Модернизация микрокриогенной системы
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?, в том числе дистанционно;
автоматическую защиту от всех нежелательных состояний, в том числе автоматическое выключение второго МО;
индикация всех параметров работы МКС - включение устройств, температуры, давлений, в том числе дистанционно;
2.1.1 Выбор микроконтроллера
За последние годы в микроэлектронике бурное развитие получило направление, связанное с выпуском однокристальных микроконтроллеров (МК), которые предназначены для интеллектуализации" оборудования различного назначения. Однокристальные (однокорпусные) микроконтроллеры представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде БИС и включающие в себя все составные части голой микроЭВМ: микропроцессор, память программ и память данных, а также программируемые интерфейсные схемы для связи с внешней средой. Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение исключительно высоких показателей эффективности при столь низкой стоимости (во многих применениях система может состоять только из одной БИС микроконтроллера), что микроконтроллерам, видимо, нет разумной альтернативной элементной базы для построения управляющих или регулирующих систем. К настоящему времени более двух третей мирового рынка микропроцессорных средств составляют именно однокристальные микроконтроллеры.
Использование микроконтроллеров в изделиях не только приводит к повышению технико-экономических показателей (стоимости, надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров), но и делает их легко модифицируемыми и адаптивными. Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение высоких показателей эффективности при низкой стоимости. Аппаратные и схемотехнические решения переносятся в плоскость программного кода. Так как одной из целей модернизации МКС было уменьшение габаритов устройства и повышение надежности, использование микроконтроллера представляется совершенно необходимым для решения поставленной задачи.
В ходе работы был выбран микроконтроллер ATmega16 от фирмы Atmel - лидера по разработке и производству высокоинтегрированных полупроводниковых компонентов, в частности микроконтроллеров, энергонезависимой памяти, программируемой логики и радиочастотных компонентов. Поставленные задачи не отличаются программной сложностью при возможно большом объеме - 8-битного микроконтроллера достаточно, обеспечивая его низкое потребление энергии и стоимость. МК архитектуры AVR [6] от фирмы Atmel - 8-битные RISC-микроконтроллеры для встраиваемых приложений - являются, мощным инструментом для создания современных высокопроизводительных и экономичных устройств управления.
В настоящее время в рамках единой базовой архитектуры микроконтроллеры AVR подразделяются на несколько семейств:
Tiny AVR;
Mega AVR;
Mega AVR для специальных применений;
ASIC/FPGA AVR.
Для решения задачи оптимальным выглядит устройство из семейства Mega. Микроконтроллеры этого семейства имеют наиболее развитую периферию, наибольшие среди всех микроконтроллеров AVR объемы памяти программ и данных.
Микроконтроллеры семейства Mega поддерживают несколько режимов пониженного энергопотребления, имеют блок прерываний, сторожевой таймер и допускают программирование непосредственно в готовом устройстве. Кроме того, аналогичные микроконтроллеры используются в других устройствах, разработанных в ИПА РАН, что значительно облегчает их программирование и сопряжение.
Отличительные особенности ATmega16:
Четыре 8-ми битных портов ввода/вывода;
Кбайт программируемой Flash памяти (1000 циклов стирания/записи);
байт EEPROM (100000 циклов стирания/записи);
Кбайт встроенной SRAM;
возможность программирования непосредственно в системе через последовательные интерфейсы SPI и JTAG;
-ми канальный 10-битный аналогово-цифровой преобразователь;
Внутренние и внешние источники прерываний;
Рабочее напряжение 4,5 - 5,5 В.
2.1.2 Управление микроохладителями и компрессорной установкой
Одной из задач ПУ является питание двигателей МО. По сравнению со штатной ПУ, схема питания не изменилась и приведена на рисунке 2.1 Устройства питаются от 220 В, которое образуется как напряжение между одной из фаз и нейтралью входной переходной фазной сети (380 В). В линии, идущей от фазы имеется фазосдвигающая цепочка, состоящая из R3 и C1, к двигателям МО.
Сигнал о статусе питания МО приходит с МК и замыкает цепь питания с помощью сдвоенного 5 В реле. Однако, непосредственно МК не может выработать достаточно тока для переключения реле. Для решения этой проблемы был предусмотрен усилитель на транзисторе общего назначения VT1 (BC847) с токоограничивающими резисторами R2 (30 Ом) и R1 (1 кОм)
Рисунок 2.1 - схема питания МО
Далее рассмотрим часть панели управления МКС отвечающую за формирование сигналов включения/выключения КУ и двух МО. МК вырабатывает соответствующие сигналы согласно протоколу обмена между центральным компьютером радиотелескопа и системой управления СВЧ приемным комплексом [7] и подает их через разъем WF-8 на исполнительное устройство - рассмотренное выше низковольтное реле с усилителями (для МО) и блок включения в составе КУ.
Схема представлена на рисунке 2.2 В схеме использован элемент DD2 - 74НС595 - восьмиразрядный сдвиговый регистр с последовательным вводом, последовательным или параллельным выводом информации, триггером-защелкой и тремя состояниями на выходе. Расположение выводов и описание их функци?/p>