Д.т.н., професор Лукашенко В.М., аспірант Чичужко М.В.,

магістранти Гавриш А.В., Циба А.О., Галушка С.А.

Черкаський державний технологічний університет, Україна

ЗНАКОВА МОДЕЛЬ В ЧОТИРЬОХ КВАДРАНТАХ ДЛЯ ОПТИМІЗАЦІЇ КОМПОНЕНТІВ СКЛАДНОЇ СИСТЕМИ

Актуальність Проблемно-орієнтований медичний пристрій для стеження за серцевим ритмом побудований на основі мікроконтролера (МК). Крім того, МК широко використовуються в обчислювальних комплексах, дозволяють краще і з найменшими витратами вирішувати локальні завдання управління виробничими процесами в галузі медицини, машинобудування, а також лазерними технологічними комплексами. МК дозволяють конструювати сучасні пристрої, що володіють рядом переваг: мінімальні габарити, низька вартість, сумісність з персональними комп'ютерами через стандартні інтерфейси і висока надійність [1].

На ринку існує багато фірм виробників МК, найвідоміші з них: Atmel, Microchip, Fujitsu, Texas Instrument, PIC. Для дослідження обрано PIC та Fujitsu, а саме МК PIC12C508, PIC10F200, PIC18C242, PIC16F872, dsPIC30F1010, PIC32MX340F128H, PIC16C432, MB90F523F, як найбільш використовувані.

Вагомий внесок у розвиток мікроконтролерної техніки внесли роботи

М. Предко, С.Рюмик, Д. Мортон, А.Євстігнєєва, В.Локазюка, В.Корнеева, С.Крилова, О.Гаврилюк, В.Ульріха, Н.Заєць та ін. Однак, у цих роботах недостатньо відображено, як з множини різних типів МК швидко вибрати той, який найбільш підходить споживачеві за необхідними техніко-економічними показниками (ТЕП). Тому визначення найкращої моделі МК з множини сучасних є актуальною задачею.

Мета роботи Розробка знакової моделі, яка дозволяє оптимізувати процес вибору сучасних МК за багатьма параметрами на основі методу візуалізації, та системного аналізу.

Постановка задачі Для виконання поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

- створити перелік МК сучасних типів з основними ТЕП;

- запропонувати узагальнену математичну модель основних ТЕП;

- розробити умовні критеріїв подібності, визначити їх фізичне тлумачення та створити критеріальне рівняння;

- побудувати знакову модель залежностей основних ТЕП МК сучасних типів в безрозмірних координатах.

Рішення задачі На основі евристичного методу визначено перелік сучасних типів МК та їх основних ТЕП, таких як: - максимальне і мінімальне значення відповідних параметрів робочої температури, напруги, потужності та ціни.

В табл. 1 приведені основні ТЕП сучасних типів МК

Перелік основних ТЕП сучасних МК Таблиця 1

№	Назва Мікроконтролера	Qmin, K	Qmax, K	Umin, B	Umax, B	Цmin, EUR	Цmax, EUR	Pmin, Вт	Pmax, Вт
1	PIC12C508	233	398	2	5,5	0,998	1,72	4	11
2	PIC10F200	233	358	2	5,5	0,413	0,512	24	66
3	PIC18C242	273	358	2,7	6	5,26	6,3	67,5	150
4	PIC16F872	273	398	2,5	6	2,32	3,23	4	9,6
5	dsPIC30F1010	233	398	3	5,5	3,87	4,26	75	137,5
6	PIC32MX340F128H	273	343	2,5	6	8,14	9,91	45	108
7	PIC16C432	273	343	4,5	5,5	3,4	4,2	112,5	137,5
8	MB90F523F	233	358	4,5	5,5	13,34	15,04	72	88

Узагальнена математична модель за основними показниками має наступний вигляд формула (1) [6]:

Враховуючи відсутність математичної залежності між наведеними параметрами МК (1), пропонується використовувати теорію неповного подібності і фізичного моделювання та на підставі евристичного методу створити умовні критерії подібності [3]. Визначальними величинами є параметри, які зведені в табл. 1. Загальний вид критерію подібності через визначальні величини має вигляд формула (2) [6]:

де індекси max і min відповідають обраному параметру, при цьому - умовний критерій, який є безрозмірною величиною.

Для даної роботи створюємо наступні умовні критерії:

їх фізичне тлумачення визначають відповідно діапазони робочої напруги, потужності, температури та ціни в відносних одиницях.

Тоді критеріальне рівняння для всіх МК приймає вид формула (3) [6]:

За результатами розрахунку будується 4х-квадрантна знакова модель залежностей основних ТЕП сучасних типів МК в безрозмірних координатах, яка представлена на рис.1.

Рисунок 1 - 4-х квадрантна знакова модель залежності основних ТЕП параметрів в безрозмірних координатах

Примітка: Цифри 1, 2, … , 8 відповідають МК з табл. 1.

Системний аналіз моделі (рис.1) показав, що МК PIC 12C508 (№1) має найкращі техніко-економічні характеристики.

Висновки:

- проведений системний аналіз сучасних МК на базі фізичного моделювання і властивостей теорії неповної подібності;

- побудувано 4-х квадрантну знакову модель залежностей ТЕП в безрозмірних координатах, яка дозволила швидко оцінити характеристики МК

PIC 12C508 (№1) одночасно за багатьма параметрами:

, які є найкращими завдяки візуалізації. Це скорочує процес оптимізації майже в 4 рази.

В подальшому дослідженні розробити математичну модель узагальненої оцінки якості предмету дослідження.

Література:

1. Creation of multicriteria qualitative evaluation method of microcontroller manufacturers / V. M. Lukashenko, M. V. Chichuzhko, A. G. Lukasheneko, V. A. Lukasheneko // Nauka i studia. – Przemysl, 2013. – № 17 (85). – P. 97–102.

2. Determination Method of Efficiency Units for Conditional Similarity Criterion / V. M. Lukashenko, M. V. Chichuzhko, D. A. Lukasheneko, V. A. Lukasheneko // Bulletin of Cherkassy State Technological University. – Cherkassy, 2013. – Num. 2. – P. 44–47.

3. Mathematical model of laser radiation configuration for obtaining fine-grained weld structure / A. G. Lukashenko, V. M. Lukashenko, T. Yu. Utkina, D. A. Lukashenko, V. A. Lukashenko // Современный научный вестник. – Белгород, 2012. – № 11 (123). – С. 56–60.

4. A Technique for Determination of Dynamic Parameters of Feedback Induction Sensor / A. G. Lukashenko, V. M. Lukashenko, T. Yu. Utkina, D. A. Lukashenko, V. A. Lukashenko // «Оралды гылым жаршысы» («Уральский научный вестник»). – Уральск, 2012. – № 12 (48). – С. 92–99.

5. Systematization and qualitative assessment of models of access for laser technological complex based on biometrics / O. S. Verbytskiy, S. A. Mitsenko, T. Yu. Utkina, A. G. Lukashenko, V. M. Lukashenko // Nauka i studia. – Przemysl, 2012. – № 3 (48). – P. 121–126.

6. Лукашенко А. Г. Виявлення резерву предмета дослідження на основі теорії неповної подібності та розмірностей / А. Г. Лукашенко, О. А. Кулигін, В. М. Лукашенко. – Хмельницький : Вісник ХНУ. – 2009. – № 3. – С. 184–187.

7. Лукашенко В. М. Метод розширення функціональних можливостей сучасних мікроконтролерів / В. М. Лукашенко, М. В. Чичужко, Д. А. Лукашенко // Вісник Хмельницького національного університету. – 2013. – № 6. – С. 186–189.

8. Лукашенко В.М. Многокритериальная качественная оценка фирм изготовителей микроконтроллеров / В. М. Лукашенко, М. В. Чичужко, В. А. Лукашенко // Збірник наукових праць Кіровоградського національного технічного університету. Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. – Кіровоград : КНТУ, 2013. – Вип. 26. – С. 155–160.

9. Трьохкоординатна знакова модель для визначення перспективних мікропроцесорних компонентів за багатьма параметрами / К. С. Рудаков, А. Г. Лукашенко, В. А. Лукашенко, В. М. Лукашенко, та ін. // Вісник ЧДТУ. – 2012. – № 1. – C. 28‑31.

10. Швидкодіючий метод візуалізації вибору сучасних мікроконтролерів / А. Г. Лукашенко, К. С. Рудаков, Р. Є. Юпин, Д. А. Лукашенко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2011. – № 4/9 (52). – С. 63–65.