при- есть хеш, полученный от функции, рабо- состоит из карт признаков. Нетрудно вязке к модели предметной области. При та которой основана на этом алгорит- убедиться в том, что каждая карта при- этом каждый документ должен реги- ме, выдает строку в 16 байт (128 бит) . знаков в идеале фильтрует изображе- стрироваться только один раз. Если воз- И эта строка включает в себя 16 шест- ние, находя какой-то один определён- никает необходимость привязки того же надцатеричных чисел. При этом изме- ный, специфичный для данной карты, документа к другой «ветви» или «листу» нение хотя бы одного её символа при- признак (рис. 2). модели предметной области, то в требу- ведёт к последующему бесповоротному емых местах должна размещаться ссыл- изменению значений всех остальных Исходное изображение подаётся на ка на уже загруженный документ. битов строки. входной слой. В первом слое подвыбор- 2. Поиск дублей скан-копий докумен- ки каждая карта признаков осуществля- Требования к регистрации скан- ет поиск определённого, закреплённо- копий документов аналогичны требова- тов по схожести содержимого с по- ниям к размещению документов в офис- мощью нейронных сетей. ных форматах. При этом определение Для решения задач классификации дублей скан-копий документов допусти- изображений (распознавания образов) мо выполнять в асинхронном режиме, выводя пользователю результат поиска дублей, предоставляя право пользова- телю подтвердить схожесть скан-копий документов и самому определить место размещения первичной скан-копии. Методика работы Существует несколько вариантов решения проблемы поиска дублей скан-копий документов в архиве. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 31

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ го только за данной картой, признака. первого слоя. Таким образом, каждая Полученные результаты Достигается это за счёт использова- карта признаков второго слоя осущест- ния общих для всей карты признаков вляет поиск признаков второго поряд- ● Выявлена проблематика регистрации матрицы весов и особой организацией ка одновременно во всех картах при- скан-копий внутри электронного ар- локального рецептивного поля для каж- знаков первого слоя. хива и изучены варианты решения дого нейрона такой карты. Каждый ней- проблемы. рон карты признаков получает входные Свёрточной нейронной сети с тре- данные от прямоугольной области раз- мя парами слоёв подвыборки-свёртки ● Обучена свёрточная нейронная сеть мера n×m входного изображения. вполне достаточно для точного распоз- для классификации изображений. навания лиц. Смежные нейроны карты признаков ● Проведено тестирование нейрон- получают в качестве входного воздей- Достоинства СНС1 ной сети. ствия смежные прямоугольные обла- сти, причём весовые коэффициенты 1. Уменьшение количества обучаемых ● Проведён поиск дублей скан-копий для всех нейронов карты признаков параметров и повышение скорости документов. будут одинаковыми. обучения по сравнению с полносвяз- ной нейронной сетью. Заключение Для введения инвариантности ней- ронной сети к смещениям и неболь- 2. Возможность распараллеливания вы- Даны определения свёрточным ней- шим деформациям используется слой числений и реализации алгоритмов ронным сетям (СНС). Проведены этапы свёртки. Для каждой карты признаков обучения сети на графических про- разработки нейронной сети и её рабо- существует соответствующая ей кар- цессорах (GPU). ты, её реализация кода на языке про- та свёртки, которая уменьшает раз- граммирования Python. мерность карты признаков с n×m до 3. Устойчивость к сдвигу позиции объ- n/2×m/2 путём усреднения значений по екта во входных данных. При обу- Литература квадрату 2×2 нейронов. После выполне- чении свёрточная нейронная сеть ния свёртки сеть теряет часть информа- сдвигается по частям объекта. Поэ- 1. Шолле Ф. Глубокое обучение на Python. ции о точном положении найденного тому обучаемые признаки не зави- СПб.: Питер, 2019. признака, но сохраняет информацию сят от позиции «важных частей». Это относительно взаимного расположе- свойство свёрточной нейронной се- 2. Свёрточные нейронные сети для распозна- ния различных признаков. Следую- ти помогает повышать качество клас- вания изображений // URL: https://libeldoc. щий слой подвыборки осуществляет сификации. bsuir.by/bitstream/123456789/39033/1/ аналогичную первому слою сегмента- Prokopenya_Svertochnyye.pdf. цию входных данных на прямоуголь- Недостатки СНС ные области n×m, только входными 3. Архитектура обобщённых свёр- данными второго слоя служит выход 1. Высокая сложность архитектуры. точных нейронных сетей // URL: 2. Фиксированная площадь окна слоя http://www.it-visnyk.kpi.ua/wp-content/ uploads/2012/08/54_36.pdf. свёртки. 3. Полносвязность. 4. Свёрточная нейронная сеть для реше- ния задачи классификации // URL: https://mipt.ru/upload/medialibrary/659/ 91_97.pdf. НОВОСТИ МИРА ПУТИН НАЗВАЛ РЕЗУЛЬТАТЫ поколения в городах-миллионниках к 2024 Он признал, что российская финансовая «РОСТЕХА» СКРОМНЫМИ году. В министерстве назвали 5G критиче- система не в состоянии обеспечивать функ- И РАСКРИТИКОВАЛ РАЗВИТИЕ 5G ской технологией, которую в России при- ционирование компаний, не имеющих акти- няли решение развивать своими силами. вов, но с большими перспективами разви- И МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ тия. В связи с этим глава государства по- Президент России Владимир Путин оце- Кроме того, Путин поручил привлечь отече- ручил сформировать механизмы, которые ственных инвесторов для развития местных позволят компаниям привлекать частный нил результаты госкорпорации «Ростех» и на- высокотехнологических компаний вроде «Ян- капитал на российском рынке. правлений, которые она курирует. Российский декса», ранее финансировавших своё разви- лидер назвал их скромными, передаёт ТАСС. тие за счёт западного капитала. Об этом он Какие механизмы имеются в виду, Путин не заявил на заседании Совета по стратегиче- уточнил. В настоящее время «Ozon», «Яндекс» «Я знаю, там сейчас коллеги будут говорить, скому развитию и нацпроектам, передаёт РБК. и другие технологические компании торгуют- финансирования не хватает, ещё что-то. Но я ся на Московской бирже. Во всём мире имен- просто констатирую сам факт того, что проис- но такие условия называются возможностью ходит», – сказал Путин в ходе заседания Совета привлекать частный капитал. По всей видимо- по стратегическому развитию и нацпроектам. сти, речь идёт о стимулах или обязательствах по покупке акций или облигаций компаний. Глава государства, в частности, остал- ся неудовлетворён результатом проекта Российский фондовый рынок рухнул бо- по созданию сетей 5G, развитию произ- лее чем в два раза с октября прошлого го- водства оборудования для широкого вне- да, когда западные страны начали ожидать дрения интернет-вещания. Он отметил, что вхождения российских войск на территорию в прошлом году программу по развитию ми- Украины. По состоянию на 18 июля индекс кроэлектронной отрасли пришлось полно- Мосбиржи находится ниже 2100 пунктов. стью перезагружать. russianelectronics.ru В сентябре 2021 года сообщалось, что Минцифры планирует внедрить связь пятого 32 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022



ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ Опыт применения трёхзначной логики в управлении технической системой Григорий Беднов (РТУ МИРЭА) 3) эффективным – автомат не должен совершать лишних действий, не от- В статье рассмотрена адаптация трёхзначной логики Брусенцова в носящихся к реализации п. 1, 2. управлении некомпьютерной техникой, произведена оригинальная Для начала работы контейнер K дол- попытка структурировать логику работы устройств на примере разработки распределительно-дозировочного автомата, а также жен быть опустошённым и находиться сочетать базовый анализ ситуации с управлением на полевом уровне. в нормальном положении под резер- вуаром, с которого начнётся програм- Введение ническая система: на конвейерной ма 1. линии установлен контейнер на пово- В процессе цифровизации техно- ротнике, ограниченном в движении Программа 1 должна быть нача- сферы одним из важнейших видов лишь углами верхней полуокружности та, когда контейнер K находится в данных является логический. Это (от 0° до 180°). Имеются три поворот- нормальном положении под резер- подтверждается, например, языка- ных датчика (нормальное положение вуаром R3 – это необходимое усло- ми программирования МЭК 61131-3 90° и два крайних (0° и 180°)). Над кон- вие. Необходимо налить жидкость (LD, FBD, …), применяемыми в про- вейерной линией расположены резер- из резервуара R3, смешать с жидко- граммируемых логических контрол- вуары (подача жидкости), с краёв уста- стью из резервуара R1, вылить всё в лерах (ПЛК) [1]. новлены бункеры (приём жидкости). бункер B5. По окончании програм- В местах, где они расположены, уста- мы должны быть созданы условия для Однако какая логика лежит в осно- новлены датчики положения. Также на программы 2 и т.д. вании данного типа данных – вопрос, краях конвейерной линии установле- решаемый по-разному. Рассматривая ны аварийные «сторожевые» датчики Окажется, что даже в таком нехи- лишь дискретные конечнозначные положения. тром наборе действий нештатных логики, стоит обратить особое вни- ситуаций много: может быть сломан мание на двухзначную и трёхзначную Разрабатываемый управляющий любой из задействованных датчиков логики. автомат должен быть: и исполнительных механизмов. При 1) безопасным и надежным, для чего: этом для определённости будем счи- «Противоборство» двух этих систем – a) исправно работать, если все необхо- тать, что, поскольку датчики положе- давнее [2], но особой вехой стало ний являются нормально разомкнуты- построение троичных компьютеров димые для этого устройства работа- ми контактами, они могут сломаться, «Сетунь», которые в первый и на дан- ют исправно; только давая ложноотрицательный ный момент единственный раз про- b) предупреждать оператора о полом- сигнал (будем считать, что вероят- изведены серийно; увы, их новая, зна- ках, несовместимых с продолжени- ность ложноположительного сиг- чительно переработанная, версия ем циклической работы; нала несоизмеримо меньше). Также «Сетунь-70» не успела попасть в серий- 2) универсальным и расширяемым, для будем считать, что датчики достаточ- ное производство. чего: но надёжны, чтобы не ломаться одно- a) согласовываться с однородными ему временно. Группа под руководством Нико- автоматами, в идеале – перепрограм- лая Петровича Брусенцова (главный мироваться; Однако как же мы, даже при таких конструктор «Сетуней») после запре- b)начинать свою циклическую рабо- допущениях, можем упорядочить та на разработку новых компьюте- ту в любой изначально заданной управление и анализ происходящего? ров работникам вузов занялась в том конфигурации (возможно, остав- На помощь приходит теория трёхзнач- числе подробным теоретическим ана- шейся после аварийного отклю- ной логики. лизом накопленного опыта, согласо- чения); ванием с классической двухзначной c) схема управляющего автомата (ал- Введём особую функцию, открытую булевой алгеброй и отображением горитм его действий) должна быть Н.П. Брусенцовым, которая является логики естественного языка [2, 3]. спроектирована прежде всего обобщением дизъюнкции на множе- «сверху вниз» с использованием по- ство – трёхзначная дизъюнкция по мно- Основная часть нятных человеку высокоуровневых жеству, «логический интеграл» ниже: и абстрагированных от оборудова- Целью работы является разработка ния процедур; . конечного распределительно-дози- d) легко расширяться дополнительны- .. ровочного автомата для управления ми анализирующими модулями, ко- транспортно-технической системой торые позволят автомату встроить- Данный подход подобен тому, как с тремя резервуарами с жидкостью и ся в сложные управляющие системы мы, доставая из сумки разные вещи, шестью бункерами (включая сливной) более высокого уровня (например, пытаемся найти нужную, и только с использованием трёхзначной логи- MES); найдя нужную либо перебрав их все ки Брусенцова. (или вовсе обнаружив незнакомые Объектом управления является типичная простая транспортно-тех- 34 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ нам посторонние предметы и поняв, Что касается состояний и направлении может подвести нас к использованию языка программиро- что произошла путаница, и эта сум- для задач поворота контейнера нале- вания Forth (совместимого с трёхзнач- ной логикой – его аналог использо- ка вообще не наша), мы можем закон- во и направо, то, к сожалению, они вался в «Сетуни-70» [2]) и дальнейшей глубокой интеграции с технологиче- чить поиски. могут быть сломаны, либо может не скими информационными системами по путям, достаточно близким к опи- Рассмотрим применение трёхзнач- работать поворотный механизм. Раз- санным в [4]. ной логики на примере поворотного личить две эти ошибки невозможно, Хочется также заметить, что для пере- дачи требуемого от алгоритма направ- устройства, состоящего из трёх датчи- так как датчики поворота не были ленного сигнала между двумя умными датчиками вполне достаточно как раз ков поворота и исполнительного меха- оснащены аварийными контроль- одного трёхзначного канала, работаю- щего следующим образом: низма. ными датчиками. ● узел А посылает в качестве сигнала По умолчанию трёхзначные дизъ- «–1» и принимает значение «1»; ● узел Б посылает в качестве сигнала «1» юнктивные состояния всех датчиков Заключение и принимает значение «–1»; считаются неизвестными, не встре- Полученная система даёт самые ● любой узел, приняв сигнал от про- базовые функции SCADA-системы, ченными, так как мы не знаем, сра- не являясь ею, перенося вычисле- тивоположного, выставляет значе- ния на уровень соответствующего ние канала «0», освобождая его. ботают ли они или они уже слома- ПЛК в соответствии с концепцией Построение цифровых схем управ- вычислений «на краю» либо, в тео- ления (реальных или виртуальных), ны. В частности, датчик нормального рии, вовсе исключая контроллер из связывание их в сети – путь, целиком управления. соответствующий предоставляемым положения . Очевидно, когда трёхзначной логикой возможностям, Однако, прежде всего, получен- и разработка распределительно-дози- встречены датчики поворота налево ная система – управляющая, причём ровочного автомата явно показала: выстроенная сравнительно однотип- применение трёхзначной логики в и направо , но не встре- но и, при необходимости, децентра- управлении технической (неком- лизованно. пьютерной) системой возможно, из чен центральный по положению дат- теории трёхзначной логики адапти- Чтобы понять, в какую сторону следу- ровано в практическую плоскость чик нормального поворота, он уже не ет направлять исполнительный меха- понятие дизъюнкции по множеству низм, нужно: , разрабатываются оригинальные сработает (ведь поворотник проехал ● выбрать датчик положения (или по- методы. его, и ничего не произошло). Кроме ворота, зависит от подсистемы), воз- Литература ле которого нужно остановиться; того, после срабатывания , само ● определить, с какой стороны нахо- 1. ГОСТ Р МЭК 61131-3-2016. Контролле- дится последний встреченный дат- ры программируемые. Ч. 3. Языки про- собой, . чик этой подсистемы относительно граммирования. М.: Стандартинформ, выбранного (функция знака трёх- 2016. Аналогично с датчиками положе- значна); ● начать движение в соответствую- 2. Владимирова Ю.С. О логических иссле- ния на конвейерной линии, с той щем направлении до тех пор, пока дованиях Н.П. Брусенцова // Сборник дизъюнктивное состояние выбран- трудов SoRuCom-2017. Четвёртая меж- лишь разницей, что там все дат- ного датчика не станет определён- дународная конференция «Развитие ным (утвердительным при успехе и вычислительной техники в России чики (кроме крайних, которые не логически отрицательным при не- и странах бывшего СССР: история и удаче). перспективы». Зеленоград, 2017 г. М.: используются при работе и явля- Данный подход позволяет сфор- ФГБОУ ВО РЭУ им Г.В. Плеханова, 2017. мировать свод базовых команд. С. 26–29. ются аварийными) контролиру- Мы видим, что усложнение логики работы устройств в самом основа- 3. Брусенцов Н.П. Начала информатики. ются своими соседями указанным нии заметно упростило построение М.: Фонд «Новое тысячелетие», 1994. вышестоящей системы, что оправ- 176 с. выше образом. дывает использование трёхзначной логики в технике. 4. Romanov M.P., Kashirskaya E.N., Romanov Кроме того, заметим: помимо того, Если мы допускаем, что наши датчи- A.M., Kholopov V.A., Kharchenko A.I. A novel ки «умные» и способны сами «общать- architecture for the executive-level control что надо «запоминать» посещённые ся» между собой (хотя бы каждый со systems for a dicrete machinery production своими соседями), то в самом рабо- // Mechatronics, automation, control. М.: и пропущенные датчики, нужно так- чем цикле центральный контрол- Издательство «Новые технологии», 2017. лер не нужен вовсе либо нужен лишь С. 64–72. же научиться их «забывать». В нашем как задатчик правил и шагов межма- шинного взаимодействия (получение случае кажется разумным решение, производственного задания от MES- системы), что вполне близко совре- что система будет запоминать фак- менным идеям Интернета вещей. Зако- номерное развитие технологий в этом ты отсутствия датчиков до своей пол- ной перезагрузки по сигналу STOP (ведь ситуация с нерабочим датчи- ком, в общем-то, уже является ава- рийной), а из посещённых датчи- ков будет «помнить» и отмечать как достоверно существующий толь- ко последний встреченный датчик. Таким образом, система удаляет еди- ницу с интегральной трёхзначной дизъюнкции датчика, если соседнее с ней значение также оказалось рав- но единице. Если в процессе рабо- ты соседний датчик не обнаружился, то значение сохраняется. Пока дат- чик сломан, но система по каким- то причинам продолжает работать (например, неполадка обнаружена, но датчик не задействуется), логика сломанного датчика должна пере- ключаться в режим трансляции, свя- зывая два соседних с нею датчика, как будто они теперь стали сосед- ними. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 35

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Проектирование устройств вывода информации с использованием цифрового генератора шаблона в Proteus 8.11. Часть 2 Татьяна Колесникова ([email protected]) Четыре подключены к выходам Q0– Q3 генератора шаблона, семь к выхо- В статье рассмотрено проектирование электронных устройств вывода дам QA–QG микросхемы дешифрато- информации с использованием цифрового генератора шаблона в ра 74LS48. Proteus. Представлены примеры моделирования схем с применением 7-сегментных индикаторов и матрицы светодиодов, работающих под Рассмотрим управление микро- управлением одного или двух приборов Pattern generator, синхронно схемой 7-сегментного индикатора генерирующих выходные сигналы данных или команд в режиме с помощью генератора шаблона на внутренней или внешней синхронизации, когда генератор шаблона конкретном примере. Для этого созда- используется для формирования двоичного кода десятичных чисел, дим новый проект и добавим в рабо- сигналов управления свечением разрядов индикатора, а также чую область следующие компоненты: для реализации динамической индикации на базе двух-, четырёх-, 7SEG-MPX1-CC (одноразрядный 7-сег- шестиразрядных 7-сегментных индикаторов и создания кода световых ментный индикатор с общим като- эффектов бегущих огней или поочерёдного свечения группы дом), 74LS48 (дешифратор), генера- светодиодов. тор шаблона. Работа с цифровым ров. Рис. 1 демонстрирует сопряжение Чтобы добавить цифровой гене- генератором шаблона прибора с микросхемой одноразрядно- ратор шаблона в рабочее поле про- и 7-сегментными индикаторами го 7-сегментного индикатора. Как вид- граммы, нажимают на строку с его в Proteus но на рис. 2, двоичный код 0011, снятый названием (PATTERN GENERATOR) на с выводов генератора при помощи цвет- панели INSTRUMENTS (панель открыва- Применение генератора шаблона ных пробников логических уровней 0 и ют нажатием кнопки Virtual Instruments 1, соответствует отображаемой на инди- Mode на левой панели схемного редак- для управления одноразрядными каторе цифре 3 (см. табл. 1). В представ- тора) и размещают его мышью в необ- ленном примере пробники (компонен- ходимом месте на схеме (рис. 4а). После 7-сегментными индикаторами ты LOGICPROBE (BIG) из раздела Logic запуска симуляции схемы открывает- Probes библиотеки Debugging Tools – ся лицевая панель прибора. Шаблон Цифровой генератор шаблона фор- рис. 3а) используют в качестве элемен- создают вручную на дисплее лицевой мирует выходные цифровые сигналы тов отображения цифровых сигналов. панели генератора либо загружают из по заданному 8-битовому шаблону и В рабочее поле проекта добавлены файла [1]. используется для подачи этих сигна- 11 компонентов LOGICPROBE (BIG). лов в моделируемую схему. В Proteus Чтобы отобразить цифру, нуж- генератор шаблона можно применить но «зажечь» определённые сегменты в качестве внешнего источника данных индикатора. Разные комбинации све- для микросхем 7-сегментных индикато- тящихся элементов 7SEG-MPX1-CC, обе- спечиваемые внешней коммутацией, Рис. 1. Сопряжение генератора шаблона с микросхемой одноразрядного 7-сегментного индикатора позволяют отображать цифры от 0 до в схемном редакторе Proteus 9 и децимальную точку. Для управле- ния 7-сегментным индикатором в схе- ме используется двоично-десятичный дешифратор 74LS48 (отечественный аналог 1564ИД23). Микросхема дешиф- ратора выполняет преобразование дво- ичного кода, полученного с его входов A, B, C, D, в код цифры для её дальнейше- го отображения на индикаторе. Микросхема 74LS48 – это специаль- ный дешифратор, предназначенный для преобразования двоичного кода в семисегментный код (такой код необ- ходим для отображения на индикаторе значений цифр от 0 до 9) и управления 7-сегментными и жидкокристалличе- скими индикаторами. Входы А, B, C, D – информационные входы. Выходы 36 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ OA–OG используют для подключения Рис. 2. Формирование с помощью генератора шаблона двоичного кода цифры 3 и её отображение дешифратора к 7-сегментному инди- на одноразрядном 7-сегментном индикаторе катору. Двоичные и семисегментные коды на входах и выходах дешифрато- Таблица 1. Двоичные и семисегментные коды на входах и выходах дешифратора и ра и соответствующие им десятичные соответствующие им десятичные цифры 0–9 цифры представлены в табл. 1. Двоичный код цифры Десятичная цифра Семисегментный код цифры Микросхему дешифратора добав- ляют из раздела Decoders библиотеки 0000 0 1111110 TTL 74LS series (рис. 3б). Для добавле- 0001 1 0110000 ния микросхемы одноразрядного 7-сег- 0010 2 1101101 ментного индикатора с общим катодом 0011 3 1111001 (рис. 3в) из раздела 7-Segment Displays 0100 4 0110011 библиотеки Optoelectronics выбирают 0101 5 1011011 компонент 7SEG-MPX1-CC (индикатор 0110 6 0011111 с децимальной точкой красного цвета). 0111 7 1110000 1000 8 1111111 Подключим выводы Q0–Q3 генерато- 1001 9 1110011 ра шаблона к входам А, B, C, D дешифра- DCBA OA OB OC OD OE OF OG тора, первые семь выводов 7-сегмент- Отображаемая на ного индикатора к выходам OА, OB, OC, Входы дешифратора индикаторе цифра Выходы дешифратора OD, OE, OF, OG дешифратора так, как показано на рис. 5. В схеме (рис. 5) используется само- From Libraries (контекстное меню вызы- возвратная кнопка BUTTON, которую вают щелчком правой кнопки мыши в Добавим в схему два символа «зем- добавляют из раздела Switches библи- рабочей области проекта) или нажа- ли», выбрав на панели TERMINALS стро- отеки Switches & Relays (рис. 3д). Её тием кнопки P на панели DEVICES (по ку GROUND (рис. 4б). Панель открыва- нажатие формирует внешний сигнал умолчанию панель расположена в левой ют нажатием кнопки Terminals Mode синхронизации на входе TRIG генера- части программы и содержит список на левой панели схемного редакто- тора шаблона, после чего код шаблона имеющихся в проекте компонентов). ра. Строку POWER панели TERMINALS последовательно построчно появляется Открывают панель DEVICES нажатием используют для добавления символа на выходах Q0–Q3 генератора. Выбор кнопки Component Mode на левой пане- питания. Из раздела Logic Stimuli библи- компонентов из базы данных для после- ли инструментов схемного редактора. отеки Debugging Tools выберем источ- дующего их размещения в рабочей обла- ник логической единицы – компонент сти редактора Schematic Capture про- Настроим параметры генератора LOGICSTATE (рис. 3г). После запуска граммы Proteus выполняют в окне Pick шаблона, для чего в окне его свойств симуляции компонент LOGICSTATE Devices, которое открывают командой (окно открывают двойным щелчком подаёт в схему логический уровень, контекстного меню Place/Component/ левой кнопки мыши по размещённому значение которого отображено на его на схеме компоненту) укажем (рис. 6): пиктограмме. Переключение логическо- го уровня выполняется щелчком левой кнопки мыши по пиктограмме компо- нента на схеме. В исследуемой схеме (рис. 5) используются два компонента LOGICSTATE, один из которых форми- рует логический уровень 1 на входах BI/ RBO, RBI, LT дешифратора, с помощью второго выполняется управление свече- нием децимальной точки на индикаторе. В качестве примера при помощи генератора шаблона отобразим на индикаторе цифру 7 (рис. 5). Для это- го создадим на диске компьютера файл шаблона с расширением .ptn, в кото- рый занесем её двоичный код (0111). После запуска симуляции схемы зна- чение сформированной строки бит посылается параллельно на соответ- ствующие выводы прибора в двоич- ном виде, а также отображается в виде пустых и закрашенных ячеек в таблице на дисплее лицевой панели генерато- ра. Таблица содержит 8 строк, соответ- ствующих 8 битам выходного сигнала, подающимся на выходы Q0-Q7 и/или на шину B[0..7] генератора шаблона. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 37

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ б а вг г д ● Pattern Generator Script – путь к фай- лу шаблона на диске компьютера или Рис. 3. Выбор из библиотеки компонентов Proteus: (а) пробника логических уровней 0 и 1, его имя, если схемный проект и файл (б) дешифратора 74LS48, (в) одноразрядного 7-сегментного индикатора, (г) источника логических шаблона находятся в одной папке уровней 0 и 1, (д) самовозвратной кнопки (Pattern1.PTN). Запустим моделирование и проверим ● Part Reference – позицион- ● Reset Mode – источник и сигнал син- ное обозначение прибора хронизации (Sync External Pos Edge – правильность работы собранной схемы. (GENERATOR_SH), которое мож- внешний синхронный положитель- Как видно на рис. 5, на выводах генера- но скрыть или отобразить на схе- ный фронт); тора шаблона отображается двоичный ме установкой/снятием флажка код 0111, записанный в файле шабло- в соответствующем ему чекбок- ● Clockout Enabled in Internal Mode – на в виде строки (%00000111,). Этот код се Hidden; формирование импульсов внутрен- (табл. 1) соответствует десятичной цифре него генератора на выводе CLKOUT 7 на индикаторе. Полученные на выводах ● Clock Rate – частоту внутреннего так- генератора шаблона при внутреннем Q0–Q3 генератора шаблона и на выходах тирования (500.0 mHz); тактировании (No – отсутствует); OA–OG дешифратора значения отобра- зим на схеме при помощи цветных проб- ● Reset Rate – частоту синхронизации ● Output Configuration – конфигура- ников логических уровней 0 и 1, которые (250.0 mHz); ция вывода данных (Output to Pins подсоединим к исследуемым выходам Only – вывод данных только на вы- компонентов схемы. При появлении на ● Clock Mode – режим тактирования ходы Q0–Q7); выходах логической единицы на пикто- генератора (Internal – внутренний); грамме пробника отобразится значение «1», при появлении же логического нуля отобразится значение «0». Сверим полу- ченные на выходах OA–OG дешифрато- ра значения 1110000 с семисегментным кодом цифры в табл. 1. Как видим, полу- ченная комбинация нулей и единиц соот- ветствует коду цифры 7. При помощи генератора шаблона можно организовать последователь- ный вывод цифр на 7-сегментном 38 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Рис. 4. Выбор: (а) цифрового генератора шаблона на панели INSTRUMENTS, (б) символа «земли» на панели TERMINALS и их размещение в рабочей области схемного редактора программы Proteus Рис. 5. Вывод на одноразрядном 7-сегментном индикаторе цифры 7 при Рис. 6. Окно настройки параметров генератора шаблона помощи генератора шаблона индикаторе. Для этого соответству- ляцию, используют кнопку Pause the тор отображает цифры 8 и 0. Для это- ющий значениям цифр код вводится simulation, or start up at time 0 if stopped. го в файле шаблона в одну строку вве- построчно в файле шаблона. Например, Остановить моделирование можно при дён двоичный восьмиразрядный код чтобы организовать последовательный помощи кнопки Stop the simulation. 00001000, где 1000 – двоичный код циф- вывод чисел 2, 4, 5, 6, 8 (рис. 7) на 7-сег- ры 8 (подаётся на выводы Q0–Q3 гене- ментном индикаторе, запишем в файл Применение генератора шаблона ратора шаблона, а затем – на выводы A, шаблона построчно следующий двоич- для управления работой B, C, D микросхемы дешифратора U1), ный код: двухразрядных 7-сегментных и 0000 – двоичный код цифры 0 (пода- индикаторов ётся на выводы Q4–Q7 генератора %00000010, шаблона, а затем на выводы A, B, C, D %00000100, Для управления с помощью генера- микросхемы дешифратора U2). Параме- %00000101, тора шаблона двухразрядным 7-сег- тры генератора шаблона оставлены без %00000110, ментным индикатором, собранным изменений – такими, как в рассмотрен- %00001000, на основе микросхем 7SEG-MPX1-CC, ном выше примере управления одно- Моделирование собранной схемы используют два дешифратора 74LS48, разрядным 7-сегментным индикатором. запускают при помощи кнопки Run the которые подключают к выводам одно- simulation, которая находится в левом го генератора шаблона (рис. 8). В пред- Двоичный код цифр 8 и 0, преобразо- нижнем углу окна схемного редактора. ставленном на рис. 9а примере после ванный дешифраторами U1 и U2 в семи- Чтобы временно приостановить симу- запуска симуляции схемы индика- сегментный, поступает на выводы сег- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 39

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ аб вг ментов A, B, C, D, E, F, G двухразрядного индикатора. Управление отображением д точек на экране двухразрядного инди- Рис. 7. Построчная запись в файле шаблона двоичного кода и последовательный вывод катора в нашем примере реализовано на 7-сегментном индикаторе соответствующих ему цифр: (а) 2, (б) 4, (в) 5, (г) 6, (д) 8 с помощью компонента LOGICSTATE. Если на восьмые выводы индикаторов Рис. 8. Схема сопряжения двухразрядного 7-сегментного индикатора, собранного на основе 7SEG-MPX1-CC подаётся логическая 1 – микросхем 7SEG-MPX1-CC, с генератором шаблона точки засвечиваются (рис. 9а), когда логический 0 – точки гаснут (рис. 9б). 40 WWW.SOEL.RU Воспользовавшись двумя компонен- тами LOGICSTATE, можно раздельно управлять свечением точек (рис. 9в), например, засветить точку в первом разряде и погасить во втором (рис. 9в). В представленном на рис. 9б приме- ре индикатор отображает цифры 1 и 4. Для этого в файл шаблона генерато- ра в одну строку введён двоичный вось- миразрядный код 01000001, где 0001 – двоичный код цифры 1 (подаётся на выводы Q0–Q3 генератора шаблона, а затем – на выводы A, B, C, D микросхе- мы дешифратора U1) и 0100 – двоичный код цифры 4 (подаётся на выводы Q4–Q7 генератора шаблона, а затем на выводы A, B, C, D микросхемы дешифратора U2). На рис. 9в показан пример отображения индикатором цифр 3 и 2, двоичный код которых 0011 и 0010 соответственно. Управление свечением точек на экране индикатора можно организовать и дру- гим способом – добавив в схему ещё один СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ аб генератор шаблона, соединив его выходы в (например, Q6 и Q7) с выводами сегмен- Рис. 9. Запись в файле шаблона двоичного кода и последовательный вывод на двухразрядном тов H микросхем 7SEG-MPX1-CC и задав 7-сегментном индикаторе соответствующих ему цифр: (а) 8 и 0, (б) 1 и 4, (в) 3 и 2 в файле шаблона соответствующий дво- ичный код (рис. 10). В представленном на а рис. 10 примере двухразрядный индика- тор работает под управлением двух гене- раторов шаблона G1 и G2, синхронно формирующих выходные сигналы, код которых хранится в файлах Pattern31.ptn и Pattern32.ptn. Для подачи внешнего сиг- нала синхронизации на вход TRIG ком- понентов G1 и G2 используется кнопка BUTTON. Генератор шаблона G1 фор- мирует двоичный код отображаемых на двухразрядном индикаторе цифр, гене- ратор G2 – код свечения точек. Назначим для генератора шаблона G1 файл шаблона Pattern31.ptn, а для генератора шаблона G2 – файл шабло- на Pattern32.ptn. Обратите внимание на значения параметров генераторов шаблона G1 и G2 в окне Edit Component: ● Clock Rate – 500.0 mHz; ● Reset Rate – 250.0 mHz; ● Clock Mode – Internal (внутренний); ● Reset Mode – Sync External Pos Edge (внешний синхронный положитель- ный фронт); бв Рис. 10. Управление свечением точек двухразрядного 7-сегментного индикатора с помощью генератора шаблона. Формирование на выводах Н индикатора двоичного кода: (а) 11, (б) 00, (в) 01 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 41

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ● Output Configuration – Output to Pins Only (вывод данных только на выво- Рис. 11. Схема сопряжения двухразрядного 7-сегментного индикатора 7SEG-MPX2-CC-BLUE ды Q0–Q7). с генератором шаблона Для синхронной работы приборов G1 Рис. 12. Выбор компонента 7SEG-MPX2-CC-BLUE из раздела 7-Segment Displays библиотеки и G2 эти значения должны быть оди- Optoelectronics наковыми. а Для управления с помощью генерато- ра шаблона двухразрядным 7-сегмент- ным индикатором 7SEG-MPX2-CC-BLUE используют одну микросхему 74LS48, которую подключают к выводам Q0–Q3 генератора (рис. 11). Индикатор имеет семь выводов управления сегментами (A, B, C, D, E, F, G), вывод управления свече- нием децимальными точками (DP) и выво- ды управления свечением разрядов (1 и 2). На схеме микросхема U2 – это двух- разрядный индикатор с общим като- дом (компонент 7SEG-MPX2-CC-BLUE из раздела 7-Segment Displays библиоте- ки Optoelectronics, рис. 12). В представ- ленном на рис. 11 примере управление свечением точек и разрядов индика- тора обеспечивают три компонен- та LOGICSTATE. Логическая 1 на выво- де DP индикатора засвечивает точки, соответственно, логический 0 их гасит. Логический 0 на выводах 1 и 2 засвечи- вает разряды индикатора, логическая 1 – гасит. Чтобы отобразить цифру в пер- вом разряде, необходимо подать её семи- сегментный код на выводы A–G инди- катора, на его вывод 1 – логический 0, а на вывод 2 – логическую 1 (рис. 13а). Для отображения цифры во втором раз- ряде на вывод 1 индикатора подают логи- ческую 1, а на вывод 2 – логический 0 (рис. 13б). Если на выводы 1 и 2 подать комбинацию сигналов – 00, то цифра отобразится сразу в двух разрядах инди- катора (рис. 13в). Комбинация 11 отклю- чает отображение цифр на дисплее. В представленном на рис. 13 приме- ре индикатор отображает цифру 3. Для этого в файле шаблона генератора в одну строку введён двоичный восьми- разрядный код 00000011, где 0011 – дво- ичный код цифры 3, который подаётся на выводы Q0–Q3 генератора шабло- на, преобразуется с помощью дешиф- бв Рис. 13. Управление отображением цифры 3 на дисплее индикатора 7SEG-MPX2-CC-BLUE: (а) активация первого, (б) второго, (в) двух разрядов индикатора 42 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Рис. 14. Управление с помощью генератора шаблона динамической Рис. 15. Настройка в окне свойств генератора шаблона частоты индикацией на экране двухразрядного дисплея 7SEG-MPX2-CC-BLUE переключения цифр на дисплее индикатора ратора в семисегментный код цифры, ● сформируем на выводах Q0–Q3 гене- Рис. 16. Создание запрещённой области а затем поступает на выводы A–G двухраз- ратора шаблона двоичный код вто- шаблона на дисплее цифрового генератора рядного индикатора. Для формирования рой цифры; шаблона на диске компьютера создают 2 на экран индикатора в цикле. С этой текстовый файл, заносят в него двоичный ● подачей логической 1 на вывод 2 вы- целью на дисплее лицевой панели гене- код цифры и сохраняют файл с расши- ключим второй разряд индикатора. ратора шаблона посредством переме- рением .ptn. В файле необходимо соблю- Чтобы свечение индикатора воспри- щения курсора левой кнопкой мыши дать следующий синтаксис записи кода: определим запрещённую для выво- нималось без мерцания, частота смены да область. Как видно на рис. 16, раз- %00000011, разрядов на дисплее (её определяют в решённая для вывода область состоит Чтобы отобразить на дисплее инди- поле Clock Rate окна настройки пара- из двух колонок, отделённых от запре- катора две разные цифры, воспользуем- метров генератора шаблона, рис. 15) щённой области чёрной пунктирной ся методом динамической индикации, должна быть достаточно высокой. линией и соответствующих двум стро- который применяют для упрощения В нашем примере установим значение кам 8-битного кода из файла шаблона. схемы управления двухразрядным Clock Rate 100 Hz. Также введём новое индикатором, а также для сокращения значение в поле Reset Rate – 50 Hz. Для подачи внешнего сигнала син- количества его выводов. Данный способ В поле Pattern Generator Script укажем хронизации на вход TRIG генератора управления подразумевает поочерёд- имя файла шаблона (Pattern5.PTN), шаблона применим генератор цифро- ное включение групп сегментов со ско- который в нашем примере находится вых импульсов, окно настройки параме- ростью, превышающей время реакции в одном каталоге со схемным проек- тров которого показано на рис. 17. Что- человеческого глаза. Несмотря на то что том. Значения параметров Clock Mode бы добавить генератор в рабочую область изображение на индикаторе при таком (Internal) и Reset Mode (Sync External проекта, левой кнопкой мыши выбирают способе управления в каждый момент Pos Edge) оставим без изменений строку с названием DCLOCK на панели времени неполное, глаз человека инте- (такими как в предыдущем примере). GENERATORS (рис. 18) и размещают его грирует его и видит целостную картин- В результате после запуска моделиро- мышью в необходимом месте на схеме. ку. Динамическая индикация широко вания схемы в каждом разряде отобра- Открывают панель GENERATORS нажа- применяется для отображения различ- зятся две разные цифры (рис. 14). тием кнопки Generator Mode на левой ной информации, например, темпера- панели инструментов схемного редак- туры, напряжения, времени или просто Для формирования полного изобра- тора. Как видно на рис. 17, формирова- количества срабатывания каких-либо жения необходимо для каждого разря- ние сигналов синхронизации происхо- устройств или датчиков. да индикатора на выходах генератора дит с периодом 50 мс (поле Period (Secs) В примере на рис. 14 для реализа- шаблона Q0–Q5 последовательно уста- ции динамического способа управле- новить код, четыре младших бита (0–3) ния применён следующий алгоритм: которого соответствуют двоичному ● подачей логического 0 на вывод 1 коду цифры, четвёртый и пятый биты – включим первый разряд индикатора; коду управления свечением разрядов. ● сформируем на выводах Q0–Q3 гене- В примере на рис. 14 управляющий код ратора шаблона двоичный код пер- в файле шаблона содержит две строки, вой цифры; первая – включает первый разряд инди- ● подачей логической 1 на вывод 1 вы- катора для вывода цифры 3, вторая – ключим первый разряд индикатора; второй разряд для вывода цифры 2. ● подачей логического 0 на вывод 2 включим второй разряд индикатора; В цифровом генераторе есть возмож- ность задать формирование определён- ной части шаблона, что в нашем приме- ре будет полезным для вывода чисел 3 и СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 43

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ Рис. 17. Окно настройки параметров генератора цифровых импульсов DCLOCK и его подключение к входу TRIG генератора шаблона Рис. 18. Открытие при помощи кнопки Generator Mode панели GENERATORS и выбор генератора DCLOCK Рис. 19. Выбор компонента 7SEG-MPX4-CC-BLUE из раздела 7-Segment Displays библиотеки Для формирования полного изобра- Optoelectronics жения необходимо для каждого разря- да индикатора на выходах генерато- окна Digital Clock Generator Properties), ра, для чего добавим в рабочее поле ра шаблона Q0–Q7 последовательно начиная с момента запуска моделирова- проекта микросхему 7SEG-MPX4-CC- установить код, четыре младших бита ния схемы – значение 0 в поле First Edge BLUE из раздела 7-Segment Displays (0–3) которого соответствуют двоично- At. В поле Clock Type установкой пере- библиотеки Optoelectronics (рис. 19) му коду цифры, а четыре старших бита – ключателя задают тип сигнала: Low-High- и подключим её к схеме формирова- коду управления свечением разрядов. Low Clock (низкий-высокий-низкий) или ния управляющего кода так, как пока- Как видно на рис. 21, управляющий код в High-Low-High Clock (высокий-низкий- зано на рис. 20. На диске компьютера файле шаблона содержит четыре строки, высокий). В нашем примере переключа- создадим файл шаблона Pattern6.ptn, первая – включает первый разряд инди- тель установлен в первую позицию. Окно в который построчно запишем следу- катора для вывода цифры 8, вторая – настройки параметров генератора циф- ющий код: второй разряд для вывода цифры 1. ровых импульсов открывают двойным Две следующие строки кода управляют щелчком левой кнопки мыши на пик- %11101000, третьей и четвёртой группой сегментов тограмме прибора на схеме. %11010001, индикатора – выводят цифры 5 и 7. %10110101, Управление четырёх- %01110111, Для непрерывного отображения чисел и шестиразрядными 7-сегментыми Индикатор 7SEG-MPX4-CC-BLUE име- на экране индикатора на дисплее лице- индикаторами с помощью ет семь выводов управления сегмен- вой панели генератора шаблона переме- генератора шаблона тами (A, B, C, D, E, F, G), вывод управ- щением курсора определим область из ления свечением децимальных точек четырёх колонок (рис. 22), соответству- Используя метод динамической (DP) и выводы управления свечением ющих четырём строкам 8-битного кода индикации, отобразим четыре раз- разрядов (1–4), которые (как видно на из файла шаблона. Параметры генера- ные цифры на дисплее четырёхраз- рис. 20) подключены к выходам Q4–Q7 тора шаблона и генератора цифровых рядного 7-сегментного индикато- генератора шаблона. импульсов оставлены без изменений – такими, как в рассмотренном выше при- мере управления двухразрядным инди- катором 7SEG-MPX2-CC-BLUE. Для реализации динамического спо- соба управления четырёхразрядным индикатором 7SEG-MPX4-CC-BLUE при- менён следующий алгоритм: 44 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ● подачей логического 0 на вывод 1 Рис. 20. Подключение четырёхразрядного индикатора к схеме формирования управляющего кода включим первый разряд индикатора; Рис. 21. Управление с помощью генератора шаблона динамической индикацией на экране ● сформируем на выводах Q0–Q3 гене- четырёхразрядного дисплея ратора шаблона двоичный код пер- вой цифры; ме формирования управляющего Рис. 22. Формирование бесконечного цикла кода так, как показано на рис. 23. Для вывода цифр на экране четырёхразрядного ● подачей логической 1 на вывод 1 вы- управления с помощью генератора индикатора определением на дисплее лицевой ключим первый разряд индикатора; шаблона шестиразрядным 7-сегмент- панели генератора шаблона области из ным индикатором 7SEG-MPX6-CC- четырёх колонок, соответствующих четырём ● подачей логического 0 на вывод 2 BLUE воспользуемся одной микросхе- строкам 8-битного кода из файла шаблона включим второй разряд индикатора; мой 74LS48, выходы которой QA–QG подключим к входам A–G индикатора. %11111011, ● сформируем на выводах Q0–Q3 гене- %11110111, ратора шаблона двоичный код вто- На диске компьютера создадим %11101111, рой цифры; файл шаблона Pattern71.ptn, в кото- %11011111, рый построчно запишем двоичный Индикатор 7SEG-MPX6-CC-BLUE име- ● подачей логической 1 на вывод 2 вы- код цифр: ет семь выводов управления сегмента- ключим второй разряд индикатора; %00000001, ● подачей логического 0 на вывод 3 %00000000, включим третий разряд индикатора; %00000101, %00000111, ● сформируем на выводах Q0–Q3 гене- %00000010, ратора шаблона двоичный код тре- %00000011, тьей цифры; Создадим ещё один файл шаблона (Pattern72.ptn), в который запишем ● подачей логической 1 на вывод 3 вы- код управления свечением разрядов ключим третий разряд индикатора; индикатора: %11111110, ● подачей логического 0 на вывод 4 вклю- %11111101, чим четвёртый разряд индикатора; ● сформируем на выводах Q0–Q3 гене- ратора шаблона двоичный код чет- вёртой цифры; ● подачей логической 1 на вывод 4 выключим четвёртый разряд инди- катора. Управление шестиразрядным 7-сег- ментным индикатором (микросхе- мой 7SEG-MPX6-CC-BLUE) можно реализовать с помощью двух генера- торов шаблона, синхронно формиру- ющих выходные сигналы данных или команд (первый – коды цифр, а вто- рой – код активного разряда) соглас- но с инструкциями, содержащимися в файлах шаблона (в нашем примере в файлах Pattern71.ptn и Pattern72.ptn). Добавим два прибора PATTERN GENERATOR (компоненты PATTERN1 и PATTERN2) в рабочую область проекта и подключим выводы Q0–Q3 прибора PATTERN1 к выводам A–D микросхемы дешифратора U1 соответственно, выво- ды Q0–Q5 прибора PATTERN2 к выводам 1–6 микросхемы индикатора (рис. 23). Для подачи внешнего сигнала синхро- низации на вход TRIG компонентов PATTERN1 и PATTERN2 применим гене- ратор цифровых импульсов, значения параметров которого оставим без изме- нений (такими, как показано на рис. 17). Используя метод динамической индикации, отобразим шесть раз- ных цифр на дисплее шестиразряд- ного 7-сегментного индикатора 7SEG- MPX6-CC-BLUE, который добавлен в рабочую область проекта из разде- ла 7-Segment Displays библиотеки Optoelectronics и подключён к схе- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 45

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ● Output Configuration – Output to Pins Only. Для синхронной работы приборов PATTERN1 и PATTERN2 эти значения должны быть одинаковыми. Когда в рабочей области проекта собрана схема, выполнены настрой- ки приборов и подготовлены и загру- жены файлы шаблона, можно запустить симуляцию, результат выполнения которой представлен на рис. 24. Рис. 23. Подключение шестиразрядного индикатора к схеме формирования управляющего кода Управление матрицей светодиодов с помощью Рис. 24. Управление с помощью генератора шаблона динамической индикацией на экране цифрового генератора шаблона шестиразрядного дисплея В Proteus с помощью генератора ми (A, B, C, D, E, F, G), вывод управле- во второй строке файла шаблона шаблона можно реализовать схему бегу- ния свечением децимальных точек Pattern72.ptn, включается второй раз- щих огней, собранную с использовани- (DP) и выводы управления свечени- ряд индикатора для вывода цифры 0, ем светодиодов. Рис. 25 демонстрирует ем разрядов (1–6), которые (как вид- код которой записан во второй стро- работу такой схемы, где соединены 12 но на рис. 23) подключены к выходам ке файла шаблона Pattern71.ptn. Четы- светодиодов красного цвета, управление Q0–Q5 генератора шаблона PATTERN2. ре следующие строки кода файлов которыми осуществляется с помощью Pattern71.ptn и Pattern72.ptn управляют двух приборов PATTERN1 и PATTERN2. Для формирования полного изобра- третьей – шестой группами сегментов Аноды светодиодов D1–D8 подключены жения необходимо для каждого разряда индикатора – выводят цифры 5, 7, 2 и 3. к выводам Q0–Q7 генератора шаблона индикатора на выходах Q0–Q3 генера- PATTERN1, аноды светодиодов D9–D12 тора шаблона PATTERN1 последова- Для непрерывного отображения подключены к выводам Q0–Q3 генера- тельно установить код, четыре млад- чисел на экране индикатора на дис- тора шаблона PATTERN2. Катоды всех ших бита (0–3) которого соответствуют плеях лицевых панелей генерато- светодиодов схемы подключены к зем- двоичному коду цифры. В то же вре- ров шаблона перемещением курсора ле. Символ «земли» добавляют в схему, мя для каждого разряда индикатора определим области из шести колонок выбрав на панели TERMINALS строку на выходы Q0–Q5 генератора шабло- (рис. 24), соответствующих шести стро- GROUND (рис. 26). Панель открывают на PATTERN2 последовательно выво- кам 8-битного кода из файлов шаблона. нажатием кнопки Terminals Mode на дится код, шесть младших битов (0–5) левой панели схемного редактора. которого соответствуют двоичному Назначим для генератора шаблона коду управления свечением разрядов. PATTERN1 файл шаблона Pattern71.ptn, Светодиоды поочередно загорают- Как видно на рис. 24, управляющий код а для генератора шаблона PATTERN2 ся и гаснут, создавая эффект бегущих в файлах шаблона содержит по шесть файл шаблона Pattern72.ptn. Обрати- огней. Добавление светодиодов (ком- строк. Первая строка из файла шабло- те внимание на значения параметров поненты LED-RED) в схему выпол- на Pattern72.ptn включает первый генераторов шаблона PATTERN1 и няют из раздела LEDs библиотеки разряд индикатора для вывода циф- PATTERN2 в окне Edit Component: Optoelectronics (рис. 27). Для каждо- ры 1, код которой хранится в первой ● Clock Rate – 200.0 Hz; го отдельного светодиода в окне его строке файла шаблона Pattern71.ptn. ● Reset Rate – 50.0 Hz; настроек (окно Edit Component откры- С помощью кода, записанного ● Clock Mode – Internal; вают двойным щелчком левой кнопки ● Reset Mode – Sync External Pos Edge; мыши по символу светодиода на схе- ме) укажем ток потребления (поле Full drive current) – в нашем примере 10 mА, тип модели (поле Model Type) – Digital, напряжение (поле Forward Voltage) – 2.2 V (рис. 28а). Назначим для генератора шаблона PATTERN1 файл шаблона Svetodiodu1.ptn, а для генератора шаблона PATTERN2 файл шаблона Svetodiodu2.ptn. Зададим следующие значения параметров генера- торов шаблона PATTERN1 и PATTERN2 в окне Edit Component (рис. 28б): ● Clock Rate – 1.000 Hz; ● Reset Rate – 250.0 mHz; ● Clock Mode – Internal; ● Reset Mode – Internal; ● Output Configuration – Output to Pins Only. 46 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ аб вг Рис. 25. Управление матрицей светодиодов с помощью двух приборов PATTERN1 и PATTERN2 в схемном редакторе Proteus. Подсветка: (а) 1, 5 и 9 светодиодов, (б) 2, 6 и 10 светодиодов, (в) 3, 7 и 11 светодиодов, (г) 4, 8 и 12 светодиодов Рис. 27. Выбор светодиода LED-RED из раздела LEDs библиотеки Optoelectronics Рис. 26. Открытие при помощи кнопки генератора PATTERN2. Запуск генера- на один разряд, тем самым обеспечивая Terminals Mode панели TERMINALS и выбор ции шаблона осуществляется внутрен- переключение свечения светодиодов D1– символа «земля» ним сигналом с частотой 1 Гц. Сразу же D8. Значащие двоичные числа (0 или 1) после генерации двоичный код посту- занесены в 8 разрядов 8-битного кода. Для синхронной работы приборов пает на выводы генератора. В файле PATTERN1 и PATTERN2 эти значения Svetodiodu1.ptn вручную сформиро- В файле Svetodiodu2.ptn вручную должны быть одинаковыми. ван шаблон из четырёх строк (рис. 29а): сформирован следующий шаблон (рис. 29б): В нашем примере задан циклический %00010001, вывод шаблона на линии Q0–Q7 гене- %00100010, %00000001, ратора PATTERN1 и на линии Q0–Q3 %01000100, %00000010, %10001000, %00000100, В каждой строке введено две логиче- %00001000, ских 1 (именно эти значения кода подсве- В каждой строке введена одна логиче- чивают светодиоды), которые с каждым ская 1, которая с каждым тактом синхро- тактом синхронизации сдвигаются влево низации сдвигается влево на один разряд, тем самым обеспечивая переключение СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 WWW.SOEL.RU 47

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ а б Рис. 28. Окно настройки параметров: (а) светодиода, (б) генератора шаблона аб свечения светодиодов D9–D12. Знача- щие двоичные числа (0 или 1) занесены в Рис. 29. Формирование в файле шаблона генератора: (а) PATTERN1 кода управления свечением 4 младших разряда 8-битного кода. восьми светодиодов D1–D8, (б) PATTERN2 кода управления свечением четырёх светодиодов D9–D12 Запустим симуляцию и проверим пра- вильность работы собранной схемы. На рис. 25а видно, что подсвечены 1, 5 и 9 светодиоды. Такой результат озна- чает, что на выводы Q0–Q7 генератора шаблона PATTERN1 поступили знача- щие значения первого двоичного слова (00010001) шаблона, записанного в фай- ле Svetodiodu1.ptn. В то же время на выво- ды Q0–Q3 генератора шаблона PATTERN2 поступили значащие значения первого а б СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2022 Рис. 30. Создание эффекта поочерёдного свечения шести светодиодов: (а) D1–D6, (б) D7–D12 48 WWW.SOEL.RU