Тема дипломной работы: Виртуальная лаборатория по курсу «Цифровая обработка сигналов»

Аннотация

В данном дипломном проекте рассматривается виртуальная лаборатория по курсу «Цифровая обработка сигналов». Задачей данной лаборатории является автоматизация процесса выполнения студентом лабораторных по курсу «ЦОС». Для этого необходимо предоставить пользователю практичный интерфейс, осуществлять контроль знаний, предоставить доступ к теоретической информации и методическим указаниям, иметь виртуальные стенды и установки, создавать отчеты….

Проект содержит 135 листов, 25 таблиц, 30 рисунков и графическую часть.

Содержание

Введение 6

1 Задача разработки виртуальной лаборатории 9

2 Технико-экономическое обоснование темы проекта 12

3 Выбор средств разработки 22

4 Проектирование информационной структуры системы 26

4.1 Построение функциональной модели системы 26

4.2 Построение информационной модели системы в виде диаграмм потоков данных 31

4.3 Построение информационной модели системы в виде диаграмм потоков работ 41

5 Разработка программного обеспечения системы 45

5.1 Выбор модели жизненного цикла проектируемого ПС 45

5.2 Разработка модульной структуры системы 51

5.3 Разработка пользовательского интерфейса системы 54

5.4 Инструкция программиста 64

5.5 Инструкция пользователя 68

6 Тестирование программного средства 72

6.1 Разработка плана тестирования 72

6.1.1 Тестирование пользовательского интерфейса 73

6.1.2 Тестирование функций программного продукта 78

6.1.3 Тестирование правильности составления выходных документов…… 80

6.1.4 Результаты тестирования 81

7 Оценка надежности и безопасности ПО 82

7.1 Оценка первоначального количества ошибок в программном обеспечении 82

7.2 Оценка времени безотказной работы 83

7.3 Анализ безопасности информационной системы 85

7.3.1 Описание функций системы 85

7.3.2 Требования к защите информации 86



8 Охрана труда 90

8.1 Анализ условий труда на рабочем месте 90

8.2 Производственное помещение и размещение оборудования 91

8.3 Микроклимат и организация воздухообмена 93

8.4 Освещение помещений с ПЭВМ 97

8.5 Защита от статического электричества, электромагнитных полей и излучений 100

8.6 Эргономика организации рабочего места. Режим труда и отдыха …………………………………………………………………….101

8.7 Электробезопасность 102

8.8 Пожарная безопасность 105

9 Организационно-экономический раздел 107

9.1 Расчет трудоемкости разработки программного продукта 107

9.2 Определение численности исполнителей и их основной заработной платы 111

9.3 Расчет себестоимости часа машинного времени 112

9.4 Расчет себестоимости и цены программного продукта 117

9.5 Определение затрат 119

9.6 Определение результатов 121

9.7 Расчет экономического эффекта 123

9.8 Оценка конкурентоспособности программного продукта 125

9.9 Заключение 129

Заключение 130

Список использованных источников 132

Приложение 136

Введение

Информационно-обучающие системы являются одним из самых популярных и востребованных видов программного обеспечения /1/. Их назначение - помощь в процессе приобретения и накопления пользователем знаний и навыков в узких предметных областях...

…Большинство программ подобного типа являются интерактивными, а так же снабжены системой тестирования и оценивания, то есть имеют возможность не только осуществлять процесс передачи знаний пользователю, но и контролировать эффективность усвоения пользователем получаемых знаний, сообщая ему свои выводы и рекомендации по дальнейшему обучению /2/…

…Данная работа посвящена разработке информационной системы, обеспечивающей автоматизацию выполнения задач, возникающих при выполнении студентом лабораторных работ по курсу «Цифровая обработка сигналов». В ходе выполнения работы осуществляется разработка приложения «Виртуальная лаборатория по курсу «Цифровая обработка сигналов»».

1 Задача разработки виртуальной лаборатории

Разработка виртуальной лаборатории по курсу «ЦОС» подразумевает создание информационной системы, которая позволила бы автоматизировать деятельность студента по выполнению лабораторных работ. Очевидно, что при этом она должна иметь такой набор инструментов, который предоставил бы студенту аналогичные возможности, как если бы работа выполнялась за настоящей экспериментальной установкой. Для этого виртуальная лаборатория должна содержать набор виртуальных стендов (установок) предоставляющих подобные функции...

…Чтобы повысить качество выполнения задач лабораторной работы, виртуальная лаборатория должна осуществлять тестирование студента на знание теоретических сведений по данной работе. Студент, не набравший необходимое количество баллов при тестировании не должен допускаться до выполнения лабораторных работ. Это позволит мотивировать студентов для более тщательной подготовки к самому процессу выполнения работы, а не только к ее защите.

В соответствии с требованиями технического задания необходимо обеспечить безопасность виртуальной лаборатории, которая должна осуществляться с помощью шифрования файлов тестов и сокрытия алгоритмов контроля.

Виртуальная лаборатория должна также предоставлять студенту все необходимые теоретические материалы как по всему курсу «Цифровая обработка сигналов», так и методические указания для каждой лабораторной работы. Студент должен иметь возможность получить доступ к теоретической информации как до выполнения лабораторной работы, так и во время, но не в процессе тестирования.

В процессе выполнения поставленных в лабораторной работе задач, студент должен иметь возможность сохранить полученные данные, которые могут быть представлены в виде графиков или текстовой информации. В последствие эти данные должны быть представлены в автоматически генерируемом отчете.

Как только студент выполнит все поставленные задачи, то в соответствии с требованиями технического задания виртуальная лаборатория должна обеспечить контроль полученных студентом в процессе выполнения лабораторной работы знаний. Контроль осуществляется с помощью тестирования.

После прохождения тестирования виртуальная лаборатория должна предоставить студенту возможность автоматической генерации отчета.

2 Технико-экономическое обоснование темы проекта

Целью дипломного проекта является разработка информационной системы, автоматизирующей деятельность студента по выполнению лабораторных работ по курсу «ЦОС»...

…Решением вышеописанных проблем может служить внедрение информационной системы, виртуальной лаборатории. Такая виртуальная лаборатория должна иметь структурированный теоретический материал по всему курсу «Цифровая обработка сигналов», а также по каждой лабораторной работе в отдельности. Она должна проводить контрольное тестирование знаний студента, на основании результатов которого должно быть принято решение о его допуске к выполнению работы. При выполнении лабораторной работы на виртуальном стенде студент должен иметь возможность просмотра необходимой теоретической информации. Интерфейс, как каждого виртуального стенда, так и всей виртуальной лаборатории в целом должен быть интуитивно понятен и максимально эргономичен. После выполнения все поставленных в лабораторной работе задач, виртуальная лаборатория должна протестировать знания студента, полученные в процессе выполнения работы. После выполнения теста система должна сгенерировать отчет в формате Microsoft Word, куда автоматически должны быть занесены исходные данные лабораторной работы, а также полученные результаты и результаты обоих тестирований – до и после выполнения лабораторной работы.

3 Выбор средств разработки

…Для разработки виртуальной лаборатории по курсу «Цифровая обработка сигналов» будет использоваться пакет прикладных математических программ Scilab. По своим возможностям пакет Scilab сопоставим с распространенным математическим пакетом Mathcad, а по своему интерфейсу похож на MATLAB /12/.

…Для расширения возможностей Scilab используем язык программирования С, а не Fortran, который предлагается Scilab в качестве альтернативы.

…Для создания отдельных модулей виртуальной лаборатории, не связанных напрямую с Scilab, а именно приложений для создания файлов тестирования или для работы с отчетами по лабораторным работам, будет использована интегрированная среда разработки Borland Delphi 7.0

4 Проектирование информационной структуры системы

4.1 Построение функциональной модели системы

Произведем функциональное моделирование разрабатываемого ПО. Для этого воспользуемся методами, предлагаемыми стандартом IDEF0 /15/.

Целью моделирования является автоматизация процесса выполнения лабораторных работ по курсу «Цифровая обработка сигнала». Моделирование осуществляется с точки зрения студента. Построим контекстную диаграмму виртуальной лаборатории Scilab. Все построенные ниже диаграммы соответствуют требованиям, установленным в разделе 1 пояснительной записки.

4.2 Построение информационной модели системы в виде диаграмм потоков данных

Для исследования различных технологических процессов и связанного с ними документооборота построим модели потоков данных (DFD) /18/, а также воспользуемся методологиями стандарта IDEF3 /19/.

4.3 Построение информационной модели системы в виде диаграмм потоков работ

Построим диаграмму процесса выполнения лабораторной работы с использованием методологии IDEF3 /19/.

5 Разработка программного обеспечения системы

5.1 Выбор модели жизненного цикла проектируемого ПС

При создании и эксплуатации информационных систем или ПС все участники этих процессов сталкиваются с проблемами, связанными с определением и детальным структурированием жизненного цикла ПС, с организационными и техническими правами и обязанностями сторон, с управлением ЖЦ и контролем за его реализацией. Решением данных проблем заключается в использовании унифицированных подходов, закрепленных в современных международных и российских стандартах.

В России впервые основы построения и использования профилей стандартов ЖЦ ПС заложены принятием в качестве базового стандарта ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207 «Информационные технологии. Процессы жизненного цикла программного обеспечения» /20/.

…Инкрементная модель относится к одной из моделей прототипирования и больше других подходит для разработки виртуальной лаборатории по курсу «ЦОС», поскольку разработка будет произведена с использованием языков высокого уровня и CASE-средств, а разработка системы при дипломном проектировании начинается с выдачи некоторых начальных требований…



5.2 Разработка модульной структуры системы

Разрабатываемая виртуальная лаборатория состоит из нескольких модулей. Главным модулем программы является Virtual_laboratory.sce. Он отвечает за отображение главного окна программы, в котором сосредоточена основная информация о темах лабораторных работ, а также списке самих работ в каждой теме...

Работа модуля test.sci начинается после выбора лабораторной работы. В зависимости от номера работы и типа теста, который проводится перед началом выполнения экспериментов на виртуальных стендах и после их выполнения, данный модуль считывает информацию из соответствующего файла служебной информации, хранящего данные о максимальном количестве баллов, которое студент может заработать при правильном ответе на все вопросы теста. Помимо этого модуль test.sci осуществляет анализ списка ответов на выбранный тест, которые зашифрованы в соответствующем файле служебной информации. Результатом данного анализа является выбор типа вопроса: с одним или множественным выбором ответа. Анализ производится с использованием динамической библиотеки, написанной на языке С и скомпилированной с помощью встроенных команд Scilab. Также данный модуль осуществляет загрузку первого вопроса и соответствующих ему вариантов ответа в специальные компоненты созданного графического окна.

Модуль choseTest.sci осуществляет расшифровку зашифрованных в служебных файлах вопросов. Файлы для расшифровки также выбираются в зависимости от типа теста и номера выбранной лабораторной работы, которые передаются в качестве внешних параметров в данных модуль. Расшифровка производится с использованием динамической библиотеки, написанной на языке С и скомпилированной с помощью встроенных команд Scilab. Также модуль считывает варианты ответов на выбранный тест, которые, как и вопросы, хранятся в зашифрованном виде в соответствующих файлах служебной информации. Расшифровка файлов с ответами производится с использованием динамических библиотек.

Модуль check.sci обеспечивает проверку результатов тестирования. В качестве параметров в данный модуль передается путь до динамической библиотеки, осуществляющей проверку соответствия данных и верных ответов, количество вопросов, оценка за тест и массив данных студентом ответов. Модуль с помощью данной библиотеки получает информацию о результатах тестирования и создает графическое окно, куда выводится результат.

Модуль maketemplate.sci создает отчет в формате Microsoft Word по проделанной лабораторной работе...

В состав виртуальной лаборатории входит также приложение по формированию тестов, написанное с использованием среды разработки Borland Delphi 7.0. Данное приложение имеет один главный модуль main.pas. В данном модуле описано несколько функций. Первая функция позволяет считывать и распределять вопросы и ответы теста из структурированного специальным образом html документа. Имеется также функция, которая создает и зашифровывает файлы с вопросами, тестами и служебной информацией. В модуле описана функция, которая по указанному до виртуальной лаборатории пути, номеру и типу теста, распределяет зашифрованные файлы по нужным каталогам.

5.3 Разработка пользовательского интерфейса системы

Интерфейс пользователя – комплекс программных средств, обеспечивающий взаимодействие пользователя с системой. Основными характеристиками интерфейса пользователя являются легкость использования, привычность и максимальная доступность большинства заложенных функций. Это достигается путем применения так называемых экранных форм…

5.4 Инструкция программиста

…Единственной переменной, значение которой устанавливается непосредственно в глобальном модуле, является переменная tipe. Ее значение устанавливается в 0. Это делается для того, чтобы перед выполнением лабораторной работы запустился тест для допуска к лабораторной работе, а не заключительный (tipe=1).

…Команда stacksize устанавливает максимальный размер стека, поскольку для работы виртуальной лаборатории требуется инициализация большого количества глобальных переменных…

5.5 Инструкция пользователя

…Для формирования тестов виртуальной лаборатории используется приложение TestCreater. Для запуска приложения необходимо открыть файл TestCreater.exe. Для работы необходим документ html, составленный специальным образом. Для составления html документа необходимо выполнить несколько требований…

6 Тестирование программного средства

6.1 Разработка плана тестирования

…Разработаем план тестирования виртуальной лаборатории по курсу «ЦОС». Для тестирования программного обеспечения разработанного с помощью классических языков программирования или сред разработки, которые так же используют языки программирования высокого уровня больше всего подходят методики тестирования по принципу белого ящика – когда используется структура программы, и черного ящика – используется информация о решаемой задаче /23/...

6.1.1 Тестирование пользовательского интерфейса

Задачей данного тестирования является определение реакцию системы на каждый ввод пользователя (при помощи клавиатуры и мыши) и вид информационных сообщений системы, выводимых на экран /24/.

Для проверки функциональной полноты разработаем специальные тест-планы. Тест-план – это сценарий, описывающий действия пользователя при работе с системой. Записывать сценарии будем на естественном языке. Выполнение таких сценариев будет производится в ручном режиме…

…Сценарий 1. Работа со справочной системой…

6.1.2 Тестирование функций программного продукта

Целью данного этапа тестирования является проверка функций разрабатываемой виртуальной лаборатории. В соответствии с /25/ все ошибки в разработке программ делятся на следующие типы…

6.1.3 Тестирование правильности составления выходных документов

Задачей данного этапа является проверка правильности составления выходных документов. Вообще говоря, на выходе программы имеется только один документ, который либо генерируется, либо нет в зависимости от желания пользователя…

6.1.4 Результаты тестирования

В таблице 6.1. представлены результаты тестирования, а также время, которое было затрачено на каждый из этапов.



7 Оценка надежности и безопасности ПО

7.1 Оценка первоначального количества ошибок в программном обеспечении

Программное средство называется надежным в первую очередь тогда, когда оно обеспечивает низкую вероятность отказа в процессе работы с ним /26/. Нельзя гарантировать полного отсутствия дефектов проектирования в программном обеспечении, поэтому говорят об определенном значении надежности…

Для оценки требуемого времени наработки до отказа на стадии эксплуатации будем использовать модель Мусы…

…Решив данное уравнение, получим, что первоначальное количество ошибок N=32.

7.2 Оценка времени безотказной работы

…Таким образом, было установлено, что среднее время наработки на отказ виртуальной лаборатории по курсу «ЦОС» составляет 108 часов, что удовлетворяет требованиям ТЗ.

7.3 Анализ безопасности информационной системы

7.3.1 Описание функций системы

…Данная информационная система относится к типу дипломных проектов «разработка и реализация новой системы или программы».

7.3.2 Требования к защите информации

…В разработанной ИС реализована подсистема входа в систему. Осуществляется шифрование всей необходимой информации: файлы тестов, некоторые служебные данные и алгоритмы проверки знаний.

Шифрование осуществляется с помощью XOR-шифрования – одного из самых простых и эффективных алгоритмов шифрования. …

Исходя из этого, можно сделать вывод, что разработанное программное средство полностью соответствует предъявляемым и необходимым требованиям к уровню безопасности, поэтому никаких дополнительных действий не требуется….

Всю интересующую о работе информацию можно получить, написав на ящик yojeg@post.ru или по icq 474089701