МВРГР
.pdf
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА” ІНСТИТУТ КОМП’ЮТЕРНИХ НАУК
ТА ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ Кафедра “Системи автоматизованого проектування”
КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ОХОРОННОЇ СИСТЕМИ ЗА ДОПОМОГОЮ МОВИ MATLAB
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до виконання розрахунково-графічної роботи з дисципліни “Моделювання систем” для студентів спеціальності 7.080402 “Інформаційні технології проектування”
Затверджено на засіданні кафедри систем
автоматизованого проектування Протокол № 5 від 11.11.2009 р. на засіданні методичної ради ІКНІ
Протокол № 4-09/10 від 30.11.2009 р. ВАК № 2956 від 2.02.2010 р.
Львів-2010
Комп’ютерне моделювання охоронної системи за допомогою мови
Matlab. Методичні вказівки до виконання розрахунково-графічної роботи з дисципліни “Моделювання систем” для студентів спеціальності 7.080402 “Інформаційні технології проектування” для денної форми навчання/Укл. П.В.Тимощук. - Львів: Національний університет ”Львівська політехніка”, 2010. – 23 с.
Укладач: |
Тимощук П. В., д-р техн. наук, доцент |
Відповідальний за випуск: Лобур М. В., д-р техн. наук, професор
Рецензенти: |
Блажкевич І. І., канд. техн. наук, доцент |
|
Каркульовський В. І., канд. техн. наук, доцент |
2
МЕТА РОБОТИ
Написати на мові Matlab та відлагодити програму моделювання охоронної системи.
КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ОХОРОННИХ СИСТЕМ
УСЕРЕДОВИЩІ ПРОГРАМИ MATLAB
1.Моделювання системи охорони приміщення. Побудова та дослідження моделей систем ефективно здійснюються у середовищах сучасних програм математичного моделювання. Особливо ефективним є використання для цього мови програмування високого рівня Matlab, яка є мовою високого рівня, призначеною для виконання технічних обчислень. Вона поєднує обчислення, візуалізацію і програмування в зручному для користування середовищі, в якому задачі і розв’язки виражаються у традиційних математичних позначеннях.
Головне меню програмної реалізації моделі системи охорони приміщення на мові Matlab показане на рис. 1. При натисканні на клавішу меню з назвою
Рис. 1. Головне меню програми на мові Matlab, яка моделює систему охорони приміщення.
“функціональна схема системи” з’являється функціональна схема системи охорони приміщення, подана на рис. 2, де В - відеокамера, М – монітор, С – сенсор, П – підсилювач, Ф – фільтр, ОБ – обробляючий блок, КП – керований перемикач, н – напруга спрацювання, ДЗС – джерело звукового сигналу, вс – вид сигналу, т – тривалість сигналу, б – блокування сигналу. Згідно з рис. 2
3
Рис. 2. Функціональна схема системи охорони приміщення.
сигнал зображення приміщення сприймається відеокамерою і передається на монітор пункту спостереження. З іншого боку, сигнал зображення приміщення надходить на сенсор, в якості якого може використовуватись чутливий елемент або інфрачервона камера. З сенсора сигнал зображення подається на фільтр для його фільтрування від завад за певним алгоритмом, після чого отриманий сигнал подається на підсилювач і на обробляючий блок. При зміні зображення, а отже, зміні напруги на виході обробляючого блоку і виході її за задані межі, тобто перевищенні цією напругою заданого порогу, спрацьовує керований перемикач, який вмикає звуковий сигнал. Джерело звукового сигналу має можливість зміни виду, тривалості сигналу та його блокування. При зменшенні величини сигналу на виході обробляючого блоку нижче заданого порогу спрацювання дія звукового сигналу припиняється. Зображення функціональної схеми можна закрити шляхом натискання на піктограму close його меню (рис. 2).
При натисканні на клавішу головного меню програми з назвою “подача сигналу зображення приміщення” з’являється меню виду зображення (рис. 3),в якому можна вибрати зображення.При натисканні на клавішу звичайного
Рис. 3. Меню вибору виду зображення приміщення.
зображення з’являється зображення приміщення, що знаходиться під охороною (рис. 4). Для забезпечення круглодобового спостереження, незалежного від пори дня, передбачена можливість використання
4
інфрачервоного зображення приміщення. Якщо на меню виду зображення вибрати інфрачервоне зображення, з‘явиться зображення приміщення, показане на рис. 5.
При натисканні на клавішу головного меню програми, що має назву “подача сигналу зображення приміщення з постороннім об’єктом” з’являється меню виду зображення (рис. 3). При натисканні на клавішу звичайного зображення з’являється зображення приміщення з порушником, подане на рис. 6. Якщо на меню виду зображення вибрати інфрачервоне зображення, з‘явиться зображення порушника на фоні приміщення, яке охороняється, показане на рис. 7.
При натисканні на клавішу головного меню з назвою “часова залежність вихідного сигналу фільтра” після подачі сигналу зображення приміщення отримується графік, показаний на рис. 8. Якщо клавішу меню “часова залежність вихідного сигналу фільтра” натиснути після подачі сигналу зображення приміщення з порушником, з’являється графік, наведений на рис. 9. Як можна побачити з порівняння залежностей з рис. 8 і рис. 9, після появи в приміщенні порушника величина вихідного сигналу фільтра у встановленому режимі збільшується.
При натисканні на клавішу головного меню “зміна тривалості звукового сигналу” з’являється меню вибору тривалості звукового сигналу (рис. 10), де можна задавати тривалості звукового сигналу 1с, 2с, 3с, 4с, 5с, 6с, 7с, 8с, 9с та 10с. За замовчуванням звуковий сигнал встановлений тривалістю 4с.
При натисканні на клавішу головного меню “зміна виду звукового сигналу” з’являється меню вибору виду звукового сигналу (рис. 11), де можна вибрати один з таких трьох видів звукового сигналу: гонг, соловей або падіння. За замовчуванням встановлюється сигнал ‘гонг’.
При натисканні на клавішу головного меню “блокування звукового сигналу” з’являється меню, де можна заблокувати або навпаки, розблокувати звуковий сигнал (рис. 12).
2. Моделювання системи охорони автомобіля. В якості функціональної схеми системи охорони автомобіля також може бути використана схема, показана на рис. 1. Головне меню програмної реалізації моделі системи охорони автомобіля на мові Matlab показане на рис. 13. При натисканні на клавішу меню з назвою “функціональна схема системи” з’являється функціональна схема системи охорони автомобіля, подана на рис. 14, де ЄС – ємнісний сенсор, ОБ – обробляючий блок, В – відеокамера, М – монітор, КП
– керований перемикач, ДЗС – джерело звукових сигналів, вс – вид сигналу, тс – тривалість сигналу, бс – блокування сигналу, uc – напруга спрацювання.
5
Рис. 4. Звичайне зображення приміщення.
Згідно з рис. 14 сигнал зображення автомобіля подається на відеокамеру, з якої поступає на монітор пункту спостереження і обробляючий блок. З іншого боку, на обробляючий блок надходить сигнал з ємнісного сенсора, встановленого на автомобілі. При сигналу зміні зображення, а отже, напруги на виході обробляючого блоку і відхиленні її за задані межі, тобто перевищенні цією напругою заданого порогу, спрацьовує керований перемикач, який вмикає джерело звукового сигналу. Джерело звукового сигналу має можливість зміни виду, тривалості сигналів та їх блокування. При зменшенні величини сигналу на виході обробляючого блоку нижче заданого порогу спрацювання дія звукового сигналу припиняється. Зображення функціональної схеми можна закрити шляхом натискання на піктограму close його меню (рис. 14).
При натисканні на клавішу головного меню програми “подача сигналу зображення автомобіля” з’являється зображення місця охорони з автомобілем, показане на рис. 15.
При натисканні на клавішу головного меню програми, що має назву “подача сигналу зображення місця охорони без автомобіля” з’являється зображення місця охорони з порушенням (рис. 16).
6
При натисканні на клавішу головного меню програми з назвою “часова залежність сигналу сенсора” після подачі сигналу зображення автомобіля отримується графік, показаний на рис. 17. Якщо клавішу меню “часова залежність сигналу сенсора” натиснути після подачі сигналу зображення місця охорони з порушенням, з’являється графік, поданий на рис. 18.Як мож-
Рис. 5. Інфрачервоне зображення приміщення.
можна побачити з порівняння рис. 17 і рис. 18, після порушення величина сигналу сенсора у встановленому режимі збільшується.
При натисканні на клавішу головного меню програми “зміна кількості звукових сигналів” з’являється меню вибору кількості звукових сигналів (рис. 19), де можна задавати 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 та 10 звукових сигналів. За замовчуванням встановлено 3 звукових сигнали.
При натисканні на клавішу головного меню “зміна виду звукових сигналів” з’являється меню вибору виду звукових сигналів (рис. 20), де можна вибрати один з трьох видів звукового сигналу: гудок поїзда, музика Генделя або гонг. За замовчуванням встановлюється сигнал ‘гудок поїзда’.
Клавіша головного меню “блокування звукового сигналу” функціонує так само, як і у випадку моделі системи охорони приміщення (рис. 12).
7
3. Опис основних операторів програмної реалізації моделей охоронних систем. Програмна реалізація моделей охоронних систем базується на використанні операторів мови Matlab, опис основних з яких поданий нижче.
Рис. 6. Зображення приміщення з порушником.
Операція присвоєння змінній x певного значення реалізується таким чином:
x=0;
Для отримання n дискретних точок змінної t в діапазоні від 0 до 1 може бути використаний оператор виду:
t=[0:1:n];
Команда WHILE повторює певні оператори нескінченну кількість разів. Формат команди WHILE:
WHILE вираз оператори
END
Оператори виконуються до того часу, поки всі елементи дійсної частини виразу є ненульовими. Оператор, як правило, є результатом виконання операцій виду: ==, <, >, <=, >=, or ~=.
8
Команда BREAK використовується для завершення функціонування циклу. Наприклад, якщо константа А є визначеною, тоді можна записати:
E = 0*A; F = E + eye(size(E)); N = 1; while norm(E+F-E,1) > 0,
Рис. 7. Інфрачервоне зображення порушника на фоні приміщення, яке охороняється.
E = E + F;
F = A*F/N;
N = N + 1; End
Команда MENU генерує меню вибору варіантів.
CHOICE = MENU(HEADER, ITEM1, ITEM2, ... ) створює стрічку
HEADER, яка слідує за стрічками ITEM1, ITEM2, ... ITEMn. Повертає число вибраних пунктів меню у вигляді скалярного значення. Обмежень на кількість пунктів меню немає.
CHOICE = MENU(HEADER, ITEMLIST), де ITEMLIST, є масивом стрічкових комірок. На більшості графічних терміналах MENU показує пункти меню у вигляді клавіш у вікні малюнка, інакше вони подаються, як пронумерований список к командному вікні. Приклад командного вікна:
9
>> K = MENU('Виберіть колір','Червоний','Синій','Зелений') показує на екрані:
----- Виберіть колір -----
1) Червоний
Рис. 8. Вихідний сигнал фільтра у встановленому режимі для зображення приміщення без порушника.
2)Синій
3)Зелений
Число, введене користувачем, повертається, як K (тобто. K = 2 означає, що користувач вибрав “Синій”).
Команда IF. Загальна форма команди IF має вигляд: IF вираз
оператори
ELSEIF вираз оператори
ELSE
оператори
END
10