CC BY
21
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА 2/2015
УДК 004.451.3, 681.2.08
Л
s ~
М.А. Стрелков,
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Рассматривается структура компактного хранения данных в оперативной и флэш-памяти дефектоскопа, которая обеспечивает бесперебойное архивирование и передачу информации по Bluetooth.
Ключевые слова: структура данных, хранение данных, дефектоскоп.
Для безопасной и надежной эксплуатации подъемно-транспортного оборудования необходимо проводить регулярное обследование состояния стальных канатов. Широкое распространение для оценки состояния стальных канатов получили магнитные дефектоскопы [1] с использованием постоянных магнитов. Известные модели дефектоскопов разработаны относительно давно и не во всех случаях дают объективную картину. В этих условиях актуальной задачей является создание канатного дефектоскопа повышенной точности.
Для достоверного определения повреждений стального каната дефектоскоп регистрирует пять сигналов с измерительных индуктивных катушек и датчиков Холла, а также температуру и напряжение встроенного аккумулятора.
Первые пять сигналов необходимо регистрировать с высокой частотой, от 500 до 2000 Гц. Например, частота 1000 Гц позволяет при средней скорости движе-
ния 1 м/с регистрировать информацию через каждый миллиметр каната, что, например, соответствует обычной скорости при ревизии шахтных подъемных установок и достаточной дискретности измерений. Сигналы с датчика температуры и напряжения аккумулятора изменяются медленно, поэтому высокая частота их регистрации не требуется.
В связи с высокой скоростью опроса и ограниченным объемом оперативной памяти в микроконтроллере дефектоскопа целесообразно сократить объем информации, требуемый для хранения и передачи данных.
Структура хранения [2] отсчетов данных изображена на рис. 1, цифрами обозначены номера регистрируемых сигналов.
Один отсчет данных занимает 5 слов или 10 байт. Все измеряемые сигналы имеют размер 12 бит. Первые пять сигналов (с номерами 1, 2, 3, 4, 5 на рисунке) располагаются с начала каждого слова, а
* Работа выполнена при финансовой поддержке Фонда содействия развитию малых предприятий в научно-технической сфере.
НА УЧНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ, ШКОЛЫ, СЕМИНАРЫ
6i
&
6:
h
1
1з
6;
6з
6 8 10 12 14 16 18
Рис. 1. Структура памяти для хранения измеряемых сигналов
20 байт
оставшиеся младшие 4 бита каждого слова отводятся под сигналы, не требующие быстрой регистрации - сигналы температуры и напряжения аккумулятора (сигналы с номерами 6, 7). Каждый такой медленный сигнал располагается в младших четырех битах последовательно идущих трех слов. Описанная структура хранения данных позволяет упаковывать регистрируемые сигналы наиболее компактно и быстро без потери информации.
Разрабатываемый дефектоскоп проектируется для работы совместно с промышленным планшетным компьютером, который будет получать регистрируемые данные по беспроводной связи Bluetooth в режиме реального времени. Тем не менее предусматривается и его автономная работа с отложенной передачей и обработкой данных. Для этих целей измерительная часть дефектоскопа должна содержать встроенную память для хранения замеров. Память должна быть энергонезависимой, поэтому для измерительной части хорошо подходит широко распространенная флэш-память объемом, достаточным для хранения 2-5 замеров.
Единицей измерения информации при операциях с флэш-памятью является страница размером 256 байт. Для однозначной идентификации каждой страницы целесообразно выделить область служебных данных размером 16 байт, включающую информацию о замере (например, дату и время начала замера) и о самой странице (номер страницы внутри за-
мера). Таким образом, непосредственно под данные отводится 240 байт. Схема хранения данных во флэш-памяти представлена на рис. 2.
Самым очевидным, универсальным и компактным вариантом для хранения данных дефектоскопа представляются карты памяти формата SD. Однако проведенные экспериментальные исследования показали, что заявленные скорости работы достигаются только на больших объемах данных. При операциях с данными размером до 16 страниц значительная часть времени уходит на процедуры инициализации. Более того, внутреннее устройство флэш-памяти типа NAND таково, что время, затрачиваемое на операции чтения и записи одной страницы, не фиксировано и варьируется в широких диапазонах.
Для хранения замеров дефектоскопа выбрана флэш-память типа NOR, которая отличается от широко распространенной NAND памяти меньшим объемом, но более высокой скоростью доступа к единичной ячейке, т.е. к странице. Была успешно протестирована микросхема памяти, гарантирующая доступ к единичной странице в течение 2,5 мс.
Недостатком выбора любой из микросхем памяти вместо использования SD карт или флэш-памяти другого формата является то, что микросхему нельзя извлечь и непосредственно подключить к компьютеру. Однако неотъемлемой частью дефектоскопа является программа, работающая на персональном или про-
N Z данные, 240 байт N Z данные, 240 байт
16
256
272
Рис. 2. Структура хранения данных во флэш-памяти. N - номер страницы, 4 байта; 2 - идентификатор замера, 12 байт
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА 2/2015
мышленном планшетном компьютере, которая будет устанавливать беспроводную или проводную связь с контроллером дефектоскопа и сможет считывать из памяти дефектоскопа любой замер.
Разработанная структура данных позволяет компактно хранить информацию без потери точности в ограниченном объ-
еме памяти программы дефектоскопа. Структура хранения данных во флэш-памяти обеспечивает бесперебойное архивирование и передачу информации на промышленный компьютер прибора. Таким образом достигаются требуемые технические характеристики разрабатываемого дефектоскопа.
Библиографический список
1. Клюев В.В. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. - М.: Машиностроение, 1986.
2. Модели и структуры данных / В.Д. Далека, А.С. Деревянко, О.Г. Кравец, Л.Е. Тимановская. -Харьков: ХГПУ, 2000.
STORAGE STRUCTURE OF MEASURING SYSTEM SIGNALS FOR HIGH ACCURACY ROPE DEFECTOSCOPE
M.A. Strelkov
Perm National Research Polytechnic University
The article describes the structure for compact data storage in RAM and flash-memory that provides fail-safe back up and information transfer over Bluetooth.
Keywords: data structure, data storage, defectosope.
Сведения об авторе
Стрелков Михаил Александрович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ), 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: mikestr4@gmail.com
Материал поступил в редакцию 25.05.2015 г.
