ПЗ (1227491), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Таблица 1 – Основные характеристики микроконтроллеров
семейств PIC (PIC18) и AVR (ATmega)

Параметр	PIC	AVR
Средний потребляемый ток, мА (PIC – 20 МГц, AVR – 5 МГц)	6	4
Диапазон напряжения питания, В	2,0 – 5,5	1,8 – 5,5
Тактовая частота до, МГц	40	20
Количество тактовых колебаний в машинном цикле	4	1
Быстродействие, Mips	10	16
Количество инструкций	35	120
Программная память, байт	2К – 128К	1К – 128К
RAM, байт	256 – 4К	512 – 4К
EEPROM, байт	256 – 1К	256 – 4К
Количество энергосберегающих режимов	1	2
Внутрисхемное программирование	Да	Да
Необходимость специального программатора	Да	Нет
Средняя цена, у.е.	4	3

РIC – это семейство микроконтроллеров гарвардской архитектуры (программа и данные находятся в разных адресных пространствах), выпускаемое фирмой «Microchip Technology».

AVR – семейство микроконтроллеров, выпускаемое фирмой Atmel, имеющее гарвардскую архитектуру и систему команд близкую к идеологии RISC.

Для реализации блока управления предлагается применить микроконтроллер семейства AVR серии ATmega. В сравнении с PIC микроконтроллерами, он обладает следующими преимуществами [30]:

• машинный цикл длится в течении одного тактового колебания;

• имеет большее быстродействие;

• потребляет меньшую электрическую мощность;

• имеет большее число инструкций;

• поддерживает возможность внутрисхемного программирования и не требует сложного программатора;

• обладает меньшей стоимостью.

Так же в состав этих микроконтроллеров входит встроенный АЦП, что позволяет значительно упростить и уменьшить схему разрабатываемого блока. А возможность внутрисхемного программирования значительно ускоряет процесс отладки программы микроконтроллера.

Все выше перечисленные условия позволяют признать микроконтроллеры ATmega наиболее подходящими для использования в качестве основного элемента блока управления генератора радиоимпульсов.

1. Архитектура AVR

Архитектура AVR была оптимизирована так, чтобы соединить достоинства Гарвардской и Принстонской (Фон Неймана) архитектуры для достижения очень быстрого и эффективного выполнения программ. Такая организация обеспечивает высокую эффективность процессора при обработке данных.

Основной идеей всех RISC (Reduced Instruction Set Computer), как известно, является увеличение быстродействия за счет сокращения количества операций обмена с памятью программ. Для этого каждую команду стремятся уместить в одну ячейку памяти программ. При ограниченной разрядности ячейки памяти это неизбежно приводит к сокращению набора команд микропроцессора.

У AVR-микроконтроллеров в соответствии с этим принципом практически все команды (исключая те, у которых одним из операндов является 16-разрядный адрес) также упакованы в одну ячейку памяти программ. Но сделать это удалось не за счет сокращения количества команд процессора, а путем расширения ячейки памяти программ до 16 разрядов. Такое решение является причиной богатства системы команд AVR по сравнению с другими RISC-микроконтроллерами.

Организация памяти AVR выполнена по схеме Гарвардского типа, в которой разделены не только адресные пространства памяти программ и памяти данных, но также и шины доступа к ним.

Вся программная память AVR-микроконтроллеров выполнена по технологии FLASH и размещена на кристалле. Она представляет собой последовательность 16-разрядных ячеек и имеет емкость от 512 слов до 64K слов в зависимости от типа кристалла.

Разделение шин доступа (рисунок 4) к FLASH памяти и SRAM памяти дает возможность иметь шины данных для памяти данных и памяти программ различной разрядности, а также использовать технологию конвейеризации. Конвейеризация заключается в том, что во время исполнения текущей команды программный код следующей уже выбирается из памяти и дешифрируется.

Рисунок 4 – Структурная схема архитектуры

Для сравнения вспомним, что у микроконтроллеров семейства MCS-51 выборка кода команды и ее исполнение осуществляются последовательно, что занимает один машинный цикл, который длится 12 периодов кварцевого резонатора.

В случае использования конвейера приведенную длительность машинного цикла можно сократить. Например, у микроконтроллеров фирмы Microchip (PIC) за счет использования конвейера удалось уменьшить длительность машинного цикла до 4 периодов кварцевого резонатора. Длительность же машинного цикла AVR составляет один период кварцевого резонатора. Таким образом, AVR способны обеспечить заданную производительность при более низкой тактовой частоте. Именно эта особенность архитектуры и позволяет AVR-микроконтроллерам иметь наилучшее соотношение энергопотребление/производительность, так как потребление КМОП микросхем, как известно, определяется их рабочей частотой.

Рисунок 5 – Программная модель AVR-микроконтроллера

1. Измерительные щупы

   1. Требования предъявляемые к щупам

На основании требования о необходимости стерилизации наконечников щупов с помощью автоклавирования была разработана конструкция измерительных щупов со съёмными наконечниками. В состав прибора входят два щупа ­– измерительный и общий.

Измерительный щуп состоит из пяти деталей:

• корпус;

• хвостовик;

• кнопка;

• держатель;

• наконечник.

Сборочный чертёж измерительного щупа приведён в приложении А.

Корпус, хвостовик и кнопка изготавливается методом 3d печати (рисунок 6).

Рисунок 6 – Изготовление корпуса измерительного щупа

Держатель изготавливается из латуни 16 Л63 фрезеровкой из прутка (рисунок 7).

Рисунок 7 – Держатель

Наконечник изготавливается из хирургической нержавеющей стали 12X18H10T также фрезеровкой из прутка (рисунок 8).

Рисунок 8 – Наконечник

Кроме рассмотренный деталей в состав щупа входят трехжильный экранированный провод и микроплата с тактовой кнопкой.

1. Порядок сборки щупов

Порядок сборки измерительного щупа:

• к держателю с помощью винтов М2,5х6 прикрепляется микроплата с тактовой кнопкой;

• через корпус пропускается провод, два проводника которого припаиваются к контактам микроплаты, третий припаивается к держателю;

• в отверстие на верхней поверхности корпуса с внутренней стороны вставляется кнопка;

• держатель вставляется в корпус и фиксируется клеем;

• с задней стороны корпуса провод фиксируется с помощью хвостовика;

• после высыхания клея в держатель вкручивается наконечник.

Порядок сборки общего щупа:

• через корпус пропускается одножильный провод, контакт которого припаивается к держателю;

• держатель вставляется в корпус и фиксируется клеем ;

• с задней стороны корпуса провод фиксируется с помощью хвостовика;

• после высыхания клея в держатель вкручивается наконечник.

1. Стерилизация щупов

Разработанная конструкция щупов позволяет проводить их стерилизацию одним из самых эффективных методов – методом автоклавирования.

Автоклавирование обеспечивается паровыми стерилизаторами различных габаритов с различной степенью автоматизации.
В паровых стерилизаторах создается высокая температура – до 138 °С и высокое давление – до 2,5 атм, благодаря которому обеспечиваются условия для вытеснения воздуха из всей стерилизационной камеры, включая прослойку между складками белья и перевязочного материала. В современных паровых стерилизаторах, в стерилизационной камере обеспечивается предварительная этенция (отсасывание) воздуха из стерилизационной камеры с созданием в ней разрежения.
Для лечебных учреждений рекомендуются 2 режима стерилизации.

Первый режим (основной) предназначен для стерилизации изделий из бязи, марли (перевязочного материала, белья и т.д.), стекла, включая шприцы с пометкой «200°С», изделий из коррозийностойкого металла. Режим – температура 132°С, давление 2 атм, время 20 минут.
Второй режим (щадящий) рекомендуется для изделий из тонкой резины, латекса (хирургические перчатки и др.) и отдельных видов полимеров (полиэтилен высокой плотности). Режим температура 120°С; давление 1,1 атм, время 45 минут. Все изделия, стерилизуемые паром под давлением, предварительно помещают в специальную упаковку – стерилизационные коробки (биксы или контейнеры) с фильтром или без фильтров, упаковки из 2-слойной х/б ткани или крафтпакеты из плотной бумаги, соответствующей ГОСТу-42-21-2-85, и маркируют. Сроки сохранения стерильности зависят от упаковки. Биксы без фильтра хранятся трое суток, сфильтром – 20 суток. Упаковки из двухслойной х/б ткани или крафт-пакеты хранятся до трех суток в стерильных условиях.

Паровые стерилизаторы традиционно именуют автоклавами, (рисунок 5 ) хотя это название не соответствует сущности (автоклав означает «самозапирание», от греч. «ауто» – сам и лат. «клавис» – ключ). Простейший паровой стерилизатор состоит из котла с двойной стенкой и герметически закрывающейся крышки, позволяющей поднять давление пара до определенного предела [45].

Рисунок 9 – Автоклав

1. Технология 3d печати

3d-печать это высокотехнологичный процесс создания объектов практических любой геометрической формы на основе 3d-модели созданной на ПК в специализированных программах. Концепция 3d-печати основана методом создания объекта слоями, последовательно наносимых друг на друга. Эти слои будут являться контурами объекта. Фактически процесс создания объекта методом 3d-печати полностью противоположен классическим методам, таким как фрезеровка ил резка, где объект формируется путём отсекание лишнего. 3d-принтеры можно назвать станками с программным управлением, построение деталей в которых происходит аддитивнным способом.

Печать может осуществляться различными способами различными материалами, но в основе всегда будет сохраняться аддитивный способ создания. Существуют две основных технологии печати:

• лазерная;

• струйная.

Также существуют и применяются разные технологии позиционирования головки принтера:

• декартова;

• автономная;

• ручная.

Технология 3d печати получает широкое применения для быстрого прототипирования, в случае когда необходимо изготовление прототипов в короткие сроки. Благодаря скорости это помогает значительно снизить расходы на затраты. Помимо прототипов также можно изготавливать и уже готовые детали, что в случае мелкосерийного производства очень выгодно. Изготовление моделей и форм для литейного производства. Производство различный бытовых мелочей и т.д.

1. Изготовление деталей щупов

Для успешного изготовления щупов необходимо разработать чертежи деталей, построить 3d модели и сделать сборку. Для этого процесс изготовления разбит на шесть этапов, а именно:

• выбор оборудования и CAD-системы;

• разработка чертежей;

• создание 3d модели;

• создание сборки;

• подготовка к печати;

• печать детали.

1. Выбор оборудования и CAD-системы

При изготовлении щупов необходима CAD-система удовлетворяющая всем необходимым для разработки требованиям, а именно:

• возможность создания чертежей;

• возможность создания 3d моделей;

• возможность импортирования в STL формат.

Возможность импортирования в STL формат необходима для последующей распечатки детали на принтере.

Для постройки моделей и чертежей была выбрана разработка российской компании «Аскон», а именно Компас 3d.

Компас 3d отвечает всем необходимым требованиям а также имеет возможность оформления документации согласно стандартам ЕСКД и СПДС.

Для преобразования детали в доступный 3d принтеру формат, был использован популярный бесплатный слайсер «Repetier-Host».

Характеристики

Список файлов ВКР