ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ВЕЙВЛЕТ-ПРЕОБРАЗОВАНИЯ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ АРКТИКИ : APPLICATION OF MICROCONTROLLERS IN REALIZATION OF THE CALCULATOR OF CONTINUOUS WAVELET TRANSFORMATION INTENDED FOR WORK IN CONDITIONS OF ARCTIC

• Main Authors: Степанов А.Б., Помогалова А.В., Грибанов В.С., Богословский И.А., Айед Х.М.М.
• Format: Text
• Language: Russian
• Published: ВЕСТНИК ВОРОНЕЖСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 2020
• Subjects: непрерывное вейвлет-преобразование; вычислитель; реализация; микроконтроллер; Арктика; Arctic
• Online Access: https://dx.doi.org/10.25987/vstu.2020.16.2.018; http://elibrary.ru/item.asp?id=42751624

Представлена разработка вычислителя непрерывного вейвлет-преобразования, предназначенного для работы в условиях низких температур (до -60 C). В качестве элементной базы для реализации вычислителя рассматриваются микроконтроллеры MSP430G2553, ATmega328P и STM32F401RET6. Производится сравнение результатов вычисления непрерывного вейвлет-преобразования, полученных с применением этих микроконтроллеров с учетом их тактовых частот и ограниченного объема внутренней памяти. Получены и проанализированы зависимости скорости вычисления непрерывного вейвлет-преобразования на микроконтроллерах при различных длинах сигналов и с различными способами использования вейвлета в алгоритме: при его загрузке из внутренней памяти микроконтроллера и при его вычислении непосредственно на микроконтроллере. Во всех экспериментах в качестве анализируемых сигналов используются фрагменты электроэнцефалограммы с частотой дискретизации 250 Гц. Приводятся описание устройства и функциональные схемы вычислителя непрерывного вейвлет-преобразования, разработанные для различных видов испытаний: для оценки скорости вычисления непрерывного вейвлет-преобразования и для испытания устройства при работе в условиях низких температур. Проводится оценка результатов испытания вычислителя в климатической камере. В результате проведенных исследований показано, что среди рассмотренных устройств микроконтроллер STM32F401RET6 лучше других подходит для вычисления непрерывного вейвлет-преобразования. При его использовании для обработки фрагмента электроэнцефалограммы длиной 1 с. (250 отсчетов) потребовалось 0,57 с. При этом обеспечивалось сохранение информативности вейвлет-спектрограммы. При обработке фрагмента сигнала длиной 4500 отсчетов с вычислением вейвлета непосредственно на микроконтроллере потребовалось 2516,84 с. Проведенные исследования в климатической камере показали, что разработанное устройство с установленным аккумулятором емкостью 20 Ач проработало при температуре ниже -40 C 129 минут, из них 101 минуту при температуре -60 C. Этого времени достаточно для проведения электрокардиологических или электроэнцефалографических исследований у 5 человек : The paper is devoted to the development of a continuous wavelet transform computer, designed for operation in cold temperatures (up to -60C). MSP430G2553, ATmega328P and STM32F401RET6 microcontrollers are considered as an element base for the implementation of the calculator. The results of continuous wavelet transformation calculation were obtained using microcontrollers, taking into account their clock frequencies and limited internal memory. The dependence of the continuous wavelet transformation calculation speed on microcontrollers at different signal lengths and with different ways of using wavelet in the algorithm is obtained and analyzed: when it is loaded from the internal memory of the microcontroller and when it is calculated directly on the microcontroller. In all the experiments, fragments of an electroencephalogram with a sampling rate of 250 Hz are used as analyzed signals. The device description and functional schemes of the continuous wavelet transform calculator, developed for various types of tests are given: for estimation of the speed of calculation of continuous wavelet transformation and for testing of the device at low temperatures. The results of the test of the calculator in the climate chamber are evaluated. As a result of the research, it is shown that among the devices considered, the STM32F401RET6 microcontroller is best suited for calculating continuous wavelet transformation. It took 0.57 seconds to process a 1 second (250 counts) fragment of the electroencephalogram when used. At the same time, the information content of the wavelet spectrogram was preserved. It took 2516.84 seconds to process a strip of 4500 counts with the wavelet calculation directly on the microcontroller. Studies in the climate chamber have shown that the developed device with an installed battery capacity of 20 Ah worked at a temperature below -40 C for 129 minutes, of which 101 minutes at a temperature of -60C. This time is sufficient for electrocardiological or electroencephalographic examination of 5 people : №2 (2020)