1. Согласование уровней сигналов RS232C и МК51. 2. Поддержание стандартной скорости передачи. 3. Поддержание стандартных форматов посылок. 4. Поддержание стандартных протоколов обмена – набор символов для того, чтобы обеспечить нормальный прием/передачу.
Задача преобразования последовательного кода выходного сигнала частотомера в параллельный несколько усложняется тем, что необходим опрос 38 каналов. Данное обстоятельство приводит к необходимости применения дополнительных микросхем, позволяющих решить эту задачу. Для этого использовались микросхемы КР580ВВ55А.
Микросхема КР580ВВ55А предназначена для параллельной передачи информации между микропроцессором и периферийными устройствами и содержит три 8-разрядных канала ввода/вывода
А, В, С.
Канал С может быть представлен в виде двух 4-разрядных каналов ввода/вывода, доступ к которым производится как к отдельным независимым каналам. Периферийные устройства подключаются к каналам А, В, С, а связь с микропроцессором осуществляется с помощью шины D через буфер данных. Структурная схема КР580ВВ55А представлена на рис 10.
[pic]
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
|Номер вывода |Обозначение |Назначение | |9, 8 |А0, А1 |Адрес | |27 – 34 |D7 – D0 |Шина данных | |37 - 40, 1 - 4 |РА7 – РА0 |Канал А | |5 |RD |Чтение | |6 |CS |Выбор микросхемы | |7 |GND |Общий | |10 - 13, 17, 16, |PC7—PCO |Канал С | |15, 14 | | | |18 - 25 |PB0 - PB7 |Канал В | |26 |Ucc |+5В | |35 |RESET |Установка | |36 |WR |Запись |
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.
Разработка программного обеспечения устройства сопряжения
В задачи программного обеспечения, для устройства сопряжения входит:
1. Получение от частотомера сигнала очередного замера информации с датчика; 2. По пришествии этого сигнала последовательно считать информацию о каждой цифре выходного сигнала; 3. Отметить время прихода сигнала (точнее, время, прошедшее со времени предыдущего прихода сигнала); 4. Инициализировать порт последовательной передачи информации; 5. Преобразовать данные в последовательный код; 6. Переслать последовательный код на ЭВМ; 7. 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.
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]:
[pic],
где [pic] - сдвиг резонансной частоты за счет изменения чувствительным покрытием скорости поверхностно-акустической волны,
[pic] и [pic] характеристики пьезоэлектрического материала,
[pic] - начальная резонансная частота,
h - толщина чувствительного покрытия,
[pic] - его плотность.
Не трудно заметить, что произведение [pic] - 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 [pic];
(y – коэффициент массоотдачи;
[pic] - концентрации адсорбируемого вещества в парогазовой смеси инертного газа (входной параметр) [pic].
[pic] - концентрация адсорбируемого вещества в парогазовой смеси, равновесная поглощенному единицей объема количеству вещества [pic]. Определяется по изотерме адсорбции.
Коэффициент массоотдачи определяется по следующему уравнению[21]:
где Nu – диффузионный критерий Нуссельта;
d – средний размер частиц адсорбента[pic];
D – коэффициент диффузии вещества в газе[pic].
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 [pic];
[pic] - кинематический коэффициент вязкости.
Кинематический коэффициент вязкости можно определить, пользуясь следующим соотношением [20]:
где [pic] - динамический коэффициент вязкости газа [pic];
[pic] - плотность газа [pic].
Для определения [pic] - 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 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.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
