Министерство образования Российской Федерации
Нижегородский государственный технический университет
Дзержинский филиал
Факультет
Химико-механический
Кафедра
Автоматизация технологических процессов и производств
Магистерская диссертация
по теме:
Разработка сенсора на поверхностно-акустических волнах. Автоматизация измерительной установки.
Выполнил:
магистрант гр. 95-АТПМ-1
Ермаков Е. С.
Зав. кафедрой АТПП:
д.т.н., профессор
Сажин С.Г.
Научный руководитель:
д.т.н., профессор
Сажин С.Г.
г. Дзержинск
2001 .
Содержание
Содержание 2
Введение 3
Литературный обзор 5
Основные принципы конструирования ПАВ сенсоров 5
Некоторые задачи, решаемые ПАВ сенсорами 11
Конструкция экспериментальной ячейки 18
Описание приборов и материалов 21
Сопряжение частотомера с ЭВМ 35
Особенности задачи 35
Постановка задачи сопряжения 41
Преобразование уровня 43
Преобразование кода 44
Параллельные порты ввода/вывода. 53
Прерывания 56
Последовательный порт ввода/вывода 57
Разработка программного обеспечения устройства сопряжения 64
Математическое моделирование 70
Экспериментальные результаты 78
Экономическая часть 83
Техника безопасности 84
Выводы 85
Список использованных источников 86
Введение
. , . , , . . , , , - , . . [1].
, [2]. -(). , . -. , , .
, . , , , .
Литературный обзор
Основные принципы конструирования ПАВ сенсоров
: [10].
, .
, , . , , [10].
, .
-, , . [1]. .
(, , , ), -(), , [2]. . , -. , , . :
,
l - ,
v - -.
, :
,
h - [].
(. 1) :
, n - ;
[2].
. (, ) . . -, . . [2] , -, :
,
- -,
,
- ,
h - ,
- .
, - . , -- . -. , , 1% . , . .
-, , , .
, , -. , , . -.
Некоторые задачи, решаемые ПАВ сенсорами
[6] , -. , , . , 380 433 .
[7] . , , , , , , .
[8] . , . . , , (, .), , , .
[13] -, ого . . , , . . c. .
[11] . . , . , . , . . , .
10-9. , , 25 0200 0.
[15] . , -[n-] () () . . . , , 2 3 , , . , 70-560 . . , , . -, . , , , , -. , : . , , .
[14] WO3:Ru . (NO) , , . . , , , NO. NO (10-9 10-6) , . , , , . , .
[13] . 97 , . , . .
[20] , 2 . . 1 .
, . . , . , [20]. В этой работе использовалась достаточно маломощная ЭВМ Нейрон, которая при современных требованиях к быстроте и качеству обработки информации не может справиться со своей задачей. Для успешного проведения исследований необходимо повысить степень автоматизации установки, путем сопряжения ее с ЭВМ более высокого уровня.
, , .
Конструкция экспериментальной ячейки
-, -, -170 . . , 100*100*10 , . 252510 . , . , , 40404 , . , . . 5 . 3-, . -, , . .
Описание приборов и материалов
-3-54, :
Рисунок 3 Внешний вид частотомера Ч3-54
:
1. -43-54 :
- ;
- ;
- ;
- ;
- ;
- ;
- ;
- .
2. :
- 243 323 (30 +50);
- 98% 308 (+35).
3. (220 22) (500,5) ; (22011) (1156) (400-12+25 ) .
4. .
.
-31/1 0.1 60 1 10 .
-41 0,1 1 0.05 1 .
-42 1 5 0.2 10 .
-43 4 12 0.2 5 .
-72 0.3 7 0.2 5 .
-72 -42 5-13 10 78.33 0,1 5 (10 37.5) , 0.5 5 (37.5 - 70) 1 5 (70 78.33) .
-87 -0.07 12 0.1 5 .
-88 -8 18 0.4 5 .
5. , -, , , .
1. :
:
- 0.1 420 0.1 100 .;
- 120 150 0.2 3 .;
50 300 0.2 3 .;
, , 0.1 120 0,3 100 .
2. f , :
0 - , , ;
f, ;
tc, .
3. - 5 . 510-7 .
210-8 .
4. :
1.510-7 1 ;
2.510-7 6 ;
510-7 12 ,
1, 6 12 210-8.
5. 1 :
210-8;
24 110-8;
72 510-8.
6. , 1, :
110-10 1 ;
110-10 a 10 ;
310-9 1 .
7. :
110-9 1();
310-9 1().
8. (10, 102, 103 104) , 0.1 0 1 . :
0.1 100 . ;
0.3 100 .
9. , :
0 - , , ;
n - ();
- ();
- ;
- , :
U- , ;
Uc - , .
, 204060310-2310-3310-4- , :
10. .
() 10 150 . () 0 1 .
. 1 8.
11. - , :
(f2) (f1) , :
.
12. () 0 150 , .
. 1.
13. 0.1 105 103, 104, 105, 106, 107 108 , 0 150 .
. 8.
14. , :
0 - , ;
- , ;
, :
1, 2 - , , .
15. 1 70 .
50 - 50 .
16. 1, 10, 100 , 1, 10, 100 .
17. (MHz, KHz, mS, S), (), . .
18. 10-3, 10-2, 10-1, 1 10 . .
19. 0.1 5 ; +50% ; .
20. 0 1 1, 10, 102, 103 104.
. 8.
- 0.1 , 2
10 .
21. : 0.1; 1, 10, 100 , 1, 10, 100 , 1 10 , 5 2 10 ; 5 50 ; 0.5 1 (4.850.597-21). - .
22. 5 100 0.5 3 100 .
23. -8-4-2-1 10 ;
+2,4 +4,5 - . 1;
0 +0,5 - . 0.
24. 0 +0.4 .
25. - 0 0 +0.5 , 1 +2.4 +4.5 10 .
26. , -. -, +2.4 +4.5 , 10 , 10 0.5 /.
27. : , -, , 50 , 1V/10V, , 150 MHz;/5 MHz, .
28. , 2 . - 1 ; 263 243 (10 30) - 10 .
29. (22022) (500.5) , (22011) (115 6) (400-12+28) . 5%.
30. +(273) 0.37 .
31. , , 100 .
32. 16 .
33. :
- (2935)(205) 0;
- (6515)%;
- (1004) (75030) . .
34. :
- 243 323 (30 50);
- 98% 308K (+35C);
- (1004) (75030) . .
35. :
- . 223 338 (50 +65);
61.33 (460 . .). 2 .
36. 490136480 . () 16 .
37. - 3000 38. - 10 . - 10000 .
Сопряжение частотомера с ЭВМ
Особенности задачи
, .
. , , -8-4-2-1 , RS-232C .
RS-232C :
() (15 , , );
() (115200 /, 10 /);
.
, RS-232C
RS-232C (, , , .), . RS-232C . . RS-232C . . , ().
25-(DB25P) 9-(DB9P) RS-232C. 1.
(25-)(9-)I/OFG1'--TxD230-RxD32IRTS470CTS58IDSR66ISG75-DCD81IDTR2040RI229IТаблица 1 Назначение контактов разъемов интерфейса RS-232C
(I - , - ).
.
FG - ().
-TxD - , ().
-RxD - , ().
RTS - . .
CTS - () . . .
DSR - . .
SG - , .
DCD - ().
DTR - .
RI - . .
- (). . 4
SG TxD. 10 .
. 5. (5, 6, 7 8 ) , . , . , (- 10%). RS-232C : 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 /.
Рисунок 4 Схема 4-проводной линии связи для RS-232C.
RS-232C , (. 6). , (, - ).
RS-232C - (. . 4), .
Рисунок 5 Формат передаваемых данных
Рисунок 6 Уровни сигналов RS-232C на передающем и принимающем концах линии связи.
RS-232C 1 (3F8h...3FFh, IRQ4), COM2 (2F8h...2FFh, IRQ3), COM3 (3E8h...3EFh, IRQ10), COM4 (2E8h...2EFh, IRQ11). UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter), , i8250, KP580BB51.
RS-232C.
Постановка задачи сопряжения
RS-232C : , . .
, , . , , , , . , , . .
RS-232C . 7. , RS-232C 4-.
, , (12 ), , (, ).
Рисунок 7 Организация сопряжения через интерфейс RS-232C. , , -, , . .
, , .
Преобразование уровня
MAXIM. +5+10(+ ), (+1010) . (), .
Преобразование кода
, , (). , 181651. .
() 128 64 .
. 8, . 2.
выводаОбозначениеНазначениеТип1 8P1.0 P1.78-разрядный двунаправленный порт Р1. Вход адреса А0 А7 при проверке внутреннего ПЗУ.Вход/выход9RSTСигнал общего сбросаВход10 17P3.0 P3.78-разрядный двунаправленный порт Р3 с дополнительными функциями.Вход/выходP3.0Последовательные данные приемника RxD.ВходP3.1Последовательные данные передатчика TxD.ВыходP3.2Вход внешнего прерывания 0 INT0ВходP3.3Вход внешнего прерывания 1 INT1ВходP3.4Вход таймера-счетчика 0 T0ВходP3.5Вход таймера-счетчика 1 Т1ВходP3.6Выход стробирующего сигнала при записи во внешнюю память данных WRВыходP3.7Выход стробирующего сигнала при чтении из внешней памяти данных RDВыход18XTAL1Вывод для подключения кварцевого резонатораВыход19XTAL2Вывод для подключения кварцевого резонатораВход20GNDОбщий вывод21 28P2.0 P2.78-разрядый двунаправленный порт Р2. Выход адреса А8 А15 в режиме работы с внешней памятью. В режиме проверки внутреннего ПЗУ выводы Р2.0 Р2.6 используются как вход адреса А8 А14. Вывод Р2.7 разрешение чтения внутреннего ПЗУ ЕВход/выход29PSEРазрешение программной памятиВыход30ALEВыходной сигнал разрешения фиксации адресаВыход31EAБлокировка работы с внутренней памятьюВход32 39P0.7 P0.08-разрядный двунаправленный порт Р0. Шина адреса/данных при работе с внешней памятью. Выход данных D7 D0 в режиме проверки внутреннего ПЗУ.Вход/выход40UccВывод питания от источника напряжения +5В.Таблица 2 Назначение выводов процессора МК51
, :
;
, 128 ;
;
16--;
;
;
.
111 1, 2 3 , , , .
:
32 ;
128 -;
.
-.
:
-1, -2 ;
/4 .
, -, /, . , -() 8-. -, , , . , .
183051 40-.
, :
, , /0 3.
//, , .
-.
0 3 /, 32 /. -, , () .
0, 1, 2, 3 , , .
/0 3 , .
0:
0 7 ;
();
2:
8 15 (, 16-)
3 :
P3.00 RxD, , ;
P3.1 TxD, , ;
P3.2 INT0 0 ;
P3.3 INT1 - 1 ;
P3.4 T0, , /0;
P3.5 T1, , /1;
P3.6 WR, , , 0 ;
P3.7 RD, , , 0 .
3 , -1. 3 0.
.
Параллельные порты ввода/вывода.
, /32 . 4 8 . . 1. . /0 3. , , .
, 0 , 2 , , . 0 (. 9).
3 . 1 3.
2 /0 1, , . /16-, (TH0, TL0; TH1, TL1)
/().
, .
0000-FFFF. , (65535 ) .
1 , 0 3 1 0.
0 1 (). /2 : TCON TMOD .
Прерывания
51 5 . , 5 .
, . , . . , () .
. .
, :
1. , , .
2. , . .
3. , , .
Последовательный порт ввода/вывода
, . , , . , . , . SBUF . SBUF 2 . , . . , SBUF , . SBUF . 4 :
00 /8-. 1/12 . .
01 8-. 1 (600 9600 /). : 1 + 8 + 1 .
10 9-. 64 32. 9-.
11 9-, 1.
RS232C, 10 11, 1. 51, RS232C. :
1. RS232C 51.
2. .
3. .
4. , /.
, 38 . , . 58055.
580558-/, , .
4-/, . , , , D . 5805510.
Рисунок 10 Структурная схема микросхемы КР580ВВ55А
, , 8-, , (), , , .
: 0 - /; 1 - /; 2 -. . , , 58055. , , , .
0 /8-, 4-. , 0 , .
1 , . 8-, ,
2 8-. , 2 . 58055. 3
9, 80, 127 34D7 D037 - 40, 1 - 47 05RD6CS7GND10 - 13, 17, 16, 15, 14PC7PCO18 - 25PB0 - PB726Ucc+535RESET36WRТаблица 3 Назначение выводов микросхемы КР580ВВ55А
/.
9.
Разработка программного обеспечения устройства сопряжения
, :
1. ;
2. ;
3. (, , );
4. ;
5. ;
6. ;
7. , .
, .
, , :
INT0;
0;
1;
/3 ;
0 1 /.
-12.
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
(-) () ().
, -, [2]:
,
- -,
,
- ,
h - ,
- .
, - .
m масса покрытия;
s площадь покрытия.
, -- .
[21]:
a ;
y ;
- () .
- , . .
[21]:
Nu ;
d ;
D .
[20]:
Re .
[20]:
w ;
- .
, [20]:
- ;
- .
- , . , , , , . , [20]. .
.
[20];
p ;
R ;
.
, -.
, 10-5 .
, , . -, . , .
[20]:
-, .
, -. -.
Экспериментальные
результаты
. .
. , . . .
, . -. 17. , . -20-30 2 2.5 . . . 3-63. -.
, , 20-30 . , .
, . . , , . . 10 . 120 . .
. 18
. . . . ., .