ТУСУР, промышленная электроника (дипломная работа)

Тематика выпускных квалификационных работ должна быть направлена на решение задач профессиональной деятельности:

– анализ научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по тематике исследования;

– математическое моделирование электронных приборов, схем и устройств различного функционального назначения на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования;

– участие в планировании и проведении экспериментов по заданной методике, обработка результатов с применением современных информационных технологий и технических средств;

– подготовка и составление обзоров, рефератов, отчетов, научных публикаций и докладов на научных конференциях и семинарах;

– организация защиты объектов интеллектуальной собственности и результатов исследований и разработок как коммерческой тайны предприятия;

– проведение техникоэкономического обоснования проектов;

– сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования электронных приборов, схем и устройств различного функционального назначения;

– расчет и проектирование электронных приборов, схем и устройств различного функционального назначения в соответствии с техническим заданием с использованием средств автоматизации проектирования;

– разработка проектной и технической документации, оформление законченных проектноконструкторских работ;

– контроль соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам.

Примерные темы ВКР

1. Инвертор источника бесперебойного питания.

2. Технология LoRaWAN для диагностики и мониторинга производства и оборудования.

3. Устройство калибровки игольчатого нагревателя.

4. Блок индикации системы управления установкой прогрузки переменным током.

5. Обратноходовой преобразователь напряжения.

6. Квазидвухтактный преобразователь постоянного напряжения.

7. Однофазный инвертор, ведомый сетью.

8. Преобразователь АС/DC для питания шагового двигателя.

9. Технология NBloT для диагностики и мониторинга производственного оборудования.

10. Зарядное устройство источника бесперебойного питания.

11. Мостовой инвертор с демпфирующей цепью.

12. Источник питания для светодиодных модулей на основе квазирезонансного обратноходового преобразователя.

13. Импульсный источник питания общего назначения.

14. Устройство измерения параметров движения человека с помощью акселерометра.

15. Система управления машиной для производства подошвы из термопластической резины.

16. Преобразователь напряжения шины питания космического аппарата.

17. Система управления преобразователем высоковольтного блока питания.

18. Источник питания коагулятора.

19. Преобразователь высоковольтного блока питания.

20. Резонансный LLC-преобразователь.

21. Источник с изменяющейся формой тока в течение импульса субмиллисекундной длительности.

22. Устройство контроля и управления розетками через Интернет.

23. Программа оценки положения лица человека на изображениях в режиме, близком к реальному времени.

24. Преобразователь энергии солнечной батареи.

25. Преобразователь для светодиодных светильников.

26. Источник питания магнитной системы.

27. Источник питания светодиодных панелей.

28. Устройство зарядное автономной фотоэлектрической установки.

29. Устройство автоматизированного управления фрезерным станком.

30. Формирователь импульсов для установки нанесения тонкопленочных покрытий методом магнетронного распыления.

31. Устройство контроля системы аварийных тросовых выключателей горношахтного оборудования.

32. Система управления микроклиматом в блоке-контейнере модульного здания.

33. Алгоритм распознавания жестов глухонемых с использованием библиотеки Open SV.

34. Устройство управления лазерным излучением.

35. Устройство управления комплексом очистки водопроводной воды на песчаных фильтрах.

36. Источник питания постоянного тока регулируемый.

37. Устройство мониторинга состояния и работы аккумуляторных батарей.

38. Устройство автоматического переключения цифровых потоков Е1 системы резервирования трактов связи.

39. Корректор коэффициента мощности трехфазного источника питания.

40. Коммутатор резервирования цифровых приемников для эфирного телевидения.

41. Корректор коэффициента мощности источника питания.

42. Зарядное устройство на основе мостового инвертора.

Направление исследования «Проектирование устройств энергетической электроники и управляющей техники»

1. Непосредственный преобразователь напряжения понижающего типа с пассивной снабберной цепью.

2. Устройство для зарядки ноутбука в салоне автомобиля.

3. Система гарантированного электропитания охраннопожарной сигнализации.

4. Источник гарантированного питания мобильных устройств на базе одноплатных микрокомпьютеров.

5. Устройство управления паяльной станцией.

6. Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов.

7. Источник питания светодиодных ламп класса защиты IP 68.

8. Блок питания источника плазмы на основе тлеющего разряда.

9. Источник питания электропривода задвижки.

10. Устройство управления освещением дистанционное.

11. Блок питания ноутбука от источника постоянного тока.

12. Источник питания для ручной электродуговой сварки.

Направление исследования «Автоматизированные комплексы и системы, электропривод»

1. Система управления электроприводом позиционирования спутниковой антенны.

2. Электропривод лифта на базе преобразователя частоты и асинхронного двигателя.

3. Система управления вентильным двигателем.

4. Электропривод двигателя-маховика системы позиционирования космического аппарата.

5. Электропривод автоматической задвижки батареи отопления.

Направление исследования «Разработка микропроцессорных средств автоматизации и управления»

1. Микропроцессорная система управления установкой пожаротушения и оповещения людей о пожаре.

2. Модуль телеизмерений буровой установки.

3. Микропроцессорный терминал контроля технологических сигналов.

4. Теплосчетчик промышленный микропроцессорный.

5. Система управления вегетацией растений на базе микроконтроллера.

6. Программа контроллера управления демонстрационной мнемосхемой.

Направление исследования «Автоматизация технологических процессов и производств»

1. Автоматическая система управления вентиляцией на промышленных выработках рудника.

2. АСУ ТП биохимической очистки сточных вод.

3. Автоматизированная система управления газокомпрессорной станцией.

4. Система автоматизированного управления дожимной насосной станицей.

5. Автоматизированная система управления газовой котельной.

6. Система контроля и управления технологическим процессом обогатительной фабрики.

Направление исследования «Разработка программного обеспечения средств автоматизации устройств управления и производственных комплексов»

1. Система удаленного сбора, обработки и отображения технической информации.

2. Разработка визуальных элементов для САПР.

3. Автономный учебно-информационный комплекс студента.

4. Ядро программы для управления вебсодержимым сайта.

5. Программное приложение для мобильных устройств под ОС «Андроид».

6. База данных материальных ценностей подразделения организации.

7. Ядро игрового вебпортала с интегрированной базой данных.

8. Программа распознавания движения в видеопотоке.

9. Программный компонент системы «Интернет вещей».

Широкий спектр профильной подготовки бакалавров в области промышленной электроники включает многообразие вариантов выполнения ВКР. Содержание основной части работы должно соответствовать всем пунктам технического задания (ТЗ) и удовлетворять требованиям, изложенным в настоящих методических указаниях.

В основу ВКР могут быть положены курсовые проекты по дисциплинам, изучаемым в теоретических курсах, с расширенным техническим заданием и содержанием рекомендуемых ниже подразделов:

I. При проектировании устройств энергетической электроники и управляющей техники

1. Постановка задачи проектирования:

– актуальность проектирования данного объекта;

– обзор аналогичных устройств, реализующих подобные задачи, по материалам научно-технической литературы, включая патентную информацию;

– сравнительный анализ аналогов по структурным или функциональным схемам на основании выбранных критериев оценки.

2. Разработка структурной или функциональной схемы объекта и описание алгоритма работы.

3. Разработка принципиальной схемы объекта (устройства):

а) силовая часть;

б) схема управления;

в) дополнительные блоки (блок питания собственных нужд, обратной связи, защиты, контроля и т. д.).

Примечание: если устройство (объект) многофункционально, то отдельные блоки могут быть представлены на функциональном уровне.

4. Расчет параметров и выбор элементов в соответствии с техническими условиями (ТУ):

а) силовая часть;

б) схема управления;

в) дополнительные блоки (блок питания собственных нужд, обратной связи, защиты, контроля и т. д.).

Примечание: при выборе элементной базы ссылка на справочную литературу обязательна.

5. Моделирование объекта проектирования (отдельных блоков, узлов):

а) выбор среды моделирования, позволяющей наиболее полно отразить специфику проектируемого объекта;

б) обоснование принятых допущений;

в) составление математической модели объекта;

г) получение требуемых характеристик (параметров элементов схемы и т. д.).

6. Конструкторский раздел (печатная плата, монтажная схема, объемная конструкция блока).

7. Экспериментальная часть (приводятся схемы эксперимента, перечень используемых измерительных приборов).

Примечания:

– конструкторский и экспериментальный разделы выполняются в тех случаях, если они предусмотрены ТЗ;

– результаты эксперимента подтверждаются протоколом испытаний.

Рекомендуемый графический материал:

· схемы электрические структурные (функциональные): а) прототипов;

б) разработанного устройства;

· схема электрическая принципиальная разработанного устройства или его составных частей (при наличии оригинальных решений);

· модель, формулы, результаты моделирования;

· схема эксперимента;

· статические (регулировочные, нагрузочные, входные) и динамические характеристики устройства (расчетные и экспериментальные);

· печатные платы, сборочные чертежи устройства (отдельных блоков).

II. При разработке микропроцессорных средств автоматизации и управления

1. Конкретизация технического задания:

– описание объекта управления (состав, режимы работы);

– актуальность проектирования микропроцессорного устройства;

– описание механических и климатических условий работы устройства, массогабаритных, энергетических, технологических, стоимостных требований (при необходимости).

2. Системное проектирование микропроцессорного устройства:

– анализ известных прототипов устройства и обоснование выбора оптимального варианта;

– формализация функций, выполняемых объектом управления;

– разделение функций на реализуемые:

а) аппаратным;

б) программным способом;

– определение архитектуры, состава компонентов (исполнительные элементы, датчики, интерфейсные элементы, микропроцессор) и основных характеристик устройства при данном способе построения;

– обоснование разрядности обрабатываемых данных, исходя из заданных требований по точности, и выбор средств аналогоцифрового и цифроаналогового преобразования сигналов;

– выбор типа микропроцессора с учетом необходимой разрядности, быстродействия, экономичности потребления, температурного диапазона работы, наличия на кристалле необходимых интерфейсных средств.

3. Структурноалгоритмическое проектирование микропроцессорного устройства:

– разработка структурных схем (электрической, кинематической, гидравлической, пневматической и др.) устройства для выбранного варианта реализации (при необходимости);

– формализация задачи аппаратных и программных средств;

– разработка алгоритма работы аппаратных средств (при необходимости);

– разработка схемы алгоритма прикладной программы с разбиением ее на функциональные модули (подпрограммы);

– при использовании вычислительных алгоритмов необходимо рассчитать погрешность, связанную с накапливающейся ошибкой округления (усечения) промежуточных результатов, на основании которых сформулировать требования к разрядности микропроцессора (при необходимости);

– при функционировании микропроцессорного устройства в режиме замкнутой системы автоматического управления необходимо осуществить моделирование этого режима с определением статических и динамических характеристик устройства, на основании которых сформулировать требования к быстродействию микропроцессора (при необходимости).

4. Функциональнологическое проектирование микропроцессорного устройства.

5. Разработка принципиальных схем конструктивных блоков:

– разбиение устройства на блоки по конструктивному признаку (плата микроконтроллера, блок питания и т. п.);

– разработка принципиальных схем блоков с перечнями элементов в соответствии с ГОСТом;

– расчет параметров элементов принципиальной схемы (номинальная величина, погрешность, мощность, дрейф нулевого уровня, погрешности коэффициента передачи и т. п.).

6. Разработка прикладных программ:

– подготовка исходного текста прикладных программ;

– трансляция исходного текста программ, формирование листинга с подробным комментарием;

– автономная отладка программных модулей путем эмуляции с помощью отладочных средств. Фиксация результатов отладки для конкретных тестовых примеров как результатов эксперимента;

– разработка и отладка программных модулей для автономного тестирования аппаратной части микропроцессорной системы (при необходимости);

– методика интеграции программных и аппаратных средств микропроцессорной системы при работе в реальном времени (при необходимости);

– испытание микропроцессорной системы (при необходимости).

7. Конструкторско-технологическое проектирование микропроцессорного устройства:

– разработка топологии одной из печатных плат (схемы расположения элементов и схемы печатного монтажа), желательно с применением какойлибо системы САПР и соответствующих конструкторских чертежей в соответствии с ГОСТ (при необходимости);

– разработка общей конструкции устройства или отдельного блока, желательно с применением какойлибо системы САПР и соответствующих конструкторских чертежей в соответствии с ГОСТ (при необходимости).

Примечание: отдельные пункты ТЗ, отмеченные круглыми скобками и словами (при необходимости), выполняются, если они предусмотрены ТЗ.

Рекомендуемый иллюстрационно-графический материал:

· схема электрическая структурная или функциональная;

· схемы электрические принципиальные с перечнем элементов;

· схема соединений (при необходимости);

· схема расположения элементов (микросхем и др.) на одной из плат и схема печатного монтажа (желательно с использованием пакета САПР) (при необходимости);

· блок-схема алгоритма прикладной программы;

· листинг результата трансляции прикладной программы с комментариями (как демонстрационный материал);

· иллюстративный лист с основными формулами и соотношениями, поясняющими алгоритм работы устройства, или результатами экспериментальных исследований.

III. При автоматизации технологических процессов и производств

1. Постановка задачи по автоматизации объекта управления. Цель работы. Актуальность. Новизна. Функции, выполняемые объектом управления (объектом управления может являться: технологический процесс, передвижной комплекс, обрабатывающий центр и т. д.).

2. Разработка требований к системе управления объектом:

– выявление контролируемых параметров;

– анализ условий эксплуатации;

– разработка функциональной спецификации;

– определение функций диспетчера, которые необходимо автоматизировать, и функций, которые система должна выполнять автоматически.

3. Обзор известных технических решений по материалам научнотехнической литературы и патентной документации.

4. Анализ достоинств и недостатков известных технических решений.

5. Выбор и обоснование одного из подходов к решению поставленной задачи:

5.1. Создание системы автоматического управления на основе логики:

– логики жесткой либо программируемой (в данном случае корректнее говорить о создании схемы управления на основе логики);

– разработка алгоритма работы схемы управления;

– разработка принципиальной схемы управляющего автомата (рекомендуется реализация автомата с жесткой логикой с обоснованием выбора типа – автомат Мура либо автомат Мили);

– разработка узлов сопряжения управляющего автомата с объектом управления. Выбор схем сопряжения (интерфейсов). Расчет электрических параметров элементов принципиальной схемы;

– отладка цифрового автомата на эмуляторе;

– разработка печатной платы схемы цифрового автомата либо проверка на эмуляторе работы всей принципиальной схемы.

5.2. Создание системы автоматического управления с использованием процедурного подхода:

– разработка дерева вызова процедур;

– разработка на языке проектирования программных процедур одной ветви дерева вызова процедур. Выбранная ветвь должна определять работу главного технологического процесса объекта управления (процедуры нижнего уровня дерева вызова процедур должны представлять собой реализацию расчетных формул параметров технологического процесса на языке проектирования);

– разработка архитектуры системы управления. Разделение процедур на процедуры верхнего уровня (выполняемые компьютером) и процедуры среднего уровня (выполняемые контроллерами);

– выбор (обоснование выбора) контроллера (контроллеров) и блоков периферии. Выбор датчиков и исполнительных элементов;

– разработка узлов сопряжения контроллера с объектом управления (с датчиками и исполнительными элементами). Выбор схем сопряжения (интерфейсов). Расчет электрических параметров элементов принципиальной схемы;

– реализация процедуры на конкретном языке программирования для компьютера либо реализация конкретной функции в программной среде контроллера.

5.3. Применение искусственного интеллекта для решения поставленной задачи:

– сбор, подготовка и нормализация данных для обучения сети;

– выбор топологии сети;

– экспериментальный подбор характеристик и параметров сети;

– обучение сети;

– поверка адекватности обучения, корректировка параметров, окончательное обучение;

– вербализация сети.

Выпускная квалификационная работа может представлять собой и автоматизированную (а не автоматическую) систему управления. В этом случае работа фактически сводится к созданию автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора. В этом случае пункты 5.1–5.3 могут выглядеть следующим образом:

– выбор SCADA-системы либо среды проектирования АРМа;

– создание мнемосхемы системы;

– создание связей элементов мнемосхемы с аппаратно-программными блоками системы;

– расчет времени реакции системы управления на сигнал с наиболее удаленного элемента объекта управления;

– расчет времени реакции системы управления на наиболее приоритетный сигнал;

– разработка мероприятий по повышению быстродействия системы;

– программная реализация модели системы управления или создание макетного образца;

– анализ полученных результатов, выводы.

Рекомендуемый перечень иллюстративно-графического материала:

· структурная схема объекта управления;

· мнемосхема системы;

· структурная схема системы управления;

· дерево вызова процедур;

· нейронная сеть;

· блоксхема алгоритмов работы системы управления;

· основные экранные формы АРМа;

· функциональная или принципиальная электрические схемы системы управления;

· результаты экспериментов.

IV. При разработке программного обеспечения средств автоматизации устройств или производственных комплексов

1. Постановка задачи проектирования:

– назначение проектируемого программного продукта;

– область применения программного продукта;

– формирование уточненных параметров интерфейсов модулей программного комплекса.

2. Обзор аналогичных программных продуктов, используемых для решения подобных задач:

– выбор критериев анализа;

– сопоставительный анализ известных решений с указанием их достоинств и недостатков (возможно представление структурных схем).

3. Разработка структурной (функциональной) схемы программного комплекса, в состав которого вводится разрабатываемый модуль:

– определение характеристик входных и выходных информационных потоков разрабатываемого модуля;

– формулировка требований к платформе реализации с указанием основных функций операционной системы, необходимых для работы модуля;

– выбор состава модулей, необходимых для реализации поставленной задачи;

– обоснование целесообразности разработки оригинальных модулей программного обеспечения.

4. Выбор технологии программирования:

– обоснование выбора среды разработки;

– возможности выбранной технологии.

5. Разработка форм организации входных, выходных и промежуточных (внутримодульных) информационных потоков.

6. Оценка необходимых ресурсов оперативной и дисковой памяти, обоснование необходимости промежуточной буферизации данных.

7. Разработка интерфейса пользователя с учетом эргономических критериев (выбор цветовой палитры экранных форм, расположение элементов управления на них, использование горячих клавиш акселераторов, выпадающих меню и пр.).

8. Создание справочной системы пользователя для разрабатываемого модуля и формулирование требований к уровню квалификации пользователя.

9. Создание программы с комментариями, поясняющими работу основных блоков.

10. Представление оригинальных алгоритмов работы программных модулей в виде блоксхем (1–3 блоксхемы, каждая не более чем на 1 лист формата А4).

11. Апробация (тестирование) разработанного программного модуля.

12. Определение и расчет минимальных ресурсов оборудования.

Рекомендуемый иллюстрационно-графический материал:

· структурная или функциональная схема программного обеспечения, в составе которого функционирует разрабатываемый модуль;

· структурная или функциональная схема разрабатываемого программного модуля с обозначением входящих в него функциональных элементов и связей между ними;

· основные математические соотношения в виде формул и выражений;

· блок-схема алгоритма работы оригинальных модулей;

· материал, иллюстрирующий работу программы на тестовом или реальном примере, с использованием графиков, таблиц и пр.;

· при разработке интерфейсных модулей изображения экранных форм (скриншоты) в различных режимах работы программы (представляется как демонстрационный материал).

Объем бакалаврской работы составляет, как правило, от 40 до 60 страниц, в том числе:

– обзорная часть – 10–12 страниц;

– проектировочная часть – 7–10 страниц;

– расчетная часть – 10–12 страниц;

– экспериментальная часть – 8–10 страниц.

Приложения в указанный объем бакалаврской работы не включаются.