Блок управления к монохроматору МДР-12 на основе Raspberry Pi
CONTROL UNIT TO MR-12 MONOCHROMATOR BASED ON RASPBERRY PI

Изобретение относится к контрольно-измерительным приборам, а именно к электроизмерительным приборам, и предназначен для получения спектров фотопроводимости образцов полупроводников. Применяется для управления шаговым двигателем монохроматора МДР-12 в сопряжении с ПК под управлением Windows. Задает угол поворота дифракционной решетки монохроматора, его скорость и длину волны света на выходной щели монохроматора. Считывает показания фототока на выходе усилителя.
Ближайшим аналогом по своим функциям и назначению является оригинальный блок управления к монохроматору МДР - 12, на основе ЭВМ Электроника Д3-28 (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%Dl%80%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0_%D0%943-28), уже снятый с производства (устройство специализированное управляющее вычислительное «Электроника Д3-28» техническое описание).
Недостатком аналога является невозможность взаимодействия с ПК под управлением Windows. Ввиду старости техники (более 30 лет) невозможность починки при поломках. Общий износ электронной части прибора (более 30 лет).
Задачами, на решение которых направлено изобретение, является полная замена электронной управляющей части монохроматора МДР-12 ввиду ее износа, а также повышение безопасности при эксплуатации, точности и удобства измерений и их обработки путем сопряжения с ПК под управлением Windows.
Прибор содержит металлический корпус (1) в котором находятся компоненты: плата управления (одноплатный компьютер Raspberry Pi) (2) и приемника сигнала (плата расширения Gertboard содержащая 12 - ти битный АЦП) (3).
Источник питания (4) внешний, подключается к Raspberry Pi через разъем micro USB (5 В, 2 А).
Прибор работает по следующей принципиальной схеме – см. чертеж. Полезный аналоговый измерительный сигнал от усилителя поступает на АЦП платы расширения Gertboard (2). Далее полезные данные в цифровом виде поступают на Raspberry Pi. Raspberry Pi получает эти данные и передает на компьютер, а также получает команды от компьютера и с соответствие с ними управляет шаговым двигателем монохроматора. При получении команды движения двигателя создается отдельный поток исполнения, который в соответствии с заданной скоростью и направлением непосредственно отправляет импульсы на шаговый двигатель через порты ввода вывода платы Gertboard. В заданных местах в соответствие с шагом сканирования, считывается показания АЦП микросхемы на плате Gertboard по протоколу SPI (два канала), и в этот же момент отправляет информацию о текущем положении (двигателя) монохроматора и значения АЦП на компьютер по собственному протоколу использующему протокол TCP. В свою очередь на компьютере под управлением Windows задаются параметры сканирования: начальное и конечное положения монохроматора, скорость сканирования, шаг сканирования, далее в процессе сканирования компьютер принимает и отображает измеряемые данные и отладочные данные о состоянии. И отдаются управляющие команды: начать сканирование, реверс, старт/стоп, корректировка параметров сканирования. При работе прибора используется внешний источник питания (4), который подключается к Raspberry Pi через разъем micro USB (5 В, 2 А).