Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
”Петрозаводский государственный университет”
Кафедра информационно-измерительных систем и физической электроники
Автоматизация установки «Пылевой кристалл»
Курсовая работа
Выполнил: студент 4 курса
физико-технического факультета, гр.201406
Иващук Евгений Сергеевич
Научный руководитель:
доцент, к. ф.-м. н.,
Ершова Наталья Юрьевна
Петрозаводск 2011
Содержание
Введение………………………………………………………………………….3
1 Литературный обзор……………………………..………..................................4
2 Постановка задачи……….……………………………….………............…….8
3 Практическая часть..…………………………....….............................................9
4 Заключение.........................................................…………………………….….17
Заключение ……………………………………………………………………...
Список использованной литературы……………………………………...…...19
Введение
Целью данного проекта ставится автоматизация физической установки «Пылевой кристалл», задачей которой является изучение пылевых структур в холодной плазме, что само по себе является сложным и наукоёмким процессом.
И чтобы облегчить жизнь исследователю, был задуман этот проект. Сама по себе плазма – очень прихотливый объект, время изменения параметров которого измеряется тысячными, а то и миллионными долями секунды. Естественно человек не способен быстро реагировать на изменение этих параметров, а тем более одновременно их как-то регистрировать. Техника же легко справляется с такими задачами.
Актуальность данной работы доказана. А цель же уже была оговорена выше.
1 Литературный обзор
Автоматизация
Автоматизация — одно из направлений научно-технического прогресса, использующее саморегулирующие технические средства и математические методы с целью освобождения человека от участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов или информации, либо существенного уменьшения степени этого участия или трудоёмкости выполняемых операций.
Автоматизируются:
Производственные процессы;
Проектирование;
организация, планирование и управление;
научные исследования;
бизнес-процессы;
Другие сферы человеческой деятельности
Автоматизация позволяет повысить производительность труда, улучшить качество продукции, оптимизировать процессы управления, отстранить человека от производств, опасных для здоровья. Автоматизация, за исключением простейших случаев, требует комплексного, системного подхода к решению задачи. В состав систем автоматизации входят датчики (сенсоры), устройства ввода, управляющие устройства (контроллеры), исполнительные устройства, устройства вывода, компьютеры. Применяемые методы вычислений иногда копируют нервные и мыслительные функции человека. Весь этот комплекс средств обычно называют системами. Основная тенденция развития систем автоматизации идет в направлении создания автоматических систем, которые способны выполнять заданные функции или процедуры без участия человека. Роль человека заключается в подготовке исходных данных, выборе алгоритма (метода решения) и анализе полученных результатов. Однако присутствие в решаемых задачах эвристических или сложно программируемых процедур объясняет широкое распространение автоматизированных систем. Здесь человек участвует в процессе решения, например, управляя им, вводя промежуточные данные. На степень автоматизации влияют, продолжительность времени, отведенного на решение задачи, и её вид — типовая или нет. Так, при срочном поиске решения нестандартной задачи следует полагаться только на самого себя. Проектирование систем автоматизации требует соответствующих сложных и комплексных средств.
Обзор средств автоматизации физического эксперимента
Автоматизация эксперимента - комплекс средств и методов для ускорения сбора и обработки эксперим. данных, интенсификации использования эксперим. установок, повышения эффективности работы исследователей. Ниже представлена структурная схема автоматизированной системы экспериментальных исследований:
Соответственно все средства можно разделить на две категории:
Технические
Программные
К технической категории относятся всякие устройства на микроконтроллерах, устройства сбора информации, системы КАМАК и др. Ко второй же категории средств относятся всяческие программные комплексы, пакеты. Одним из таких комплексов является Lab View.
LabView - это среда разработки и платформа для выполнения программ. Она поддерживает широкий спектр различных приборов и оборудования. Программирование визуальное, что очень удобно для быстрой разработки проекта. Имеет обширную встроенную базу компонентов: арифметические, логические операторы, циклы, условия, работа с файлами. Вывод:LabView – прекрасная среда для ученого, проводящего физический эксперимент и нуждающегося в дальнейшей обработке полученных результатов на ЭВМ. При работе с программой нет необходимости в знании какого-либо языка программирования. Поэтому вывод: следует использовать данную программу в этом проекте, но только в качестве конечного звена, связывающего ЭВМ и приставку для установки. В ней же будет использоваться микроконтроллер.
Обзор микроконтроллеров
Микроконтроллер - микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ или ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи.
На сегодняшнее время существует большой спектр семейств микроконтроллеров различных производителей:
ARM
AVR
PIC
MCS 51
MSP430
Вот краткие описания самых значимых семейств:
ARM-семейство лицензируемых 32-битных и 64-битных микропроцессорных ядер разработки компании ARM Limited. Процессоры ARM широко используются в потребительской электронике — в том числе КПК, мобильных телефонах, цифровых носителях и плеерах, портативных игровых консолях, калькуляторах и компьютерных периферийных устройствах, таких как жесткие диски или маршрутизаторы.
PIC — микроконтроллеры Гарвардской архитектуры, производимые американской компанией Microchip Technology Inc.Существуют 8-,16-,32-битные микроконтроллеры этого семейства, что и объясняет его большую популярность.
AVR - семейство восьмибитных микроконтроллеров фирмы Atmel. Год разработки — 1996.Является самым популярным семейством микроконтроллеров среди радиолюбителей за наличие в его составе широкого спектра устройств с многообразной периферией. В таблице представлена сравнительная характеристика 3 микроконтроллеров:
|
СЕМЕЙСТВО |
ЦЕНА |
АЦП |
СИСТЕМА КОМАНД |
КОРПУС |
РАЗРЯДНОСТЬ |
ТАЙМЕРЫ |
|
|
|
AVR(ATMEGA16) |
~15$ |
ДА |
RISK |
DIP40 |
8 |
3 |
|
|
|
PIC(PIC16F628A) |
~14$ |
НЕТ |
RISK |
DIP18 |
8 |
ЧАСЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ |
|
|
|
ARM(ARM7) |
~10$ |
ДА |
RISK |
PQFP |
32 |
НЕТ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Программные средства разработки
В данном проекте используются следующие категории программного обеспечения:
Программы для написания кода микроконтроллера
Программы симуляторы микроконтроллеров
Симуляторы работы электрических цепей
Для микроконтроллера AT Mega16, как впрочем и для всех микроконтроллеров Avr существует прекрасная интегрированная среда разработки Avr Bascom, программирование в которой осуществляется на одном из диалектов Basic’а, который дополнен дополнительными операторами и конструкциями для работы с микроконтроллером . Также неоспоримым достоинством данной среды является наличие встроенного симулятора. Интегрированная среда разработки Avr Bascom совмещает в себе всё необходимое для написания работоспособного кода.
К третьей категории используемых программ относится программный пакет Proteus, состоящий из двух больших и мощных программ: ARES (создание печатной платы) и ISIS (создание электрической схемы). Основное назначение Протеуса – создание электрических схем преимущественно из цифровых элементов: микроконтроллер, ацп, цап, дисплей и т.д.