Интеллектуальный интерфейс для измерителя параметров цепей переменного тока

П.В. Сапронов,
инженер-электроник,
г. Москва

1. Введение

При создании приборов и измерительных систем разработчики должны учесть все возможные ситуации, которые могут возникнуть при работе с прибором. Для сложных и многофункциональных приборов это довольно объемная и длительная работа. К тому же очень трудно предусмотреть реакцию измерительной системы на все случаи взаимодействия человека с прибором в решении конкретной измерительной задачи. Указанная проблема может быть решена с помощью создания интеллектуального интерфейса (ИнИ), наличие которого является признаком интеллектуального средства измерения [9].

Интеллектуальный интерфейс – это механизм самообучения системы при взаимодействии с пользователем и внешней средой для решения измерительной задачи. Механизм, который способен контролировать состояние системы при различных действиях пользователя, включая неадекватные действия и возможные аварийные ситуации. Наличие такого интерфейса позволит сократить время на разработку интерфейса человек-прибор, а значит и время на разработку прибора в целом, на адаптацию к прибору и упростить взаимодействие с измерительной системой. Реализованный в приборе такой интерфейс поможет оператору провести процесс измерения в целом, указать последовательность действий: задания режимов, алгоритмов и обработки результатов измерения, предотвратить некорректные действия оператора, подсказать в случае неисправности прибора оператору причину и место сбоя, рекомендовать некоторую последовательность действий. Интерфейс должен выявить уровень подготовки и знаний пользователя в данной измерительной задаче и помочь в случае необходимости [7].

2. Определение интеллектуального интерфейса

Напомним принятые в информационных технологиях определения интерфейса пользователя.

Интерфейс пользователя (User interface) - элементы и компоненты программы, которые способны оказывать влияние на взаимодействие пользователя с программным обеспечением. В том числе:

- средства отображения информации, отображаемая информация, форматы и коды;

- командные режимы, язык пользователь-интерфейс;

- устройства и технологии ввода данных;

- диалоги, взаимодействие и транзакции между пользователем и компьютером;

- обратная связь с пользователем;

- поддержка принятия решений в конкретной предметной области;

- порядок использования программы и документация на нее [1].

Графический интерфейс пользователя (Graphical user interface) - графическая среда организации взаимодействия пользователя с вычислительной системой. Графический интерфейс позволяет управлять поведением вычислительной системы через визуальные элементы управления: окна, списки, кнопки, гиперссылки и т.д. [1]

Несмотря на множество работ, например [2,4-6], посвященных вопросу организации ИнИ, сегодня отсутствует достаточно ясное определение данного понятия.

Интеллектуальный интерфейс (Intelligent interface) - интерфейс пользователя, дополнительно снабженный программным обеспечением, способным выполнять элементарные функции анализа, синтеза, сравнения, обобщения, накопления, обучения всех составных элементов, участвующих в процессе взаимодействия с пользователем, делая обычный интерфейс пользователя разумным, т.е. интеллектуальным.

В ИнИ должны быть реализованы следующие функции:

- анализ выполняемых действий пользователя. Для этого реализуются функции распознавания действий человека и текущего состояния информационной системы, определение класса пользователя и в зависимости от этого проведения непрерывного его обучения в соответствии со степенью образования [5];

- оптимизация выполнения технических операций. Формируется четкая последовательность действий интерфейса: опрос пользователя – формирование (при необходимости возврат к диалогу с пользователем) и выполнение команд для аппаратной части прибора – вывод результатов измерений;

- синтез формируемых сообщений для пользователя. Реализация механизма формирования различных диалоговых форм и сообщений;

- обоснование алгоритма измерения или результата измерений при выполнении нестандартной задачи или аварийном режиме работы.

В структуре ИнИ (рис. 1) должна быть реализована база данных (базовых понятий, определений, единиц измерений, типовых словосочетаний, фраз, сообщений, ситуаций, возникающих в процессе измерения, задач измерения и пр.) и правил (формирования сообщений пользователя, пополнения базы данных и пр.).

рис. 1 Структура прибора с интеллектуальным интерфейсом

3. Характеристика задачи измерения параметров цепей переменного тока

Любая задача измерения параметров цепей переменного тока (ПЦПТ) в конкретной области применения характеризуется набором определенных требований к средствам измерения ПЦПТ. Поэтому при построении ИнИ необходимо учитывать характерные признаки задачи измерения ПЦПТ [7, 8], представленные в таблице, и примеры приведенных ниже рекомендаций.

Рекомендация 1. При измерении высокоимпедансных объектов особенно в условиях помех необходимо экранировать объект измерения, соединив экран с клеммой «земля» прибора, расположенной на его корпусе. При этом расстояние от объекта измерения до стенок экрана должно быть не менее 4 см.

Рекомендация 2. Компенсация входной емкости производится в режиме измерения при параллельной схеме замещения объекта на частоте 100кГц в отсутствие объекта при разомкнутых входных зажимах, а индуктивности подводящих проводов – при последовательной схеме замещения объекта и «замкнутых на коротко» входных зажимах. (Если данная функция реализована в приборе).

Рекомендация 3. Увеличение времени измерения позволяет повысить подавление помех и точность измерения.

Рекомендация 4. Для достижения более низкой погрешности измерения, малые значения индуктивности (мкГн) и емкости (пФ) следует измерять на более высоких частотах, а большие значения индуктивности (Гн) и емкости (мФ) следует измерять на более низких частотах.

Рекомендация 5. При больших значениях индуктивности (Гн) и емкости (мФ) следует выбрать параллельную схему замещения. При малых значениях индуктивности (мкГн) и емкости (пФ) следует выбирать последовательную схему замещения.

Таблица

Характеристика задач измерения ПЦПТ

Задачи измерения ПЦПТ Параметры задачи измерения ПЦПТ	Задача 1	…	Задача N
Диапазоны измеряемых величин: сопротивление проводимость емкость индуктивность и др.	Rmin1…Rmax1	…	RminN…RmaxN
	Ymin1…Ymax1	…	YminN…YmaxN
	Cmin1…Cmax1	…	CminN…CmaxN
	Lmin1…Lmax1	…	LminN…LmaxN
Диапазон рабочих частот	fmin1…fmax1	…	fminN…fmaxN
Рабочая частота	f01	…	f0N
Напряжение на измеряемом объекте	Uo1	…	UoN
Максимальное постоянное напряжение смещения на объекте измерения	Uo1	…	UoN
Схема замещения	n-элементная	…	n-элементная
Диапазоны измеряемых величин в зависимости от частоты (макс. разреш. способность – макс. значение измеряемой величины): R,¦Z¦,ReZ,ImZ, при f< X Гц G,¦Y¦,ReY,ImY, при f< X Гц	Amin1…Amax1	…	AminN…AmaxN
	Bmin1…Bmax1	…	BminN…BmaxN
Время измерения	t1	…	tN
Относительная погрешность измерения	D1	…	DN

4. Заключение

Достаточно просто ИнИ может быть реализован на основе виртуальных приборов [3], в которых по определению управление и взаимодействие с пользователем осуществляется с помощью программного обеспечения, работающего на персональном компьютере. Программное обеспечение современных виртуальных приборов должно содержать следующие необходимые элементы:

- наличие детализированной справочной системы с примерами практического применения;

- различные типы режимов визуализации (графический – различные виды графиков или диаграмм, текстовый – форматы представления, включая аналитический вывод);

- возможность экспорта данных в различные форматы для последующей обработки измерительной информации. Наиболее распространенными являются DBF, MDB, XLS, ASCII;

- возможность сохранения и последующего использования протоколов измерений (начальных параметров настроек прибора);

- самонастройка («plug-and-play»);

- самодиагностика (готовность к работе, измерению, оценка точности).

Литература

1. http://www.glossary.ru/

2. Maybury M. Intelligent User Interfaces: An Introduction // www.mitre.org/work/tech_papers/tech_papers_00/intelligent_user/introduction.pdf

3. Агамалов Ю.Р., Бобылев Д.А., Кнеллер В.Ю. Виртуальные измерители-анализаторы параметров импеданса // Датчики и системы. 2004. №5.

4. Блувштейн Д. В. К вопросу о создании интеллектуального интерфейса с организацией обработки запроса на естественном языке // Материалы международной конференции «Диалог'2004». http://www.dialog-21.ru/

5. Лебедев В.Г., Чесноков А.М. Основы построения интеллектуальных интерфейсов пользователя с помощью инструментальных сред нового поколения. // Материалы международной конференции и выставки CAD/CAM/PDM-2001, М., 2001, стр.22-24.

6. Поспелов Д.А. Интеллектуальные интерфейсы для ЭВМ новых поколений //Электронная вычислительная техника. Сборник статей. Вып.3, М.: Радио и связь, 1989, с.4-20

7. Сапронов П.В. Интеллектуализация средств измерения параметров цепей переменного тока // Труды международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии». – Пенза: Пензенская государственная технологическая академия, 2004 (осенняя сессия).

8. Сапронов П.В. Средства измерения параметров цепей переменного тока (приборы) // Электронные компоненты. 2005. №5. – С. 138-141.

9. Сапронов П.В. Эволюция определения интеллектуальных средств измерения // Автоматизация в промышленности. 2005. №4. – С. 67-68.