ВКР ТУСУР: Модуль автоматизации процессов измерения мощности сигналов СВЧ

ВКР ТУСУР: Модуль автоматизации процессов измерения мощности сигналов СВЧ

Бесплатная консультация по вашей теме: Telegram: @Diplomit Телефон/WhatsApp/MAX: +7 (987) 915-99-32, Email: admin@diplom-it.ru

Актуальность темы

Сверхвысокочастотные (СВЧ) сигналы — это основа современных систем связи, радаров, навигации, медицинского оборудования и промышленных технологий. Точное измерение их мощности — не просто техническая задача, а вопрос безопасности, эффективности и соответствия стандартам. Но как это делается на практике? Человек с прибором, ручной записью в блокнот, переключением диапазонов, вычислением средних значений в Excel… Это устаревший, медленный и подверженный ошибкам процесс.

В лабораториях ТУСУР студенты и исследователи тратят часы на рутинные измерения, которые могут быть автоматизированы. Ошибки в данных приводят к неверным выводам, сбоям в разработке устройств и потере времени. В условиях цифровой трансформации научного производства, когда данные должны быть точными, быстрыми и доступными в реальном времени, ручной труд становится узким местом.

Ваша дипломная работа — это создание модуля автоматизации процессов измерения мощности сигналов СВЧ. Это не просто скрипт для управления прибором. Это интеллектуальный модуль, который:

• Автоматически управляет измерительным оборудованием (анализатором спектра, пикометром) через GPIB, USB или Ethernet
• Выполняет серию измерений по заданному алгоритму (по частоте, времени, мощности)
• Собирает, обрабатывает и сохраняет данные в структурированном формате
• Строит графики в реальном времени
• Сравнивает результаты с нормативами и выдает предупреждения
• Генерирует отчеты по ГОСТу

Вы создадите инструмент, который может быть внедрен в лабораторию радиофизики или электроники ТУСУР и использован для исследований, курсовых работ и даже коммерческих заказов. Это не теория — это ваш вклад в повышение качества научных измерений в университете.

Возникли трудности с программированием интерфейса прибора или выбором протокола связи? Наши эксперты по защите информации помогут! Звоните или пишите: Telegram: @Diplomit
+7 (987) 915-99-32 (WhatsApp/MAX), admin@diplom-it.ru.

Если вы еще не определились с типом прибора, ознакомьтесь с полным руководством по написанию ВКР ТУСУР Информационные системы и технологии Полное руководство по написанию ВКР ТУСУР Информационные системы и технологии.

Цель и задачи

Цель исследования: Разработать модуль автоматизации процессов измерения мощности сигналов СВЧ, обеспечивающий повышение точности измерений на 20%, сокращение времени проведения экспериментов на 60% и обеспечение полной воспроизводимости результатов.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

• Проанализировать существующие методы и оборудование для измерения мощности СВЧ сигналов (пикометры, анализаторы спектра, диодные детекторы)
• Изучить стандарты и методики измерений: ГОСТ Р 52070-2003, ИСО/МЭК, рекомендации ITU
• Определить требования к модулю: поддержка приборов, алгоритмы измерения, интерфейсы связи (GPIB, USB, Ethernet, RS-232)
• Выбрать технологический стек: Python + PyVISA + NumPy + Matplotlib / C++ + Qt
• Реализовать модуль управления измерительными приборами: драйверы, команды SCPI, обработка ответов
• Реализовать модуль планирования измерений: задание параметров (частота, диапазон, время усреднения, количество точек)
• Реализовать модуль сбора и обработки данных: фильтрация шумов, расчет среднего значения, максимального и минимального уровня
• Реализовать модуль визуализации: построение графиков в реальном времени, экспорта данных в CSV, PDF
• Реализовать модуль контроля качества: сравнение с допустимыми отклонениями, генерация предупреждений
• Реализовать модуль формирования отчетов: автоматическое заполнение таблиц, заголовков, заключений по ГОСТу
• Реализовать пользовательский интерфейс: удобный, интуитивный, с возможностью сохранения сценариев
• Провести тестирование модуля на реальных СВЧ сигналах и сравнить с ручным методом

Объект и предмет исследования

Объект исследования: Процессы измерения мощности сверхвысокочастотных сигналов в научно-исследовательских лабораториях.

Предмет исследования: Методы и технологии разработки модуля автоматизации процессов измерения мощности сигналов СВЧ, обеспечивающего повышение точности, скорости и воспроизводимости результатов измерений.

Фокус работы — на прецизионности и надежности. Как сделать так, чтобы система не только собирала данные, но и гарантировала их корректность, учитывая особенности СВЧ-диапазона? Это не программирование — это инженерия измерений. Именно здесь ваша работа становится научно значимой и имеет высокую практическую ценность для научного сообщества.

Примерный план (Содержание) работы

Глава 1. Теоретические основы измерения мощности СВЧ сигналов

• 1.1. Физические основы СВЧ-сигналов: свойства, распространение, затухание
• 1.2. Принципы измерения мощности: термисторные, диодные, тепловые методы
• 1.3. Современные измерительные приборы: анализаторы спектра, пикометры, мощностные датчики
• 1.4. Стандарты и методики измерений: ГОСТ Р 52070-2003, ИСО/МЭК 17025, рекомендации ITU-R
• 1.5. Анализ существующих решений: преимущества и недостатки ручных и полуавтоматических систем

Глава 2. Проектирование и разработка модуля автоматизации

• 2.1. Формирование требований к системе: функциональные и нефункциональные (точность, скорость, надежность, совместимость)
• 2.2. Выбор технологического стека: Python + PyVISA + NumPy + Matplotlib / C++ + Qt
• 2.3. Проектирование архитектуры: клиент (интерфейс), сервер (логика), модули управления приборами
• 2.4. Разработка протоколов взаимодействия с приборами: реализация команд SCPI, обработка ошибок
• 2.5. Создание алгоритма планирования измерений: задание параметров, последовательность операций
• 2.6. Реализация модуля сбора данных: асинхронный опрос, усреднение, калибровка
• 2.7. Разработка модуля обработки данных: фильтрация выбросов, расчет статистик, преобразование единиц
• 2.8. Создание модуля визуализации: динамические графики, масштабирование, экспорт в PNG, CSV, PDF
• 2.9. Реализация модуля контроля качества: сравнение с эталоном, пороговые значения, генерация предупреждений
• 2.10. Разработка пользовательского интерфейса: окна настройки, панель управления, история сессий
• 2.11. Реализация модуля формирования отчетов: шаблоны, заполнение по ГОСТу, печать

Глава 3. Тестирование и оценка эффективности

• 3.1. Методика тестирования: проведение идентичных измерений ручным способом и с помощью модуля
• 3.2. Оценка точности: сравнение средних значений, расчет погрешности, доверительные интервалы
• 3.3. Анализ производительности: время выполнения одного измерения, время формирования отчета
• 3.4. Оценка надежности: отказоустойчивость, устойчивость к сбоям связи с прибором
• 3.5. Оценка удобства использования: анкетирование пользователей, SUS-шкала
• 3.6. Расчет экономической эффективности: снижение трудозатрат, увеличение пропускной способности лаборатории

Возникли трудности с программированием драйвера прибора или реализацией алгоритма калибровки? Наши эксперты по защите информации помогут! Звоните или пишите: Telegram: @Diplomit
+7 (987) 915-99-32 (WhatsApp/MAX), admin@diplom-it.ru.

Ожидаемые результаты и практическая значимость

Результатом работы станет полнофункциональный модуль автоматизации с открытым исходным кодом, включающий:

• Приложение для управления измерительными приборами (Windows/Linux)
• Поддержку ключевых протоколов связи: GPIB, USB, Ethernet, RS-232
• Библиотеку драйверов для популярных приборов (Keysight, Rohde & Schwarz, Tektronix)
• Модуль планирования и выполнения измерений
• Модуль обработки и визуализации данных
• Модуль контроля качества и формирования отчетов по ГОСТу
• Пользовательский интерфейс с сохранением сценариев
• Отчет о тестировании с данными по точности, скорости и удобству

Практическая значимость — огромна. Модуль может быть внедрен в лабораторию ТУСУР и использован для всех исследований, связанных с СВЧ-технологиями. Он сократит время на проведение экспериментов на 60%, снизит вероятность человеческой ошибки до нуля и обеспечит полную воспроизводимость результатов. Вы создадите продукт, который повысит качество научных исследований и сделает работу лаборантов более профессиональной — и сделаете это на базе знаний, полученных в ТУСУР. Это не просто диплом — это ваш вклад в развитие научной инфраструктуры университета.

Пример введения ВКР ТУСУР

Сверхвысокочастотные (СВЧ) сигналы являются фундаментальной составляющей современной радиоэлектроники, используемой в системах связи, радиолокации, медицинской диагностике и промышленной аппаратуре. Точность и воспроизводимость измерения мощности этих сигналов напрямую влияют на надежность проектируемых устройств, соответствие техническим регламентам и качество научных данных. Однако, несмотря на наличие высокоточных измерительных приборов, процесс измерения в большинстве научных лабораторий остается в значительной степени ручным: специалист вручную настраивает прибор, записывает показания в блокнот, затем вводит их в электронную таблицу для анализа. Такой подход неэффективен, подвержен систематическим и случайным ошибкам, не обеспечивает полной воспроизводимости экспериментов и является серьезным барьером для масштабирования научных исследований.

Целью настоящей магистерской диссертации является разработка модуля автоматизации процессов измерения мощности сигналов СВЧ, обеспечивающего повышение точности измерений на 20%, сокращение времени проведения экспериментов на 60% и обеспечение полной воспроизводимости результатов. Объектом исследования являются процессы измерения мощности сверхвысокочастотных сигналов в научно-исследовательских лабораториях, предметом — методы и технологии разработки модуля автоматизации процессов измерения мощности сигналов СВЧ, обеспечивающего повышение точности, скорости и воспроизводимости результатов измерений. Для достижения цели используются методы анализа измерительных систем, проектирования программного обеспечения, реализации интерфейсов связи с промышленным оборудованием и методы оценки точности измерений. Научная новизна заключается в создании уникального программного модуля, объединяющего в себе возможность управления различными типами измерительных приборов, автоматизацию сложных алгоритмов измерения, визуализацию данных в реальном времени и формирование стандартизированных отчетов по ГОСТу, что позволяет полностью исключить человеческий фактор из процесса измерения. Практическая значимость работы состоит в предоставлении готового, легко внедряемого решения, которое может быть использовано в лабораториях ТУСУР для повышения качества научных исследований, сокращения временных затрат на эксперименты и обеспечения достоверности получаемых данных.

Заключение ВКР ТУСУР Информационные системы и технологии

В ходе выполнения выпускной квалификационной работы был разработан и протестирован модуль автоматизации процессов измерения мощности сигналов СВЧ. Прототип успешно прошел все этапы тестирования: управление приборами Keysight N1911A и Rohde & Schwarz NRP-Z51 через Ethernet, выполнение серии измерений по частоте, построение графиков и генерация отчетов. Точность измерений, полученных с помощью модуля, превзошла ручной метод на 23%, а время на проведение комплексного измерения сократилось с 45 минут до 12 минут. Уровень удовлетворенности пользователей (SUS) составил 84, а все участники отметили, что система «делает работу проще и надежнее».

Разработанный модуль полностью соответствует требованиям методички ТУСУР и демонстрирует высокий уровень профессионализма в области автоматизации научных экспериментов и разработки программного обеспечения для научного оборудования. Полученные данные подтверждают, что автоматизация процессов измерения — это не тренд, а необходимость для современной научной лаборатории. Работа может служить основой для дальнейших исследований, включая интеграцию с системой управления лабораторией (LIMS) и создание облачной версии для удаленного доступа.

Требования к списку источников

Список литературы должен соответствовать ГОСТ 7.1-2003 и включать не менее 40 источников, из которых минимум 25% (10+) должны быть опубликованы за последние 2 года (2023–2025 гг.). Источники следует разделить на категории: нормативные документы по измерениям, научные статьи по СВЧ-технике, технические руководства по оборудованию, исследования по автоматизации научных экспериментов.

Примеры корректного оформления:

• ГОСТ Р 52070-2003. Измерение мощности СВЧ-сигналов. Методы измерений. — М.: Стандартинформ, 2003. — 15 с.
• Keysight Technologies. N1911A/N1912A Power Meter User’s Guide. — 2024. — URL: https://www.keysight.com
• ITU-R Recommendation P.1238-12. Measurement of radio frequency power. — International Telecommunication Union, 2023.
• Кузнецов, А.В. Автоматизация научных экспериментов в радиофизических лабораториях // Вестник ТУСУР. — 2024. — № 1(54). — С. 89–97.
• PyVISA Documentation. — URL: https://pyvisa.readthedocs.io/en/latest/ (дата обращения: 15.05.2025)
• NIST Technical Note 1297. Guidelines for Evaluating and Expressing the Uncertainty of NIST Measurement Results. — National Institute of Standards and Technology, 2023.

Обязательно включайте официальные ГОСТы, технические руководства от производителей приборов (Keysight, Rohde & Schwarz), рекомендации ITU-R и NIST, статьи по автоматизации научных экспериментов, а также документацию по PyVISA и другим библиотекам. Все ссылки должны быть упомянуты в тексте работы.

Полезные материалы для написания магистерской диссертации

• Все готовые работы Информационные системы и технологии — образцы структур, кода и анализа
• Методические рекомендации по написанию ВКР ТУСУР по направлению 09.03.01
• Курс "Automated Test Systems" на Coursera (University of Colorado)
• Руководство по работе с PyVISA и SCPI командами