кандидатская
.pdf
•Характер возмущения - техногенный;
•Учитывая (2.33), (2.34) и рисунок 2.9 имеем превышение границы безопасного времени пребывания под воздействием внешнего МП;
• Анализируя рисунок 3.13 и выражение (3.1) имеем: индекс ^М =130%.
Вывод: Структуры, предложенные на рис. 3.1 и рис. 3.4-отвечают поставленным задачам исследований. Безопасное время пребывание под внешним источником МП (ПЭВМ) превышено в 1.3 раза. Безопасным (в условиях оговоренными таблицей 3.3) считается пребывание, в течении 8 часов 40 минут.
В ходе проведения описанных исследовательских работ сформулированы следующие наиболее существенные рекомендации к технической реализации ИИС:
-нецелесообразность использования ручного управления системой слежения и регистрации параметров ГМП;
-отсутствие металлизированной области соединенной с аналоговой «землей», в районе АЦП, что уменьшает помехозащищенность системы обработки аналогового сигнала в целом [49];
-сложности, возникающие с анализом результатов эксперимента у специально не подготовленного человека;
-ряд малоинформативных светодиодных индикаторов;
-некоторые соединения обладают чрезмерной длиной соединительных проводов, что учитывая импульсный характер работы системы в целом, приводит к появлению гармоник высшего порядка и как следствие - помехам.
В рамках модификации, и доработки устройства сформулируем
следующие выводы:
103
-необходимо максимально автоматизировать систему по средствам ПО, что в свою очередь сведет к минимуму негативное влияние воздействия человеческого фактора;
-на печатной плате предусмотрим область сплошной металлизации под аналоговую «землю». Аналоговая часть микроконтроллера и аналоговая часть устройства должны располагаться над этой областью. Аналоговая и цифровая «земли» должны соединяться друг с другом в единственной точке печатной платы [50];
-соединения, по которым должны распространяться аналоговые сигналы должны быть как можно короче и располагаться над аналоговой землей. Кроме того они должны быть размещены как можно дальше от быстродействующих цифровых сетей;
-выход AVcc АЦП необходимо подключить к источнику питания VCc через LCфильтр [3];
-выводы портов микроконтроллера, использующиеся как фильтр не должны переключаться во время преобразования аналогового сигнала [18];
-предусмотреть процесс отображения текущего значения т-индекса непосредственно на плате, что при необходимости позволит системе работать автономно без эксплуатации ПК.
Таким образом, имеем ряд обоснованных рекомендаций, выявленных экспериментально, учитывая которые возможно получить результат работы ИИС регистрации параметров геомагнитных возмущений на качественно новом уровне, сведя тем самым к минимуму возможность возникновения ошибок и неточностей различного рода и характера.
104
Результаты и выводы
1.Анализ магниторезистивных сенсоров выявил, что наиболее целесообразно для решения поставленных задач, а именно-регистрация параметров геомагнитных возмущений в трех ортогональных плоскостях является использование датчика фирмы «Honeywell» типа НМС2003.
2.Разработана методика, обеспечивающая регистрацию в автоматизированном режиме комплекса параметров ГМВ, особенно в субгармонической области информационных сигналов в реальном времени, тем самым позволяя расширить функциональные возможности медицинского персонала в области оценки влияния МП на биологические объекты.
3.Разработаны алгоритмы работы и управления ИИС регистрации параметров геомагнитных возмущений в исследуемом диапазоне.
4.Разработан экспериментальный образец ИИС регистрации параметров ГМВ «РПГВ-1», (аппаратный и программные модули). Произведен анализ работы и отладка основных функциональных узлов ИИС.
5.Произведена отладка алгоритмов, и функциональных узлов ИИС регистрации параметров ГМВ.
6.Анализ результатов полученных при работе ИИС регистрации параметров ГМВ в тестовом режиме выявил ряд замечаний, учитывая которые при проектировании конечного экспериментального образца ИИС позволит повысить технические характеристики исследуемой ИИС.
105
Глава 4 Экспериментальные исследования ИИС «РПГВ-1»
Исследования, проводимые в настоящем разделе, имеют преимущественно эмпирический характер. Их целью является подтверждение результатов теоретических исследований проводимых в предыдущих главах настоящей работы. Отметим, что предварительно необходимо наметить последовательность действий направленных на разработку стратегии экспериментирования (от получения априорной информации до определения наилучших условий). Т.о., необходимо сформулировать методические рекомендации к проведению эксперимента, реализуемого в условиях неполного знания механизма изучаемого явления.
4.1Описание функциональной схемы ИИС «РПГВ-1»
Впредыдущих главах был произведен детальный анализ и синтез некоторых функциональных модулей. Опираясь на эти результаты, произведем синтез детализированной структуры ИИС регистрации параметров геомагнитных возмущений. Данная схема представлена на рисунке 4.1 В схеме приняты следующие условные обозначения:
Ux(Bx), Uy(By), Uz(Bz) — функция напряжения, от вектора магнитной индукции направленного вдоль оси OX, OY, OZ соответственно (рисунок 2.1);
K(f) - функция подавления сигнала от частоты, К е [0,1];
(S0..Sk)x, (S0..Sk)y, (S0..Sk)z - цифровой эквивалент Ux(Bx), Uy(By), Uz(Bz) соответственно.
106
1+5В
Подсистема калибровки
|
НМС2003 |
1х |
iy |
Iz |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Импульсы |
|
+20 В |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
I |
специальной |
|
|
|
|
|
±- |
|
|
' |
формы |
|
|
|
Al |
|
|
|
и |
|
|
||
|
|
X |
Y |
|
|
|
|||
X |
|
© |
|
|
|
|
|||
ш |
|
|
|
|
|
го |
|||
|
|
|
|
|
|
S |
|||
о: |
|
|
|
|
|
|
с; |
||
о . |
|
|
|
|
|
|
|
гг |
го |
с: |
|
|
|
|
|
|
|
го |
X |
то |
Ux(Bx) |
Uy(By) |
|
Uz(Bz) |
|
|
|
||
|
|
|
|
L_ |
|||||
X |
|
|
|
|
|
|
ш |
СП |
S |
к |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
о |
ее |
о |
|
S |
|
|
Устройство предварительной |
|
X |
го |
|||
|
|
|
О. |
го |
2 |
||||
X |
|
|
обработки сигнала |
|
О |
||||
ш |
|
|
|
а |
ш |
ф |
|||
§ |
|
|
|
|
|
|
о |
3" |
|
|
|
|
|
|
|
|
н- |
2 |
|
сГ. |
|
|
|
|
|
|
|
о |
ее |
ш |
|
|
Ux(Bx)*K(f) |
|
Uy(By)*K(f) |
Uz(Bz)*K(f) |
о |
с; |
|
а. |
|
|
|
ш |
|||||
с |
|
|
|
|
|
|
|
СГ. го |
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
о |
о. |
го |
|
|
|
|
|
|
|
rz |
С |
а. |
со |
|
|
|
|
|
|
||
s |
|
|
|
|
|
|
|
>. |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
||
Аналого-цифровой преобразователь |
|
|
|
||||||
X |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
го |
|
|
|
|
|
|
|
Т " |
|
ш |
|
|
|
|
|
|
|
||
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CJ |
|
|
|
|
(S0..Sk)x, (S0..Sk)y |
,(S0..Sk)z |
|
|
|
ГО |
|
|
|
|
|
|
|||
а. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ю |
со |
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
Цифровой |
|
||
ш |
ю |
|
|
|
|
|
|
||
О. |
+ |
|
Микропроцессорный модуль |
|
код |
|
|
||
с: |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
О |
|
ID |
RS-232 / USB |
|
ПЭВМ
1
Подсистема амплитудно-частотного |
|
|
анализа МП |
S |
3" |
|
||
|
zr |
от |
|
го |
о. |
|
S |
13 |
|
|
се |
|
|
Подсистема оценки |
X |
О. |
|
го |
|||
параметров ГМП |
|
ГО |
|
(D |
2 |
||
|
|||
|
о |
ш |
|
|
S |
|
|
|
о |
о |
|
|
ст. |
||
База данных безопасных |
о |
|
|
|
с: |
||
дозировок магнитного загрязнения |
|
||
|
|
Рисунок 4.1 - Структура ИИС «РПГВ-1»
107
Анализируя возможные пути технической реализации схемы, представленной на рисунке 4.1, необходимо задаться рядом наиболее существенных электронных компонентов из линейки СБИС, предлагаемой современной элементной базой.
Анализ продукции фирмы «Atmel», в качестве предварительного модуля обработки информации выбран микроконтроллер семейства «Mega» типа ATmegal6, по причине наличия ATMegal6 следующих функций и характеристик [70]:
•Максимальная тактовая частота — 16 МГц (8 МГц для ATMegal 6L);
•Большинство команд выполняются за один такт ;
•32 8-битных рабочих регистра;
•4 полноценных 8-битных порта ввода/вывода ;
•Два 8-битных таймера/счетчика и один 16-битный ;
•10-разрядный аналогово-цифровой преобразователь (АЦП);
•Внутренний тактовый генератор на 1 МГц ;
•Аналоговый компаратор;
. Интерфейсы SPI, I2C, TWI, RS-232, JTAG ;
•Внутрисхемное программирование и самопрограммирование ;
•Модуль широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
Таким образом, МК ATmegal6 обладает необходимым набором качеств, требуемых для решения задач проводимых исследований. Кроме того, приемлемая ценовая политика, и доступные информационные ресурсы предлагаемые фирмой-изготовителем, качественно отличают данное изделие от аналогов.
Принимая во внимание результаты, полученные в разделах 3.1- 3.4, специфику функциональной схемы, (рис. 4.1) и рабочие характеристики, рассмотренных ранее элементов разработана и спроектирована схема
108
электрическая - принципиальная |
ИИС регистрации параметров |
геомагнитных возмущений (Приложение 3).
4.2 Определение и анализ основных метрологических
характеристикисследуемой ИИС
Метрологические характеристики — это характеристики свойств средства измерений, оказывающие влияние на результат измерения и его погрешности. Характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называются нормируемыми, а определяемые экспериментально — действительными. Номенклатура метрологических характеристик, правила выбора комплексов нормируемых метрологических характеристик для средств измерений и способы их нормирования определяются стандартом ГОСТ 8.009-84 «ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений».
Учитывая то, что рассматриваемая ИИС проектируется впервые и не имеет аналогов, то в настоящем разделе наибольшее внимание будет сосредоточено на действительных метрологических характеристиках.
Руководствуясь разделом 2 стандарта ГОСТ 8.009-84 определим основные метрологические характеристики исследуемой ИИС.
Характеристики, предназначенные для определения результатов измерений.
Результатом измерения ИИС является относительная величина, ]Гм, выражающаяся в процентах. Физический смысл ^М заключается в соотношении предельно допустимой безопасной дозы воздействия МП с известными характеристиками, реально воспринятой организмом дозе воздействия МП с известными характеристиками.
109
Функция преобразования измерительного преобразователя, а так же измерительного прибора с неименованной шкалой или со шкалой, отградуированной в единицах, отличных от единиц входной величины.
Внешнее магнитное поле воздействует на магниторезистивный датчик, на выходе которого имеем три выходных разности потенциалов соответствующие проекции вектора магнитной индукции на три ортогональные плоскости. Таким образом, выходные разности потенциалов связанны с действующим вектором магнитной индукции соотношением 4.1.
Впреобр.QJxUrUz) = yl(Ux ~2.5)2+(UY -2.5)2+(Uz -2.5)2 , |
(4.1) |
где Ux, Uy, UZ - пропорциональные разности потенциалов, соответствующие проекции вектора магнитной индукции на соответствующие плоскости.
Принимая во внимание, что ИИС работает преимущественно с информацией преобразованной в цифровой вид, то выражение (4.1) в связи с поправками на оцифровку, примет вид выражения 4.2.
В^,иТиг^Ш^Ш^ф^Щ^ШЩ, (4.2)
V on |
on |
on |
on |
on on |
где Uon — опорное напряжение АЦП. |
|
|
|
|
Приделы измерения и цена деления шкалы прибора. |
|
|||
Приделы измерения установлены |
целями |
проводимых исследований, и |
||
определяются как 0 мкТл<|В|<200 мкТл. Цена деления дисплея ИИС задана
программным методом, и оценивается как 0.25 мкТл.
Вид выходного кода, число разрядов кода, цена единицы наименьшего
разряда кода средств измерений, предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде
Выходной 12-и разрядный код передается последовательными информационными пакетами по 8-и битной шине данных (каждый пакет
110