Диссертация (1143140), страница 29

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 29)

Улучшение конструкции малогабаритного аэрозольного фотометра и его оптикоэлектронной части позволили достигнуть предела обнаружения целевого компонентагазоанализатора на уровне спонтанной нуклеации ядрообразования, а не предельнойчувствительности оптико-электронной системы.4.6 Программно-аппаратный блок управления, регистрации и обработки информацииППУ газоанализатора на основе эффекта проявления МоЯК4.6.1 Автоматическое управление в радиотехническом приемно-преобразующемустройстве газоанализатора на основе эффекта проявления МоЯКГазоанализаторы, основанные на детектировании молекулярных ядер конденсации(МоЯК), обладают наивысшей чувствительностью к определенным классам детектируемыхвеществ. Суть метода МоЯК, как указывалось выше, состоит в ряде физико-химическихвоздействий (химические реакции, облучение, нагревание, охлаждение) на поток газаносителя, содержащего детектируемые вещества.

Результатом этих воздействий являетсяобразованиедостаточнокрупныхаэрозольныхчастиц,светорассеяниекоторыхпропорционально концентрации детектируемого вещества [A9]. Осуществление указанныхвоздействий, прием и обработка сигнала светорассеяния требуют создания специальногопрограммно-аппаратного блока.В настоящем разделе рассмотрены вопросы разработки программно-аппаратного блокауправления,регистрациииобработкиинформации(УРОИ),включающеговысокочувствительный фотометр для измерения фототока светорассеяния аэрозольнымичастицами на основе интегрирующего усилителя. Блок УРОИ имеет схожее построение длягазоанализаторов на различные детектируемые вещества, для определенности в настоящейглаве рассмотрен блок УРОИ для газоанализаторов на отравляющие вещества иприт и люизит[A7].Функциональная схема автоматического управления параметрами и режимамифункциональных узлов газоанализатора, реализуемого блоком управления, регистрации иобработки информации (УРОИ), представлена на рис.

4-30.151Десорбер(концентратор)Контроллердесорбера(концентратора)ГХ-колонкаКонтроллерГХ-колонкиТермореакторКонтроллертермореактораКУСТ-1КонтроллерКУСТ-1А5КУСТ-2КонтроллерКУСТ-2А5ОхладительКонтроллерохладителяФотометрКонтроллерфотометраА1ИзлучательКонтроллеризлучателяКонтроллерЖКИA3ДАННЫХКонтроллердозатораЦентральныйПроцессорA1ШИНАДозаторГрафическийЖКИДАННЫХКонтроллеркрана-переключателяШИНАКранпереключательАудиоПлатаA4ЭППЗУТаймеркалендарьКлавиатураКонтроллерcвязиEthernet, RS-232A2ПерсональныйКомпьютер(LabView)БЛОК УРОИРис.

4-30. Схема автоматического управления параметрами ирежимами функциональных узлов газоанализатораПрограммно-аппаратный блок УРОИ управляет конденсационными устройствами,охладителем,ГХ-колонкой,термореактором,краном-переключателем,дозатором,фотометром, устройством пробоотбора и десорбции, осветителем, контролирует основныепараметры ГА. Блок УРОИ измеряет: темновой ток фотоприемного устройства, фототоксветорассеянияотфонааэрозольнымичастицамиспонтанноговядрообразованиянефелометре,иавтоматическифототоксветорассеяниявычисляетизмеряемуюконцентрацию иприта (люизита), в случае превышения ПДКр.з.

выдает звуковой и световойсигнал, управляет отображением информации и клавиатурой, с помощью которой задаютсярежимы работы прибора. Блок УРОИ осуществляет передачу данных на персональныйкомпьютер по локальной сети Ethernet и протоколу RS-232.

На персональном компьютеререализован экранный интерфейс для установки и контроля режимов, температур, параметровблоков газоанализатора и вывода на график фототока светорассеяния аэрозольнымичастицами.Для обеспечения высокой чувствительности по фототоку светорассеяния в фотометреприменено фотоприемное устройство на основе интегратора входного тока (микросхемаIVC 102).

Упрощенная принципиальная схема фотоинтегратора с контроллером приведена нарис. 4-31, временные рабочие диаграммы – на рис. 4-32.152Рис. 4-31. Упрощенная принципиальная схема фотоинтегратора с контроллером фотометраРис. 4-32. Временные диаграммы фотоинтегратораВыходной сигнал интегратора определяется выражениемU OUT  1C INTIINT(t )dt .(4.16)Для случая медленно меняющегося фототока за время интегрирования выражение длявыходного напряжения упрощается U OUT  I INT  TINT. Контроллер, выполненный на основеC INTмикропроцессора ATmega88, формирует сигналы управления ключами S1 и S 2 , принимает153цифровой код фототока с АЦП и передает его по шине SPI на центральный процессор.Прималыхконцентрацияхдетектируемыхвеществвпробе(рис.4-32а),соответствующих малым уровням рассеянной оптической мощности в нефелометре, за времяизмерения Т INT  1 с выходной сигнал фотоинтегратора изменяется от 0 до уровня  U OUT _ MAX.

Частота оцифровки фототока в АЦП установлена 100 кГц, соответственно за время 1 сосуществляется 105 цифровых отсчетов. При поступлении в процессор цифрового кода,соответствующего  U OUT _ MAX , процессор сбрасывает фотоинтегратор в начальное (нулевое)состояние. Для больших значений концентраций в пробе (рис. 4-32б), соответствующихзначительным уровням рассеянной оптической мощности в нефелометре, цифровой код АЦП,соответствующий  U OUT _ MAX , формируется за время, значительно меньшее 1 с. Верхняяграница динамического диапазона измеряемого фототока соответствует минимальнойдлительности интегрирования Т INT  100 мкс. За это время формируется всего 5÷6 отсчетов,но зато количество измерений за 1 с достигнет значения 104.

Центральный процессор приполучении каждого отсчета определяет тангенс угла наклона зависимости фототока отвремени и рассчитывает фототок в соответствии с выражением: I IN  U OUT C INT , где Т dTd- интервал дискретизации по времени, равный 10 мкс, U OUT - приращение выходногонапряжения за один интервал дискретизации. Применение метода наименьших квадратов иопределение накапливаемых сумм после каждого измерения позволяет существенноувеличить точность измерения. Максимальное значение измеряемого фототока определяетсяприращением выходного напряжения на величину U OUT _ MAX за время 100 мкс и составляетI IN _ MAX  10B100пф  10 мкА .100 мксМинимальноезначениеизмеряемогофототокаопределяется как приращение выходного напряжения в один уровень квантования АЦП завремя 1с и составляет I IN _ MIN  10B100пф  60фА , где N - разрядность АЦП, равная2 1сN 114-ти.

Таким образом, диапазон измерения фототоков, определяемый разрядностью аналогоцифрового преобразования, равен D I IN _ MAXI IN _ MAX 160 106  160дБ4.6.2 Устройство блока УРОИ радиотехнического приемно-преобразующего устройства ипринцип его работыНа плате центрального процессора помимо центрального процессора A1 располагаетсяеще четыре микропроцессора A2 ÷ A5 (рис. 4-30), обеспечивающие следующие функции:154связь с удаленным компьютером по локальной сети Ethernet и каналу RS-232; выводграфической и алфавитно-цифровой информации на жидкокристаллический индикатор(ЖКИ); ввод параметров и команд управления в блок УРОИ с помощью специальнойпленочной клавиатуры; обеспечение звукового сопровождения; управление работой КУСТови исполнительных устройств.Центральный процессор А1 ATmega103 управляет работой всего блока УРОИ.

При этомсвязь со всеми микропроцессорами на плате осуществляется по интерфейсу SPI. По этому жеинтерфейсу осуществляется и программирование всех микропроцессоров, входящих в блок.Данный тип процессора включает в себя шесть 8-ми разрядных портов с возможностьюпрограммирования назначения каждого контакта соответствующего порта. Процессор имеетв своем составе FLASH память объемом 128 Кбайт, ОЗУ-512 байт, последовательный порт,порт SPI. Наличие памяти дает возможность хранить в ней не только рабочую программу, нои данные, получаемые во время измерения и управления блоком УРОИ.Один из портов центрального процессора A1 представляет собой 8-ми канальный 10-тиразрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

Один канал этого АЦП используетсядля ввода аналогового сигнала с фотометра. Остальные каналы АЦП используются дляизмеренияиконтролянапряженияисточниковпитаниячерезсоответствующиепреобразователи уровня.Центральный процессор A1 по интерфейсу I2С имеет связь с таймером и электрическиперепрограммируемым запоминающим устройством (ЭППЗУ). Микросхема таймера календаря имеет независимое питание от литиевой батареи, что позволяет вести отсчетреального времени и выдавать его в процессе измерения параметров системы и управленияблоком УРОИ.Электрически перепрограммируемое последовательное запоминающее устройство(ЭППЗУ) имеет объем 2 Кбайта.

Оно предназначено для хранения индивидуальныхпараметров системы и текущих установочных данных. Записанные в микросхему данные нестираются при выключении питания и могут меняться оператором.Один из портов центрального процессора A1 используется для считывания вводимойинформации с пленочной клавиатуры, электрически организованной в матрицу 3x6.Центральный процессор A1 по шине SPI управляет контроллером аудиосопровождения А4.ПоинтерфейсуSPIосуществляетсяуправлениеконтроллеромграфическогожидкокристаллического индикатора А3. Этот контроллер выполнен на цифровом сигнальномпроцессоре типа ADSP2185, который работает на частоте 16,000 МГц. Процессор работает попрограмме, записанной в микросхеме собственного постоянного запоминающего устройстваобъемом 128 кбайт.

Процессор имеет встроенную оперативную память данных объемом 16К15516-ти разрядных слов и программ 16К 24-х разрядных слов, что позволило создатьмногооконную систему отображения алфавитно-цифровой и графической информации. Этимже процессором А3 осуществляется управление контрастностью и электролюминесцентнойподсветкой модуля ЖКИ.Связь оператора с системой может быть организована с удаленного компьютера по сетиEthernet и RS - 232. Для обслуживания интерфейса RS - 232, выполненном на микросхемеADM211, используется 8-ми разрядный порт микропроцессора А2 типа AT90S8515,созданный также на основе RISC архитектуры.

Процессор имеет в своем составе четыре 8разрядных порта с возможностью программирования назначения каждого контактасоответствующего порта, FLASH память объемом 8 Кбайт, ОЗУ-256 байт, последовательныйпорт, интерфейс SPI. Один из портов процессора А2 используется как регистр управленияпереключением диапазонов фотометра. Другой порт этого же процессора А2 предназначендля формирования и включения сигналов звуковой и световой сигнализации.Для управления работой КУСТов используется процессор А5, выполненный нааналогичной микросхеме AT90S8515. К процессору А5 подключено четыре 16-ти разрядныхдельта-сигма аналого-цифровых преобразователя AD7706, которые служат для измерениятемпературы.

Характеристики

Список файлов диссертации