Ανάπηςξη ςζηήμαηορ με μικποελεγκηή και LabView για ηην αςηομαηοποίηζη ηηρ λειηοςπγίαρ διάηαξηρ μέηπηζηρ θεπμοθωηαύγειαρ

Transcript

1 Διπλωμαηική επγαζία, για ηην απόκηηζη διπλώμαηορ μεηαπηςσιακήρ ειδίκεςζηρ Ρ/Η Ανάπηςξη ςζηήμαηορ με μικποελεγκηή και LabView για ηην αςηομαηοποίηζη ηηρ λειηοςπγίαρ διάηαξηρ μέηπηζηρ θεπμοθωηαύγειαρ Κώστας Δαυνομήλης Επιβλέπονηερ: Θόδωπορ Λαόποςλορ & Γιώπγορ Κίηηρ Σμήμα Φςζικήρ, σολή Θεηικών Επιζηημών, ΑΠΘ Μαπ 2014

2 Περιεχόμενα ΚΕΥΑΛΑΙΟ 1 Ο Η ΕΡΓΑΣΗΡΙΑΚΗ ΔΙΑΣΑΞΗ Τι είναι η θερμοφωταφγεια Που χρηςιμοποιείται Χρονολόγηςη Δοςιμετρία Περιγραφή τησ εργαςτηριακήσ διάταξησ Ο φοφρνοσ Η αντλία κενοφ Η μονάδα ελζγχου (Interface Unit) Ο υπολογιςτήσ Το block διάγραμμα Λειτουργία τησ εργαςτηριακήσ διάταξησ Τα βήματα του προγράμματοσ Το λογιςμικό Η θζρμανςη του φοφρνου Η κατάςταςη τησ διάταξησ 11 ΚΕΥΑΛΑΙΟ 2 Ο Ο ΦΕΔΙΑΜΟ ΣΟΤ ΤΣΗΜΑΣΟ Το block διάγραμμα Οι λειτουργίεσ του ςυςτήματοσ Το αυτόματο πρόγραμμα Ο χειροκίνητοσ ζλεγχοσ Ο ζλεγχοσ τησ ράμπασ θερμοκραςίασ 15 ΚΕΥΑΛΑΙΟ 3 Ο Ο ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΣΗ Συνδεςμολογία Τα περιφερειακά USART επικοινωνία Sleep mode Timer/Counter PWM Interrupts Α/D Converter Κώδικασ C mode virtual register Μεταπήδηςη setjmp.h Διαχείριςη μεταβλητών ςε κώδικα με interrupts Η κζνωςη Η θζρμανςη Η μζτρηςη του χρόνου Στην αναμονή 35 ΚΕΥΑΛΑΙΟ 4 Ο ΣΟ LABVIEW Πρώτο μζροσ: PC μc 38 2

3 4.2 Δεφτερο μζροσ: μc PC Τρίτο μζροσ: διαχείριςη περιβάλλοντοσ και μαθηματικζσ πράξεισ 41 ΚΕΥΑΛΑΙΟ 5 Ο ΣΙ ΜΕΝΕΙ ΝΑ ΓΙΝΕΙ 43 ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ Α Η PCB 45 ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ Β Ο ΚΩΔΙΚΑ C 46 ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ Γ ΣΟ LABVIEW 57 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΥΙΑ 60 3

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο Η εργαςτηριακή διάταξη Η εργαςύα ϋχει ωσ αντικεύμενο την ανϊπτυξη ηλεκτρονικού ςυςτόματοσ για τον ϋλεγχο μιασ διϊταξησ μϋτρηςησ θερμοφωταύγειασ. 1.1 Σι είναι η θερμοφωταύγεια Η θερμοφωταύγεια (ΘΦ) εύναι ϋνα εύδοσ ακτινοβολύασ οριςμϋνων κρυςταλλικών υλικών (μονωτϋσ ό ημιαγωγού), όπου η ενϋργεια που εύχε απορροφόςει αρχικώσ το ςώμα, εύτε από ηλεκτρομαγνητικό (υπεριώδη) εύτε από ιοντικό ακτινοβολύα, εκπϋμπεται ωσ φωσ, κατόπιν θϋρμανςησ του υλικού. Η ΘΦ κατατϊςςεται ςτο φωςφοριςμό και ϋχει μϋςο χρόνο αυθόρμητησ εκπομπόσ από μερικϊ λεπτϊ ωσ μερικϊ διςεκατομμύρια χρόνια, ο χρόνοσ αυτόσ όμωσ εξαρτϊται ιςχυρϊ από τη θερμοκραςύα ακτινοβόληςησ, όπωσ ςυμβαύνει ςε όλα τα εύδη φωςφοριςμού. Με βϊςη και τα παραπϊνω γύνεται κατανοητό ότι ΘΦ μπορεύ να γύνεται εύτε φυςικϊ, εύτε τεχνητϊ, με ακτινοβόληςη των δειγμϊτων ςτο εργαςτόριο. Οι ατϋλειεσ ενόσ κρυςτϊλλου, π.χ. προςμύξεισ, δημιουργούν ενεργειακϋσ καταςτϊςεισ ςτο ενεργειακό κενό ανϊμεςα ςτη ζώνη ςθϋνουσ και τη ζώνη αγωγιμότητασ, ςτην περιοχό τησ ατϋλειασ. Οι ενεργειακϋσ αυτϋσ ςτϊθμεσ εύναι γνωςτϋσ ωσ παγύδεσ. Οι παγύδεσ των ηλεκτρονύων βρύςκονται κοντϊ ςτη ζώνη αγωγιμότητασ, ενώ οι παγύδεσ των οπών κοντϊ ςτη ζώνη ςθϋνουσ. Όταν ιονύζουςα ακτινοβολύα προςπϋςει ςτον κρύςταλλο, δημιουργούνται ζεύγη ηλεκτρονύων-οπών που ςυλλαμβϊνονται από τισ παγύδεσ. Εϊν ο κρύςταλλοσ διεγερθεύ θερμικϊ, τότε παρϋχεται ςτα ηλεκτρόνια η απαιτούμενη ενϋργεια ώςτε να διαφύγουν από τισ παγύδεσ και να ανϋλθουν ςτη ζώνη αγωγιμότητασ, απ όπου γρόγορα επαναπαγιδεύονται, ό ςυνηθϋςτερα επαναςυνδϋονται με μύα παγιδευμϋνη οπό. Η επαναςύνδεςη αυτό ςυνοδεύεται από εκπομπό φωτόσ, το οπούο ςυνιςτϊ τη θερμοφωταύγεια. Η ϋνταςη του εκπεμπόμενου φωτόσ δύνεται, για γραμμικό μεταβολό τησ θερμοκραςύασ, από τη ςχϋςη (1). T E S E I( T) n0s exp exp exp dt kt kt T (1) 0 όπου n 0 : η αρχικό ςυγκϋντρωςη των παγιδευμϋνων ηλεκτρονύων S: ο παρϊγοντασ ςυχνότητασ Ε: το ενεργειακό βϊθοσ τησ παγύδασ β: ο ρυθμόσ θϋρμανςησ dt/dt Επειδό ο πρώτοσ εκθετικόσ παρϊγοντασ τησ ςχϋςησ (1) εύναι αύξουςα ςυνϊρτηςη, ενώ ο δεύτεροσ φθύνουςα, η ϋνταςη τησ θερμοφωταύγειασ παρουςιϊζει μϋγιςτο ςε κϊποια θερμοκραςύα T max. Έπειτα θα τεύνει γρόγορα ςτο μηδϋν. Όςο περιςςότερο χρόνο το αντικεύμενο εκτύθεται ςτην ακτινοβολύα, τόςο μεγαλύτερη εύναι η ςυγκϋντρωςη των παγιδευμϋνων ηλεκτρονύων. Η φωτοβολύα του υλικού εύναι τελικϊ ανϊλογη τησ ακτινοβολύασ που εύχε λϊβει ωσ τότε. 4

5 1.2 Που χρηςιμοποιείται Η ΘΦ μπορεύ να δώςει χρόςιμεσ πληροφορύεσ που αφορούν ςτισ ιδιότητεσ των διαφόρων τύπων ατελειών των κρυςταλλικών ςτερεών, κυρύωσ όμωσ ςε ςυνδυαςμό με ϊλλεσ τεχνικϋσ. Π.χ. η παρουςύα προςμύξεων εύναι καθοριςτικό για την εμφϊνιςη τησ ΘΦ. Ίςωσ την ςπουδαιότερη εφαρμογό τησ να την ϋχει βρει ςτισ μελϋτεσ δοςιμετρύασ, ϋχοντασ τη δυνατότητα να μετρόςει δόςεισ ςε μια ευρεύα περιοχό τιμών. Η ανϊλυςη τησ ΘΦ ενόσ αντικειμϋνου πετυχαύνει τη χρονολόγηςη, ό και τον ϋλεγχο αυθεντικότητασ του αντικειμϋνου, ενώ μπορεύ να δώςει πληροφορύεσ και για τον τόπο προϋλευςησ του αντικειμϋνου και να ςυςχετύςει διαφορετικϊ αντικεύμενα. Τα περιςςότερα γεωλογικϊ πετρώματα εκπϋμπουν ΘΦ, καθιςτώντασ ϋτςι την ΘΦ ικανό να δώςει πληροφορύεσ ακόμα και για την ιςτορύα τησ γησ και ϊλλων εξωγόινων υλικών. Η ΘΦ χρηςιμοποιεύται από το εργαςτόριο πυρηνικόσ φυςικόσ του ΑΠΘ κυρύωσ για δοςιμετρύα και χρονολόγηςη Φρονολόγηςη Η ΘΦ μπορεύ να χρηςιμοποιηθεύ για χρονολόγηςη αρκεύ τα αντικεύμενα προσ χρονολόγηςη να περιϋχουν κρυςταλλικϊ υλικϊ. Αυτϊ τα αντικεύμενα, όντασ διαρκώσ εκτεθειμϋνα ςτισ ακτινοβολύεσ του περιβϊλλοντοσ, πχ ςτην ακτινοβολύα των φυςικών ραδιενεργών ςτοιχεύων, ό ςτην κοςμικό ακτινοβολύα, ςυςςωρεύουν φυςικό ΘΦ. Η χρονολόγηςη γύνεται ωσ προσ ϋνα χρονικό ςημεύο όπου το αντικεύμενο εμφανύζει μηδενικό φυςικό ΘΦ. Τϋτοιο ςημεύο ςτα κεραμικϊ π.χ. εύναι η ςτιγμό του ψηςύματόσ τουσ. Από τη ςτιγμό αυτό κι ϋπειτα τα κρυςταλλικϊ υλικϊ του κεραμικού αρχύζουν πϊλι να ςυςςωρεύουν φυςικό ΘΦ. Τα χρόνια ςυςςώρευςησ τησ φυςικόσ ΘΦ υπολογύζονται από τη ςχϋςη (2) ( NTL) / S t D D D D όπου (NTL): η φυςικό ΘΦ κ: S α /S β S β : η ευαιςθηςύα του υλικού ανϊ μονϊδα δόςησ ςτισ ακτινοβολύεσ β, γ και κοςμικό ακτινοβολύα S α : η ευαιςθηςύα του υλικού ανϊ μονϊδα δόςησ ςτην ακτινοβολύα α D α : ο ετόςιοσ ρυθμόσ αναρροφούμενησ δόςησ ακτινοβολύασ α D β : ο ετόςιοσ ρυθμόσ αναρροφούμενησ δόςησ ακτινοβολύασ β D γ : ο ετόςιοσ ρυθμόσ αναρροφούμενησ δόςησ ακτινοβολύασ γ D c : ο ετόςιοσ ρυθμόσ αναρροφούμενησ δόςησ κοςμικόσ ακτινοβολύασ Για τον υπολογιςμό τησ ηλικύασ t του αντικειμϋνου, ο αριθμητόσ τησ (2) υπολογύζεται με μετρόςεισ ΘΦ, ενώ οι ρυθμού δόςησ ςτον παρονομαςτό, από τον υπολογιςμό τησ ποςότητασ των ραδιενεργών ςτοιχεύων του κεραμικού και του περιβϊλλοντοσ χώματοσ. Τα S α, S β εύναι χαρακτηριςτικϊ του κρυςταλλικού υλικού. Εκτόσ από τα κεραμικϊ, η χρονολόγηςη με ΘΦ εφαρμόζεται και ςε ϊλλα υλικϊ αρχαιολογικού ενδιαφϋροντοσ όπωσ πυρόλιθουσ, οψιδιανούσ, μεταλλουργικϋσ ςκουριϋσ, γυαλιϊ, οςτϊ και κελύφη. c (2) 5

6 1.2.2 Δοςιμετρία Κατϊ τη δοςιμετρύα μελετϊται η απορρόφηςη τησ ακτινοβολύασ από διϊφορα υλικϊ και οι ςυνϋπειεσ αυτόσ τησ απορρόφηςησ. Για τον υπολογιςμό τησ απορρόφηςησ ό απορροφητικότητασ ων διαφόρων υλικών κατϊ τη δοςιμετρύα θερμοφωταύγειασ μετρϊται η εκπεμπόμενη ακτινοβολύα κατόπιν θϋρμανςησ, η οπούα όμωσ εξαρτϊται από την αρχικώσ λαμβανόμενη ακτινοβολύα. Τα δυο πιο ςυνηθιςμϋνα υλικϊ για πειρϊματα δοςιμετρύασ με ΘΦ εύναι τα CaF 2 και LiF, ςυνόθωσ με προςμύξεισ. Βαςικό πεδύο εφαρμογόσ τησ δοςιμετρύασ εύναι η προςταςύα του ανθρώπου από τισ ακτινοβολύεσ. Για την μϋτρηςη τησ ακτινοβολύασ ςτην οπούα εκτύθεται ϋνασ ϊνθρωποσ ςε ϋνα ςυγκεκριμϋνο περιβϊλλον, ακολουθεύται η τακτικό να «φορϊει» αυτόσ ϋνα δεύγμα (δοςύμετρο) CaF 2 ό LiF (αναλόγωσ το εύδοσ τησ ακτινοβολύασ που εύναι να μετρηθεύ) και ϋπειτα από οριςμϋνο χρόνο (π.χ. ϋνα μόνα), να μετρϊται η θερμοφωταύγεια του δεύγματοσ. Η τεχνικό αυτό εξειδικεύει και για τα διϊφορα μϋρη του ςώματοσ χωριςτϊ. 1.3 Περιγραφή τησ εργαςτηριακήσ διάταξησ Η ςυςκευό με την οπούα πραγματοποιούνται η χρονολόγηςη και η δοςιμετρύα εύναι ϋνασ εργαςτηριακόσ φούρνοσ. Ο ςυγκεκριμϋνοσ εύναι ο 7188 τησ Littlemore Scientific Engineering (ELSEC). Ο φούρνοσ αυτόσ διαθϋτει όλα τα απαραύτητα ηλεκτρονικϊ εξαρτόματα για ϋλεγχό του από υπολογιςτό. Συνοδεύεται επύςησ από ειδικϊ ςχεδιαςμϋνο λογιςμικό. Η διϊταξη του 7188 περιλαμβϊνει 5 διακριτϋσ μονϊδεσ: Το φούρνο μια αντλύα κενού μια μονϊδα ελϋγχου τον υπολογιςτό ϋναν εκτυπωτό Ο φούρνοσ Ο φούρνοσ εύναι η κεντρικό ςυςκευό όπου πραγματοποιεύται η θϋρμανςη του υλικού και το φαινόμενο τησ θερμοφωταύγειασ. Το δεύγμα τοποθετεύται μϋςα ςτο θϊλαμο του φούρνου, πϊνω ςε μια μεταλλικό πλϊκα (κρϊμα νικελύου/χρωμύου), ό αλλιώσ πιϊτο, ςτερεωμϋνη ςτισ δυο τησ ϊκρεσ ςε δύο ςυμπαγό μεταλλικϊ ςτηρύγματα. Η θϋρμανςη του δεύγματοσ επιτυγχϊνεται δια επαφόσ μϋςω τησ θϋρμανςησ του πιϊτου, το οπούο με τη ςειρϊ του θερμαύνεται από τα μεταλλικϊ ςτηρύγματα, διαμϋςου των οπούων διαρρϋεται ηλεκτρικό ρεύμα υψηλόσ ϋνταςησ. Το ρεύμα που διαρρϋει τα ςτηρύγματα εύναι ηλεκτρονικϊ ελεγχόμενο, ϋτςι ώςτε να εύναι δυνατόσ ο ϋλεγχοσ τησ θερμοκραςύασ του φούρνου. Η χαμηλό θερμοχωρητικότητα του πιϊτου επιτρϋπει τον εύκολο ϋλεγχο τησ θερμοκραςύασ του. Τα μεταλλικϊ ςτηρύγματα διαθϋτουν κύκλωμα υδρόψυξησ με νερό που ρϋει διαρκώσ. Η μύα ϊκρη του πιϊτου εύναι ελεύθερη να ολιςθαύνει αποτρϋποντασ ϋτςι την ςτρϋβλωςό του ό χειρότερα, κατϊ τη θϋρμανςη. Η μϋτρηςη τησ θερμοκραςύασ γύνεται με ϋνα θερμοζεύγοσ (τύπου Κ) τοποθετημϋνο ςτην κϊτω επιφϊνεια του πιϊτου, το οπούο παρϊγει μια DC τϊςη των 10mV/ o C. Η ςυςκευό του φούρνου περιλαμβϊνει εκτόσ του θαλϊμου του φούρνου που περιγρϊφτηκε παραπϊνω και κϊποιεσ περιφερειακϋσ ςυςκευϋσ: κύκλωμα ροόσ αζώτου, 6

7 πνευματικό μηχανιςμό ανύψωςησ του καπακιού και φωτοπολλαπλαςιαςτό για τη μϋτρηςη τησ ακτινοβολύασ του δεύγματοσ. Το ϊζωτο αποςκοπεύ ςε τρεισ χρόςεισ: για την κϊθαρςη του θαλϊμου (purge), για ενύςχυςη τησ ψηκτικού μηχανιςμού μετϊ το τϋλοσ τησ θϋρμανςησ και για τη λειτουργύα του πνευματικού μηχανιςμού ανύψωςησ του καπακιού. Για την εκτϋλεςη των παραπϊνω λειτουργιών ο φούρνοσ πρϋπει να ςυνδεθεύ ςε παροχό νερού και αζώτου. Το φωσ που εκπϋμπεται από το δεύγμα θερμοφωταύγειασ εύναι πολύ λύγο, π.χ. από δεύγμα ακτινοβολημϋνο με 0,01mGy εύναι τησ τϊξεωσ lm. Η μϋτρηςη τόςων χαμηλών ποςοτότων φωτόσ επιτυγχϊνεται με τουσ φωτοπολλαπλαςιαςτϋσ (PM). Ο PM περιλαμβϊνει ϋνα προενιςχυτό που δύνει ECL (Emmiter Coupled Logic) ςτϊθμεσ. Η πληροφορύα αυτό ςτϋλνεται ςε μύα ειδικό κϊρτα (P442) ςτον υπολογιςτό. Αυτό που πρϋπει να μετρόςει ο PM εύναι η ακτινοβολύα λόγω τησ θερμοφωταύγειασ μόνο και κϊθε ϊλλη ακτινοβολύα πρϋπει να αποκοπεύ. Η αναμενόμενη εκπομπό μϋλαν ςώματοσ λόγω τησ θϋρμανςησ του πιϊτου αποκόπτεται από τον PM, πρώτα από ϋνα μεταλλικό κϊλυμμα που καλύπτει όλο το πιϊτο πλην τησ περιοχόσ που τοποθετεύται το δεύγμα και κατόπιν από ϋνα μπλε φύλτρο, φιλτρϊροντασ το υπϋρυθρο που εύναι και το κυρύαρχο ςτη θερμικό ακτινοβολύα. Καλό εύναι το υλικό του πιϊτου να εύναι τϋτοιο ώςτε η θερμικό του ακτινοβολύα να εύναι η ελϊχιςτη δυνατό. Η ϋνταςη τησ θερμικόσ ακτινοβολύασ αυξϊνει με τη θερμοκραςύα και από ϋνα ςημεύο και πϊνω γύνεται κυρύαρχη. Στη ςυςκευό τησ ELSEC αυτό θα γινόταν ςτουσ 450 ο C περύπου, αν δεν λαμβϊνονταν μϋτρα. Επιπλϋον, επειδό η θερμικό ακτινοβολύα εύναι ύδια κϊθε φορϊ, μια δεύτερη μϋτρηςη χωρύσ το δεύγμα, μϋτρηςη υποςτρώματοσ, αμϋςωσ μετϊ την μϋτρηςη του δεύγματοσ μασ δύνει τη ςυνειςφορϊ τησ, η οπούα μπορεύ να αφαιρεθεύ από την κανονικό μϋτρηςη Η αντλία κενού Επειδό κατϊ τη μϋτρηςη το δεύγμα βρύςκεται ςε υψηλϋσ θερμοκραςύεσ, παρουςύα οξυγόνου και υδρατμών, η πιθανότητα χημικόσ αντύδραςησ με τα οργανικϊ κυρύωσ υλικϊ του δεύγματοσ εύναι μεγϊλη. Τϋτοιεσ χημικϋσ αντιδρϊςεισ, ςε ςυνθόκεσ θϋρμανςησ μπορούν να οδηγόςουν ςε εκπομπό φωτόσ (χημειοφωταύγεια), πρϊγμα που αλλοιώνει τισ μετρόςεισ ΘΦ. Η δημιουργύα κενού ςτο θϊλαμο αποςκοπεύ ακριβώσ ςτον καθαριςμό τησ ατμόςφαιρασ από κϊθε ύχνοσ οξυγόνου. Επιπλϋον, οι χημικϋσ αντιδρϊςεισ που ευθύνονται για την χημειοφωταύγεια περιορύζονται δραςτικώσ, αν οι μετρόςεισ γύνουν ςε ατμόςφαιρα υπερκαθαρού αζώτου (99,99%). Γι αυτό μετϊ την κϋνωςη ο θϊλαμοσ γεμύζει με ϊζωτο (purge). Το ενςωματωμϋνο ςτο φούρνο pirani, δεν ϋχει καμύα εγκυρότητα ςε πιϋςεισ ϋξω από το διϊςτημα 0,02-5 mbar Η μονάδα ελέγχου (Interface Unit) Η μονϊδα ελϋγχου περιλαμβϊνει τα κυκλώματα τροφοδοςύασ και επικοινωνύασ του φούρνου με τον υπολογιςτό. Συγκεκριμϋνα περιλαμβϊνει ϋνα τροφοδοτικό που δύνει ±5V και ±12V και δύο PCB πλακϋτεσ (Eurocard-size interface cards), τισ P446 & P444, τοποθετημϋνεσ ςε ϋνα backplane. Η επικοινωνύα με το φούρνο γύνεται με δύο καλώδια (9-pin & 15-pin) και με τον υπολογιςτό με ϋνα καλώδιο 50 ακροδεκτών (50- pin) που ςυνδϋεται ςε ειδικό κϊρτα (PC30A) ςτη μητρικό του υπολογιςτό. 7

8 Η P446 πλακϋτα περιλαμβϊνει ϋνα μόνο κύκλωμα (με 3 ΤΕ) για τον ϋλεγχο τησ θϋρμανςησ του φούρνου. Η P444 περιλαμβϊνει τϋςςερα κυκλώματα: 8 μεταφραςτϋσ τϊςησ από 5V ςε 24V για τον ϋλεγχο των 6 βαλβύδων που βρύςκονται ςτο φούρνο. Αυτϋσ αφορούν: o ςτη λειτουργύα του πνευματικού ςυςτόματοσ για το ϊνοιγμα/κλεύςιμο του καπακιού (lift) o ςτη λειτουργύα τησ αντλύασ κενού (vacuum) o ςτη λειτουργύα του κυκλώματοσ ροόσ αζώτου για καθαριςμό (N2 purge) o ςτη λειτουργύα του κυκλώματοσ ροόσ αζώτου για ψύξη (N2 cool) o ςτο ϊναμμα του φούρνου (oven on/off) o ςτο ϊναμμα τησ υψηλόσ τϊςησ του PM (EHT on/off) ϋνασ διαιρϋτησ τϊςησ που μετατρϋπει τα 10mV/ o C του θερμοζεύγουσ ςτην εύςοδό του ςε 9,87mV/ o C. ϋνασ ενιςχυτό με ΤΕ με ϋξοδο 0-20V για τον ϋλεγχο τησ τιμόσ τησ υψηλόσ τϊςησ του PM. ϋνα κύκλωμα με τρεισ τελεςτικούσ που διαβϊζει την ϋνδειξη του pirani και την μετατρϋπει ςε μετρόςιμη ςτϊθμη προσ την PC30A του υπολογιςτό Ο υπολογιςτήσ Ο υπολογιςτόσ εύναι η καρδιϊ τησ διϊταξησ, όλεσ οι λειτουργύεσ τησ ελϋγχονται από αυτόν. Η διϊταξη δεν ϋχει κανϋνα ϊλλο, μηχανικό τρόπο ελϋγχου. Στη μητρικό του υπολογιςτό εύναι τοποθετημϋνεσ δύο ειδικϋσ κϊρτεσ, που όδη αναφϋρθηκαν, οι PC30A και η P442: η PC30A επικοινωνεύ με τη μονϊδα ελϋγχου μϋςω του 50-pin καλωδύου. Αυτό η κϊρτα διαχειρύζεται τισ ενδεύξεισ τησ πύεςησ και θερμοκραςύασ, τη θϋρμανςη του φούρνου, τισ ρυθμύςεισ και τισ εντολϋσ ελϋγχου τησ διϊταξησ. η P442 επικοινωνεύ απευθεύασ με τον PM και λειτουργεύ ωσ 3-byte μετρητόσ τησ ακτινοβολύασ, ενώ προςφϋρει και την τϊςη τροφοδοςύασ ςτον προενιςχυτό του PM από τα ±5V του υπολογιςτό. Όλα τα παραπϊνω ελϋγχονται από το ειδικϊ ςχεδιαςμϋνο λογιςμικό του υπολογιςτό, που επικοινωνεύ με το hardware μϋςω τησ μητρικόσ του υπολογιςτό και ςυγκεκριμϋνα των PC30A και P442 που βρύςκονται ς αυτόν Σο block διάγραμμα Η Εικόνα ςυγκεντρώνει ςε ϋνα block διϊγραμμα τα βαςικϊ μϋρη τησ διϊταξησ καθώσ και τη μεταξύ τουσ ςχϋςη. oven apparatus PM valves & sensors μεταςχηματιςτόσ μονάδα ελέγχου P444 P446 PC30A P442 PC λογιςμικό Εικόνα Σο block διάγραμμα τησ διάταξησ

9 1.4 Λειτουργία τησ εργαςτηριακήσ διάταξησ Ο υπολογιςτόσ παύρνει μετρόςεισ κϊθε ϋνα βαθμό Κελςύου. Μετρϊει Counts per Degree Celcius. Τα αποτελϋςματα προβϊλλονται ςε γρϊφημα ςτην οθόνη και μπορούν επύςησ να αποθηκευτούν ςε χωριςτό αρχεύο ό να εκτυπωθούν. Ο PM δϋχεται μια υψηλό τϊςη (Extra High Tension EHT) από την οπούα καθορύζεται η ευαιςθηςύα του. Όςο μεγαλύτερη η ΕΗΤ τόςο μεγαλύτερη και η ευαιςθηςύα του. Προκειμϋνου να μην καταγραφούν μετρόςεισ (χαμηλόσ ςτϊθμησ) που δεν ανόκουν ςτο δεύγμα, ο PM ϋχει ρυθμιζόμενη ςτϊθμη κατωφλύου. Όλεσ οι μετρόςεισ κϊτω από αυτό την ςτϊθμη δεν καταγρϊφονται Σα βήματα του προγράμματοσ Η εκτϋλεςη μιασ μϋτρηςησ ακολουθεύ την παρακϊτω διαδικαςύα. Μπαύνει ςτην πρύζα ο φούρνοσ. Τα 230V ανούγουν αυτόματα τη ςωληνοειδό βαλβύδα (solenoid valve) του δικτύου υδρόψυξησ και ρϋει το νερό. Θα ςταματόςει όταν βγει ο φούρνοσ από την πρύζα. Ανεβαύνει το καπϊκι και τοποθετεύται το δεύγμα ςτο πιϊτο. Κατεβαύνει το καπϊκι. Ξεκινϊει η αντλύα κενού. Για να πϊει ςτο επόμενο βόμα πρϋπει η πύεςη ςτο θϊλαμο του φούρνου να πϋςει κϊτω από μια μϋγιςτη αποδεκτό πύεςη που ορύζεται από το λογιςμικό. Ταυτόχρονα με την ϋναρξη τησ αντλύασ, ξεκινϊει και ϋνα χρονόμετρο. Στην αντλύα δύνεται ςυγκεκριμϋνο χρονικό περιθώριο για να κϊνει το κενό. Αν το υπερβεύ, το λογιςμικό θεωρεύ ότι υπϊρχει κϊποια διαρροό και εγκαταλεύπει το πρόγραμμα. Ο χρόςτησ μπορεύ να ξαναξεκινόςει από την αρχό αφού επιδιορθώςει το πρόβλημα (αν υπϊρχει). Μόλισ η πύεςη πϋςει κϊτω από την επιθυμητό τιμό, η αντλύα κλεύνει. Ξεκινϊει η ροό Ν 2 για καθαριςμό. Ανϊβει ο φούρνοσ για να ξεκινόςει η θϋρμανςη. Ανϊβει ο PM για να ξεκινόςει παρϊλληλα και η μϋτρηςη. Ο φούρνοσ και ο PM ςβόνουν μόλισ η θερμοκραςύα φτϊςει τη μϋγιςτη, οπότε ςταματϊει και η μϋτρηςη. Το ϊζωτο γυρύζει τώρα ςτη λειτουργύα τησ ψύξησ. Ο θϊλαμοσ ψύχεται μϋχρι μια οριςμϋνη «αςφαλό» θερμοκραςύα και επιςτρϋφει ςτην αρχό του προγρϊμματοσ Σο λογιςμικό Το λογιςμικό προςφϋρει τη δυνατότητα ενόσ αυτόματου προγρϊμματοσ, αλλϊ και «χειροκύνητου» ελϋγχου με τη χρόςη των functionkeys F1-F12. Προςφϋρει ςτο χρόςτη τη δυνατότητα ρύθμιςησ των εξόσ παραμϋτρων: μέγιςτη θερμοκραςία θέρμανςησ: από ο C αςφαλή θερμοκραςία: η θερμοκραςύα ςτην οπούα πρϋπει να ψυχθεύ το πιϊτο πριν ξαναθερμανθεύ ό ανούξει το καπϊκι για αλλαγό του δεύγματοσ: μϋχρι 700 o C. ρυθμόσ θέρμανςησ: ο ρυθμόσ με τον οπούο ανεβϊζει θερμοκραςύα το πιϊτο: μϋχρι 20 ο C. ςτάθμη κενού: η πύεςη μϋχρι την οπούα γύνεται η κϋνωςη πριν από κϊθε μϋτρηςη. χρόνοσ κένωςησ: το χρονικό περιθώριο που δύνεται ςτην αντλύα να φτϊςει τη ςτϊθμη κενού. 9

10 τιμή ΕΗΣ: η τιμό τησ υψηλόσ τϊςησ που παύρνει ο PM: μϋγιςτη τιμό περύπου 1,3kV όριο κλίμακασ: η μϋγιςτη τιμό ςτον ϊξονα Υ για την γραφικό προβολό των μετρόςεων: ςε μονϊδεσ Counts per Degree Celcius. μέγιςτη θερμοκραςία κλίμακασ: η θερμοκραςύα πϊνω από την οπούα, οι μετρόςεισ που θα ξεπερνϊνε το όριο κλύμακασ, δεν θα προκαλούνε αλλαγό τησ κλύμακασ. Αυτό αποτρϋπει μεγϊλεσ πιθανϋσ μετρόςεισ μϋλαν ςώματοσ να επιςκιϊςουν τισ μετρόςεισ θερμοφωταύγειασ. ANNEAL : ςταματϊει η ρϊμπα θερμοκραςύασ ςε ϋνα οριςμϋνο ςημεύο και διατηρεύται για ϋνα ςυγκεκριμϋνο χρονικό διϊςτημα. Το πρόγραμμα επιτρϋπει την ειςαγωγό 16 τϋτοιων ςημεύων. Το λογιςμικό επύςησ ςυλλϋγει από το χρόςτη πληροφορύεσ για το δεύγμα, με ςκοπό την ταυτοπούηςη του δεύγματοσ, την ομαδοπούηςη ό κατηγοριοπούηςη κ.α. Έχει και εργαλεύα για την επεξεργαςύα των μετρόςεων και την εξαγωγό αποτελεςμϊτων, αλλϊ όλα αυτϊ δεν θα απαςχολόςουν την παρούςα εργαςύα και δεν θα επεκταθούμε, ςυνεπώσ, περιςςότερο Η θέρμανςη του φούρνου Η θϋρμανςη του φούρνου επιτυγχϊνεται με ϋναν μεταςχηματιςτό ςυνδεδεμϋνο με χοντρό μεταλλικό ταινύα-πλϋγμα ςτα μεταλλικϊ ςτηρύγματα του πιϊτου. Ο ϋλεγχοσ τησ θϋρμανςησ γύνεται από ϋνα κύκλωμα (phase angle trigger & thyristor) ςτο ςώμα του φούρνο που ελϋγχει την τροφοδοςύα του μεταςχηματιςτό από τα 230V του δικτύου. Κι αυτό με τη ςειρϊ του ελϋγχεται από παλμούσ 0/5 V που δύνει η P446 ςτην ϋξοδό τησ. Η P446 ςυγκρύνει την θερμοκραςύα του φούρνου (T/C) - 9,87mV/ o C από το θερμοζεύγοσ με μια θερμοκραςύα Temperature Demand (T/D) που παύρνει από τον υπολογιςτό (PC30A). Αν η T/D εύναι μεγαλύτερη από τη θερμοκραςύα του φούρνου, η ϋξοδοσ δύνει 5V που οδηγούνται ςτο phase angle trigger module ςτο ςώμα του φούρνου και ανϊβει ο μεταςχηματιςτόσ (ςυνδϋεται με τα 230V). Ταυτόχρονα η P446 επιςτρϋφει ςτον υπολογιςτό (PC30A) τη διαφορϊ των δύο θερμοκραςιών. Αναλυτικότερα η λειτουργύα τησ P446 ϋχει ωσ εξόσ: Ο πρώτοσ ΤΕ εύναι ϋνασ ενιςχυτόσ διαφορϊσ που ενιςχύει κατϊ 10 φορϋσ τη διαφορϊ V T/C -V T/D, προφανώσ για να εύναι εύκολα αναγνώςιμη μιασ και μιλϊμε για mv. Η ϋξοδόσ του οδηγεύται τόςο ςτον δεύτερο ΤΕ όςο και ςτον τρύτο. Ο δεύτεροσ ΤΕ εύναι ϋνασ ςυγκριτόσ που δύνει ±12V ανϊλογα με το αν η προηγούμενη διαφορϊ εύναι μικρότερη ό μεγαλύτερη από το μηδϋν αντύςτοιχα. Μύα zener ςτην ϋξοδό του μετατρϋπει τα ±12V ςε 5V και 0V αντύςτοιχα. Αυτό εύναι η ϋξοδοσ που οδηγεύται ςτο phase angle trigger module. Ο τρύτοσ ΤΕ εύναι ϋνασ αθροιςτόσ. Αθρούζει 5V ςτην προηγούμενη διαφορϊ και ςτϋλνει την ϋξοδό του πύςω ςτον υπολογιςτό (PC30A) ωσ ςόμα error. Η προϋλευςη τησ T/D, όπωσ και η χρηςιμότητα του error δεν αναφϋρονται ςτα ςχϋδια και εγχειρύδια. Θα πρϋπει να υποθϋςουμε ότι υπϊρχει μια ανατροφοδότηςη μεταξύ τουσ, ϋτςι ώςτε να επιτυγχϊνονται διαφορετικού ρυθμού θϋρμανςησ. Η T/D δεν μπορεύ να εύναι η μϋγιςτη θερμοκραςύασ θϋρμανςησ γιατύ τότε η P446 θα ϋδινε 5V ςυνεχώσ και ο ρυθμόσ θϋρμανςησ του φούρνου, αν όταν γραμμικόσ, θα εύχε πϊντα τον ύδιο ρυθμό θϋρμανςησ, που θα εξαρτιόταν μόνο από την ανταπόκριςη των κυκλωμϊτων. Συνεπώσ η T/D θα πρϋπει να αλλϊζει κϊθε τόςο και να δύνει αρκετούσ 10

11 ςταθμούσ θερμοκραςύασ ανϊμεςα ςτην θερμοκραςύα εκκύνηςησ (θεωρητικϊ 0 ο C, πρακτικϊ θερμοκραςύα περιβϊλλοντοσ) και ςτην τελικό θερμοκραςύα, με ρυθμό ανϊλογο του ρυθμού θϋρμανςησ που θϋλει να πετύχει. Το ςόμα error θα λειτουργεύ ωσ ϋνδειξη για το αν ϋφταςε η θερμοκραςύα του φούρνου ςτον κϊθε φορϊ ςταθμό θερμοκραςύασ, ώςτε να προχωρόςει (με κϊποια καθυςτϋρηςη) ςτον επόμενο. Το αποτϋλεςμα που βλϋπει ο phase angle trigger module εύναι ϋνα τετραγωνικό ςόμα πλϊτουσ 5V p-p με διαφορετικό κύκλο εργαςιών, αν όχι και περύοδο, για κϊθε ξεχωριςτό ρυθμό θϋρμανςησ. 1.5 Η κατάςταςη τησ διάταξησ Η διϊταξη 7188 τησ ELSEC αγορϊςτηκε αρχϋσ τησ δεκαετύασ του 90 από το εργαςτόριο πυρηνικόσ φυςικόσ του ΑΠΘ. Σόμερα η κατϊςταςη τησ διϊταξησ εύναι η εξόσ: δεν εύναι διαθϋςιμο το λογιςμικό και λεύπουν οι κϊρτεσ PC30A και P442 του υπολογιςτό. Μετϊ από τον τεχνικό ϋλεγχο που ϋγινε διαπιςτώθηκε ότι υπϊρχουν βλϊβεσ ςτο ςύςτημα θϋρμανςησ και ςτην ϋνδειξη τησ πύεςησ, ενώ ϊγνωςτο εύναι αν λειτουργεύ το πνευματικό ςύςτημα για το καπϊκι. Εύναι λοιπόν πιθανό ότι εκτόσ των νϋων ςυςτημϊτων υλικού και λογιςμικού θα χρειαςτούν και παρεμβϊςεισ ειδικϊ ςτο κομμϊτι τησ πύεςησ και τησ θϋρμανςησ. Ενώ για τη θϋρμανςη ϋχουμε πληροφορύεσ ςτα εγχειρύδια τησ διϊταξησ, για την μϋτρηςη τησ πύεςησ δεν αναφϋρεται η αντιςτοιχύα τησ ηλεκτρικόσ τϊςη που δύνει ο αιςθητόρασ pirani με την πύεςη ςε mbar. 11

12 U S A R T ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο Ο ςχεδιαςμόσ του ςυςτήματοσ Σκοπόσ τησ παρούςασ εργαςύασ εύναι να κϊνει λειτουργικό τη διϊταξη 7188 για να χρηςιμοποιηθεύ από το εργαςτόριο πυρηνικόσ φυςικόσ. Συγκεκριμϋνα, θα καταςκευαςτεύ ϋνα ηλεκτρονικό ςύςτημα που θα ελϋγχει από υπολογιςτό τη ςυςκευό και θα εκτελεύ τα προβλεπόμενα προγρϊμματα θϋρμανςησ του φούρνου. Η λόψη και επεξεργαςύα των μετρόςεων θερμοφωταύγειασ θα γύνεται από μύα εξωτερικό διϊταξη PM. Έτςι, το πρϊγμα καταλόγει ςτο να καταςκευαςτεύ ϋνα ηλεκτρονικό ςύςτημα που θα αντικαθιςτϊ τη δουλειϊ τησ κϊρτασ PC30A, του λογιςμικού και του υπολογιςτό τησ διϊταξησ Το ςύςτημα αυτό θα επικοινωνεύ με τη διϊταξη 7188 μϋςω τησ μονϊδασ ελϋγχου όπου βρύςκονται τα ηλεκτρονικϊ μϋρη τησ διϊταξησ. Για την υλοπούηςη του ςυςτόματοσ επιλϋχθηκε ϋνα ςύςτημα με μικροελεγκτό (μc) και Labview που προςφϋρει ςημαντικϊ πλεονεκτόματα και ευκολύεσ ςε ςχϋςη με την πρωτότυπη υλοπούηςη τησ 7188 πριν δύο περύπου δεκαετύεσ. Από ϊποψη υλικού, ο μc αντικαθιςτϊ την κϊρτα PC30A, θα μπορούςε να αντικαταςτϊςει και την P442, ενώ αντικαθιςτϊ τελικϊ και την P446. Οι κϊρτεσ αυτϋσ εύναι ολόκληρα κυκλώματα με πολλϊ ολοκληρωμϋνα που κϊνουν μύα μόνο λειτουργύα. Η αντικατϊςταςό τουσ από μc εκτόσ από οικονομύα, προςφϋρει ςε ευκολύα ςχεδιαςμού και κυρύωσ ςε ευελιξύα, γιατύ ο μc ϋχει τη δυνατότητα αλλαγόσ των λειτουργιών που εκτελεύ, προςαρμογόσ και επϋκταςόσ τουσ. Από ϊποψη λογιςμικού, το Labview αντικαθιςτϊ το λογιςμικό τισ 7188 προςφϋροντασ ανϊλογα πλεονεκτόματα. Ευκολύα ςχεδιαςμού, οικονομύα και ευελιξύα. 2.1 Σο block διάγραμμα Ουςιαςτικϊ η παρϋμβαςη που γύνεται ςτο ςύςτημα προςθϋτει μύα μονϊδα ελϋγχου παραπϊνω μεταξύ ςυςκευόσ και υπολογιςτό, τον μικροελεγκτό. Έτςι το block διϊγραμμα τησ Εικόνασ γύνεται αυτό τησ Εικόνασ μονϊδα ελϋγχου 1 μονϊδα ελϋγχου 2 valves x6 24V translators x6 5V outputs x6 controls/ parameters pirani T/C oven apparatus 10mV/ o C διαιρϋτησ τϊςησ 9,87mV/ o C ADC indicators progress led x7 Phase Angle Trigger Module P444 PWM timer μc Labview (PC) Εικόνα Σο block διάγραμμα του ςυςτήματοσ. Τα περιςςότερα και πιο βαςικϊ καθόκοντα του ςυςτόματοσ βαραύνουν τον μc. Αυτόσ, βρύςκεται ςε επαφό με τη διϊταξη από τη μύα και το Labview (PC) από την ϊλλη και ϋχει ςτον ϋλεγχό του: Την ςυνεχό ανϊγνωςη των ενδεύξεων θερμοκραςύασ και πύεςησ του φούρνου. 12

13 Τον ϋλεγχο τησ ρϊμπασ θερμοκραςύασ. Τον ϋλεγχο των 6 βαλβύδων του φούρνου που ρυθμύζουν τισ λειτουργύεσ του. Τον ϋλεγχο του αυτόματου προγρϊμματοσ και κϊθε χωριςτόσ λειτουργύασ. Την παραμετροπούηςη του ςυςτόματοσ με βϊςη τισ 9 παραμϋτρουσ. Την μϋτρηςη του χρόνου για το vac time και hold time. Η λειτουργύα του Labview εύναι περιςςότερο υποςτηρικτικό. Εύναι καταρχϊσ το διαδραςτικό περιβϊλλον με τον χρόςτη. Από κει ο χρόςτησ μπορεύ να ςτϋλνει εντολϋσ ςτον μc και να λαμβϊνει ςε αναγνώςιμη μορφό τα αποτελϋςματα, π.χ. την πύεςη και θερμοκραςύα. Σ αυτό τελικϊ περιορύζεται το Labview: 1. Στην εγγραφό ςτον μc των τιμών των παραμϋτρων που επιλϋγει ο χρόςτησ και των εντολών που δύνει μϋςω των διακοπτών και κουμπιών. Από δω δύνονται οι εντολϋσ για την εκτϋλεςη των διαφόρων λειτουργιών, ρυθμύζονται οι τιμϋσ των μεταβλητών. 2. Στην ανϊγνωςη από τον μc και προβολό ςτον χρόςτη των ενδεύξεων πύεςησ και θερμοκραςύασ, καθώσ και κϊθε ϊλλησ ϋνδειξησ που αφορϊ την πρόοδο του προγρϊμματοσ. 3. Στη διαχεύριςη του ύδιου του διαδραςτικού περιβϊλλοντοσ. Για παρϊδειγμα οι διϊφορεσ απαγορεύςεισ που μπαύνουν ςτο χρόςτη, ανϊλογα με τισ ςυνθόκεσ. 4. Στην εκτϋλεςη μαθηματικών πρϊξεων, π.χ. για την κλύςη και το πλατό. 2.2 Οι λειτουργίεσ του ςυςτήματοσ Το ςύςτημα που θα υλοποιηθεύ θα εκτελεύ τισ παρακϊτω λειτουργύεσ: Προςφϋρεται η δυνατότητα και αυτόματου προγρϊμματοσ και «χειροκύνητου» ελϋγχου, θα εύναι όμωσ αμοιβαύωσ αποκλειόμενα. Προβϊλλεται η πρόοδοσ του προγρϊμματοσ μϋςω 7 led. Προβϊλλεται κϊθε ςτιγμό η ϋνδειξη τησ θερμοκραςύασ και τησ πύεςησ. Προςφϋρει ςτο χρόςτη τη δυνατότητα ρύθμιςησ των παρακϊτω παραμϋτρων: max temp : Η μϋγιςτη δυνατό θερμοκραςύα: o C με βόμα 5 o C. hold : Η δυνατότητα του annealing απλουςτεύτηκε, ςε ςυνεννόηςη με τουσ χρόςτεσ, ώςτε η θερμοκραςύα που θα διατηρεύται να εύναι η μϋγιςτη κϊθε φορϊ επιλεγμϋνη και όχι οποιαδόποτε ϊλλη. Σε κϊθε περύπτωςη το ςύςτημα που υλοποιεύται εδώ επιτρϋπει εύκολα να γύνουν μετατροπϋσ ςτο μϋλλον. hold time : Ο χρόνοσ διατόρηςησ τησ μϋγιςτησ θερμοκραςύασ ςε περύπτωςη επιλογόσ hold : 2 ν λεπτϊ για ν=0,1,...,10. safe temp : Η αςφαλόσ θερμοκραςύα, πϊνω από την οπούα δεν μπορεύ να ανούξει το καπϊκι ό να ξεκινόςει νϋα θϋρμανςη: o C με βόμα 5 o C. ramp rate : Ο ρυθμόσ θϋρμανςησ του φούρνου: 0,1-20 o C/sec με βόμα 0,1 o C/sec vac level : Η αποδεκτό ςτϊθμη πύεςησ για την οπούα η κϋνωςη θεωρεύται επιτυχόσ: mbar με βόμα 1mbar. vac time : Το περιθώριο χρόνου μϋςα ςτο οπούο πρϋπει να επιτευχθεύ η κϋνωςη (το vac level ): 5-100sec με βόμα 5sec. Σε περύπτωςη αποτυχύασ, θεωρεύται ότι υπϊρχει πρόβλημα ςτην αντλύα ό ςτη ςφρϊγιςη και ότι η αποδεκτό ςτϊθμη δεν θα γύνει ποτϋ. Γι αυτό το πρόγραμμα διακόπτεται και μπορεύ να ξεκινόςει ξανϊ από την αρχό, αφού θα ϋχει ρυθμιςτεύ το θϋμα. Πριν τη διακοπό του προγρϊμματοσ εμφανύζεται ϋνα μόνυμα, ςυνοδευόμενο από ηχητικό ειδοπούηςη, για την ενημϋρωςη του χρόςτη. 13

14 skip vacuum : ο χρόςτησ μπορεύ να επιλϋξει το αυτόματο πρόγραμμα να παραβλϋψει την κϋνωςη για εξοικονόμηςη χρόνου ό παρϊκαμψη ϊλλων τεχνικών ζητημϊτων. Η αδρανοπούηςη τησ ατμόςφαιρασ του θαλϊμου και η αποφυγό χημειοφωταύγειασ μπορεύ να επιτευχθεύ και μόνο με την υψηλό ςυγκϋντρωςη αζώτου (N 2 purging) χωρύσ απαραύτητα κενό. skip Ncool : ο χρόςτησ μπορεύ να επιλϋξει το αυτόματο πρόγραμμα να παραβλϋψει την λειτουργύα ψύξησ με ϊζωτο μετϊ το πϋρασ τησ θϋρμανςησ για λόγουσ οικονομύασ. Η ψύξη μπορεύ να επιτευχθεύ επαρκώσ και μόνο με το υδρόψυκτο ςύςτημα. Προβϊλλεται διϊγραμμα που δεύχνει την πορεύα τησ θερμοκραςύασ κατϊ τη θϋρμανςη με ςκοπό τον ϋλεγχο ότι η αύξηςό τησ γύνεται γραμμικϊ, με την προβλεπόμενη κλύςη και με το προβλεπόμενο πλατό, αν υπϊρχει. Για τον ποςοτικό ϋλεγχο των παραπϊνω, το διϊγραμμα ςυνοδεύεται από υπολογιςμούσ για την κλύςη και τη γραμμικότητα (r), για τη μϋςη τιμό του πλατό, την τυπικό του απόκλιςη (σ) και το εύροσ του (R). Ο υπολογιςμόσ τησ κλύςησ γύνεται από το διϊγραμμα με τη μϋθοδο των ελαχύςτων τετραγώνων και η γραμμικότητα δύνεται από τον ςυντελεςτό ςυςχϋτιςησ του Pearson Σο αυτόματο πρόγραμμα Πριν την εκκύνηςη του αυτόματου προγρϊμματοσ θα πρϋπει να ϋχουν ρυθμιςτεύ όλεσ οι παρϊμετροι ςτισ επιθυμητϋσ τιμϋσ. Μεταβολϋσ τουσ κατϊ τη διϊρκεια εκτϋλεςησ του αυτόματου προγρϊμματοσ δεν μπορούν να γύνουν. Ασ ςημειωθεύ ότι το λογιςμικό κατϊ την εκκύνηςό του διατηρεύ για κϊθε παρϊμετρο την προεπιλεγμϋνη τιμό και όχι την τελευταύα. Το αυτόματο πρόγραμμα ξεκινϊει και ςταματϊει με ϋνα κουμπύ και περιλαμβϊνει τα ακόλουθα βόματα: 1. Ανούγει η αντλύα για τη δημιουργύα κενού. Μϋνει ς αυτό το βόμα μϋχρισ ότου επιτευχθεύ το vac level ό εξαντληθεύ το vac time. Στην πρώτη περύπτωςη περνϊει ςτο δεύτερο βόμα, ενώ ςτη δεύτερη περύπτωςη ο χρόςτησ ενημερώνεται πωσ το πρόγραμμα διακόπτεται και μπορεύ να ξεκινόςει απ την αρχό. Το πρώτο και δεύτερο βόμα παραβλϋπονται τελεύωσ αν ϋχει επιλεχθεύ το skip vacuum. Σ αυτό την περύπτωςη περνϊει απευθεύασ ςτο τρύτο βόμα. 2. Κλεύνει η αντλύα του κενού. 3. Ανούγει η βαλβύδα του δικτύου Ν 2 purge. 4. Ανϊβει η υψηλό τϊςη ΕΗΤ του PM. 5. Ανϊβει ο φούρνοσ 6. Ξεκινϊει η ρϊμπα θερμοκραςύασ. Μαζύ τησ ξεκινϊει και η γραφικό παρϊςταςη τησ θερμοκραςύασ με το χρόνο, για λόγο ελϋγχου όπωσ εύπαμε. Το πρόγραμμα μϋνει ς αυτό το βόμα μϋχρι να ολοκληρωθεύ η ρϊμπα (μϋχρι max temp ). Αν εύναι ενεργοποιημϋνη η επιλογό hold θα παραμεύνει ςτο βόμα 6 μϋχρι και την ολοκλόρωςη του πλατό ( hold time ). Η κλύςη και η γραμμικότητα τησ ρϊμπασ, η μϋςη τιμό και διακύμανςη του πλατό, υπολογύζονται ςτο τϋλοσ τησ θϋρμανςησ. 7. Κλεύνουν οι βαλβύδεσ για Ν 2 purge, ΕΗΤ και oven. 8. Ανούγει η βαλβύδα του δικτύου Ν 2 cool. Το πρόγραμμα μϋνει ς αυτό το βόμα μϋχρι η θερμοκραςύα του φούρνου να πϋςει κϊτω από την safe temp. Το βόμα αυτό παρακϊμπτεται αν ϋχει επιλεχθεύ το skip Ncool. Σ αυτό την περύπτωςη το πρόγραμμα τερματύζεται εδώ. 9. Κλεύνει η βαλβύδα του δικτύου Ν 2 cool και το πρόγραμμα τερματύζει. 14

15 ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Το αυτόματο πρόγραμμα δεν περιλαμβϊνει βόματα για το ϊνοιγμα και κλεύςιμο του καπακιού, για την τοποθϋτηςη του δεύγματοσ. Αυτό γύνεται γιατύ δεν ξϋρουμε ακόμα αν το πνευματικό ςύςτημα δουλεύει, ό αν θα χρηςιμοποιηθεύ καθόλου εν τϋλει. Ένα ϊλλο εμπόδιο εύναι ότι ο απαιτούμενοσ χρόνοσ για την τοποθϋτηςη του δεύγματοσ δεν εύναι πϊντα ο ύδιοσ, ούτε και προβλϋψιμοσ καμιϊ φορϊ. Αν τελικϊ λειτουργόςει το πνευματικό ςύςτημα, ο χρόςτησ θα μπορεύ να ανοιγοκλεύςει το καπϊκι από τα «χειροκύνητα» controls, πριν την ϋναρξη του αυτόματου προγρϊμματοσ. Καθ όλη τη διϊρκεια εκτϋλεςησ του αυτόματου προγρϊμματοσ το λογιςμικό δεν επιτρϋπει ςτο χρόςτη οποιαδόποτε «χειροκύνητη» λειτουργύα, ούτε την μεταβολό των τιμών των παραμϋτρων. Επιτρϋπει όμωσ την εγκατϊλειψη του προγρϊμματοσ ανϊ πϊςα ςτιγμό. Ακυρώνει τότε κϊθε ενϋργεια και επιςτρϋφει ςτο αρχικό ςημεύο περιμϋνοντασ την νϋα εκκύνηςη Ο χειροκίνητοσ έλεγχοσ Ο χειροκύνητοσ ϋλεγχοσ εξυπηρετεύ τη δυνατότητα να γύνονται ξεχωριςτϋσ λειτουργύεσ, πιθανόν και για λόγουσ ελϋγχου, ό για παρϊδειγμα η μϋτρηςη τησ θερμικόσ ακτινοβολύασ του θαλϊμου. Περιλαμβϊνει διακόπτεσ για την εκτϋλεςη κϊθε λειτουργύασ που προβλϋπεται και από το αυτόματο πρόγραμμα, μόνο που πρϋπει αυτϋσ να εκτελεςτούν ξεχωριςτϊ και με τη ςωςτό ςειρϊ, αν εύναι να δουλϋψει ςωςτϊ η διϊταξη. Συγκεκριμϋνα ο χειροκύνητοσ ϋλεγχοσ περιλαμβϊνει: 6 διακόπτεσ δύο θϋςεων για το ϊνοιγμα/κλεύςιμο: o (lift) του καπακιού o (vacuum) τησ αντλύασ κενού o (purge) του κυκλώματοσ Ν 2 purge o (EHT) τησ υψηλόσ τϊςησ o (oven) του φούρνου o (cool) του κυκλώματοσ Ν 2 cool ϋνα κουμπύ δύο θϋςεων για την εκκύνηςη/εγκατϊλειψη τησ ρϊμπασ θερμοκραςύασ Το λογιςμικό δεν επιτρϋπει την εκκύνηςη του αυτόματου προγρϊμματοσ αν κϊποιοσ από τουσ παραπϊνω διακόπτεσ ό κουμπύ εύναι ανοιχτόσ. Επύςησ δεν επιτρϋπει την μεταβολό των τιμών των παραμϋτρων των ςχετικών με τη θερμοκραςύα όςο εύναι πατημϋνο το κουμπύ τησ ρϊμπασ. Πρόκειται για τισ παραμϋτρουσ max temp, hold, hold time, safe temp και ramp rate. Αντύςτοιχα δεν επιτρϋπει την μεταβολό των τιμών των παραμϋτρων των ςχετικών με την πύεςη ( vac level και vac time ), όςο εύναι ανοιχτόσ ο διακόπτησ του vacuum. Το λογιςμικό ςε κϊθε περύπτωςη δεν επιτρϋπει το ϊνοιγμα του καπακιού, την εκκύνηςη τησ ρϊμπασ θερμοκραςύασ και την εκκύνηςη του αυτόματου προγρϊμματοσ, όςο η θερμοκραςύα του φούρνου βρύςκεται πϊνω από την safe temp Ο έλεγχοσ τησ ράμπασ θερμοκραςίασ Η πλακϋτα P446 με το κύκλωμα ελϋγχου τησ ρϊμπασ θερμοκραςύασ δεν περιλαμβϊνεται ςτην υλοπούηςη του ςυςτόματόσ μασ. Το αποτϋλεςμϊ τησ, που θεωρόθηκε πωσ εύναι μια τετρϊγωνη παλμοςειρϊ πλϊτουσ 5V ςτην εύςοδο του phase 15

16 angle trigger module, αντικαταςτϊθηκε από ϋνα προγραμματικϊ ελεγχόμενο PWM του μc. Η εξϋλιξη αυτό δεύχνει και την απλοπούηςη των εργαςιών που επιτυγχϊνεται με την τεχνολογικό πρόοδο. Η ϊλλη λύςη θα ότανε να κρατόςουμε την P446 και να ελϋγχουμε την εύςοδό τησ, το T/D. Θα ϋπρεπε τότε ο μc να θϋτει τουσ ενδιϊμεςουσ ςταθμούσ θερμοκραςύασ, πρϊγμα που ςυνεπϊγεται και ϋναν Digital to Analog Converter για την μετατροπό τουσ ςε αναλογικό ςόμα για την εύςοδο τησ P446. Αυτό ςημαύνει να κϊνουμε κύκλουσ γύρω από το ψηφιακό ςόμα και απαιτεύ περιςςότερο υλικό, αλλϊ και πιο περύπλοκο προγραμματιςμό του μc. Η επικοινωνύα του μc με την P444 και το φούρνο θα γύνεται μϋςω του backplane τησ μονϊδασ ελϋγχου. Εκεύ φτϊνουν όλα τα ςόματα από και προσ τισ κϊρτεσ και το φούρνο. Θα πρϋπει να καταςκευαςτεύ μια PCB για την τοποθϋτηςη του μc, που θα κουμπώνει ςτο backplane τησ μονϊδασ ελϋγχου (Παρϊρτημα Α). Η επικοινωνύα του μc με το Labview θα γύνεται ςειριακϊ, με τη ςυςκευό USART και ϋνα καλώδιο USB ςε serial. Έγινε επύςησ ϋνα αρχεύο εγκατϊςταςησ με το πρόγραμμα του Labview, για εγκατϊςταςη ςε οποιονδόποτε υπολογιςτό χωρύσ να χρειϊζεται το ύδιο το Labview. 16

17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο Ο μικροελεγκτήσ Ο μικροελεγκτόσ εύναι ϋνα προγραμματιζόμενο ολοκληρωμϋνο κύκλωμα το οπούο διαθϋτει επεξεργαςτό, μνόμη, διϊφορα περιφερειακϊ κυκλώματα καθώσ επύςησ και θύρεσ ειςόδου/εξόδου για επικοινωνύα με εξωτερικϋσ ςυςκευϋσ. Οι μικροελεγκτϋσ εύναι ςτην ουςύα μικροεπεξεργαςτϋσ κατϊλληλοι για ενςωματωμϋνα ςυςτόματα (embedded systems). Σε αντύθεςη με τουσ κανονικούσ μικροεπεξεργαςτϋσ που δεν εύναι ςχεδιαςμϋνοι για ενςωματωμϋνα ςυςτόματα, ο μικροελεγκτόσ, εκτόσ από την υπολογιςτικό μονϊδα, ϋχει on chip τα περιςςότερα περιφερειακϊ, τα οπούα ςυνδϋονται εξωτερικϊ ςε ϋναν μικροεπεξεργαςτό. Έχει ϋτςι μεγϊλη αυτονομύα, ώςτε να μπορεύ να λειτουργόςει χωρύσ κανϋνα ϊλλο κύκλωμα ςυνδεδεμϋνο. Το πετυχαύνει αυτό ςε βϊροσ όμωσ τησ υπολογιςτικόσ ιςχύοσ και τησ ευελιξύασ ανϊπτυξησ διαφόρων εφαρμογών, καθώσ η ςύνδεςό του με εξωτερικϊ περιφερειακϊ δεν εύναι τόςο εύκολη όςο ςε ϋναν κλαςικό μικροεπεξεργαςτό. Άλλο πλεονϋκτημα του μικροελεγκτό εύναι η οικονομύα ςτο κόςτοσ και την κατανϊλωςη ενϋργειασ. Οι περιςςότεροι μικροελεγκτϋσ ϋχουν μνόμη προγρϊμματοσ τύπου Flash, η οπούα κρατϊει το περιεχόμενό τησ και χωρύσ ρεύμα και μπορεύ να προγραμματιςτεύ πολλϋσ φορϋσ. Ο προγραμματιςμόσ τησ μνόμησ μπορεύ να γύνει ακόμη και πϊνω ςτο κύκλωμα τησ ύδιασ τησ ενςωματωμϋνησ εφαρμογόσ (δυνατότητα In Circuit Programming, ISP). Υλοπούηςη ενόσ ςυςτόματοσ με μc ςημαύνει ότι προγραμματύζεται να λειτουργεύ με βϊςη ϋναν κώδικα που γρϊφεται ςε γλώςςα προγραμματιςμού. Εδώ το πρόγραμμϊ του θα γραφεύ ςε C. 3.1 υνδεςμολογία Στην Εικόνα φαύνεται η ςυνδεςμολογύα του μc για το ςύςτημϊ μασ. Εικόνα Η ςυνδεςμολογία του μc. 17

18 Ο ακροδϋκτησ 1 χρηςιμεύει για τον προγραμματιςμό του μc, μϋςω του AVR dragon. Οι ακροδϋκτεσ 2 & 3 εύναι για τη ςειριακό επικοινωνύα, το receive (RXD) του μc ςυνδϋεται ςτο transmit τησ ςειριακόσ θύρασ και το transmit (TXD) του μc ςτο receive τησ ςειριακόσ. Οι ακροδϋκτεσ 7,8,20,22 χρηςιμοποιούνται για την τροφοδοςύα του μc. Οι ακροδϋκτεσ 6,9-11,13-14 ορύζονται ωσ ϋξοδοι για να δύνουν τα 5V ςτουσ μεταφραςτϋσ που οδηγούν τισ 6 βαλβύδεσ ςτο oven unit. Πρόκειται για τισ ειςόδουσ Α0-Α7 ςτο P444: PB6 lift oven lid (A6) PB7 oven on/off (A7) PD5 EHT on/off (A2) PD3 vacuum (A3) PD7 nitro purge (A4) PB0 nitro cool (A5) Οι ακροδϋκτεσ 23,24 εύναι οι εύςοδοι του μc. Οι εύςοδοι αυτού προορύζονται για την αναλογικό ϋνδειξη τησ πύεςησ και τησ θερμοκραςύασ αντύςτοιχα από το apparatus. Η επιλογό των ακροδεκτών 23,24 ϋγινε με κριτόριο τη χρόςη των μετατροπϋων ADC0 & ADC1 αφού η ϋνδειξη των μεγεθών τησ θερμοκραςύασ και τησ πύεςησ θα προβϊλλεται ςτο χρόςτη ςτο LabView και ςυνεπώσ απαιτεύται η μετατροπό τουσ ςε ψηφιακό ςόμα. Ο ακροδϋκτησ 12 εύναι για τον ϋλεγχο τησ ρϊμπασ θερμοκραςύασ. Σ αυτόν οδηγεύται ϋνασ PWM παλμόσ που ελϋγχει το φούρνο. 3.2 Σα περιφερειακά Η δυνατότητα του μc για ςύνθετεσ λειτουργύεσ βρύςκεται ςτα on-chip περιφερειακϊ του. Ο ϋλεγχοσ τησ λειτουργύασ τουσ από τον χρόςτη γύνεται με την εγγραφό και ανϊγνωςη οριςμϋνων καταχωρητών του μc. Στισ τιμϋσ αυτών των καταχωρητών κατατρϋχει ο μc για να ρυθμύςει κϊθε φορϊ τη λειτουργύα των διαφόρων περιφερειακών του. Για το ςυγκεκριμϋνο ςύςτημα θα χρηςιμοποιηθούν τα ακόλουθα on-chip περιφερειακϊ: USART: εύναι η ςυςκευό για την εγγραφό/ανϊγνωςη ςτο ςειριακό κανϊλι. Κϊνει χρόςη του πρωτοκόλλου RS-232C. Έχει δυνατότητα τόςο ςύγχρονησ όςο και αςύγχρονησ επικοινωνύασ, αλλϊ και full-duplex. Θα χρηςιμοποιηθεύ για την επικοινωνύα από και προσ το Labview (PC). ADC: μετατροπϋασ ςόματοσ αναλογικού ςε ψηφιακό με 5 ειςόδουσ, αλλϊ μύα μόνο εύςοδοσ μπορεύ να δειγματοληπτηθεύ κϊθε ςτιγμό. Δϋχεται αναλογικϊ ςόματα με μϋγιςτο εύροσ 0-5V. Η ψηφιοπούηςη του ςόματοσ γύνεται με 10bit οπότε το δεδομϋνο κϊθε φορϊ εύροσ τϊςησ διαιρεύται ςε 1024 κομμϊτια. Θα χρηςιμοποιηθούν δύο από τισ 5 ειςόδουσ του για την ανϊγνωςη και ψηφιοπούηςη των ενδεύξεων τησ πύεςησ και τησ θερμοκραςύασ. Timer/counter: Τον χρόνο ο μc τον μετρϊει με ϋναν μετρητό. Κϊθε κύκλο του ρολογιού η τιμό του μετρητό αυξϊνει (ό μειώνει) κατϊ ϋνα. Γνωρύζοντασ τη ςυχνότητα του ρολογιού του μc μπορούμε να ςυςχετύςουμε την τιμό του μετρητό με το χρόνο. Οι timer/counter θα χρηςιμοποιηθούν για την μϋτρηςη των χρόνων vac time και hold time. 18

19 PWM: Η παραγωγό των PWM από τον μc ςχετύζεται με τουσ timer/counter. Τόςο η περύοδοσ του PWM όςο και ο κύκλοσ εργαςιών του ορύζονται με βϊςη τισ τιμϋσ κϊποιου μετρητό. Εξϊλλου πρόκειται πϊλι για χρόνο και ο μc δεν ϋχει ϊλλο τρόπο να υπολογύςει το χρόνο. Το PWM εύπαμε θα οδηγεύ το phase angle trigger module ςτη δημιουργύα τησ ρϊμπασ θερμοκραςύασ USART επικοινωνία Η ςειριακό επικοινωνύα μεταξύ μc και Labview θα ςτηριχτεύ ςτην αςύγχρονη λειτουργύα, όπου τα δύο μϋρη δεν χρειϊζεται να μοιρϊζονται ϋνα κοινό ρολόι. Για τη λειτουργύα τησ USART απαιτεύται να οριςτούν ϋνασ baud rate (4800), ο αριθμόσ των data bits (8) και ο αριθμόσ των stop bits (2). Πρϋπει επύςησ να διευκρινιςτεύ αν θα υπϊρχει parity λειτουργύα ό όχι. Εδώ δεν χρηςιμοποιεύται parity. Η full-duplex λειτουργύα τησ USART επιτρϋπει την ταυτόχρονη εγγραφό και ανϊγνωςη μεταξύ των δύο ςυςκευών (μc και Labview). Αυτό επιτυγχϊνεται με την ύπαρξη ςε κϊθε ςυςκευό δύο ξεχωριςτών γραμμών για εγγραφό και ανϊγνωςη. Το receive (RXD) του μc ςυνδϋεται ςτο transmit τησ ςειριακόσ θύρασ και το transmit (TXD) του μc ςτο receive τησ ςειριακόσ. Έτςι δεν χρειϊζεται να μασ απαςχολεύ η «ςυνεννόηςη» των δύο ςυςκευών. Κϊθε μύα ςτϋλνει όποτε θϋλει και λαμβϊνει όποτε ςτεύλει η ϊλλη. Ο Transmitter τησ USART αποτελεύται από ϋνα απλό write buffer, ϋναν ςειριακό Shift Register, Parity Generator και Control Logic για τη διαχεύριςη διαφορετικών τύπων frames. Η εγγραφό ςτην ςειριακό ξεκινϊει με την εγγραφό του transmit buffer (UDR0). Για να γύνει εγγραφό ςτον transmit buffer πρϋπει αυτόσ να εύναι ϊδειοσ. Από κει και ϋπειτα το byte ςτον transmit buffer μεταφϋρεται ςτον Shift Register για να μεταδοθεύ ϋνα bit τη φορϊ - μϋςω του καναλιού, όποτε ο Shift Register εύναι ϋτοιμοσ να αποςτεύλει ϋνα καινούργιο frame. Αυτό ςυμβαύνει όταν ο Shift Register βρύςκεται ςε αδρϊνεια ό αμϋςωσ μετϊ την αποςτολό του stop bit του τελευταύου frame. Ο Receiver τησ USART αποτελεύται από ϋνα διπλό FIFO receive buffer, ϋναν ςειριακό Shift Register, Parity Checker, Control Logic και recovery units. Διπλόσ receive buffer ςημαύνει πωσ ο Receiver μπορεύ να δεχτεύ ωσ και δύο bytes τη φορϊ. Το δεύτερο θα περιμϋνει τη ςειρϊ του όςο το πρώτο αναγιγνώςκεται. Κϊτι τϋτοιο δεν ςυμβαύνει με τον write buffer. Δεν μπορεύ να «μπει ςτην αναμονό» ϋνα δεύτερο byte πριν ολοκληρωθεύ η αποςτολό του πρώτου. Οι ςχετικού καταχωρητϋσ και η λειτουργύα τουσ περιγρϊφονται ςυνοπτικϊ παρακϊτω. UDR0 USART I/O data register: εδώ γρϊφονται ό διαβϊζονται τα δεδομϋνα για αποςτολό ό που λαμβϊνονται αντύςτοιχα. Εδώ πραγματοποιούνται οι Receive Buffer (RXB) και Transmit Buffer (TXB), UDR0/RXB και UDR0/TXB αντύςτοιχα. 19

20 UCSR0A Bit RXC0 TXC0 UDRE0 FE0 DOR0 UPE0 U2X0 MPCM0 Read/Write R R/W R R R R R/W R/W initial value RXC0 : set ( 1 ) όταν λαμβϊνονται δεδομϋνα και clear ( 0 ) όταν διαβαςτούν. TXC0 : set ( 1 ) όταν αποςταλούν τα δεδομϋνα από τον Shift Register και δεν υπϊρχουν ϊλλα προσ εγγραφό ςτον transmit buffer UDR0. UDRE0 : set ( 1 ) όταν ο UDR0/ΤΧΒ εύναι ϊδειοσ και ϋτοιμοσ να δεχτεύ δεδομϋνα για αποςτολό. UCSR0B Bit RXCΙΕ0 TXCΙΕ0 UDRΙE0 RXEN0 TXEN0 UCSZ02 RXB80 TXB80 Read/Write R/W R/W R/W R/W R/W R/W R R/W initial value RXCIE0 RXEN0 TXEN0 : set ( 1 ) για ενεργοπούηςη του USART interrupt. : set ( 1 ) για την ενεργοπούηςη του USART Receiver. : set ( 1 ) για την ενεργοπούηςη του USART Transmitter. UCSR0C Bit UMCEL01 UMCEL00 UPM01 UPM00 USBS0 UCSZ01 UCSZ00 UCPOL0 Read/Write R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W initial value UCSZ00:1 : ο αριθμόσ των data bits ςε ϋνα frame, ςύμφωνα με τον Πύνακα USBS0 : ο αριθμόσ των stop bits, ςύμφωνα με τον Πύνακα UPM00:1 : parity mode. Προεπιλογό: χωρύσ parity. UMCEL00:1 : επιλογό του τρόπου λειτουργύασ. Προεπιλογό: αςύγχρονη. UCSZ00:1 data bits bit bit bit bit 100: bit Πίνακασ Ο αριθμόσ των data bits ςε ένα frame. 20

21 USBS0 stop bits 0 1-bit 1 2-bit Πίνακασ Ο αριθμόσ των stop bits Sleep mode Ο μc θα εκτελεύ κϊποιο πρόγραμμα εφόςον δοθεύ ανϊλογη εντολό από τον χρόςτη ςτο Labview. Εύναι λοιπόν λογικό ο μc να βρύςκεται όλη την υπόλοιπη ώρα ςε SLEEP MODE όπου λειτουργεύ με ελϊχιςτη κατανϊλωςη. Πίνακασ Λειτουργίεσ και αφυπνίςεισ από τα διάφορα sleep mode του ATmega168. Ο ΑΤmega168 ϋχει 5 διαφορετικϋσ επιλογϋσ SLEEP MODE για 5 διαφορετικούσ βαθμούσ αδρανοπούηςησ και φαύνονται ςτον Πύνακα Οι λειτουργύεσ που παύονται ό παραμϋνουν ςε κϊθε sleep mode καθορύζονται ουςιαςτικϊ από τα ρολόγια που παραμϋνουν ενεργϊ ςε κϊθε περύπτωςη. Το idle mode που χρηςιμοποιεύται ςτο ςύςτημϊ μασ, ςταματϊει την CPU αλλϊ αφόνει ςε λειτουργύα τα SPI, USART, analog comparator, ADC, 2-wire serial interface, timer/counters, watchdog, και τα interrupts. SMCR Εύναι ο καταχωρητόσ που ελϋγχει τα SLEEP MODE. Bit SM2 SM1 SM0 SE Read/Write R R R R R/W R/W R/W R/W initial value SM2:0 : τα 3 αυτϊ bit επιλϋγουν ϋνα από τα 5 SLEEP MODE. Η προεπιλογό (0) επιλϋγει το idle mode. SE : με set ( 1 ) ενεργοποιεύται το SLEEP MODE. Ο μc θα μπει ςτο επιλεγμϋνο SLEEP MODE όταν δοθεύ η εντολό sleep_mode(); 21

22 Το SLEEP MODE διακόπτεται από κϊποιο INTERUPT που καλεύ κϊποια ςυνϊρτηςη και ςυνεχύζει ςτην εκτϋλεςη τησ επόμενησ από το sleep εντολόσ Timer/Counter Τρεισ Timer/Counter (και οι τρεισ που διαθϋτει ο ATmega168) θα χρηςιμοποιηθούν για τη ςχεδύαςη του ςυςτόματόσ μασ. Ενδεικτικϊ περιγρϊφεται εδώ η λειτουργύα του Timer1. Αυτόσ εύναι 16bit, ενώ οι ϊλλοι 8bit, αλλϊ όλοι μετρϊνε με βϊςη τουσ παλμούσ ενόσ ρολογιού, εύναι δηλαδό ςύγχρονοι. Ο Timer/Counter2 ϋχει και τη δυνατότητα αςύγχρονησ λειτουργύασ που όμωσ δεν φϊνηκε χρόςιμη ς αυτό την εργαςύα. Το ρολόι με το οπούο μετρϊνε οι timers μπορεύ να εύναι εςωτερικό ό εξωτερικό. Εδώ θα χρηςιμοποιόςουμε το ρολόι του μc (εςωτερικό I/O clock) ςτο 1MHz. Αναλόγωσ πόςο γρόγορα θϋλουμε να μετρϊει ο counter ρυθμύζουμε και το ρολόι του. Η ρύθμιςη γύνεται διαιρώντασ το βαςικό ρολόι με 8, 64 κ.α. TCCR1B Εύναι ο καταχωρητόσ που ελϋγχει το ρολόι του Counter1. Bit ICNC1 ICES1 - WGM13 WGM12 CS12 CS11 CS10 Read/Write R/W R/W R R/W R/W R/W R/W R/W initial value CS12:10 : τα 3 αυτϊ bit επιλϋγουν την πηγό του ρολογιού και μύα από τισ 5 τιμϋσ του prescaler για το ρολόι του Counter, ςύμφωνα με τον Πύνακα CS12:10 clock source 000 no clock (timer stopped) 001 clk I/O /1 010 clk I/O /8 011 clk I/O / clk I/O / clk I/O / :111 external clock Πίνακασ Οι πηγέσ ρολογιού και prescalers για το ρολόι του Timer/Counter. Γρϊφοντασ τα CS12:CS10 ξεκινϊει/ςταματϊει και ο Counter, ανϊλογα αν ορύζεται κϊποιο ρολόι ό όχι (000). Κριτόριο για τη ρύθμιςη του ρολογιού του timer εύναι οι διαςτϊςεισ του χρόνου προσ μϋτρηςη. Mε 16bit ο timer1 μετρϊει μϋχρι το και με το βαςικό ρολόι (1MHz) το κϊνει αυτό ςε 66ms. Αν θϋλουμε λοιπόν να μετρόςουμε χρόνο τησ τϊξησ των μερικών sec θα πρϋπει να επιβραδύνουμε το ρολόι. 22

23 Ο 16-bit counter θα φτϊνει ςτη μϋγιςτη τιμό του ςε χρόνο t max prescaler. f clk Για τη μϋτρηςη του χρόνου Για clk I/O =1MHz και prescaler=1024 θα εύναι f timer =976,5625Hz και T timer =1024μs. 976,6 κύκλοι/sec 1,024 msec/κύκλο Ένα ϊλλο ςτοιχεύο των timers του μc εύναι οι δύο ςυγκριτϋσ Α,Β που ϋχει κϊθε ϋνασ από τουσ τρεισ timers του μc. Οι ςυγκριτϋσ αυτού χρηςιμεύουν ωσ flag για τον ϋλεγχο τησ τιμόσ του timer. Κϊθε ςυγκριτόσ εύναι ουςιαςτικϊ ϋνασ καταχωρητόσ που κρατϊει μια τιμό και ελϋγχει πότε ο timer θα φτϊςει αυτό την τιμό. TIMSK1 Εύναι ο καταχωρητόσ που ελϋγχει τα ςχετικϊ interrupts. Bit ICIE1 - - OCIE1B OCIE1A TOIE1 Read/Write R R R/W R R R/W R/W R/W initial value OCIE1B-A : με set ( 1 ) ενεργοποιεύται το interrupt του ςυγκριτό Β ό Α αντύςτοιχα. TCNT1 Η τιμό του timer1. R/W TCNT1[7:0] TCNT1 OCR1A/OCR1B Η τιμό του ςυγκριτό Α/B του timer1. R/W OCR1A[7:0] OCR1A R/W OCR1B[7:0] OCR1B TIFR1 Εύναι ο καταχωρητόσ με τα ςχετικϊ flag. Bit ICF1 - - OCF1B OCF1A TOV1 Read/Write R R R/W R R R/W R/W R/W initial value OCF1B-A : 1 όταν TCNT1=OCR1A-B αντύςτοιχα. Η κλόςη τησ ISR, γύνεται διαβϊζοντασ αυτό το bit. Μηδενύζονται εύτε αυτόματα μετϊ την κλόςη τησ ISR, εύτε από τον χρόςτη γρϊφοντασ 1 ςτην αντύςτοιχη θϋςη. 23

24 3.2.4 PWM Οι timer/counter του ATmega δύνουν και τη δυνατότητα παραγωγόσ παλμοςειρών PWM ςτισ εξόδουσ του OCnA και OCnB. Αυτό γύνεται ςτη ςύγκριςη του counter με τισ τιμϋσ των ςυγκριτών Α και Β αντύςτοιχα. Ο παραγόμενοσ παλμόσ εξαρτϊται από το mode λειτουργύασ του counter (WGM bits) και το mode τησ ςύγκριςησ (COM bits). Υπϊρχουν τϋςςερα mode λειτουργίασ: 1. Normal mode Ο μετρητόσ μετρϊει προσ τα πϊνω μϋχρι την ΜΑΧ τιμό και ξαναρχύζει από την BOTTOM. 2. CTC mode (Clear Timer on Compare match) Ο μετρητόσ μηδενύζεται μόλισ φτϊςει την τιμό OCR0A. 3. Fast PWM mode Ο μετρητόσ μετρϊει μϋχρι την TOP και ξαναρχύζει από την BOTTOM. Ωσ TOP μπορεύ να οριςτεύ εύτε η ΜΑΧ εύτε η OCR0A. Μπορεύ επύςησ να καθοριςτεύ αν ο OC0x θα γύνεται 1 ςτην TOP και 0 ςτην BOTTOM ό το αντύθετο. 4. Phase correct mode Ο μετρητόσ μετρϊει ςυνεχώσ από την BOTTOM ςτην TOP και από την TOP ςτην BOTTOM. Εύναι δηλαδό διπλόσ κλύςησ. Και εδώ η TOP μπορεύ να οριςτεύ από το χρόςτη, όπωσ και η ςυμπεριφορϊ του OC0x. Για την παραγωγό του PWM θα χρηςιμοποιόςουμε τον Timer/Counter0 ςτο Fast PWM mode. Οι OCnA/OCnB εύναι ςτην πραγματικότητα καταχωρητϋσ. Το αν το περιεχόμενό τουσ θα μεταφερθεύ ςτο αντύςτοιχο PIN του μc εξαρτϊται από το αν αυτό το PIN ϋχει δηλωθεύ ωσ ϋξοδοσ και αν ο PWM ϋχει πϊρει τον ϋλεγχο του pin. TCCR0A Bit COM0A1 COM0A0 COM0B1 COM0B0 - - WGM01 WGM00 Read/Write R/W R/W R/W R/W R R R/W R/W initial value COM0x1:0 : καθορύζουν την ςυμπεριφορϊ τησ εξόδου (set, clear, toggle) ςτα διϊφορα γεγονότα. H λειτουργύα των bit αυτών εξαρτϊται από το mode λειτουργύασ του PWM, δηλαδό τα WGM01:0 bits. Δεσ Πύνακα WGM01:0 : ςυνδυϊζονται με το WGM02 bit ςτον TCCR0B Register για να καθορύςουν την λειτουργύα του PWM. Αναλυτικϊ ςτον Πύνακα Συγκεκριμϋνα καθορύζουν: 1. την ακολουθύα τησ μϋτρηςησ 2. την πηγό για την TOP τιμό του μετρητό 3. το εύδοσ τησ PWM που θα χρηςιμοποιηθεύ 24

25 TCCR0B WGM02:0 mode λειτουργίασ TOP 000 Normal MAX 001 phase correct MAX 010 CTC OCR0A 011 Fast PWM MAX phase correct OCRn Fast PWM OCR0A Πίνακασ Σρόποι λειτουργίασ του PWM. Bit FOC0A FOC0B - - WGM02 CS02 CS01 CS00 Read/Write W W R R R/W R/W R/W R/W initial value WGM01:0 : ςυνδυϊζεται με τα WGM01:0 bits ςτον TCCR0A Register για να καθορύςουν την λειτουργύα του PWM. Αναλυτικότερα δεσ ςτον TCCR0A Register CS02:0 : καθορύζουν το ρολόι του Timer/Counter0. Αναλυτικότερα δεσ ςτην παρϊγραφο Timer/Counter και ςτον TCCR1B Register. mode λειτουργίασ COM0x1:0 Λειτουργία Normal/CTC Fast PWM phase correct WGM02=0 WGM02=1 WGM02=0 WGM02=1 00 OC0x αποςυνδεδεμϋνο 01 Toggle OC0x on compare match 10 Clear OC0x on compare match 11 Set OC0x on compare match 00 OC0x αποςυνδεδεμϋνο 01 OC0A αποςυνδεδεμϋνο Toggle OC0A on compare match 10 non-inverting 11 inverting 00 OC0x αποςυνδεδεμϋνο 01 OC0A αποςυνδεδεμϋνο Toggle OC0A on compare match 10 non-inverting 11 inverting *non-inverting (Fast PWM): Clear OC0x on compare match Reserved for OC0B Reserved for OC0B 25

26 inverting Set OC0x at BOTTOM (phase correct): Clear OC0x on compare match when up-counting Set OC0x on compare match when down-counting (Fast PWM): Set OC0x on compare match Clear OC0x at BOTTOM (phase correct): Set OC0x on compare match when up-counting Clear OC0x on compare match when down-counting Πίνακασ Η ςυμπεριφορά τησ εξόδου ςτον ακροδέκτη για τισ διάφορεσ λειτουργίεσ του PWM. TIMSK0 Εύναι ο καταχωρητόσ που ελϋγχει τα ςχετικϊ interrupts. Bit OCIE0B OCIE0A TOIE0 Read/Write R R R R R R/W R/W R/W initial value OCIE1B-A : με set ( 1 ) ενεργοποιεύται το interrupt του ςυγκριτό Β ό Α αντύςτοιχα. TCNT0 Η τιμό του timer0. R/W TCNT0[7:0] TCNT0 OCR0A/OCR0B Η τιμό του ςυγκριτό Α/B του timer0. R/W OCR0A[7:0] OCR0A R/W OCR0B[7:0] OCR0B Οι τιμϋσ των OCR0x ςυγκρύνονται ςυνεχώσ με τον TCNT0 και η ιςότητϊ τουσ μπορεύ να πυροδοτόςει το ανϊλογο interrupt ό ϋναν παλμό ςτην OC0x ϋξοδο ό και τα δύο Interrupts Τα interrupts εύναι μηχανιςμού ςτη λειτουργύα του μc που επιτρϋπουν την διακοπό τησ ροόσ τησ εκτϋλεςησ ενόσ προγρϊμματοσ για να μεταβεύ ςε κϊποια ϊλλη εκτϋλεςη κϊθε φορϊ που γύνεται ϋνα ςυγκεκριμϋνο ςυμβϊν. Έτςι υπϊρχουν πολλϊ interrupts ανϊλογα με το πιο ςυμβϊν τα πυροδοτεύ. Στην παρούςα εργαςύα θα χρηςιμοποιόςουμε δύο: USART interrupt: η ροό του προγρϊμματοσ διακόπτεται κϊθε φορϊ που ο μc δϋχεται μια εύςοδο από την ςειριακό επικοινωνύα. Αυτό to interrupt θα χρηςιμοποιηθεύ για να βγϊζει τον μc από το sleep mode, αλλϊ και για να διακόπτει την ςειρϊ εκτϋλεςησ του προγρϊμματοσ κϊθε φορϊ που ϋρχεται ςόμα από την ςειριακό (πχ STOP). Timer/Counter interrupt: Ουςιαςτικϊ θα χρηςιμοποιηθούν τϋςςερα interrupts ςχετικϊ με τουσ timers. H ροό του προγρϊμματοσ διακόπτεται κϊθε φορϊ που πραγματοποιεύται ϋνα από τα παρακϊτω ςυμβϊντα: Ο Timer1 φτϊνει την τιμό του 26

27 ςυγκριτό Α ό Β. Ο Timer1 φτϊνει την μϋγιςτη τιμό του (65535). Ο Timer2 φτϊνει την τιμό του ςυγκριτό Α. Κϊθε compiler ϋχει διαφορετικό τρόπο να αντιμετωπύζει τα interrupts. Ο AVR- GCC που χρηςιμοποιεύ το AVR studio περιλαμβϊνει τη διαχεύριςη των interrupts ςτη βιβλιοθόκη avr/interrupt.h που περιλαμβϊνει προςχεδιαςμϋνεσ ρουτύνεσ (ISR) με προςχεδιαςμϋνα ονόματα, τα ISR(routine_name_vector). Το τι θα κϊνει ο μc ςε κϊθε interrupt περιγρϊφεται από την αντύςτοιχη ςυνϊρτηςη (Interrupt Service Routine), πχ την ISR(USART_RX_vect) για τον USART interrupt και την ISR(TIMER1_COMPA_vect) για τον timer1 interrupt (ςε ςχϋςη με τον ςυγκριτό Α). Η ςυνϊρτηςη ISR(ADC_vect) εύναι για το interrupt του ADC. Τα interrupts δεν εύναι interruptable. Όταν ϋνα interrupt πυροδοτηθεύ ο CPU του μc αυτόματα απενεργοποιεύ το Global Interrupt Enable bit, αποκλεύοντασ ϋτςι την διακοπό του Interrupt. Υπϊρχει βϋβαια η δυνατότητα να επϋμβουμε ςτην αυτόματη λειτουργύα του μc και να ενεργοποιόςουμε το Global Interrupt Enable bit μϋςα ςτην ςυνϊρτηςη του Interrupt. Αυτό όμωσ θα αφόςει και πϊλι μερικούσ κύκλουσ του μc με τα interrupts απενεργοποιημϋνα. Για να ενεργοποιηθούν τα interrupts αμϋςωσ μόλισ εκτελεςτεύ κϊποιο ISR μπορούμε να χρηςιμοποιόςουμε την παρακϊτω δόλωςη του ISR: ISR(XXX_vect, ISR_NOBLOCK), όπου XXX το όνομα του αντύςτοιχου interrupt, πχ USART_RX. Όταν ϋνα Interrupt καλεςτεύ, κϊποιο flag ςηκώνεται και κατεβαύνει όταν εκτελεςτεύ το interrupt. Αν κϊποιο Interrupt ςυμβεύ κατϊ τη διϊρκεια εκτϋλεςησ ενόσ ϊλλου interrupt (ό του ύδιου) το flag θα ςηκωθεύ επιτρϋποντασ ϋτςι την εκτϋλεςη του δεύτερου interrupt αμϋςωσ μετϊ την ολοκλόρωςη του τρϋχοντοσ. Υπϊρχει όμωσ ο κύνδυνοσ να χαθούν όμοιεσ κλόςεισ interrupt αν αυτϋσ ακολουθούν η μύα την ϊλλη χωρύσ να προλαβαύνει τα ολοκληρωθεύ η εκτϋλεςη τησ προηγούμενησ. Γι αυτό πρϋπει οι ISR να εύναι όςο το δυνατόν πιο ςύντομεσ. Τϋτοιο πρόβλημα θα παρουςιαζόταν όταν το Labview ςτϋλνει τισ τιμϋσ των μεταβλητών ςτον μc μαζύ με την ταυτότητϊ τουσ (δεσ παρϊγραφο 3.3.1), όπου ςτϋλνονται δύο ό τρύα byte ςτη ςειρϊ. Η ανταπόκριςη τησ ISR εύναι φυςικϊ πιο αργό από την αποςτολό του Labview, ϋτςι θα περιμϋναμε μόνο τα δύο πρώτα bytes να καταγρϊφονται και τα υπόλοιπα να χϊνονται. Ο Receiver τησ USART, όμωσ, αποτελεύται από ϋνα διπλό FIFO receive buffer και ϋναν ςειριακό Shift Register. Αυτό ςημαύνει ότι μπορεύ να κρατούνται ωσ και τρύα αδιϊβαςτα byte κϊθε φορϊ (δύο ςτον buffer και ϋνα ςτον Shift Register). Το flag τησ USART (RXC0) ςηκώνεται ϊμα υπϊρχουν δεδομϋνα ςτον buffer. Έτςι με την αποςτολό τριών byte ςτη ςειρϊ: εξετϊζεται ο πρώτοσ καταχωρητόσ του buffer, εύναι γεμϊτοσ και ςηκώνεται το flag. Καλεύται η ISR και παρϊλληλα εξετϊζεται ο δεύτεροσ καταχωρητόσ του buffer. Το flag παραμϋνει ςηκωμϋνο και μόλισ ο μc βγει από την ISR, τα interrupts ενεργοποιούνται πϊλι και με το flag ςηκωμϋνο ξανακαλεύται η ISR. Παρϊλληλα ο Shift Register ςπρώχνει το byte του ςτον buffer και με τον ύδιο τρόπο ξανακαλεύται για τρύτη φορϊ η ISR. Τϋςςερα byte ςτη ςειρϊ θα προκαλούςαν Data OverRun. Διαφορετικό πρόβλημα αντιμετωπύςτηκε ςτην περύπτωςη του vacuum time. Όταν ενεργοποιούταν το vacuum ο Counter1 μηδενύζονταν και ορύζονταν η τιμό του ςυγκριτό Β. Στην περύπτωςη που το vacuum level επιτυγχανόταν πριν τη ςυμπλόρωςη του vacuum time, το ςχετικό interrupt απενεργοποιούταν, όμωσ το 27

28 flag του ςυγκριτό Β ςηκωνόταν όταν ϋφτανε ο μετρητόσ ςτην τιμό του και με την επόμενη ενεργοπούηςη του ςχετικού interrupt (ςε επόμενη ενεργοπούηςη του vacuum ) καλούταν κατευθεύαν η ςχετικό ISR. Έπρεπε λοιπόν να «ςβόνεται» και το flag του ςυγκριτό Β ςε κϊθε αρχικοπούηςη τησ vacuum Α/D Converter Θα χρηςιμοποιηθούν δύο από τισ ειςόδουσ του ADC του μc για την καταγραφό των τιμών τησ πύεςησ και τησ θερμοκραςύασ του φούρνου. Οι ADC αυτού ϋχουν: ακρύβεια 10bit (1024 τιμϋσ) ρολόι kHz και ολοκληρώνουν μια μετατροπό ςε 13 κύκλουσ ρολογιού, δηλαδό ςε μs. Ο ADC ϋχει ξεχωριςτό αναλογικό τροφοδοςύα V REF που δύνεται με τρεισ τρόπουσ: Από εςωτερικό τϊςη αναφορϊσ 1.1V, την AVCC ό με ειςαγωγό τϊςησ ςτον ακροδϋκτη AREF. Η τροφοδοςύα του καθορύζει και την ακρύβεια τησ μετατροπόσ γιατύ αυτό, όποια εύναι, διαιρεύται ςε 1024 ςτϊθμεσ. ADMUX Εύναι ο καταχωρητόσ για τισ επιλογϋσ του ADC. Bit REFS1 REFS0 ADLAR - MUX3 MUX2 MUX1 MUX0 Read/Write R/W R/W R/W R R/W R/W R/W R/W initial value REFS1:0 : επιλϋγεται η αναλογικό τροφοδοςύα του ADC (V REF ). Οι επιλογϋσ παρουςιϊζονται ςτον Πύνακα MUX3:0 : επιλϋγεται ποια αναλογικό εύςοδοσ ςυνδϋεται ςτον ADC με βϊςη τον Πύνακα REFS1:0 V REF 00 AREF 01 AVCC V Πίνακασ Επιλογή τησ τροφοδοςίασ του ADC. MUX3:0 αναλογική είςοδοσ 0000 ADC ADC ADC ADC ADC ADC5 Πίνακασ Επιλογή τησ ειςόδου του ADC. 28

29 ADCSRA Εύναι ο καταχωρητόσ ελϋγχου και κατϊςταςησ του ADC. Bit ADEN ADSC ADATE ADIF ADIE ADPS2 ADPS1 ADPS0 Read/Write R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W initial value ADEN : με set ( 1 ) ενεργοποιεύται ο ADC. ADCS : με set ( 1 ) ξεκινϊει η μετατροπό και γύνεται clear ( 0 ) αυτόματα μόλισ ολοκληρωθεύ. ADIF : γύνεται set ( 1 ) όταν το αποτϋλεςμα ϋχει γραφεύ και οι data registers εύναι ϋτοιμοι για ανϊγνωςη. ADIE : με 1 ενεργοποιεύται το ADC interrupt. ADPS2:0 : επιλϋγεται ο prescaler για το ρολόι του ADC, που πρϋπει να ϋχει τιμϋσ από kHz. Αναλυτικϊ ο καθοριςμόσ του prescaler ςτον Πύνακα ADPS2:0 division factor Πίνακασ Prescaler για το ρολόι του ADC. Χρηςιμοποιώντασ ρολόι CPU 1MHz ο πιο κατϊλληλοσ prescaler εύναι ο 8, που δύνει ρολόι ADC 125kHz. ADCL & ADCH Εύναι οι data registers του ADC ADC9 ADC8 ADC7 ADC6 ADC5 ADC4 ADC3 ADC2 ADC1 ADC Υπενθυμύζεται πωσ το αποτϋλεςμα εύναι 10bit. Το αποτϋλεςμα εύναι τελικϊ: VIN 1024 ADC ό V REF V IN ADC V 1024 REF 29

30 Οι τιμϋσ του ADC κυμαύνονται από 0x000 0x3FF με τη χαμηλότερη τιμό να εύναι η γεύωςη και η μεγαλύτερη V REF -1. Αυτό το διϊςτημα διαιρεύται ςε 1024 τιμϋσ (ςτϊθμεσ). Αυτό ςημαύνει 4,882mV/ςτϊθμη για V REF =5V. Για τη μϋτρηςη τησ θερμοκραςύασ Το θερμοζεύγοσ μασ δύνει 10mV/ o C, αλλϊ το κύκλωμϊ μασ παύρνει τελικϊ 9,87mV/ o C που ςημαύνει 1/9,87=0,101 o C/mV. Δηλαδό θα παύρνουμε 0,493 ο C/ςτϊθμη ό 1/0,493= 2,028 ςτϊθμεσ/ o C. 4,882 mv/ςτϊθμη 9,870 mv/ o C 0,101 o C/mV 0,493 ο C/ςτϊθμη 2,028 ςτϊθμεσ/ o C 3.3 Κώδικασ C Ο κώδικασ περιλαμβϊνει 3 τμόματα: Τισ δηλώςεισ, τη βαςικό ςυνϊρτηςη (main) και τισ διϊφορεσ ςυναρτόςεισ. Στισ δηλώςεισ περιλαμβϊνονται επικεφαλύδεσ για τη χρόςη διαφόρων βιβλιοθηκών, δηλώςεισ ςταθερών, ςυναρτόςεων και μεταβλητών. Η main περιλαμβϊνει εντολϋσ που εκτελούνται μια φορϊ εφϊπαξ και το πολύ ςημαντικό τμόμα τησ διαχεύριςησ των exceptions (δεύτε παρακϊτω). Όλεσ οι λειτουργύεσ του προγρϊμματοσ εκτελούνται από τισ ςυναρτόςεισ, μεταφερόμενο από ςυνϊρτηςη ςε ςυνϊρτηςη. Ο μc ξεκινϊει όςεσ ςυςκευϋσ χρειϊζονται και μπαύνει ςε sleep mode. Το sleep mode διακόπτεται από δύο ςυςκευϋσ. Καταρχϊσ διακόπτεται ςταθερϊ κϊθε 0,2s από τον timer2 για να πϊρει από τον ADC ϋνα ζεύγοσ μετρόςεων (θερμοκραςύα και πύεςη). Η επιλογό των 0,2s ϋγινε με τρόπο που να ςυνδυϊζει δύο αντύθετεσ απαιτόςεισ. Να εύναι αρκετϊ μικρό ώςτε να δύνει ςτον χρόςτη την αύςθηςη τησ ςυνεχούσ και ομαλόσ μεταβολόσ των ενδεύξεων θερμοκραςύασ και πύεςησ, αλλϊ να εύναι και αρκετϊ μεγϊλη ώςτε να δύνει εντωμεταξύ ςτον μc το χρονικό περιθώριο να εκτελεύ κι ϊλλεσ ςύνθετεσ λειτουργύεσ χωρύσ πολλϋσ διακοπϋσ. Διακόπτεται ϋπειτα από την USART όποτε ϋχει δεχτεύ νϋα δεδομϋνα, όποτε ςτϋλνει δηλαδό ο χρόςτησ από το Labview μύα εντολό. Αναλόγωσ την εντολό το πρόγραμμα παύρνει διαφορετικό τροπό και επιςτρϋφει ςτη sleep mode μετϊ την περϊτωςό τησ mode virtual register Τα ςόματα που λαμβϊνει ο μc από το PC διακόπτουν τη ροό του κώδικα και ςκανδαλύζουν την ςυνϊρτηςη ISR(USART_RX_vect). Όςο διϊςτημα εκτελεύται η ςυνϊρτηςη αυτό, δεν μπορεύ να προκληθεύ νϋα διακοπό λόγω νϋασ ειςόδου από τη ςειριακό θύρα. Η εντολό τησ διακοπόσ κρατεύται ςε κϊποιον καταχωρητό, αλλϊ νϋα διακοπό θα γύνει όποτε ο μc τελειώςει με την εκτϋλεςη τησ ISR. Για να μπορεύ ο μc να επεξεργϊζεται τισ εντολϋσ την ςτιγμό που ςυντελούνται, αλλϊ και για να μη χϊνει εντολό, θα πρϋπει η ISR να εύναι όςο πιο ςύντομη γύνεται. Εύναι λοιπόν απαραύτητο οι ςυναρτόςεισ τισ οπούεσ διαχειρύζονται οι εντολϋσ να μην καλούνται απευθεύασ, μϋςα ςτην ISR δηλαδό, αλλϊ να καλούνται ϋξω από την ISR, μετϊ την ολοκλόρωςό τησ. Για την αντιμετώπιςη αυτού του ζητόματοσ αντιγρϊφτηκε ο τρόποσ με τον οπούο και ο ύδιοσ ο μc λειτουργεύ. Δημιουργόθηκε ϋνασ «εικονικόσ καταχωρητόσ», ο mode virtual register 1, η τιμό του οπούου περιγρϊφει την κατϊςταςη των διαφόρων ςημϊτων ειςόδου του μc για χρόςη από οποιαδόποτε θϋςη μϋςα ςτον κώδικα. 30

31 mode virtual register 1 Bit initial value EXIT hold timer skip Ncool skip vacuum hold temp check vac check START/STOP START/STOP : set ( 1 ) ςημαύνει ότι ϋχει ϋρθει εντολό για εκκύνηςη του αυτόματου προγρϊμματοσ, ενώ clear ( 0 ) ότι ϋχει ϋρθει ςόμα για εγκατϊλειψη του προγρϊμματοσ. vac check : set ( 1 ) ςημαύνει ότι ϋχει ϋρθει εντολό για εκκύνηςη τησ εκκϋνωςησ του θαλϊμου του φούρνου. temp check : set ( 1 ) ςημαύνει ότι ϋχει ϋρθει ςόμα για την εκκύνηςη τησ θϋρμανςησ του φούρνου. hold : set ( 1 ) ςημαύνει ότι ϋχει ϋρθει ςόμα για την διατόρηςη τησ μϋγιςτησ θερμοκραςύασ. skip vacuum : set ( 1 ) ςημαύνει ότι ϋχει ϋρθει ςόμα για την παρϊκαμψη τησ κϋνωςησ του θαλϊμου κατϊ το αυτόματο πρόγραμμα. skip Ncool : set ( 1 ) ςημαύνει ότι ϋχει ϋρθει ςόμα για την παρϊκαμψη του ςυςτόματοσ ψύξησ με ϊζωτο κατϊ το αυτόματο πρόγραμμα. hold timer : set ( 1 ) ςημαύνει ότι ϋχει παρϋλθει το hold time. ΕΧΙΣ : set ( 1 ) ςημαύνει ότι ϋχει ϋρθει ςόμα EXIT. Ένασ δεύτεροσ εικονικόσ καταχωρητόσ, ο mode virtual register 2, κϊνει την ύδια δουλειϊ ςτην αντιςτούχιςη των πολλών τιμών που μεταφϋρει η ςειριακό με τα ςωςτϊ μεγϋθη. Κι αυτό επειδό δεν υπϊρχει τρόποσ να ξϋρει ο μc το νούμερο που διαβϊζει ςτη USART ςε ποια μεταβλητό αντιςτοιχεύ. Από την τιμό του mode virtual register 2 καθορύζεται ςε ποια μεταβλητό θα αποδοθεύ το επόμενο byte ςτη ςειριακό, όπωσ ςτον Πύνακα Ειδικό ςχεδύαςη απαιτεύ η vac level που παύρνει τιμϋσ ωσ και 1000 (mbar) και ςυνεπώσ χρειϊζεται 2 byte. Ο μc διαβϊζει με το ύδιο mode2 δύο byte, αλλϊζοντασ από τη μύα φορϊ ςτην ϊλλη την τιμό ενόσ ελεύθερου ακροδϋκτη (PD2). bits 2:0 επόμενο byte ςτη ςειριακό vac time 010 vac level 011 ramp rate 100 safe temp 101 max temp 110 hold time Πίνακασ mode virtual register 2 31

32 Ο τρόποσ που γύνεται η ταυτοπούηςη εύναι παύρνοντασ παρϊδειγμα από τον τρόπο που λύνεται η διευθυνςιοδότηςη ςτα δύκτυα υπολογιςτών. Εύτε ϋνα frame μεταφϋρει και επικεφαλύδα με τη διεύθυνςη του παραλόπτη, εύτε περιλαμβϊνονται ϊνω του ενόσ frame ςε κϊθε πακϋτο δεδομϋνων, όπου τότε ϋνα από αυτϊ περιλαμβϊνει ςτοιχεύα διεύθυνςησ. Η USART του μc μπορεύ να υποςτηρύξει frame με 9 data bits, αλλϊ ακόμα και τότε θα μπορούςαν ςτην καλύτερη περύπτωςη να δεςμευτούν 2 bits για την ταυτότητα του αριθμού. Όμωσ ϋχουμε ϋξι μεταβλητϋσ, ϋξι ταυτότητεσ που απαιτούν 3 bits. Η λύςη που υιοθετόθηκε εύναι να ςτϋλνονται 2 byte ςε κϊθε πακϋτο με το πρώτο να περιλαμβϊνει την ταυτότητα και το δεύτερο την τιμό Μεταπήδηςη setjmp.h Πρόκειται για μια βιβλιοθόκη τησ C που μασ επιτρϋπει την μεταπόδηςη ςε ϊλλο ςημεύο του κώδικα. Η χρόςη για την οπούα δημιουργόθηκε εύναι η διαχεύριςη ςφαλμϊτων, αλλϊ ς αυτόν τον κώδικα χρηςιμοποιεύται για την εγκατϊλειψη τησ κανονικόσ ςειρϊσ εκτϋλεςησ του κώδικα. Αυτό που ουςιαςτικϊ γύνεται εύναι κϊτι ςαν backup. Υπϊρχουν τρεισ παρϊγοντεσ ςτη βιβλιοθόκη setjmp.h: δύο ςυναρτόςεισ (setjmp & longjmp) και μύα μεταβλητό jmp_buf η οπούα εύναι μια δομή. Η setjmp εύναι η ςυνϊρτηςη-οριςμόσ και η longjmp εύναι η ςυνϊρτηςη που καλεύ την setjmp. H setjmp δϋχεται ωσ όριςμα την μεταβλητό jmp_buf και επιςτρϋφει 0 αν καλεςτεύ απευθεύασ (ςτην ςειρϊ τησ κατϊ την εκτϋλεςη του κώδικα). Τότε ςτη μεταβλητό jmp_buf αποθηκεύονται τα λεγόμενα calling environment και signal mask. Το calling environment εύναι η κατϊςταςη των καταχωρητών και το ςημεύο του κώδικα ςτο οπούο ϋγινε το κϊλεςμα. Όταν η longjmp καλϋςει την setjmp η πληροφορύα αποθηκευμϋνη ςτην jmp_buf αντιγρϊφεται πύςω ςτον επεξεργαςτό και ςυνεχύζεται η εκτϋλεςη του προγρϊμματοσ από το ςημεύο που όταν αποθηκευμϋνο ςτην jmp_buf, δηλαδό από το ςημεύο πρώτησ κλόςησ τησ setjmp. Γι αυτόν ακριβώσ τη λειτουργύα τησ επιλϋγεται. Η longjmp δϋχεται ωσ ορύςματα την jmp_buf και για δεύτερο όριςμα την τιμό που θα επιςτρϋψει η setjmp και επιςτρϋφει την setjmp. Άρα η setjmp επιςτρϋφει 0 ςτην περύπτωςη απευθεύασ κλόςησ και την τιμό του δεύτερου ορύςματοσ τησ longjmp ςτην περύπτωςη κλόςησ από την longjmp. Αυτό μασ επιτρϋπει τη διϊκριςη μεταξύ διαφόρων κλόςεων τησ longjmp. Στον κώδικϊ μασ πραγματοποιούνται τϋςςερισ διαφορετικϋσ κλόςεισ τησ longjmp: setjmp κλήςη 8 ΕΧΙΤ 1 STOP 2 VACUUM 3 RAMP Οι κλόςεισ γύνονται μϋςω τησ ςυνϊρτηςησ EXCEPT_func, η οπούα εξετϊζει την περύπτωςη τησ κλόςησ και καλεύ την setjmp (μϋςω τησ longjmp) αποδύδοντϊσ τησ την αντύςτοιχη τιμό. Ο επεξεργαςτόσ επιςτρϋφει ςτο ςημεύο που ορύςτηκε η setjmp (ςτη main) και εκτελεύ διαφορετικό κώδικα για κϊθε ξεχωριςτό περύπτωςη κλόςησ. Μετϊ την εκτϋλεςη τησ κλόςησ ο επεξεργαςτόσ ςυνεχύζει την εκτϋλεςη του κώδικα που βρύςκεται ςτη ςειρϊ και δεν επιςτρϋφει πύςω ςτο ςημεύο τησ κλόςησ. 32

33 3.3.3 Διαχείριςη μεταβλητών ςε κώδικα με interrupts Η ύπαρξη των interrupts ειςϊγει μια ιδιομορφύα ςτην εκτϋλεςη του κώδικα η οπούα μπορεύ να δημιουργεύ διϊφορα προβλόματα. Σ αυτό την εργαςύα αντιμετωπύςτηκαν προβλόματα που αφορούν ςτη ςωςτό εγγραφό και ανϊγνωςη των μεταβλητών. Volatile μεταβλητέσ Καλό εύναι οι μεταβλητϋσ που ανταλλϊςςονται μεταξύ των interrupt vectors και ϊλλων ςυναρτόςεων να εύναι volatile προκειμϋνου να αποφευχθούν «κωλύματα» κατϊ την εκτϋλεςη του κώδικα. Με τη δόλωςη τησ μεταβλητόσ ωσ volatile ο μc «ενημερώνεται» ότι η μεταβλητό μπορεύ να αλλϊζει εκτόσ τησ κανονικόσ ροόσ του κώδικα, οπότε παύρνει μϋτρα για επαναφόρτωςη τησ τιμόσ τησ κϊθε φορϊ. Atomic access Όταν ςυμβαύνει ϋνα interrupt ο μc αφόνει ό,τι ϋκανε για να αςχοληθεύ με το interrupt. Πρώτα όμωσ θα ολοκληρώςει όποια εντολό μηχανόσ εκτελούςε εκεύνη τη ςτιγμό. Να ςημειωθεύ εδώ ότι μια απλό εντολό C μπορεύ να περιϋχει αρκετϋσ εντολϋσ μηχανόσ. Οπότε μύα απλό εντολό C μπορεύ να διακοπεύ από το interrupt. Υπϊρχουν όμωσ εντολϋσ C που πρϋπει να εκτελεςτούν ολόκληρεσ ό να μην εκτελεςτούν καθόλου. Για να εξαςφαλιςτεύ αυτό θα πρϋπει τα interrupts να απενεργοποιούνται πριν από την εντολό και να ενεργοποιούνται ξανϊ αμϋςωσ μετϊ. Ο όροσ atomic access αναφϋρεται ςτην απαγόρευςη τησ ςυγκεκριμϋνησ εντολόσ ό κομματιού του κώδικα να διακοπεύ από κϊποιο interrupt. Τϋτοιο ζότημα αντιμετωπύςτηκε με την ανϊγνωςη μεταβλητών 16bit, που γύνεται ςε δύο χρόνουσ αφού η τιμό τησ ςυνύςταται ςτο concatenate δύο 8bit καταχωρητών. Θεωρεύςτε το παρϊδειγμα όπου μια 16bit μεταβλητό μεταβϊλλεται μϋςα ςε μύα ISR και διαβϊζεται μϋςα ςτη main. Υπϊρχει η περύπτωςη τη ςτιγμό για παρϊδειγμα που var=0x100 να αποπειραθεύ η ανϊγνωςό τησ. Θα διαβαςτεύ πρώτα το low byte και θα βγει 0. Πριν όμωσ διαβαςτεύ το high byte τυχαύνει να εκτελεςτεύ η ISR που μεταβϊλλει τη μεταβλητό κατϊ 1: var=0xff. Το high byte θα διαβαςτεύ μετϊ την ολοκλόρωςη τησ ISR και το αποτϋλεςμα θα εύναι var=0! Τϋτοια προβλόματα, επιβϊλουν, οι 16bit μεταβλητϋσ που ανταλλϊςςονται μεταξύ των ISR και ϊλλων ςυναρτόςεων τησ main να αντιμετωπύζονται με atomic access, επιπροςθϋτωσ τησ δόλωςόσ τουσ ωσ volatile. Η αδιϊκοπτη εκτϋλεςη ενόσ κώδικα εξαςφαλύζεται από την ςυνϊρτηςη ATOMIC_BLOCK ςτη βιβλιοθόκη util/atomic.h. Η λειτουργύα τησ ςυνύςταται ςτην αυτόματη διαχεύριςη του Global Interrupt Status (I) bit ςτον SREG καταχωρητό. Η ATOMIC_BLOCK περικλεύει τον κώδικα που θα εκτελεςτεύ αδιϊκοπτοσ και παύρνει δύο ορύςματα (macro parameters): τα ATOMIC_FORCEON και ATOMIC_RESTORESTATE Η κένωςη Η εκτϋλεςη τησ εντολόσ τησ κϋνωςησ γύνεται ςε 2 χρόνουσ. Πρώτοσ χρόνοσ (VACUUM): Όταν ϋρθει η εντολό τησ κϋνωςησ από το Labview ο μc ανούγει την αντύςτοιχη ϋξοδο (PD3) που ανούγει την βαλβύδα κενού και καλεύται η ςυνϊρτηςη VACUUM. Η ςυνϊρτηςη αυτό αρχικοποιεύ τον timer1 που μετρϊει το vactime, θϋτει mode1 =(1<<1) ( 1 ςτη θϋςη 1) και βγαύνει από την ISR του USART. Δεύτεροσ χρόνοσ (VAC_check): Το mode1 καλεύ τη ςυνϊρτηςη VAC_check η οπούα διαβϊζει την τιμό τησ πύεςησ από τον ADC (vacval) και τη ςυγκρύνει με την τιμό 33

34 τησ vaclev. Επαναλαμβϊνει αυτό τη διαδικαςύα όςο vacval>vaclev. Όταν η ςυνθόκη ικανοποιηθεύ απενεργοποιεύται το interrupt του ςυγκριτό και ο ύδιοσ ο timer1 και mode1&=~(1<<1) ( 0 ςτη θϋςη 1) για να μην ξανακαλεςτεύ η VAC_check. Η ςυνϊρτηςη VAC_check μπορεύ να διακοπεύ πριν ικανοποιηθεύ η ςυνθόκη με δύο τρόπουσ. Ο ϋνασ εύναι να διακόψει ο χρόςτησ την κϋνωςη κατεβϊζοντασ ςτο Labview τον διακόπτη που την ϊρχιςε. Σ αυτό την περύπτωςη η VAC_check διακόπτεται από την ISR τησ USART η οπούα κλεύνει την αντύςτοιχη ϋξοδο (PD3) και καλεύ την EXCEPT_func. Αυτό οδηγεύ πύςω ςτη main, όπου γύνεται mode1&=~(1<<1), απενεργοποιεύται το interrupt του ςυγκριτό και ο ύδιοσ ο timer1 και δεν ξαναγυρνϊει πύςω ςτην VAC_check να ολοκληρώςει αυτό που ϊρχιςε. Αυτό εύναι η πολύτιμη υπηρεςύα τησ βιβλιοθόκησ setjmp.h. Ο ϊλλοσ τρόποσ εύναι να εξαντληθεύ ο χρόνοσ vactime και η VAC_check να διακοπεύ από την ISR του ςυγκριτό Α του timer1. Εκεύ ςτϋλνεται ςόμα (17) ςτο Labview το οπούο πετϊει το προβλεπόμενο μόνυμα και κατεβϊζει μόνο του το διακόπτη vacuum. Η κύνηςη του διακόπτη ςτϋλνει ςόμα πύςω ςτον μc και βριςκόμαςτε πϊλι ςτο ύδιο ςημεύο τησ ISR τησ USART που καλεύται η EXCEPT_func Η θέρμανςη Με ανϊλογο τρόπο γύνεται και η λειτουργύα τησ θϋρμανςησ. Ολοκληρώνεται ςε 3 ό 5 χρόνουσ ανϊλογα αν υπϊρχει και η επιλογό hold. Πρώτοσ χρόνοσ (TEMP_ramp): Με την εντολό τησ θϋρμανςησ ο μc καλϋι την TEMP_ramp, η οπούα αντύςτοιχα με τη VACUUM αρχικοποιεύ τη θϋρμανςη. Δηλαδό αρχικοποιεύ τον timer0 που παρϊγει τουσ PWM, ςηκώνει το ςημαιϊκι mode1 =(1<<2) ( 1 ςτη θϋςη 2) και βγαύνει από την ISR του USART. Δεύτεροσ χρόνοσ (TEMP_check): Το ςημαιϊκι ςτο mode1 καλεύ τη ςυνϊρτηςη TEMP_check η οπούα διαβϊζει την τιμό τησ θερμοκραςύασ από τον ADC (tempval) και τη ςυγκρύνει με την τιμό τησ maxtemp. Επαναλαμβϊνει αυτό τη διαδικαςύα όςο tempval< maxtemp. Όταν η ςυνθόκη ικανοποιηθεύ ελϋγχεται αν εύναι ενεργοποιημϋνο το hold (mode1&(1<<3)) και καλεύται η ςυνϊρτηςη HOLD. Αλλιώσ απενεργοποιεύται ο timer0-pwm και ςτϋλνεται ςόμα (128) ςτο Labview ότι ολοκληρώθηκε η ρϊμπα. Τρύτοσ χρόνοσ (EXCEPT_func):Το Labview κλεύνει το διακόπτη τησ θϋρμανςησ και επιςτρϋφει το ύδιο ςόμα που τον ϊνοιξε. Από την ISR τησ USART καλεύται η EXCEPT_func και γυρύζουμε ςτη main με setjump=3. Εκεύ γύνεται mode1&=~(1<<1) ( 0 ςτη θϋςη 1) για να μην ξανακαλεςτεύ η TEMP_check, απενεργοποιεύται ο timer0-pwm (αυτό για την περύπτωςη που η θϋρμανςη διακοπεύ) και καλεύται η SAFETEMP_check. Τϋταρτοσ χρόνοσ (HOLD): Αν καλεςτεύ η ςυνϊρτηςη HOLD από τον δεύτερο χρόνο: Αρχικοποιεύται ο timer1 που μετρϊει το holdtime και ϋπειτα ελϋγχεται διαρκώσ αν η θερμοκραςύα εύναι μεγαλύτερη ό μικρότερη τησ maxtemp και αποςυνδϋεται ό ςυνδϋεται αντύςτοιχα ο PWM από τον ακροδϋκτη. Αυτό επαναλαμβϊνεται μϋχρι την εξϊντληςη του χρόνου holdtime. Όταν αυτό ςυμβεύ, απενεργοποιούνται οι timer0 & timer1, γύνεται mode1&=~(1<<6) και ςτϋλνεται ςόμα ςτο Labview ότι ολοκληρώθηκε η θϋρμανςη. Ακολουθεύ μετϊ από δω ο ϋβδομοσ χρόνοσ. Πϋμπτοσ χρόνοσ (SAFETEMP_check): Διαβϊζεται η τιμό τησ θερμοκραςύασ από τον ADC (tempval) και ςυγκρύνεται με την safetemp. Επαναλαμβϊνεται η διαδικαςύα όςο tempval>safetemp. Όταν tempval<safetemp ςτϋλνεται ςόμα (65) το Labview ότι ϋχει επιτευχτεύ η safetemp. 34

35 Η θϋρμανςη μπορεύ να διακοπεύ ανϊ πϊςα ςτιγμό από το χρόςτη κατεβϊζοντασ το διακόπτη start temperature ramp ςτο Labview. Τότε καλεύται η EXCEPT_func και περνϊει το πρόγραμμα ςτον τρύτο χρόνο. ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Στισ ςυναρτόςεισ TEMP_check και HOLD ο χρόνοσ δειγματοληψύασ (Ts) γύνεται από 200ms, 50ms, για να υπϊρχει καλύτεροσ ϋλεγχοσ τησ θερμοκραςύασ, μιασ και τόςο η ρϊμπα, όςο και το πλατό εύναι ςημαντικό να εύναι ακριβεύασ Η μέτρηςη του χρόνου Οι χρόνοι που χρειϊζεται να μετρηθούν εύναι ουςιαςτικϊ δύο: το vac time και το hold time. Το πρώτο αφορϊ ςε χρόνουσ από 10 ωσ 100 sec και το δεύτερο ςε χρόνουσ από 1 ωσ 1024 min. Για τη μϋτρηςη των χρόνων αυτών επιλϋχτηκε Ο Timer1 που εύναι ο μόνοσ 16bit και μετρϊει με αυτϊ τα 16 bits μϋχρι περύπου 67sec (δεσ και παρϊγραφο Timer/Counter). Συνεπώσ δεν αρκεύ ϋνασ πλόρησ κύκλοσ του Timer1 για τη μϋτρηςη κανενόσ απ τουσ δύο χρόνουσ. Για τη μϋτρηςη του vac time ο μc πρϋπει να μετρόςει μϋχρι το Χρειϊζεται γι αυτό το 17 ο bit. Πρώτα ο Timer1 μετρϊει μϋχρι τον αριθμό που εκφρϊζουν τα 16 πρώτα bits και ελϋγχει αν το 17 ο bit εύναι 1 ό όχι. Αν δεν εύναι όλα καλϊ, αν εύναι 1 ξαναξεκινϊει αμϋςωσ μετϊ μϋτρηςη μϋχρι το Για τη μϋτρηςη του hold time ενεργοποιεύται το overflow interrupt του Timer1 (όταν φτϊςει τη μϋγιςτη τιμό του). Ο hold time ςε sec διαιρεύται με το χρόνο ενόσ πλόρη κύκλου του Timer1 (67,1sec). Το ακϋραιο μϋροσ τησ διαύρεςησ δύνει το πλόθοσ των πλόρη κύκλων (μϋχρι τη μϋγιςτη τιμό του) που πρϋπει να κϊνει ο Timer1. Το δεκαδικό υπόλοιπο δύνει το περύςςευμα που πρϋπει να μετρηθεύ. Αυτό μετατρϋπεται ςε κύκλουσ ρολογιού του Timer1 και αποδύδεται ςτην τιμό του ςυγκριτό Β του Timer1. Στην ISR του ςυγκριτό Β γύνεται ο ϋλεγχοσ αν το ακϋραιο μϋροσ εύναι διϊφορο του μηδενόσ και εύτε ολοκληρώνεται η μϋτρηςη εύτε επανεκκινεύται ο Timer1 και ενεργοποιεύται το overflow interrupt. Σε κϊθε ISR του overflow interrupt η μεταβλητό timercycles αυξϊνει κατϊ ϋνα. Η μϋτρηςη ολοκληρώνεται όταν timercycles= ακϋραιο μϋροσ. Σε κϊθε περύπτωςη το 7 ο bit του mode virtual register 1 «ςηκώνεται» για να δηλώςει την ολοκλόρωςη τησ μϋτρηςησ την αναμονή Όταν τερματύζεται το πρόγραμμα, με το πλόκτρο EXIT, ο μc παύρνει την εντολό να διακόψει τη λειτουργύα του timer2, ο οπούοσ επανεκκινεύται με την ϋναρξη του προγρϊμματοσ. Έτςι ο μc θα βρύςκεται διαρκώσ ςε sleep mode μϋχρι την επόμενη ϋναρξη του προγρϊμματοσ, μιασ και ο timer2 και η ςειριακό εύναι τα μοναδικϊ που «ξυπνϊνε» τον μc. Αυτό το κϊνουμε γιατύ ο μc θα μϋνει πιθανώσ ςτο ρεύμα αρκετϋσ ώρεσ τη μϋρα ό και αρκετϋσ μϋρεσ, χωρύσ να λειτουργεύ η ςυςκευό, οπότε δεν θα χρειϊζεται να εκτελεύ καμύα από τισ ςυνηθιςμϋνεσ εργαςύεσ του. Εκτόσ από ζητόματα εξοικονόμηςησ ενϋργειασ, η διακοπό τησ λειτουργύασ ϋνδειξησ θερμοκραςύασ και πύεςησ εύναι απαραύτητη γιατύ αλλιώσ υπερχειλύζει το buffer ειςόδου του Labview και καταρρϋει η ςειριακό με την επόμενη εκκύνηςη. 35

36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο Σο LabView Το LabView (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) εύναι ϋνα λογιςμικό «εικονικόσ ενοργϊνωςησ», αντικαθιςτϊ δηλαδό με το PC τα παραδοςιακϊ ςυςτόματα μϋτρηςησ και ελϋγχου, ςε βαθμό που να ξεπερνϊ κιόλασ τισ ικανότητϋσ τουσ. Επιπλϋον πλεονεκτόματα τησ «εικονικόσ ενοργϊνωςησ» αποτελεύ η μειωμϋνη δαπϊνη τησ ςυντόρηςησ των ςυςτημϊτων τησ καθώσ και η ϊμεςη τροποπούηςη ό επϋκταςό τουσ κϊτω από τισ νϋεσ απαιτόςεισ του ςύγχρονου προγραμματιςτικού ςχεδιαςτικού ελϋγχου. Η ςχεδύαςη του ςυςτόματοσ ςτο LabView γύνεται ςτο προγραμματιςτικό περιβϊλλον τησ γραφικόσ γλώςςασ G, η οπούα ξεφεύγει από την παραδοςιακό φύςη των γλωςςών προγραμματιςμού που κϊνουν χρόςη λεκτικών εντολών. Στην γλώςςα προγραμματιςμού G, ο προγραμματιςμόσ επιτυγχϊνεται ςε διαγραμματικϊ μπλοκ. Αφού πραγματοποιηθούν τα διαγρϊμματα, το LabView τα μεταφρϊζει ςε κώδικα μηχανόσ. Για τη ςυλλογό μετρόςεων και τον ϋλεγχο οργϊνων το LabView υποςτηρύζει τα πρωτόκολλα RS-232/422/485, IEEE488(GPIB), VISA, PXI, VXI, καθώσ επύςησ και κϊρτεσ δειγματοληψύασ. Ένα πρόγραμμα Labview περιλαμβϊνει δύο panel. Ένα ςτο οπούο γύνεται το προγραμματιςτικό κομμϊτι και ϋνα το οπούο εύναι το interface με το χρόςτη, ό αλλιώσ το panel του εικονικού οργϊνου. Αυτό το βλϋπουμε ςτην Εικόνα 4-1. Εικόνα 4-1 Σο panel του Labview. 36

37 Περιλαμβϊνει 9 controls παραμϋτρων: max temp, hold, hold time, safe temp, ramp rate, vac level, vac time, skip vacuum, skip Ncool. Από το μεγϊλο πρϊςινο START ξεκινϊει και ςταματϊει το αυτόματο πρόγραμμα. Έχει 7 διακόπτεσ για χειροκύνητο ϋλεγχο: lift, vacuum, purge, EHT, oven, cool, start/stop temperature ramp. Περιλαμβϊνει 7 led ϋνδειξησ των λειτουργιών τησ ςυςκευόσ και ενδεύξεισ για τη θερμοκραςύα και την πύεςη ςε κϊθε ςτιγμό. Περιλαμβϊνει διϊγραμμα θερμοκραςύασ με το χρόνο, που καταγρϊφει κϊθε θϋρμανςη του φούρνου και τουσ υπολογιςμούσ για τη ρϊμπα και το πλατό. Ξεκινϊει με την εκκύνηςη τησ θϋρμανςησ και τερματύζει με τον τερματιςμό τησ. Το διϊγραμμα «καθαρύζεται» κϊθε φορϊ που ξεκινϊει το αυτόματο πρόγραμμα ό χειροκύνητα η θϋρμανςη, για να καταγρϊψει τη νϋα θϋρμανςη. Μπορεύ να «καθαριςτεύ» οποιαδόποτε ϊλλη ςτιγμό από το πλόκτρο CLEAR CHART. Από το visa resource name γύνεται η επιλογό τησ USB θύρασ μϋςω τησ οπούασ υλοποιεύται η επικοινωνύα με τον μc. Το πλόκτρο EXIT τερματύζει το πρόγραμμα. Οι 7 διακόπτεσ του χειροκύνητου ελϋγχου και το START ελϋγχονται και από πλόκτρα του υπολογιςτό, ςύμφωνα με την αντιςτούχιςη: Διακόπτησ Πλόκτρο Διακόπτησ Πλόκτρο lift F1 oven F5 vacuum F2 cool F6 purge F3 ramp F7 EHT F4 START HOME Το κύριο ςώμα του προγρϊμματοσ που ςχεδιϊςτηκε αποτελεύται από 3 μϋρη, που μπορεύ να τα βρει ο αναγνώςτησ ςτο Παρϊρτημα Γ. Το πρώτο αφορϊ ςτην εγγραφό του Labview ςτον μc, το δεύτερο ςτην ανϊγνωςη του Labview από τον μc και το τρύτο ςτην εκτϋλεςη διϊφορων εφαρμογών και μαθηματικών πρϊξεων. Τα 3 αυτϊ μϋρη αποτελούν τα 3 ςτϊδια εκτϋλεςησ ενόσ βρόγχου που επαναλαμβϊνεται αςταμϊτητα και ϊρα διαδϋχονται το ϋνα το ϊλλο αςταμϊτητα. Εκτόσ από τα παραπϊνω 3 μϋρη, μϋςα ςτον ύδιο βρόγχο και παρϊλληλα με αυτϊ βρύςκεται και ο ϋλεγχοσ του EXIT. Επύςησ το πρόγραμμα περιλαμβϊνει και τρύα ϊλλα ςτϊδια, εκτόσ βρόγχου, που εκτελούνται μύα φορϊ ςε κϊθε εκκύνηςη του προγρϊμματοσ. Αυτϊ αφορούν ςτην αρχικοπούηςη και τον τερματιςμό τησ ςειριακόσ και την αποςτολό του ςόματοσ run. 37

38 4.1 Πρώτο μέροσ: PC μc Το Labview γρϊφει ςτον μc 13 ςόματα ελϋγχου που επιτρϋπουν ςτον χρόςτη τον απαραύτητο χειριςμό. Αυτϊ εύναι: Σόμα Τιμό Περιγραφό EXIT 0 βγαύνει από το πρόγραμμα run 3 ξεκινϊει τον timer2 vactime 18 (ταυτότητα) mode2=1 vaclev 19 (ταυτότητα) mode2=2 ramp rate 123 (ταυτότητα) mode2=3 safetemp 124 (ταυτότητα) mode2=4 maxtemp 125 (ταυτότητα) mode2=5 holdtime 126 (ταυτότητα) mode2=6 START/STOP 1 ξεκινϊει/ςταματϊει την αυτόματη διαδικαςύα ενόσ πειρϊματοσ lid 2 ανούγει/κλεύνει το καπϊκι oven 4 ανϊβει/ςβόνει το φούρνο EHT 8 ανϊβει/ςβόνει την υψηλό τϊςη του PM vacuum 16 ανούγει/κλεύνει τη βαλβύδα κενού purge 32 ανούγει/κλεύνει την 1 η βαλβύδα αζώτου cool 64 ανούγει/κλεύνει την 2 η βαλβύδα αζώτου temp ramp 128 ξεκινϊει τη θϋρμανςη του φούρνου skip vac 129 ενεργοποιεύ/απενεργοποιεύ το skip vacuum skip Ncool 130 ενεργοποιεύ/απενεργοποιεύ το skip Ncool hold 132 ενεργοποιεύ/απενεργοποιεύ το hold max temp vactime (sec) με βόμα 5sec vaclev (mbar) με βόμα 1mbar ramp rate 0,1-20 ( o C/sec) με βόμα 0,1 o C/sec safetemp ( o C) με βόμα 5 o C maxtemp ( o C) με βόμα 5 o C holdtime 2 ν (min) για ν=0,1,...,10 Πίνακασ Σα ςήματα που ςτέλνει το Labview ςτον μc. Η μεταφορϊ τησ πληροφορύασ από την ςειριακό γύνεται κϊθε φορϊ από ϋνα byte, ασ το πούμε «byte ελϋγχου». Τα ςόματα χωρύζονται ςτον πύνακα ςε πϋντε ομϊδεσ, ανϊλογα με τον τρόπο με τον οπούο ςχηματύζεται η τιμό τουσ ςτο byte ελϋγχου. Για τα ςόματα τησ πρώτησ ομϊδασ, η τιμό τουσ περνϊει κατευθεύαν ςτο Byte ελϋγχου όποτε πατιϋται το EXIT ό όποτε εκκινεύται το πρόγραμμα αντύςτοιχα. Τα ςόματα τισ δεύτερησ ομϊδασ εύναι ταυτότητεσ των μεταβλητών. Κϊθε αλλαγό ςτην τιμό μιασ μεταβλητόσ ςτϋλνει ςτη ςειριακό δύο bytes. Πρώτα την ταυτότητα και ϋπειτα την τιμό. Αυτό γύνεται με τη δομό event του Labview, όπωσ μπορεύ να δει ο αναγνώςτησ ςτο Παρϊρτημα Γ, Διϊγραμμα Γ-1. Για τισ επόμενεσ ομϊδεσ γύνεται διαφορετικϊ. Κϊθε ςόμα από την τρύτη ομϊδα καταλαμβϊνει ςτο byte ελϋγχου ϋνα bit. το byte ελϋγχου για την 3 η ομϊδα Bit temp ramp cool purge vacuum EHT oven lid START/STOP 38

39 Κϊθε φορϊ που αλλϊζει τιμό ϋνα bit, το byte αντιςτρϋφεται και παύρνεται το αποκλειςτικό ΟΧΙ ΚΑΙ με το παλιό: X X data _ out old new Το αποτϋλεςμα εύναι να δύνει ϋναν 1 ςτη θϋςη μόνο που ϊλλαξε τιμό και ςτϋλνεται ϋπειτα ςτο buffer εξόδου. Αν δεν ϋχει γύνει αλλαγό ςτην τιμό κανενόσ Bit η παραπϊνω πρϊξη επιςτρϋφει μηδϋν και ς αυτό την περύπτωςη δεν ςτϋλνεται τύποτα (για να μην απαςχολεύται χωρύσ λόγο η ςειριακό). Έτςι καταγρϊφονται μόνο οι αλλαγϋσ ςτισ τιμϋσ των bit και ςτϋλνεται ο ύδιοσ αριθμόσ (δύναμη του 2) εύτε πρόκειται για εντολό ενεργοπούηςησ εύτε απενεργοπούηςησ. Ο μc αλλϊζει κατϊςταςη (toggle) ςε κϊθε τϋτοια εντολό και με αυτό τον τρόπο ακολουθεύ τισ εναλλαγϋσ μεταξύ των δύο καταςτϊςεων των ςημϊτων. Ο τρόποσ αυτόσ επιλϋχτηκε για δύο λόγουσ. Καταρχϊσ γιατύ οι διακόπτεσ μϋνουν ανοιχτού ό κλειςτού για κϊποιο χρονικό διϊςτημα (όχι ακαριαύα), αλλϊ πρϋπει μια φορϊ ς αυτό το διϊςτημα να ςταλεύ κϊποιο ςόμα. Άρα εύμαςτε υποχρεωμϋνοι να παρακολουθούμε τισ αλλαγϋσ των ςημϊτων αυτών και όχι την αυτό καθαυτό κατϊςταςό τουσ. Επιλϋχτηκε ϋπειτα, για λόγουσ προγραμματιςτικόσ ευκολύασ, να μην ϋχουμε δύο τιμϋσ για κϊθε ςόμα (ενεργοπούηςη/απενεργοπούηςη), ϊρα δύο προγρϊμματα διαχεύριςησ για κϊθε ςόμα, αλλϊ και να κρατεύται μια τιμό ςτη μνόμη (X old ), αυτό όλου του byte, αντύ για κϊθε bit ξεχωριςτϊ. Για την τϋταρτη ομϊδα ιςχύουν τα ύδια, μόνο που ςτο byte ελϋγχου προςτύθεται τώρα το 128 για να διακρύνεται από την προηγούμενη ομϊδα. το byte ελϋγχου για την 4 η ομϊδα Bit hold skip Ncool skip vac Τα ςόματα τησ πϋμπτησ ομϊδασ εύναι οι τιμϋσ των μεταβλητών που ςτϋλνονται ςτη ςειριακό με τον τρόπο που περιγρϊφηκε ςτη δεύτερη ομϊδα. 4.2 Δεύτερο μέροσ: μc PC Ο μc ςτϋλνει ςτο LabView 10 ςόματα που αφορούν ςτην πρόοδο εκτϋλεςησ του προγρϊμματοσ και 2 που αντιςτοιχούν ςτισ μετρόςεισ πύεςησ και θερμοκραςύασ. Και εδώ τα ςόματα χωρύζονται ςε τρεισ ομϊδεσ ανϊλογα με τον τρόπο που τα διαχειρύζεται το Labview. Τα ςόματα τησ πρώτησ ομϊδασ ενεργοποιούν κϊποιεσ λειτουργύεσ. Το FINISH ειδοποιεύ για την ολοκλόρωςη του αυτόματου προγρϊμματοσ, το vac time expired ότι εξαντλόθηκε το περιθώριο χρόνου για την κϋνωςη χωρύσ επιτυχύα και το safe temp ειδοποιεύ ότι η θερμοκραςύα ϋχει πϋςει κϊτω από το όριο τησ αςφαλούσ θερμοκραςύασ. Το τι ακριβώσ κϊνει το Labview ςε κϊθε ειδοπούηςη φαύνεται εύκολα ςτο διϊγραμμϊ του ςτο Παρϊρτημα Γ. 39

40 ήμα Σιμή Περιγραφή FINISH 1 ολοκλόρωςη του αυτόματου προγρϊμματοσ vac time expired 17 ειδοποιεύ για πρόβλημα ςτην κϋνωςη safe temp 65 ϋνδειξη αςφαλούσ θερμοκραςύασ lid 2 ανούγει/κλεύνει το καπϊκι oven 4 ανϊβει/ςβόνει το φούρνο EHT 8 ανϊβει/ςβόνει την υψηλό τϊςη του PM vacuum 16 ανούγει/κλεύνει τη βαλβύδα κενού purge 32 ανούγει/κλεύνει την 1 η βαλβύδα αζώτου cool 64 ανούγει/κλεύνει την 2 η βαλβύδα αζώτου temp ramp 128 ξεκινϊει/ςταματϊει τη ρϊμπα θερμοκραςύασ oven pressure η πύεςη ςτο φούρνο (? mbar) oven temperature η θερμοκραςύα ςτο φούρνο (0-500 ο C) Πίνακασ Σα ςήματα που ςτέλνει ο μc ςτο Labview. Τα ςόματα τησ δεύτερησ ομϊδασ αφορούν ςτα 7 led προόδου του αυτόματου προγρϊμματοσ. Ο μc ενημερώνει το Labview (το χρόςτη) για το ποια λειτουργύα του αυτόματου προγρϊμματοσ εκτελεύ κϊθε φορϊ. Οι τιμϋσ και η λογικό για τα ςόματα τησ δεύτερησ ομϊδασ εύναι ύδια όπωσ και ςτην επικοινωνύα PC μc. Το LabView θα αντιςτρϋψει τον αντύςτοιχο indicator όταν ϋρθει η τιμό που αντιςτοιχεύ ςε αυτόν, καλύπτοντασ ϋτςι και τισ δύο ςτϊθμεσ με μύα τιμό. Αυτό γύνεται με την πρϊξη XOR: ςόμα ειςόδου XOR αρχικό τιμό τελικό τιμό Όταν ϋρχεται 0 ςτην αντύςτοιχη θϋςη από την εύςοδο, η κατϊςταςη του indicator δεν αλλϊζει, ενώ όταν ϋρχεται 1 αλλϊζει. Σε κϊθε κύκλο του LabView κϊθε διαβαςμϋνη εύςοδοσ ςβόνεται, διατηρώντασ ϋτςι κϊθε 1 για ϋνα μόνο κύκλο. Τα ςόματα τησ τρύτησ ομϊδασ εύναι οι μετρόςεισ τησ πύεςησ και τησ θερμοκραςύασ και οδηγούνται ςτουσ αντύςτοιχουσ indicators. Τα ςόματα αυτϊ παύρνουν μεγϊλο εύροσ τιμών, που ξεπερνϊει ςε μϋγεθοσ το ϋνα byte. Για το λόγο αυτό χρηςιμοποιούνται δύο byte αντύ ενόσ για την επικοινωνύα μc Labview για όλα τα ςόματα. Θεωρόθηκε απλούςτερο, αλλϊ και καλύτερη υποδομό για μελλοντικϋσ βελτιώςεισ του κώδικα, από το να ελϋγχει το Labview ςε ποιεσ περιπτώςεισ θα αντιςτοιχεύ δύο byte ςε ϋνα ςόμα και ςε ποιεσ μόνο ϋνα. Για να ξεχωρύζουν μεταξύ τουσ τα ςόματα τησ πύεςησ και θερμοκραςύασ, μετατοπύζονται ςε διαφορετικϋσ περιοχϋσ τιμών όπωσ φαύνεται και ςτον Πύνακα Η ανϊγνωςη ςημϊτων των δύο byte ακολουθεύ την παρακϊτω διαδικαςύα. Υπϊρχει ϋνα buffer ειςόδου ςτο οπούο κϊθε νϋο byte από τη ςειριακό ςυνενώνεται (concatenate) με τα προηγούμενα. Όταν το μόκοσ του buffer ειςόδου ξεπερϊςει τα δύο byte, παύρνονται τα δύο πρώτα byte (τα παλαιότερα) και ςυνενώνονται για να ςχηματύςουν ϋναν ενιαύο αριθμό (το πρώτο γύνεται το HIGH byte και το δεύτερο το LOW byte). Ακολούθωσ ςβόνονται από το buffer ειςόδου τα δύο πρώτα byte. 40

41 Διάγραμμα Σα δύο ςτάδια του Labview για την ανάγνωςη τησ 2-bytes ειςόδου. 4.3 Σρίτο μέροσ: διαχείριςη περιβάλλοντοσ και μαθηματικέσ πράξεισ Οι περιςςότερεσ εφαρμογϋσ ςτο τϋταρτο μϋροσ αφορούν ςτισ υπό ςυνθόκεσ «απαγορεύςεισ» που περιγρϊφονται ςτο Κεφϊλαιο 3. Τα ςτοιχεύα ςτο panel του Labview «μαυρύζουν» και δεν επιτρϋπουν ςτο χρόςτη τη μεταβολό τουσ. Αναλυτικότερη εικόνα δύνει το Διϊγραμμα Γ-3 ςτο Παρϊρτημα Γ. Στο τρύτο μϋροσ εκτελούνται και οι μαθηματικϋσ πρϊξεισ για την κλύςη και το πλατό του διαγρϊμματοσ. Η εφαρμογό αυτό εκτελεύται με το πϋρασ τησ ρϊμπασ και περιλαμβϊνει τϋςςερα ςτϊδια. Στο πρώτο ςτϊδιο παύρνονται ςε πύνακα (1D array) οι τιμϋσ (θερμοκραςύα) του διαγρϊμματοσ και χωρύζονται ςε δύο νϋουσ πύνακεσ, ϋναν για την περιοχό τησ ρϊμπασ (ramp array) και ϋναν για το πλατό (hold array), αν υπϊρχει. Ο χωριςμόσ γύνεται εκεύ που για πρώτη φορϊ η τιμό του διαγρϊμματοσ ξεπερνϊει την max temp. Στο δεύτερο ςτϊδιο ςχηματύζεται ο πύνακασ με τισ τιμϋσ του x-ϊξονα (time array), που ϋχει το ύδιο μϋγεθοσ με τον ramp array. Το διϊγραμμα καταχωρεύ μύα τιμό κϊθε φορϊ που ϋρχεται από τη ςειριακό μια εύςοδοσ, κϊθε φορϊ δηλαδό που ο μc ςτϋλνει τη μϋτρηςη τησ θερμοκραςύασ. Αυτό γύνεται κϊθε XScaleMultiplier δευτερόλεπτα, ϊρα και οι τιμϋσ ςτον ϊξονα-χ θα αυξϊνουν κατϊ XScaleMultiplier. Έτςι δημιουργούμε δύο πύνακεσ με τα ζεύγη τιμών του διαγρϊμματοσ. Στο τρύτο ςτϊδιο οι ramp array και time array ςυνδυϊζονται για να γύνει η ανϊλυςη ελαχύςτων τετραγώνων και να δοθούν η κλύςη και το ςφϊλμα. Φροντύζουμε ώςτε το μϋγεθοσ των δύο πινϊκων να εύναι ύδιο για να γύνει ςωςτϊ η ανϊλυςη. Στο τϋταρτο ςτϊδιο εξετϊζεται αν εύναι ενεργοποιημϋνη η επιλογό του πλατό και αν ναι, υπολογύζεται από τον hold array η μϋςη τιμό, η τυπικό απόκλιςη και το εύροσ. Όλοι οι πύνακεσ μηδενύζονται ςτην αρχό κϊθε ρϊμπασ για να προςδιοριςτούν εκ νϋου κϊθε φορϊ. 41

42 Διάγραμμα Σα τέςςερα ςτάδια του Labview για τον υπολογιςμό τησ κλίςησ (slope) και του ςυντελεςτή ςυςχέτιςησ (r) τησ ράμπασ, καθώσ και τησ μέςησ τιμήσ (mean) και διακύμανςησ (τυπική απόκλιςη σ και εύρουσ R) του πλατό. 42

43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο Σι μένει να γίνει 1. Η οδόγηςη του Phase Angle Trigger Module ςτο ςώμα του φούρνου από το PWM του μc δεν ϋχει ελεγχθεύ λόγω βλϊβησ του ςυςτόματοσ θϋρμανςησ. Πρϋπει και αυτό με την επιςκευό τησ ςυςκευόσ να ελεγχθεύ και να γύνουν οι κατϊλληλεσ ρυθμύςεισ ςτην περύοδο και τη ςυνϊρτηςη του duty cycle του PWM, ώςτε να γύνεται πρϊγματι η θϋρμανςη με τον κϊθε φορϊ επιθυμητό ρυθμό. Ο υπολογιςμόσ τησ κλύςησ και του ςφϊλματοσ από το διϊγραμμα που γύνεται ςτο Labview θα βοηθόςει πολύ ςε μια τϋτοια δουλειϊ. 2. Ίςωσ χρειαςτεύ κϊποιο κύκλωμα για τη μεταφορϊ των παλμών PWM ςτο φούρνο, πιθανών ϋνα τρανζύςτορ ιςχύοσ. Θα πρϋπει και αυτό το ενδεχόμενο να ελεγχθεύ με την επιςκευό του φούρνου. 3. Οι προδιαγραφϋσ του 7188 προβλϋπουν ρυθμούσ θϋρμανςησ από 1 ωσ 20 o C/sec και με ελϊχιςτο βόμα 1 o C. Οι χρόςτεσ τησ ςυςκευόσ ζότηςαν, αντύθετα, ο ρυθμόσ να κυμαύνεται από 0,1 o C/sec ωσ 20 και με βόμα 0,1 o C. Πρϋπει με την επιςκευό τησ ςυςκευόσ να διαπιςτωθεύ εϊν ο φούρνοσ ανταποκρύνεται ςε τόςο μικρϋσ μεταβολϋσ του ρυθμού θϋρμανςησ και να γύνουν οι ανϊλογεσ διορθώςεισ. Στο manual του 7188 δεν εξηγεύται αν τα όρια αυτϊ μπαύνουν από τισ δυνατότητεσ του φούρνου, ό από το πρόγραμμα οδόγηςόσ του. Αναφϋρεται πϊντωσ πωσ ο φούρνοσ δεν μπορεύ να ξεπερϊςει τουσ 20 o C/sec γιατύ ο μεταςχηματιςτόσ δεν διατηρεύ ς αυτό την περύπτωςη τη γραμμικότητα, ειδικότερα ςτισ ανώτερεσ θερμοκραςύεσ. 4. Η βαθμονόμηςη τησ μϋτρηςησ τησ πύεςησ από τον ADC ϋχει γύνει κατϊ βούληςη, λόγω βλϊβησ ςτην ϋνδειξη τησ πύεςησ από το pirani του φούρνου. Στα εγχειρύδια και τα ςχϋδια τησ διϊταξησ δεν αναφϋρεται επύςησ πουθενϊ τι δύνει η ϋξοδοσ του pirani. Θα πρϋπει με την επιςκευό τησ ςυςκευόσ να γύνει αντιςτούχιςη τησ τϊςησ του pirani ςε πύεςη (mbar). Αυτό μπορεύ να γύνει με τη βοόθεια ενόσ αναλογικού μανόμετρου για την μϋτρηςη τησ πύεςησ. Με τον υπϊρχων κώδικα ο ADC του μc παύρνει ωσ εύροσ τϊςησ τα 0-5V. Αν το εύροσ τϊςησ του pirani εύναι μεγαλύτερο, θα υπϊρχει περιοριςμόσ ςτο μετρούμενο εύροσ τησ πύεςησ. Αν εύναι μικρότερο θα υπϊρχει απώλεια εν δυνϊμει ανϊλυςησ (εν δυνϊμει γιατύ η ανϊλυςη θα εύναι ςταθερό ςτα 4,882mV/ςτϊθμη, ενώ θα μπορούςε να αυξηθεύ μειώνοντασ τη V ref του ADC). Για να μειωθεύ η V ref του ADC και να αυξηθεύ η ανϊλυςη θα πρϋπει να χρηςιμοποιηθεύ η AREF εύςοδοσ, αλλϊ αυτό απαιτεύ αλλαγό ςτο κύκλωμα που ϋχει τυπωθεύ. Σε περύπτωςη που το εύροσ τϊςησ του pirani εύναι κϊτω από 1,1V μπορεύ να χρηςιμοποιηθεύ η 1,1V V ref του ADC και ο ADC να αλλϊζει προγραμματιςτικϊ V ref μεταξύ AVCC και 1,1V για τη λόψη τησ θερμοκραςύασ και τησ πύεςησ αντύςτοιχα. Αυτό δεν μπορεύ να το κϊνει ςτην περύπτωςη που κϊποια εξωτερικό τϊςη ςυνδϋεται ςτον AREF ακροδϋκτη του μc. Θα πρϋπει ακόμα οι τιμϋσ των μεταβλητών vacval και vaclevel του κώδικα C να τροποποιηθούν αναλόγωσ για να δύνουν την πραγματικό πύεςη. 5. Συνύςταται να βελτιςτοποιηθεύ ο τρόποσ που ο μc διατηρεύ την μϋγιςτη θερμοκραςύα, ανϊλογα με τον τρόπο που ανταποκρύνεται η ςυςκευό. Ένασ τρόποσ εύναι η ρύθμιςη του duty cycle του PWM ώςτε να δύνει ςτενότερουσ παλμούσ και να αποφεύγεται η απότομη αύξηςη τησ θερμοκραςύασ. Άλλοσ τρόποσ εύναι το τι ακριβώσ θα ςυμβαύνει κϊθε φορϊ που η θερμοκραςύα ανεβαύνει πϊνω ό πϋφτει κϊτω 43

44 από την maxtemp. Για παρϊδειγμα θα μπορούςε όταν πϋςει κϊτω από την maxtemp να ςτϋλνεται ϋνασ μόνο παλμόσ και μετϊ να μηδενύζεται, ό όταν ξεπερϊςει την maxtemp να μηδενύζεται για λύγο και μετϊ ξανϊ να ςυνδϋεται το PWM. Όλα αυτϊ πϊντωσ θα πρϋπει να ςχεδιαςτούν ςε ςχϋςη με την ανταπόκριςη του ςυγκεκριμϋνου κυκλώματοσ θϋρμανςησ του

45 ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ Α Η PCB Ο ςχεδιαςμόσ τησ PCB ϋγινε ςτο πρόγραμμα EAGLE και καταςκευϊςτηκε ςτο εργαςτόριο ηλεκτρονικόσ του τμόματοσ Φυςικόσ του ΑΠΘ. Οι Εικόνεσ A-1 και A-2 δεύχνουν το ςχϋδιο και την καταςκευό αντύςτοιχα. Η διαδικαςύα που ακολουθόθηκε για την καταςκευό περιλαμβϊνει τα παρακϊτω βόματα: 1. Εκτυπώθηκε ςε διαφϊνεια το ςχϋδιο τησ PCB. 2. Η διαφϊνεια με το ςχϋδιο τοποθετόθηκε πϊνω ςτην πλακϋτα με το ςτρώμα χαλκού (μιασ όψησ) και φωτοβολόθηκε με ιώδεσ φωσ για 8 λεπτϊ. 3. Η πλακϋτα ϋπειτα ξεπλύθηκε με χλιαρό διϊλυμα NaOH για να φανεύ το ςχϋδιοκύκλωμα. 4. Ξεπλύθηκε για αρκετό ώρα ςε ζεςτό διϊλυμα FCl 3 για να αφαιρεθεύ ο χαλκόσ 5. Τρύφτηκε με οινόπνευμα για να καθαρύςει από ουςύεσ που απωθούν το καλϊι. 6. Κόπηκε, τρυπόθηκε και κολλόθηκε. (α) (β) Εικόνα A-1 Το ςχϋδιο τησ PCB (α) ςτο EAGLE, (β) εκτυπωμϋνο ςτη διαφϊνεια (α) (β) Εικόνα A-2 Η PCB (α) μπροςτϊ όψη, (β) πύςω όψη Η τελύτςα ςημειώνει τη θϋςη τησ γεύωςησ για το καλώδιο USB/serial. Το καλώδιο τησ τροφοδοςύασ μϋνει ςτον αϋρα γιατύ θα χρηςιμοποιηθεύ η τροφοδοςύα του Interface Unit. Το 1 ςημειώνει τη θϋςη του ακροδϋκτη 1 του ATmega

46 ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ Β Ο κώδικασ C #define F_CPU UL #include <avr/io.h> #include <math.h> #include <stdint.h> //header for usage of uint_t #include <avr/sleep.h> //header for usage of sleep mode #include <avr/interrupt.h> //header for usage of interrupts #include <util/delay.h> //header for usage of delay function #include <util/atomic.h> //header for usage of atomic access #include <setjmp.h> //header for usage of "jumps" //-- USART constants --// #define fosc #define baud 4800 //baud rate:4800 bps #define myubrr fosc/16/baud-1 //for asynchronous normal mode //----- DECLARE FUNCTIONS -----// void USART_init(unsigned int); void USART_write16(uint16_t); void ATOMIC_write(uint16_t); void EXCEPT_func(jmp_buf); void TIMER0_init(void); void TIMER1_init(void); void TIMER2_init(void); void ADC_init(void); void ADC_read(void); void START(void); void TURN_OFF(void); void VACUUM(void); void TEMP_ramp(void); void VAC_check(void); void TEMP_check(void); void SAFETEMP_check(void); void HOLD(void); //----- DECLARE VARIABLES -----// uint8_t data_in; // // volatile uint8_t mode1; volatile uint8_t mode2; // // volatile uint8_t slope=200; volatile uint8_t Ts=200;//msec (sampling period) volatile uint16_t vaclev=100; 46

47 volatile uint16_t maxtemp=405; volatile uint16_t safetemp=101; volatile uint16_t vacval; volatile uint16_t tempval; volatile uint16_t vactime=30; volatile long int holdtime=60; // // jmp_buf flag; int jumpcode; //-side variables-// volatile uint8_t vaclevh=0; volatile uint8_t vaclevl=0; volatile uint8_t lowbyte; volatile uint8_t highbyte; volatile uint16_t vacval_copy; volatile uint16_t tempval_copy; volatile uint16_t vactimenumh; volatile uint32_t vactimenum; volatile int piliko; volatile double decadiko; volatile double timercycles=0; // // // ΜΑΙΝ // // // int main(void){ USART_init(myUBRR); DDRB=0b ;//pins PB0,PB6,PB7 as outputs DDRD=0b ;//pins PD3,PD5,PD6,PD7 as outputs mode1=0; mode2=0; TURN_OFF(); data_in=udr0;//in case of any data left in serial UCSR0B =(1<<RXCIE0); //USART interrupt enable sei(); //all interrupts enable SMCR =(1<<SE); //SLEEP MODE enable: idle mode default ACSR =(1<<ACD); //Analog Comparator disable for power save ADC_init(); 47

48 //MANAGE JUMPS jumpcode=setjmp(flag); //jumpcode!= 0 meanw it's called from a longjmp mode2=0; Ts=200; switch(jumpcode){ //EXIT call case 8:mode1=0; TCCR0A=0;//disconnect OC0A from pin TCCR0B=0;// TCCR1B=0;// all timers disabled TCCR2B=0;// TURN_OFF(); //reinitialize to default maxtemp=405; safetemp=101; vaclev=100; vactime=30; slope=200; holdtime=60; break; //STOP call case 1:mode1&=~((7<<0) (3<<6)); TCCR0A=0;//disconnect OC0A from pin TCCR0B=0;// timer2 for presure and TCCR1B=0;// temperature read remains TURN_OFF(); SAFETEMP_check(); break; //VACUUM call case 2:mode1&=~(1<<1); TIMSK1&=~(1<<OCIE1A); TCCR1B=0; break; //RAMP call case 3:mode1&=~(1<<2); TCCR0B=0;TCCR0A=0; SAFETEMP_check(); break;} while(1){//until an interrupt trigger if(!(smcr&(1<<se)))smcr =(1<<SE); if(mode1&(1<<0)){smcr&=~(1<<se);start();} if(mode1&(1<<1)){smcr&=~(1<<se);vac_check();} if(mode1&(1<<2)){smcr&=~(1<<se);temp_check();} sleep_mode();} 48

49 return 0;} // // // FUNCTIONS // // // ////////////// USART INITIALIZATION ////////////// void USART_init(unsigned int ubrr){ //asynchronous USART UBRR0H=(unsigned char)(ubrr>>8); UBRR0L=(unsigned char)ubrr; UCSR0B=(1<<RXEN0) (1<<TXEN0); UCSR0C=(1<<USBS0) (3<<UCSZ00);}//stop bits=2 frame=8 data bits ///////////// ADC INITIALIZATION ///////////////// void ADC_init(void){ ADMUX =(1<<REFS0); //Vref from AVCC ADCSRA =(3<<ADPS0);}//clock prescaler 8 ///////////// TIMER0 INITIALIZATION ////////////// void TIMER0_init(void){ TCNT0=0; TCCR0A =(3<<WGM00); //Fast PWM mode TCCR0A =(3<<COM0A0);//inverting mode/oc0a connect to pin TCCR0B =(5<<CS00);} //timer0 clock set/timer START ///////////// TIMER1 INITIALIZATION ////////////// void TIMER1_init(void){ TCNT1=0; TCCR1B =(5<<CS10);} //timer1 clock set/timer START ///////////// TIMER2 INITIALIZATION ////////////// void TIMER2_init(void){ TCNT2=0; OCR2A=Ts; //100 for every ~100ms (T=~1ms) TCCR2A =(1<<WGM21); //clear timer on compare match TIMSK2 =(1<<OCIE2A);//comparator A interrupt enable TCCR2B =(7<<CS20);} //timer2 clock set/timer START //////////////// WRITE 16bit //////////////////// void USART_write16(uint16_t data_out16){ uint8_t datah=(uint8_t)(data_out16>>8); uint8_t datal=(uint8_t)data_out16; while(!(ucsr0a&(1<<udre0))); UDR0=dataH; while(!(ucsr0a&(1<<udre0))); UDR0=dataL; 49

50 while(!(ucsr0a&(1<<txc0)));} /////////////// ATOMIC WRITE //////////////////// void ATOMIC_write(uint16_t num){ cli(); TCCR2B=0;//Timer2 disabled USART_write16(num); TIMER2_init();//Timer2 restarts sei();} ////////////// USART INTERRUPT ////////////////// ISR(USART_RX_vect){ SMCR&=~(1<<SE); data_in=udr0; if(mode2!=0){ switch(mode2){ case 1:vactime=data_in; mode2=0; break; case 2:PORTD^=(1<<PD2); if(portd&(1<<pd2)) vaclevh=data_in; else{mode2=0;//mode reset vaclevl=data_in; vaclev=vaclevh<<8 vaclevl;} break; case 3:slope=data_in; mode2=0; break; case 4:safetemp=(uint16_t)data_in*2.028; mode2=0; break; case 5:maxtemp=(uint16_t)data_in*2*2.028; mode2=0; break; case 6:holdtime=pow(2,data_in)*60; mode2=0; break; }} else{ switch(data_in){ case 0:mode1 =(1<<7); return EXCEPT_func(flag); break; case 1:if(!(mode1&(1<<0))) mode1 =(1<<0);//mode set START 50

51 else return EXCEPT_func(flag); break; case 2:PORTB^=(1<<PB6);//toggle lid break; case 3:return TIMER2_init(); break; case 4:PORTB^=(1<<PB7);//toggle oven break; case 8:PORTD^=(1<<PD5);//toggle EHT break; case 16:PORTD^=(1<<PD3); //toggle vacuum if(portd&(1<<pd3)) return VACUUM(); else return EXCEPT_func(flag); break; case 18:mode2=1; break; case 19:mode2=2; break; case 32:PORTD^=(1<<PD7);//toggle purge break; case 64:PORTB^=(1<<PB0);//toggle cool break; case 123:mode2=3; break; case 124:mode2=4; break; case 125:mode2=5; break; case 126:mode2=6; break; case 128:PORTD^=(1<<PD2);//toggle ramp if(portd&(1<<pd2)) return TEMP_ramp(); else return EXCEPT_func(flag); break; case 129:mode1^=(1<<4);//mode toggle skip vacuum break; case 130:mode1^=(1<<5);//mode toggle skip Ncool break; case 132:mode1^=(1<<3);//mode toggle hold max temp break; }} SMCR =(1<<SE);} /////////// TIMER1 COMP.A INTERRUPT ///////////// 51

52 ISR(TIMER1_COMPA_vect){//vacuum timer if(vactimenumh!=0){ TCNT1=0; OCR1A=65535;//can count up to (134 sec) vactimenumh=0;} else ATOMIC_write(17);} /////////// TIMER1 COMP.B INTERRUPT ///////////// ISR(TIMER1_COMPB_vect){//hold timer TIMSK1&=~(1<<OCIE1B);//comparator B interrupt disable TCNT1=0; if(piliko!=0)timsk1 =(1<<TOIE1);//overflow interrupt enable else mode1 =(1<<6);} ////////// TIMER1 OVERFLOW INTERRUPT //////////// ISR(TIMER1_OVF_vect){//hold timer if(timercycles!=piliko) timercycles=timercycles+1; else mode1 =(1<<6);} /////////// TIMER2 COMP.A INTERRUPT ///////////// ISR(TIMER2_COMPA_vect){ ADC_read();} /////////////// EXCEPT FUNCTION ///////////////// void EXCEPT_func(jmp_buf flag){ cli(); if(mode1&(1<<7))longjmp(flag,8);//exit //calls setjmp and values it 7 else if(mode1&(1<<0))longjmp(flag,1);//stop else if(mode1&(1<<1))longjmp(flag,2);//vacuum else if(mode1&(1<<2))longjmp(flag,3);//ramp sei();} ////////////// TURN OFF OUTPUTS //////////////// void TURN_OFF(void){ //all outputs turned off PORTB&=~((1<<PB0) (1<<PB6) (1<<PB7)); PORTD&=~((1<<PD3) (1<<PD2) (1<<PD5) (1<<PD6) (1<<PD7));} ////////////////// ADC READ //////////////////// void ADC_read(void){ ADCSRA =(1<<ADEN); // vacuum read // ADMUX&=~(1<<MUX0); ADCSRA =(1<<ADSC); while(!(adcsra&(1<<adif))); 52

53 ADCSRA =(1<<ADIF); lowbyte=adcl; highbyte=adch; vacval=highbyte<<8 lowbyte; USART_write16(vacval+1024); _delay_ms(50); //----- temperature read -----// ADMUX =(1<<MUX0); ADCSRA =(1<<ADSC); while(!(adcsra&(1<<adif))); ADCSRA =(1<<ADIF); lowbyte=adcl; highbyte=adch; tempval=highbyte<<8 lowbyte; USART_write16(tempval+2048); ADCSRA&=~(1<<ADEN);} //////////// VACUUM INITIALIZATION ///////////// void VACUUM(void){ TIMER1_init(); //---timer set---// vactimenum=977*vactime;//977 for every 1sec (65535 max) vactimenumh=(uint16_t)(vactimenum>>16); OCR1A=vactimenum; // // TIFR1 =(1<<OCF1A); //interrupt flag reset TIMSK1 =(1<<OCIE1A);//comparator A interrupt enable mode1 =(1<<1);} //mode set vacuum check ///////////////// VACUUM CHECK ///////////////// void VAC_check(void){ do{atomic_block(atomic_forceon){ vacval_copy=vacval;}} while(vacval_copy>=vaclev); TIMSK1&=~(1<<OCIE1A);//comparator A interrupt disable TCCR1B=0;//timer1 disable PORTD&=~(1<<PD3); mode1&=~(1<<1);} /////// TEMPERATURE RAMP INITIALIZATION //////// void TEMP_ramp(void){ OCR0A=250-slope;//DUTY CYCLE //Τ=~250ms (period counted up to end of timer:65535) TIMER0_init(); mode1 =(1<<2);}//temp check flaged ////////////// TEMPERATURE CHECK /////////////// 53

54 void TEMP_check(void){ Ts=50; do{atomic_block(atomic_forceon){ tempval_copy=tempval;}} while(tempval_copy<=maxtemp); if(mode1&(1<<3))hold(); else{tccr0a&=~((1<<com0a0) (1<<COM0A1));//OC0A disconnected from pin TCCR0B=0;TCCR0A=0;}//Timer0-PWM disable Ts=200; _delay_ms(80); ATOMIC_write(128); if(!(mode1&(1<<0))) SAFETEMP_check();} ////////////// SAFE TEMP CHECK /////////////// void SAFETEMP_check(void){ do{atomic_block(atomic_forceon){ tempval_copy=tempval;}} while(tempval_copy>=safetemp); _delay_ms(50); ATOMIC_write(65);} //////////////////// HOLD ////////////////////// void HOLD(void){ TCCR0A&=~((1<<COM0A0) (1<<COM0A1));//OC0A disconnected from pin //---timer set---// piliko=holdtime/ ; decadiko=holdtime/ piliko; OCR1B=decadiko*65535; TIMER1_init(); timercycles=1; TIFR1 =(1<<OCF1B); //interrupt flag reset TIMSK1 =(1<<OCIE1B);//comparator B interrupt enable // // OCR0A=215;//DUTY CYCLE changed for narrow pulses do{atomic_block(atomic_forceon){ tempval_copy=tempval;} if(tempval_copy>=maxtemp) TCCR0A&=~((1<<COM0A0) (1<<COM0A1));//OC0A disconnected from pin if(tempval_copy<=maxtemp) TCCR0A =((1<<COM0A0) (1<<COM0A1)); //OC0A reconnected to pin }while(!(mode1&(1<<6))); TCCR0B=0;TCCR0A=0; //Timer0-PWM disable PORTD&=~(1<<PD6); TIMSK1&=~(1<<TOIE1);//timer1 overflow interrupt disable TCCR1B=0; //Timer1 disable mode1&=~(1<<6);} 54

55 //////////////// AUTO PROGRESS ///////////////// void START(void){ _delay_ms(500); //--VACUUM--// if(!(mode1&(1<<4))){ ATOMIC_write(16); VACUUM(); PORTD^=(1<<PD3); VAC_check();} _delay_ms(50); ATOMIC_write(32);//start nitro purge PORTD =(1<<PD7); _delay_ms(1000); ATOMIC_write(8); //EHT on PORTD =(1<<PD5); _delay_ms(1000); ATOMIC_write(4); //oven power on PORTB =(1<<PB7); _delay_ms(1000); //--TEMP RAMP--// ATOMIC_write(128); TEMP_ramp(); TEMP_check(); _delay_ms(200); ATOMIC_write(4); //oven power off PORTB&=~(1<<PB7); _delay_ms(250); ATOMIC_write(8); //EHT off PORTD&=~(1<<PD5); _delay_ms(250); ATOMIC_write(32);//stop nitro purge PORTD&=~(1<<PD7); if(!(mode1&(1<<4))){ _delay_ms(250); ATOMIC_write(16);//close vacuum valve PORTD&=~(1<<PD3);} if(!(mode1&(1<<5))){ _delay_ms(250); ATOMIC_write(64);//start nitro cool PORTB =(1<<PB0); SAFETEMP_check(); _delay_ms(50); ATOMIC_write(1); _delay_ms(250); ATOMIC_write(64);//stop nitro cool PORTB&=~(1<<PB0);} 55

56 } _delay_ms(50); ATOMIC_write(1); SAFETEMP_check(); 56

57 Διάγραμμα Γ-1 Σο πρώτο μέροσ του βαςικού block του Labview. ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ Γ Σο Labview 57

58 Διάγραμμα Γ-2 Σο δεύτερο μέροσ του βαςικού block του Labview. 58

59 Διάγραμμα Γ-3 Σο τρίτο μέροσ του βαςικού block του Labview. 59