УДК 621.317.75:004.35
DOI: 10.36871/26189976.2026.06-2.015

Авторы

Иван Сергеевич Петрищев,
Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, Москва, Россия

Аннотация

Цель исследования – разработка и обоснование архитектурных решений для организации высокоскоростного измерительного канала портативной информационно-измерительной системы на базе микроконтроллера с ограниченными вычислительными ресурсами. Основные результаты исследования: проанализирована структурная схема аппаратно-программного комплекса и обоснован выбор элементной базы аналогового входного тракта с аналитическим расчетом параметров антиалиасингового фильтра; оценена эффективность аппаратного сопряжения встроенного аналого-цифрового преобразователя и интерфейса последовательной передачи данных в связке с контроллером прямого доступа к памяти для нивелирования процессорного джиттера; разработан алгоритм управления потоком измерительных данных на базе операционной системы реального времени, использующий кольцевые буферы для обеспечения непрерывности и эквидистантности выборки; предложена методика цифровой обработки сигналов, включающая оконное взвешивание и быстрое преобразование Фурье, адаптированная для выполнения в условиях дефицита оперативной памяти микроконтроллера; обоснован выбор легковесного протокола транспортного уровня для минимизации временных задержек при беспроводной трансляции телеметрической информации на удаленный терминал визуализации. В заключение был сделан вывод о том, что аппаратно-ориентированная буферизация данных в значительной мере снижает вычислительную нагрузку на центральное процессорное ядро, обеспечивая строгую детерминированность временных меток и метрологическую достоверность регистрируемых аналоговых сигналов. Выявлено, что стабильность функционирования портативного осциллографа в условиях беспроводной сетевой нагрузки достигается посредством крайне жесткого разделения задач сбора, обработки и инкапсуляции данных в изолированных программных потоках. Предложенный в исследовании подход к организации измерительного тракта развивает методы построения автономных цифровых регистрирующих комплексов, а полученные результаты и верифицированные архитектурные решения будут способствовать формированию технической базы для проектирования мобильных диагностических систем и распределенных сетей промышленного мониторинга.

Ключевые слова

информационно-измерительная система,
портативный осциллограф,
микроконтроллер,
прямой доступ к памяти,
аналого-цифровое преобразование,
операционная система
реального времени,
цифровая обработка сигналов,
беспроводная передача данных,
процессорный джиттер,
антиалиасинговая фильтрация.

Список литературы

[1] Антонюк Е.М., Гвоздев Д.С. Многоканальные адаптивные системы технической диагностики // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. – 2025. – Т. 28. – №. 5. – С. 94-104.

[2] Анцев А.В., Янов Е.С., Барсуков Д.П., Цивенкова А.П. Метод обновления кода датчиков диагностических модулей системы мониторинга протекания технологических процессов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2024. – №. 12. – С. 415-419.

[3] Балашов В.М., Семенова Е.Г., Русина А.А. Разработка модели итеративной оценки рисков интеграции электронного контента в информационно-измерительные системы // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2025. – Т. 31. – №. 3. – С. 372-379.

[4] Баронова В.А., Романцова Н.В. Применение технологии цифрового двойника в информационно-измерительных системах // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. – 2025. – Т. 28. – №. 2. – С. 107-116.

[5] Будко Н.П., Крюков О.В., Южакова А.А. Модель превентивной идентификации отказов устройств и систем телекоммуникаций // Системы управления, связи и безопасности. – 2025. – №. 2. – С. 138-242.

[6] Бурцев В.А. Пользовательский опыт в цифровых продуктах как фактор повышения эффективности управления в цифровой экономике // Финансовый менеджмент. – 2025. – № 6. – С. 192-200. – EDN IWPGKU.

[7] Бурцев В.А. Экономическая рациональность UX-решений: модель расчёта возврата инвестиций в пользовательский опыт // Экономика строительства. – 2025. – № 6. – С. 53-57. – EDN AYLTHQ.

[8] Бурый А.С. Анализ уровня освещенности поверхности на основе компьютерных методов обработки информации с использованием машинного обучения // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественные и технические науки. – 2025. – № 6. – С. 77-82. – DOI 10.37882/2223- 2966.2025.06.11. – EDN XYGQTF.

[9] Бурый А.С., Козлова О.Л. Метод автономной оценки радиационной обстановки в помещениях радиационно-опасных объектов с целью повышения экологической и производственной безопасности // Сomponents of Scientific and Technological Progress. – 2026. – № 1 (115). – С. 51-56. — EDN: KWKXOD.

[10] Звягин Л.С. Интеллектуальные информационно-измерительные системы на основе цифровых двойников для предиктивного обслуживания промышленного оборудования // Computational nanotechnology. – 2025. – Т. 12. – №. 4. – С. 51-60.

[11] Звягин Л.С. Информационно-измерительные и управляющие системы как ключевой инструмент реализации стратегий устойчивого развития промышленных предприятий через оптимизацию ресурсов и снижение воздействия на окружающую среду // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. – 2025. – Т. 27. – №. 6. – С. 24-36.

[12] Звягин Л.С. Использование байесовского подхода к обработке данных и принятию решений в информационно-измерительных системах для повышения точности в условиях неопределенности и неполноты информации // Вестник Донецкого университета. Серия 04. Технические науки. – 2025. – №. 3. – С. 55-67.

[13] Лачин В.И., Муженко А.С., Плотников Д.А., Рарова Н.В. Оценка времени передачи сообщений в информационно-измерительных и управляющих системах, использующих интерфейс CANFD // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. – 2023. – №. 2 (218). – С. 5-10.

[14] Мурашкина Т.И., Бадеева Е.А., Самохина К.С., Бадеев А.В., Толова А.А. Оптико-электронные информационно-измерительные системы определения абсолютного положения объекта // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2022. – №. 1 (61). – С. 88-100.

[15] Рощин Д.А. К вопросу о классификации измерительных технологий // Universum: технические науки. – 2023. – №. 8-1 (113). – С. 49-52.

[16] Русина А.А. Представление и оценка рисков внедрения электронного контента в информационно-измерительные системы аэрогеофизического назначения на базе мягких вычислений // Сибирский аэрокосмический журнал. – 2025. – Т. 26. – №. 2. – С. 202-214.

[17] Селиванова З.М., Скоморохов К.В. Принятие решений в информационно-измерительной системе при контроле качества материалов в условиях неопределенности // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2025. – Т. 31. – №. 1. – С. 6-15.

[18] Смагин В.А., Лавров Р.О., Литвиненко С.Ф. Обобщение понятия ресурса надежности информационно-измерительных систем на основе принципа Н.М. Седякина // Надежность и качество сложных систем. – 2022. – №. 4 (40). – С. 40-47.

[19] Харисов Р.А. Разработка научных основ экспресс-методов расчета характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем в водородсодержащих рабочих средах : специальность 05.26.03 «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)» : диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. – Уфа, 2015. – 228 с. – EDN VEBFJH.

[20] Харисов Р.А. Разработка научных основ экспресс-методов расчета характеристик прочностной безопасности оболочковых элементов трубопроводных систем в водородсодержащих рабочих средах : специальность 05.26.03 «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)» : автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. – Уфа, 2015. – 22 с. – EDN ZPWYIZ.