108878 (590964), страница 6

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

Текст из файла (страница 6)

Рисунок 10 Структурная схема микросхемы КР580ВВ55А

Каждый из каналов А, В, С состоит из 8-разрядного регистра и двунаправленных формирователей, имеющих на выходе состояние «Выключено», Устройство управления содержит регистр управляющего слова (РУС), в который предварительно производится запись информации, определяющей режим работы каналов, и формирует сигналы выбора канала и управления каналом С.

Микросхема может работать в одном из трех режимов: режим 0 - простой ввод/вывод; режим 1 - стробируемый ввод/вывод; режим 2 -двунаправленный канал. Режим работы каналов можно. изменять как в начале, так и в процессе выполнения программы, что позволяет обслуживать различные периферийные устройства в определенном порядке с помощью одной микросхемы КР580ВВ55А. Каналы А и В могут работать в различных режимах, а работа канала С зависит от режимов работы каналов А и В, Комбинируя режимы работы каналов, можно обеспечить работу микросхемы почти с любым периферийным устройством.

В режиме 0 осуществляется простой ввод/вывод данных по трем 8-разрядным каналам, причем канал С может использоваться как два 4-разрядных канала. Каждый из каналов может использоваться отдельно для ввода или вывода информации, В режиме 0 входная информация не запоминается, а выходная хранится в выходных регистрах до записи новой информации в канал или до записи нового режима.

В режиме 1 передача данных осуществляется только через каналы А и В, а линии канала С служат для приема и выдачи сигналов управления. Каждый из каналов А и В независимо друг от друга может использоваться для ввода или вывода 8-разрядных данных, причем входные и выходные данные фиксируются в регистрах каналов,

В режиме 2 для канала А обеспечивается возможность обмена информацией с периферийными устройствами по 8-разрядному двунаправленному каналу. Для организации обмена используются пять линий канала С, В режиме 2 входные и выходные данные фиксируются во входном и выходном регистрах соответственно. Назначение выводов КР580ВВ55А приведено в табл. 3

Таблица 3 Назначение выводов микросхемы КР580ВВ55А

Данные микросхемы подключались к микроЭВМ и позволяли увеличить количество портов ввода/вывода до необходимого количества.

Конечная схема подключения представлена на рис 9.

Рисунок 11 Схема подключение частотомера Ч3-53 к персональной ЭВМ

Разработка программного обеспечения устройства сопряжения

В задачи программного обеспечения, для устройства сопряжения входит:

Получение от частотомера сигнала очередного замера информации с датчика;

По пришествии этого сигнала последовательно считать информацию о каждой цифре выходного сигнала;

Отметить время прихода сигнала (точнее, время, прошедшее со времени предыдущего прихода сигнала);

Инициализировать порт последовательной передачи информации;

Преобразовать данные в последовательный код;

Переслать последовательный код на ЭВМ;

Получить и обработать данные на ЭВМ, представив их в удобном для прочтения виде.

Первые шесть задач решаются непосредственно ОМЭВМ на уровне языка Ассемблер, седьмая задача решается при помощи языка высокого уровня на ЭВМ.

Перед тем, как использовать устройство сопряжения по назначению, необходимо провести инициализацию необходимых аппаратных ресурсов:

Источника прерываний INT0;

Установка необходимого времени отсчета Т0;

Установка необходимой величины пересчета Т1;

Программирование альтернативных функций порта ввода/вывода Р3 ОМЭВМ;

Установка необходимых режимов работы таймеров Т0 и Т1 и последовательного порта ввода/вывода.

Блок-схема программы устройства сопряжения представлена на рис 12.

Рисунок 12 Блок-схема программы устройства сопряжения

Текст программы на языке Ассемблер представлен ниже

0000 0200F7 LJMP 00F7

0003 020200 LJMP 0200

0006 00 NOP

0022 00 NOP

0023 020300 LJMP 0300

0026 00 NOP

00F6 00 NOP

00F7 D2B0 SETB RXD

00F9 D2B1 SETB TXD

00FB D2B2 SETB INT0

00FD D2B6 SETB WR

00FF D2B7 SETB RD

0100 758921 MOV TMOD,#21

0103 758B00 MOV TL1,#00

0106 758DF4 MOV TH1,#F4

0109 D28E SETB TR1

010B D2AF SETB EA

010D 758C3C MOV TH0,#3C

0110 758AB0 MOV TL0,#B0

0113 7582000 MOV DPL,#00

0116 7A00 MOV R2,#00

0118 D28C SETB TR0

011A D2A8 SETB EX0

011C 108D02 JBC TF0,0121

011F 80FB SJMP 011C

0121 0A INC R2

0122 758C3C MOV TH0,#3C

0125 758AB0 MOV TL0,#B0

0128 80F2 SJMP 011C

012A 00 NOP

01FF 00 NOP

0200 75F002 MOV B,#02

0203 EA MOV A,R2

0204 84 DIV AB

0205 F5F0 MOV B,A

0207 7A00 MOV R2,#00

0209 7805 MOV R0,#05

020B 7904 MOV R1,#04

020D C299 CLR TI

020F 85F099 MOV SBUF,B

0212 D2AC SETB ES

0214 32 RETI

0215 00 NOP

02FF 00 NOP

0300 C2AC CLR ES

0302 C299 CLR TI

0304 8983 MOV DPH,R1

0306 E0 MOVX A,@DPTR

0307 F599 MOV SBUF,A

0309 09 INC R1

030A B90701 CJNE R1,#07,030E

030D 09 INC R1

030E D801 DJNZ R0,0311

0310 32 RETI

0311 D2AC SETB ES

0313 32 RETI

0314 00 NOP

Математическое моделирование

Задачей математического моделирования является получение теоретических зависимостей выходной величины датчика (изменение частоты поверхностно-акустической волны) от входной величины (изменение концентрации необходимого газа) и получение изменения выходной величины в динамике (зависимость частоты от времени при скачкообразном изменении концентрации).

Изменение резонансной частоты, обусловленное наличием покрытия на поверхности распространения поверхностно-акустической волны, описывается следующим соотношением [2]:

,

где - сдвиг резонансной частоты за счет изменения чувствительным покрытием скорости поверхностно-акустической волны,

и характеристики пьезоэлектрического материала,

- начальная резонансная частота,

h - толщина чувствительного покрытия,

- его плотность.

Не трудно заметить, что произведение - представляет собой массу покрытия на единицу площади.

где m – масса покрытия;

s – площадь покрытия.

Таким образом, изменение частоты поверхностно-акустической волны зависит в первую очередь от двух факторов - массы единицы площади пленки и механических свойств пьезоэлектрической подложки.

Скорость изменения величины адсорбции со временем описывается следующим уравнением [21]:

где a – содержание адсорбируемого вещества – масса адсорбируемого вещества к единице объема адсорбента ;

_y – коэффициент массоотдачи;

- концентрации адсорбируемого вещества в парогазовой смеси инертного газа (входной параметр) .

- концентрация адсорбируемого вещества в парогазовой смеси, равновесная поглощенному единицей объема количеству вещества . Определяется по изотерме адсорбции.

Коэффициент массоотдачи определяется по следующему уравнению[21]:

где Nu – диффузионный критерий Нуссельта;

d – средний размер частиц адсорбента;

D – коэффициент диффузии вещества в газе.

Значение диффузионного критерия Нуссельта для ориентировочных расчетов коэффициента массоотдачи определяется по критериальному уравнению [20]:

где Re – критерий Рейнольдса.

Для определения критерия Рейнольдса воспользуемся следующей формулой [20]:

где w – скорость потока на свободном сечении ;

- кинематический коэффициент вязкости.

Кинематический коэффициент вязкости можно определить, пользуясь следующим соотношением [20]:

где - динамический коэффициент вязкости газа ;

- плотность газа .

Для определения - концентрации адсорбируемого вещества в парогазовой смеси, равновесной поглощенному единицей объема количеству вещества воспользуемся изотермой адсорбции. Ввиду отсутствия необходимых табличных данных, описывающих как чувствительное полимерное покрытие, а как следствие, и отсутствие какого либо конкретного определяемого компонента, данная математическая модель ставит себе целью получение качественных характеристик описываемого ПАВ сенсора. Таким образом, за искомую изотерму адсорбции принимаем изотерму адсорбции бензола [20]. График данной изотермы приведен ниже.

В

Рисунок 13 Изотерма адсорбции

качестве определяемого компонента воздушной смеси принят аммиак.

Зависимость концентрации от парциального давления компонента выражается следующей формулой [20];

где p – парциальное давление компонента в газовой смеси;

R – универсальная газовая постоянная;

Т – абсолютная температура.

Подставляя числовые значения всех вышеперечисленных переменных в уравнение скорости адсорбции, а величину адсорбции в уравнение изменения частоты поверхностно-акустической волны и добавив к этому начальные и граничные условия получаем искомые зависимости величины адсорбции от времени и изменение частоты от времени.

Как видно из приведенных ниже графиков, время реакции сенсора на скачкообразное изменение концентрации определяемого компонента составляет порядка 10^-5 сек.

Рисунок 14 Изменение величины адсорбции во времени при скачкообразном изменении концентрации

Рисунок 15 Изменение частоты ПАВ во времени при скачкообразном изменении концентрации

Таким образом, в будущих исследованиях инерционностью процессов, происходящих в самом датчике можно пренебречь. А основное время процесса будет состоять из времени определения частоты поверхностно-акустической волны, времени подвода газа необходимой концентрации и пр. Таким образом, получаем еще одно подтверждение необходимости дальнейшего повышения автоматизации измерительной установки.

Для математического получения градуировочной характеристики ПАВ датчика воспользуемся уравнением [20]:

И подставив полученное тем самым значение величины адсорбции в уравнение зависимости изменения частоты поверхностно-акустической волны, получим градуировочный график.

К

Рисунок 16 Градуировочный график ПАВ сенсора

ак видно из этого графика, зависимость изменения частоты поверхностно-акустической волны от концентрации – величина линейная. Таким образом получаем еще одно подтверждение перспективности использования поверхностно-акустических датчиков в качестве газовых сенсоров низких концентраций.

Экспериментальные результаты

Для оценки точности показаний ПАВ сенсора возникает необходимость оценить влияние различных параметров на частоту. В ходе работы был проведен ряд экспериментов по выявлению такого влияния.

В ходе работы была проведена серия экспериментов по определению стабильности частоты ПАВ преобразователей. Для этого они закреплялись в экспериментальную ячейку, конструкция которой описана в выше. Методика проведения экспериментов заключалась в следующем. Измерения частоты производились непрерывно в течение двух с половиной часов.

Характеристики

Список файлов ВКР