Автоматизация программно-аппаратного комплекса «Родник-2М»

вующие средние углы выхода 0cj и прихода pcj. Из массива результатов расчётов выбирается интервал дальностей, соответствующий дальности радиолинии D, определяются средние значения углов излучения 0c и приёма pc ДКВ для этой дальности, а также число попаданий n в заданную окрестность этой дальности. Для средней траектории в блоке 2 рассчитываются также углы пересечения ионосферных слоёв D, E, F1 на восходящем (0D, 0E, 0F1) и нисходящем (pF1, pE, pD) участках этой траектории.

В блоке 4 учитывается поглощение ДКВ в ионосфере с использованием известного метода А.Н. Казанцева [5], развитого в предлагаемой программе с учётом несимметрии средней траектории ДКВ относительно середины радиолинии. Учитываются также дополнительные потери при распространении ДКВ, связанные с их рассеянием в ионосфере, для чего используются выражения, обоснованные в [4]. В результате рассчитываются значения напряжённостей поля для основных способов распространения ДКВ при F=1. Затем эти значения можно уточнить в сторону уменьшения при определении значений F по известной ДН передающей антенны для рассчитанных средних углов излучения модов 1F2, 2F2, 3F2 .

Пример использования разработанной программы. Эта программа может использоваться для решения различных задач, связанных с проектированием и эксплуатацией радиотехнических систем ДКВ диапазона. Рассмотрим применение программы для решения задач проектирования и эксплуатации системы радиосвязи с ВРП, т.е. ретранслятором, вынесенным за зону расположения абонентов системы радиосвязи [1].

Для выбора оптимальных рабочих частот (ОРЧ) в системе радиосвязи с ВРП используют ионограммы НЗ ионосферы, по которым определяют эффективные индексы активности Солнца Wэ и параметры интенсивности рассеяния S. Для определения Wэ и S можно рекомендовать методику, использующую ввод исходных данных согласно рис. 1,2: 1) географических координат передатчика сигналов НЗ и ВРП; 2) даты D и времени T измерений; 3) рабочей частоты f как измеренного методом НЗ значения МПЧ для мода 1F2,

т.е. частоты смыкания верхнего и нижнего лучей; 4) W=100; 5) hs=100 км; 6) S=0; 7) 9min=0, 0max=9O0, Д0=О,ООО1°; AD=10 км. Затем рассчитывают значение напряжённости поля для мода 1F2 (E1). Если E1>0, то, уменьшая W и выполняя расчёты Е1, путём итераций определяем максимальное значение W, для которого Е1>0, и это значение принимаем за Wэ. Если при W=100 Е1=0, то, увеличивая W и выполняя расчёты Е1, путём итераций определяем максимальное значение W, для которого Е1>0, и это значение принимаем за Wэ.

Для определения S задаём: в операции 3 f=MH41 из ионограммы НЗ, в операции 4 W=Wэ и с шагом 0.1° увеличиваем S до тех пор, пока Е1 не станет меньше порога надёжного приёма. Полученные значения Wэ, S и разработанную программу можно использовать затем для прогнозов диапазонов ОРЧ вперёд по времени и для разных местоположений абонентов. Согласно [1] эту программу можно использовать также для оптимизации ДН приёмо-передающей антенны и местоположения ВРП.

Библиографический список

1. Агарышев А.И. Повышение эффективности систем КВ-радиосвязи с вынесенным ретранслятором на основе подавления многолучёвости сигнала / А.И.Агарышев, В.А.Агарышев, К.И.Труднев // Мат-лы V Межвуз. научно-техн. конференции молодых ученых и специалистов «Современные проблемы радиотехники». - Иркутск: ИрГТУ .-2006.-С.7-17.

2. A simple HF propagation method for MUF and field strength //Document CCIR 6/288. - CCIR XVIth Plenary Assembly.

- Dubrovnic. - 1986. - 34 p.

3. Агарышев А.И. Метод расчета максимальных наблюдаемых частот при двухскачковом pаспpостpанении де-каметровых радиоволн / А.И.Агарышев // Радиотехника.

- 1985. - № 4.- C.67-70.

4. Агарышев А.И. Влияние неоднородностей ионосферы на распространение верхних лучей и радиоволн с частотами выше классической МПЧ / А.И.Агарышев // Геомагнетизм и аэрономия.- 1994. - Т. 34, N 6. - С. 112119.

5. Иванов В.А. Основы радиотехнических систем ДКМ диапазона: учебное пособие / В.А.Иванов, Н.В.Рябова, В.В.Шумаев. - Йошкар-Ола: МарГТУ. - 1998. - 204 с.

УДК 551.594

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА «РОДНИК-2М» И.А.Асламов1

Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Описаны устройство и принцип работы эталонного генератора влажного газа «Родник-2М». Большое внимание уделяется автоматизации программно-аппаратного комплекса: совместной работы программы ПК, системы сбора данных, коммутации Agilent 34901A и микроконтроллерного модуля. Ил. 1. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: автоматизация научных исследований, микроконтроллер, программирование, программно -аппаратный комплекс, системы сбора данных.

AUTOMATION OF THE SOFTWARE AND HARDWARE-BASED COMPLEX "RODNIK-2M" I.A. Aslamov

Irkutsk State Technical University,

1Асламов Илья Александрович, аспирант, тел.: 423299, e-mail: ilya_aslamov@bk.ru. Aslamov Ilja Alexandrovich, a postgraduate, tel.: 423299, e-mail: ilya_aslamov@bk.ru.

83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.

The author describes the structure and a working principle of a sample generator of the wet gas "Rodnik-2M". A great attention is given to the automation of the software and hardware-based complex: shared work of a personal computer program, a system of date collection and commutation Agilent 34901A and a microcontroller module. 1 figure. 3 sources.

Key words: automation of scientific researches, a microcontroller, programming, a software and hardware-based complex, systems of data collection.

Влага является одним из обязательных компонентов всех живых организмов на земле, окружающей биосферы, а также большинства материалов, используемых человеком. Содержание влаги в окружающей среде оказывает влияние на характер и интенсивность биохимических и физико-химических процессов. Поэтому количественное определение влажности твердых материалов, жидкостей и газов необходимо почти во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства [1].

Создание даже самого совершенного средства измерения влажности является необходимым, но отнюдь не достаточным условием обеспечения достоверности измерения. Не менее важным условием является создание необходимой для производства и эксплуатации метрологической базы.

Для оценки погрешностей, калибровки и поверки средств измерения влажности необходимо иметь эталонное средство. Значительный интерес представляют установки, с помощью которых можно получать парогазовые смеси с заданными значениями влажности по результатам измерения других параметров или физико-химических свойств смеси. В диапазоне относительной влажности парогазовых смесей от 5 до 99% широкое применение находят эталонные генераторы влажного газа, основанные на методе двух давлений. Один из генераторов такого типа (Родник-2) был разработан в ОКБА в 1975 году [2]. В 2007 году во ВНИ-ИФТРИ проводилась модернизация генератора, перевод его на современную электронную базу и организация управления от ПК. Модифицированный генератор получил название «Родник-2М».

Платиновый термометр

Микроконтроллеры!! терморегулятор / DS18B20

ч

Нагреватель

Персональный компьютер

- Холодильник

Плата коммутации

Мешалка

Agilent

Плата / мультиплексоров \

Направление тока

Манометры

Платиновый термометр

Образцовая Катушка 100 Ом

Рис.1. Блок-схема программно-аппаратного комплекса «Родник-2М»

Генератор влажного газа эталонный «Родник-2М» является стационарным непрерывнодействующим устройством для получения парогазовой смеси с за-

данной влажностью, в основу работы которого положен метод двух давлений. Генератор соответствует требованиям к эталонным средствам измерений второго разряда по ГОСТ 8.547-86 и предназначен для градуировки и поверки гигрометров относительной влажности, объемной доли влаги и температуры точки росы, а также для проведения исследовательских работ.

Принцип действия генератора заключается в насыщении газа влагой при повышенном давлении и стабильной температуре с последующим изотермическим понижением давления до рабочего давления первичных преобразователей влажности (метод двух давлений).

Блок-схема программно-аппаратного комплекса «Родник-2М» приведена на рис.1. Ядром системы является программа для ПК, написанная на языке Borland С++. Программа организует рабочий цикл комплекса и обеспечивает функционирование системы как единого целого.

Основным регистрирующим и управляющим прибором генератора влажного газа «Родник-2М» является система сбора данных и коммутации фирмы Agilent Technologies 34970A (в дальнейшем «Agilent»), которая находится под управлением персонального компьютера (в дальнейшем ПК).

Работающий в составе Agilent высококлассный АЦП совместно с модулем 20-канального мультиплексора 34901A обеспечивает измерение сигналов шести манометров. Манометры питаются стабилизированным напряжением 36В, поступающим с выхода блока питания. Нестабилизированное напряжение 60В, вырабатываемое этим же блоком, обеспечивает питание восьми клапанов (пять клапанов, подключающих манометры, 2 клапана набора/сброса давления в насы-тителе и один клапан сброса давления). Коммутация клапанов осуществляется 20-канальным коммутатором модуля 34903 Agilent.

Помимо указанных функций Agilent используется для измерения температуры термостата. Схема измерения температуры состоит из датчика температуры и образцового сопротивления Р331, которые соединены с платой источника питания. На плате находятся три гальванически не связанных источника питания и четыре герконовых реле. Ток величиной 1мА, получаемый с помощью прецизионного источника тока, собранного на микросхеме REF192E, через контакты гер-конов может коммутироваться в двух полярностях либо с температурным датчиком, либо с образцовым сопротивлением Р331. Смена полярности в процессе измерения необходима для компенсации падения напряжения на проводах. Схема коммутации на герконах позволяет измерять напряжение как на датчике температуры, так и на Р331. Из полученных четырех значений падений напряжений вычисляется сопротивле-

ние датчика температуры, по которому высчитывается температура в насытителе с абсолютной точностью 0,01 оС.

Еще четыре коммутатора модуля используются для включения мешалки, обогревателя штуцера, холодильного агрегата и его клапана. Коммутация осуществляется с помощью платы твердотельных реле.

В общем Agilent выполняет следующие функции:

• Коммутации :

o подключение необходимого манометра через клапана;

o набор/сброс давления в насытителе;

o включение перемешивающего устройства;

o включение холодильного агрегата, двухступенчатое управление мощностью охлаждения;

o включение обогрева штуцера;

o аппаратный сброс микроконтроллера.

• Измерения:

o атмосферного давления;

o давления в камере;

o давления в насытителе (4 манометра с разными пределами);

o прецизионное измерение температуры в на-сытителе.

• Общение с программой ПК посредством GPIB порта.

Разработанный микроконтроллерный модуль, основан на микроконтроллере PIC18F4520 (Microchip). Он выполняет следующие функции:

• Измерение температуры в насытителе.

• Определение отклонения от заданной температуры и вычисление функции ПИД регулирования.

• Управление мощностью нагревателя.

• Измерение комнатной температуры воздуха.

• Передача информации в ПК посредством COM порта.

Датчиком температуры в насытителе является платиновый термометр ТСПН-5В. Температура измеряется при помощи 24-разрядного сигма-дельта АЦП ADS1253 (Texas instruments), опорное напряжение формируется микросхемой REF192E (Analog Devices). Измерения проводятся раз в 3 секунды. При этом шумы составляют порядка 0.001 оС. Колебания поддерживаемой температуры в насытителе не превышают 0.05 оС. Управление мощностью нагревателя осуществляется методом ШИМ. Период ШИМ равен 512-ти 100-герцовым импульсам, т.е. 5,12 секунды. Дискретность ШИМ равна одной 50-герцовой полуволне. Мощность нагревателя изменяется путем изменения скважности ШИМ, т.е. от 0 % до 100% с шагом 0,195%. Подключение и отключение нагревателя в сеть 220 В осуществляется в моменты нулевого напряжения в сети, что значительно уменьшает помехи, т.к. после включения напряжение на нагревателе возрастает плавно. Предусмотрена возможность изменения коэффициентов ПИД регулирования из программы ПК.

Комнатная температура воздуха измеряется при помощи внешнего цифрового термодатчика DS18B20, работающего по протоколу Microlan. Абсолютная погрешность датчика составляет 0,5 0С, разрешение 0,06 0С.

Программа ПК является связующим звеном между

всеми модулями и обеспечивает слаженную работу программно-аппаратного комплекса «Родник-2М». Она состоит из следующих основных модулей:

• Модуль работы с Agilent.

• Модуль работы с микроконтроллерным регулятором.

• Модуль обработки и расчетов.

• Модуль графического интерфейса пользователя.

• Модуль регулятора давления в насытителе.

В рабочем режиме программа один раз в определенный временной интервал (согласно параметру, занесенному в файл настроек) производит опрос всех датчиков, контролируя номер подключенного манометра, и заносит данные в память, автоматически рассчитывая температуру, давление и три типа влажности (относительную влажность, объемную долю влаги и точку росы). С той же самой периодичностью программа проверяет условия включения обогрева штуцера, необходимость включения холодной воды или холодильного агрегата и расход газа. Программное обеспечение позволяет непрерывно архивировать оперативную информацию о состоянии комплекса, с возможностью просмотра тренда температур, давлений и влажности в реальном времени.

Программа ПК позволяет задавать необходимую влажность во всех трех единицах измерения путем изменения температуры или давления. Расчет необходимых изменений ведется из решения обратных задач. Разработанный генератор обеспечивает стабилизацию температуры пневмогидравлической системы в диапазоне от 0.10С до 600С с колебаниями температуры в течение 0.5 ч не более ±0.050С. Диапазон воспроизводимой генератором относительной влажности парогазовой смеси от 5 до 99%, объемной доли влаги в газе от 300 до 150000 млн-1, температуры точки росы от минус 330С до 540С. Пределы допускаемой абсолютной погрешности генератора при воспроизведении относительной влажности парогазовой смеси ±

0.5., относительной погрешности при воспроизведении объемной доли влаги ±1%, абсолютной погрешности при воспроизведении температуры точки росы ±0.10С. Генератор обеспечивает стабилизацию влажности парогазовой смеси. Изменение относительной влажности в течение 8 ч не более 2%; в течение 7 суток - не более 5%. Расход парогазовой смеси через рабочую камеру регулируется от 3.3 до 33 см3/с (от 0.2 до 2 л/мин). Время установления температуры термо-статирования при изменении температуры от 200С до любого значения в рабочем диапазоне составляет не более 3ч. Время установления заданной влажности при ее изменении в пределах рабочего диапазона при установившейся температуре термостатирования составляет не более 0.5 ч.

Библиографический список

1. Берлинер М.А. Измерения влажности / М.А.Берлинер -

Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Энергия, 1973. - 400 с.

2. Технический проект на разработку образцового динамического генератора влажности «Родник-2». - Ангарск,

1975.