2.2. Розробка програмного забезпечення досліджень властивостей шумових сигналів

В процесі досліджень шумових акустичних сигналів, що утворюються при протіканні газу в трубопроводі було створено програмне забезпечення, за допомогою якого здійснювалась оцінка характеристик шумів, випробовувались різні методи та алгоритми обчислень, здійснювалась оцінка різних параметрів, необхідних в подальшій роботі над системою вимірювання витрат газових потоків на основі статистичних оцінок шумів.

Зручно використати візуальне середовища програмування для створення комплексного програмного продукту, який буде лояльним до користувача та мати гнучкі можливості деталізації результатів обробки вхідної інформації у відповідності з математичним апаратом логіко-статистичних інформаційних моделей.

Для створення програмного рішення поставлених задач, за основу взято візуальне середовище програмування Borland C++ Builder Version .0 Copyright © Borland Software Corporation. Мовою програмування в цьому середовищі є C++.

Borland C++ Builder є досить гнучким та зручним для створення програмних продуктів. Його об’єкти та розширені бібліотеки дозволяють не тільки оформити отримання та динамічну обробку інформації, а й графічно в режимі реального часу відображати зміну вхідних параметрів, математичної моделі та системи в цілому.

Borland C++ Builder — це надзвичайно потужна система розробки прикладних програм для Windows. Вона впевнено займає передові позиції як серед професійних програмістів, так і серед людей, що ніколи професійно не займались програмуванням. Професіонали використовують C++ Builder для побудови складних аплікацій з розподіленими базами даних і для багатьох інших цілей. Спеціалісти самих різних спеціальностей створюють засобами Delphi невеликі прикладні програми для рішення своїх професійних задач [18, 19, 20].

Перевага C++ Builder полягає в мові C++, який лежить в її основі. Це одна з найпотужніших сучасних алгоритмічних мов загального призначення. Наряду із своєю простотою C++ Builder дає широкі можливості по розробці складних і ефективних програм.

Інтегроване середовище розробки (ІСР) C++ Builder — це середовище, в якому є все необхідне для проектування, запуску і тестування програмних продуктів і де все націлено на полегшення процесу створення програм. ІСР інтегрує в себе редактор кодів, відладчик, інструментальні панелі, редактор зображень, інструментарій баз даних та багато іншого [18, 19, 20].

Розроблений комплекс програмних засобів забезпечує ефективну роботу на комп’ютерах класу IBM PC: процесор (CPU) – Pentium, тактова частота процесора 500 МГц та вище, об’єм оперативної пам’яті (RAM) – 128 Мб і більше, незйомний накопичувач даних (HDD) – не менше 20 Гб. З метою організації операцій архівування даних необхідна наявність пристрою читання/запису компакт-дисків CD-RW/DVD-RW.

Для дослідження вихідного випадкового сигналу створено програма metro11_v1, структурна схема якого подано на рис.2.2. Текст програми наведено в додатку А.

Основним завданням даної програми є дослідження характеру та особливостей шумових сигналів за допомогою візуального представлення графіку цього сигналу, розрахунок його автокореляційної функції, та енергетичного спектру з їх відповідною візуалізацією, обрахунок та порівняння енергії шумових сигналів в обраній смузі частот. Для здійснення порівняльного аналізу забезпечена можливість сумісного представлення на одній координатній площині одночасно до восьми графіків.

Рис .2.2. структурна схема програми дослідження вихідного
випадкового сигналу metro11_v1

Поставлена задача вирішена за допомогою віконного графічного інтерфейсу з використанням закладок, на кожній з яких подана інформація з відповідного етапу роботи програми. Завдання і зміна початкових параметрів реалізовано за допомогою низки компонентів редагування Edit, а також елементів вибору і відображення стану CheckBox та RadioButton.

Вікно користувача при роботі з даною програмою подано на рис. 2.3. В процесі роботи користувач може за допомогою візуальних діалогових елементів задати необхідні параметри, після чого в закладці «Дані» обрати звуковий файл для аналізу. Результати проведеного аналізу (кореляційного та спектрального) будуть відображені у відповідних закладках.

а)

б)

Рис. 2.3. Вікно користувача програми metro11_v1 при дослідженні
а) шумового сигналу; б) енергетичного спектру

2.3. Розробка програмного забезпечення Noise Flowmeter

Розробка програмного забезпечення для проведення експериментальних досліджень властивостей та характеристик потоку, а також емпіричний вибір параметрів і методів обчислень дозволив створити програму Noise Flowmeter, вікно користувача якої подано на рис. 2.4. Текст програми наведено в додатку Б.

Рис. 2.4. Вікно користувача програми Noise Flowmeter

За допомогою низки візуальних компонентів, таких як редагування Edit, елементів вибору і відображення стану CheckBox та RadioButton, користувачу надається можливість задати параметри для подальших розрахунків. Після натиснення кнопки «Старт» розпочинається аналіз шумового процесу, послідовно пакет за пакетом. Результати аналізу виводяться на графік. Таким чином можна спостерігати за характером та поведінкою шумового сигналу в часі. По завершенню аналізу результати усереднюються і візуалізуються. Для здійснення оперативного контролю за ходом аналізу використовується компонент ProgressBar (термометр).

Програма Noise Flowmeter стала основою для подальшого створення програмно-апаратного комплексу вимірювання витрати для звіряння побутових лічильників газу з використанням спектральних оцінок шумів контрольованого середовища.

ВИСНОВКИ

Проаналізовано ефективність застосування різних кореляціних функцій для цифрової обробки шумів контрольованого середовища.

Досліджено ефективності застосування різних згладжуючих вікон для проведення спектрального аналізу шумів контрольованого середовища.

Проведено планування параметрів спектрального аналізу та виділено частотну смугу в енергетичному спектрі вимірюваних сигналів, яка забезпечує максимальну кореляцію між оцінками статистичних характеристик таких сигналів і витратою вимірюваного середовища.

Розроблено програмне забезпечення обробки вимірюваних сигналів, а також організації експериментальних досліджень статистичних характеристик шумів потоку газу.

5. В економічній частині розраховано витрати на розробку програмного комплексу, а також обчислено її повну собівартість та доцільність розробки, проведена економічна оцінка АСУ.

6. Розроблено основні принципи безпечної роботи, а також проведено розрахунок освітлення для приміщень з персональними комп’ютерами на яких буде експлуатуватися програма.

ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных: Пер. с англ. – М.: Мир, 1989. – 540