Ζέρβα Χριστίνα του Γεωργίου Αριθμός Μητρώου: 6252

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ: ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ: ΕΝΣΥΡΜΑΤΗΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ Διπλωματική Εργασία της φοιτήτριας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών Ζέρβα Χριστίνα του Γεωργίου Αριθμός Μητρώου: 6252 Θέμα «Κατασκευή του συστήματος φωτοπαγίδων για την έρευνα του φωτοτακτισμού θαλάσσιων οργανισμών με τον μικροελεγκτή MSP430F169» Επιβλέπων Καθηγητής: Αναπληρωτής Καθηγητής Ευάγγελος Δερματάς Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Πάτρα, Μάιος

2 2

3 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η Διπλωματική Εργασία με θέμα «Κατασκευή του συστήματος φωτοπαγίδων για την έρευνα του φωτοτακτισμού θαλάσσιων οργανισμών με τον μικροελεγκτή MSP430F169» της φοιτήτριας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Ζέρβας Χριστίνας του Γεωργίου Αριθμός Μητρώου: 6252 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις /05/2012 Ο Επιβλέπων Αναπληρωτής Καθηγητής Ευάγγελος Δερματάς Ο Διευθυντής του Τομέα Καθηγητής Φακωτάκης Νικόλαος 3

4 Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Θέμα: «Κατασκευή του συστήματος φωτοπαγίδων για την έρευνα του φωτοτακτισμού θαλάσσιων οργανισμών με τον μικροελεγκτή MSP430F169» Φοιτήτρια: Ζέρβα Χριστίνα Επιβλέπων: Αναπληρ. Καθηγητής Δερματάς Ευάγγελος 4

5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η πλειονότητα των θαλάσσιων ασπόνδυλων οργανισμών εμφανίζει θετική απόκριση προς τις φωτεινές πηγές κατά τη διάρκεια της νύχτας, ιδιότητα που την ονομάζουμε θετικό φωτοτροπισμό. Μια ομάδα δειγματοληπτών που εκμεταλλεύεται την παραπάνω ιδιότητα (φωτοπαγίδες) έχει αρχίσει να χρησιμοποιείται εκτεταμένα στη θαλάσσια έρευνα τις τελευταίες δεκαετίες με πολύ ενθαρρυντικά αποτελέσματα. Ωστόσο, παρά την πληθώρα πλεονεκτημάτων που εμφανίζουν έναντι των παραδοσιακών μεθόδων συλλογής ασπόνδυλων οργανισμών, σε καμία περίπτωση έως τώρα δεν έχουν χρησιμοποιηθεί στη Μεσόγειο.Στην διπλωματική αυτή εργασία κατασκευάσαμε μία φωτοπαγίδα για τη λειτουργία της οποίας, προγραμματίσαμε τον μικροελεγκτή MSP430F169. Η εργασία αυτή περιλαμβάνει 4 κεφάλαια. Πιο συγκεκριμένα, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στις φωτοπαγίδες που έχουν κατασκευαστεί μέχρι τώρα καθώς και σ την συμπεριφορά των ψαριών απέναντι στο φως. Στο δεύτερο κεφάλαιο, περιγράφεται ο τρόπος λειτουργίας της φωτοπαγίδας. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται βασικές έννοιες των μικροελεγκτών και περιγράφεται αναλυτικά ο προγραμματισμός του μικροελεγκτή MSP430F169 τον οποίο και χρησιμοποιήσαμε. Τέλος, δίνεται ο κώδικας του προγράμματος σύμφωνα με το οποίο προγραμματίστηκε ο MSP430F169 εκεί γίνεται και η λεπτομερής επεξήγησή του καθώς και η επεξήγηση του προγράμματος που χρησιμοποιήθηκε για την εφαρμογή του. 5

6 SUMMARY The majority of marine invertebrates show a positive response to the light source during the night, a property that we call positive phototropism. A group of samplers exploit the above property (light trap) has been in use extensively in marine research in recent decades with very encouraging results. However, despite the many advantages over traditional display methods for collecting invertebrates in no case has so far not been used in this dissertation Mesogeio. In this thesis we constructed a light trap for the operation of which, we programmed the microcontroller MSP430F169. This work contains 4 chapters. To be more specific, the first chapter refers to the light trap built and the behavior of fish towards the light so far. The second chapter describes how the light trap works. The third chapter presents the basic concepts of microcontrollers and describes the programming of microcontroller MSP430F169 which we used. Finally, the fourth chapter has the program code with which the MSP430F169 planned and there is a detailed code explanation and an explanation of the program which was used for its implementation. 6

7 Ευχαριστίες Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον επιβλέποντα καθηγητή μου Ευάγγελο Δερματά, για την υποστήριξη και την καθοδήγηση που μου πρόσφερε καθ όλη την διάρκεια της εκπόνησης της διπλωματικής μου εργασίας, δίνοντας μου σημαντικές συμβουλές ώστε να καταστεί δυνατή η ολοκλήρωση αυτής της εργασίας, αλλά και για την επίτευξη μιας άψογης συνεργασίας. Ακόμη θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένεια μου που με στήριξε μέχρι το τέλος της διπλωματικής μου εργασίας, καθώς και στους φίλους μου που οι συμβουλές τους με έβγαλαν πολλές φορές από την δύσκολη θέση. 7

8 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο : Φωτοπαγίδες 1.1 Εισαγωγή Ψάρια και φως Οι φωτοπαγίδες Σύγκριση των φωτοπαγίδων με τους άλλους τύπους δειγματοληπτών - πλεονεκτήματα & μειονεκτήματα Περιβαλλοντικές επιδράσεις στα αλιεύματα μιας φωτοπαγίδας Διαφορές στα αλιεύματα φωτοπαγίδας σε διαφορετικές περιοχές και εποχές Διαφορές στα αλιεύματα φωτοπαγίδας σε διαφορετικές περιοχές και εποχές...27 Κεφάλαιο 2ο: Λειτουργία της φωτοπαγίδας 2.1 Περιγραφή της παγίδας Αρχή λειτουργίας της Σχέδιο Δειγματοληψίας Αρχή λειτουργίας της φωτοπαγίδας Αρχή λειτουργίας της διόδου Κατηγορίες διόδων...34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3o : Μικροελεγκτές 3.1 Γενικά για τους μικροελεγκτές Τι είναι ο microcontroller MSP430x1xx Γενικά χαρακτηριστικά του msp430f Το σύστημα ρολογιού Χώρος διευθύνσεων Bootstrap Loader (BSL) Flash/ROM RAM Περιφερειακά (peripherals) Καταχωρητές ειδικού σκοπού Οργάνωση μνήμης Watchdog Timer Συστήματα επανεκκίνησης Συστήματα διακοπών Μη παρεμποδιζόμενες διακοπές (ΝΜΙ) Παρεμποδιζόμενες διακοπές Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (CPU)

9 3.9.1 Οι καταχωρητές της ΚΜΕ Υποστηριζόμενοι τρόποι διευθυνσιοδότησης Σετ Εντολών Οι καταχωρητές της ΚΜΕ Ψηφιακές θύρες εισόδου/εξόδου (Ι/Ο) ΒΙΤ Αναλογικός προς Ψηφιακός Μετατροπέας Χρονιστής_Α(Timer_A) JTAG fuse check mode (τρόπος ελέγχου ασφαλείας) Καταστάσεις Λειτουργίας MSP Αναπτυξιακό της OLIMEX MSP430F MSP430-JTAG FOR PROGRAMMING AND FLASH EMULATION WITH MSP430 MICROCONTROLLERS...67 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4o : Κώδικας φωτοπαγίδας και εφαρμογή του 4.1 Το πρόγραμμα IAR Embedded Workbench Kickstart για τον msp Γενική περιγραφή λειτουργίας του προγράμματος...73 Παράρτημα...81 Βιβλιογραφία Α)Ξενόγλωσση βιβλιογραφία...89 Β)Ελληνόγλωσση βιβλιογραφία

10 1.1 Εισαγωγή ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 :Φωτοπαγίδες Οι προνύμφες των ψαριών στους κοραλλιογενείς υφάλους όταν βρίσκονται στο τέλος της πελαγικής τους φάσης μπορούν να χρησιμοποιήσουν μια ποικιλία από ερεθίσματα για την εξεύρεση χώρου σε ύφαλους με σκοπό τη δημιουργία οικισμών. Παρ' όλα αυτά δεν είναι τόσο γνωστές για τις αισθητήριες ικανότητές τους σε αυτή την κρίσιμη στιγμή, ή για τα ερθίσματα που χρησιμοποιούν. Η όραση είναι προφανώς σημαντική για αποστάσεις μικρής κλίμακας (5-15 m). Επίσης, για λίγο μεγαλύτερης κλίμακας αποστάσεις (λίγα έως δεκάδες μέτρα), η όσφρηση παίζει σημαντικό ρόλο, τουλάχιστον σε ορισμένα τροπικά είδη. Στις προνύμφες, έχει αποδειχθεί ότι παρέχονται αξιοποιήσιμα ηχητικά ερεθίσματα. Πιθανότατα, ο ήχος είναι ιδιαίτερα χρήσιμος για την εξεύρεση οικοτόπου για τη δημιουργία οικισμού καθώς είναι ένα ανεξάρτητο ερέθισμα, το οποίο ταξιδεύει μεγάλες αποστάσεις στο νερό λόγω της χαμηλής απορρόφησης ενέργειας. Υψηλά επίπεδα θορύβου στο περιβάλλον από τα ψάρια και τα ασπόνδυλα κοντά σε υφάλους εμφανίζονται σε καθημερινή βάση και μπορεί να φτάνουν δεκάδες χιλιόμετρα μακριά από τον ύφαλο που είναι η πηγή του θορύβου. Μέχρι στιγμής, δεν υπάρχουν άλλοι αισθητήρες που να έχουν αποδειχθεί ότι είναι χρήσιμοι για τον εντοπισμό των υφάλων που προορίζονται για τη χρήση δημιουργίας οικισμών. Είναι πλέον ευρέως αποδεκτό ότι η συμπεριφορά των προνυμφών των ψαριών κατά τη διάρκεια της πελαγικής τους φάσης μπορούν να έχουν σημαντικό αντίκτυπο στα συνολικά μοντέλα διασποράς και την επιτυχία της στατολόγησης των ψαριών. Υπάρχουν τρεις κύριες πτυχές στη συμπεριφορά των προνυμφών που μπορεί να επηρεάσουν την ικανότητά τους να εντοπίσουν τον ύφαλο και να επιστρέψουν σε αυτόν. Αυτές είναι: (i) η ικανότητα προσανατολισμού της προνύμφης, (ii) η δυνατότητα των προνυμφών να επηρεάσουν την οριζόντια διανομή τους μέσω της ενεργητικής κολύμβησης και (iii) η κατακόρυφη κατανομή τους στη στήλη του νερού. Μελέτες προσομοίωσης έχουν δείξει ότι αν οι προνύμφες μπορούν να εκμεταλλευθούν την κάθετη δομή των ρευμάτων του νερού σε διαφορετικά βάθη, τότε ο βαθμός στον οποίο μπορούν να επηρεάσουν τη διασπορά τους είναι δυνατό να αυξηθεί σημαντικά. Επιπλέον, η ενεργειακή δαπάνη που απαιτείται για να βρουν και να εγκατασταθούν σε έναν ύφαλο μπορεί να μειωθεί σημαντικά. Μελέτες που αφορούν την ανάπτυξη των οπτικών ικανοτήτων των προνυμφών των υφάλων δείχνουν ότι οι προνύμφες σε προχωρημένο στάδιο μπορεί να είναι ικανές να τραφούν σε σημαντικό βάθος στη στήλη του νερού, ενδεχομένως μέχρι και 250 m βάθος. Η παρουσία καλά ανεπτυγμένων κύστεων κολύμβησης καθώς και οι προηγμένες δυνατότητες κολύμβησης δείχνουν ότι οι προνύμφες πρέπει να είναι σε θέση να κάνουν αρκετά γρήγορες κατακόρυφες κινήσεις και ακριβείς κάθετους ελιγμούς. Πράγματι, υπάρχουν στοιχεία που υποδηλώνουν ότι οι προνύμφες μπορούν να χρησιμοποιήσουν την κατακόρυφη κίνηση ως μέρος ενός μηχανισμού για την επιρροή της θέσης τους κατά την εγκατάστασή τους. Παρά την προφανή ικανότητα των προνυμφών να τροποποιούν την κατακόρυφη θέση τους και την δυνητική σημασία αυτής της συμπεριφοράς σε σχέση με τα χαρακτηριστικά της διασποράς τους, η κατανομή των προνυμφών στο χώρο δεν 10

11 έχει εξεταστεί σε βάθος. Υπάρχουν δύο μέθοδοι που έχουν χρησιμοποιηθεί για να περιγράψουν την κάθετη κατανομή των προνυμφών στο χώρο: (i) τα συρόμενα δίχτυα και (ii) οι παγίδες φωτός. Τα συρόμενα δίχτυα χρησιμοποιήθηκαν για να περιγράψουν την κάθετη κατανομή των προνυμφών γύρω από το νησί Lizard (1986, 1991). Οι μελέτες αυτές διαπίστωσαν ότι τα ψάρια στους υφάλους δείχνουν ταξινομημένα πρότυπα κάθετης κατανομής που άλλαξαν ελάχιστα κατά τη διάρκεια οντογένεσης. Ωστόσο, το πρόβλημα με τη μέθοδο των συρόμενων διχτυών είναι ότι τείνουν να αντιπροσωπεύουν προχωρημένου σταδίου προνύμφες. Δηλαδή, αυτές τις προχωρημένου σταδίου προνύμφες, ή «ικανές» προνύμφες που είναι πιο πιθανό να επιστρέψουν ενεργά στους υφάλους. Η δυνατότητα να περιγραφεί με ακρίβεια η κατακόρυφη κατανομή των εν λόγω προχωρημένου σταδίου προνυμφών θα οδηγήσει σε καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών που διαφορετικά είδη ψαριών υιοθετούν κατά τη διάρκεια της διαδικασίας δημιουργίας αποικιών και της ικανότητας των προνυμφών να επηρεάσουν την επιτυχή στρατολόγησή τους. Για την σύλληψη των παραπάνω οργανισμών, αξιοποιείται μια ιδιότητα που εμφανίζει η πλειονότητα τους είτε καθ όλη τη διάρκεια της ζωής τους είτε σε κάποιο στάδιο του κύκλου ζωής τους, που είναι η αντίδραση τους προς μια φωτεινή πηγή κατά τη διάρκεια της νύχτας. Η παραπάνω αντίδραση ορίζεται ως φωτοτακτισμός και μπορεί να είναι είτε θετικός (ο οργανισμός να έλκεται από το φως) είτε αρνητικός (ο οργανισμός να απομακρύνεται). Πρόκειται για ιδιότητα που είχε προ πολλού παρατηρηθεί σε χερσαία ασπόνδυλα ζώα, με κάποιες ομάδες εντόμων να αποτελούν πολύ χαρακτηριστικές περιπτώσεις (Sutherland 2006). 1.2 Ψάρια και φως Η έλξη προς το φως είναι ένα γνωστό φαινόμενο που συναντάται στα ψάρια. Οι μεταβολές της έντασης του φωτός χρησιμοποιούνται από τις προνύμφες μερικών ειδών ψαριών στη ρύθμιση της κάθετης μετανάστευσης και ασκούν ισχυρή επιρροή στη συμπεριφορά σίτισης των προνυμφών. Η θετική συμπεριφορά προς το φως από κάποια είδη ψαριών έχει επίσης χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη φωτοπαγίδων με στόχο να συλληφθούν ιχθύδια όταν οι άλλες τεχνικές δεν είναι κατάλληλες. Παρ όλα αυτά, οι οπτικές ιδιότητες των διαφόρων φορέων του νερού αυξάνουν την πιθανότητα η ίδια ποσότητα και ποιότητα φωτός που εισέρχεται στο νερό να μπορεί να προκαλέσει διαφορετικές αντιδράσεις στις προνύμφες σε διαφορετικές περιοχές. Στην ενδοχώρα της Αυστραλίας, το φως του ήλιου προσκρούει στην επιφάνεια του φυσικού νερού, κυριαρχείται από κόκκινο χρώμα στο φάσμα με μήκος κύματος στο φάσμα nm. Ωστόσο, το φυσικό φως στο υποβρύχιο περιβάλλον εξασθενεί όσο αυξάνεται το βάθος, λόγω της διαδικασίας απορρόφησης και σκέδασης των φωτονίων. Σε θολά νερά, που υπάρχουν στο εσωτερικό της νοτιοανατολικής Αυστραλίας, το μπλε και το κόκκινο φως εξασθενούν γρήγορα, με αποτέλεσμα το υποθαλάσσιο πεδίο φωτός να κυριαρχείται από κίτρινο έως πορτοκαλί φως με μήκη κύματος στο φάσμα nm. Η επίδραση της έντασης του φωτός και της 11

12 φασματικής σύνθεσης στη συμπεριφορά των προνυμφών είναι πολύπλοκη. Ωστόσο, καθώς πολλά είδη ψαριών έχουν οπτικές χρωστικές ουσίες κατάλληλες για τα κυρίαρχα μήκη κύματος στο φυσικό τους περιβάλλον, φαίνεται λογικό να υποθέτουν ότι τα ψάρια του γλυκού νερού στη νοτιοανατολική Αυστραλία είναι προσαρμοσμένα σε ένα υποβρύχιο πεδίο φωτός που κυριαρχούν το κίτρινο και το πορτοκαλί. Η τάση για την ανάπτυξη των προνυμφών σε κατανομές συχνοτήτων είναι ισχυρότερη σε μικρό μήκος κύματος, με χαμηλή ένταση του φωτός και πιο αδύναμη σε μεγάλο μήκος κύματος (601 nm). Η ανταπόκριση των προνυμφών στο φως διέφερε μεταξύ των ειδών, μεταξύ των μηκών κύματος και μεταξύ διαφορετικών εντάσεων, με οριακά σημαντικές δευτερογενείς αλληλεπιδράσεις. Επίσης, υπάρχουν σημαντικές διαφορές σε αλιεύματα προνυμφών μεταξύ των παγίδων που περιέχουν πηγές φωτός σε διάφορα χρώματα. Συνήθως, το κίτρινο φως προσελκύει περισσότερες προνύμφες στις παγίδες από ό, τι άλλα χρώματα, ενώ αμέσως μετά έρχεται το πορτοκαλί. Συγκριτικά, οι παγίδες με μπλε φως δεν είναι πολύ πιο αποτελεσματικές από τις παγίδες που δεν έχουν καμία πηγή φωτός. 1.3 Οι φωτοπαγίδες Οι φωτοπαγίδες χρησιμοποιούνται συχνά στα θαλάσσια οικοσυστήματα για να προσελκύσουν και να συλλάβουν κινητά ασπόνδυλα καθώς και προνύμφες ψαριών υφάλων. Λόγω ευκινησίας τους, είναι καλύτεροι δειγματολήπτες σε σχέση με τα συρόμενα δίχτυα. Από την αρχική χρήση τους στα παράκτια ύδατα στα τέλη της δεκαετίας του 1980, οι φωτοπαγίδες έχουν γίνει μια δημοφιλής τεχνική δειγματοληψίας, ιδίως σε τροπικά περιβάλλοντα όπου ορισμένα σημαντικά ερωτήματα επικεντρώνονται στην ιστορία των σταδίων ζωής των υφαλικών ψαριών. Οι φωτοπαγίδες έχουν χρησιμοποιηθεί εκτενώς για τη δειγματοληψία των προνυμφών στις τελευταίες τους ημέρες πριν από τη δημιουργία οικισμού, και έχουν χρησιμοποιηθεί σε περιορισμένο βαθμό για τη διερεύνηση της κατακόρυφης κατανομής των προνυμφών στο χώρο. Αυτές οι μελέτες έχουν δείξει ότι ενώ τα περισσότερα είδη φαίνεται να είναι πιο άφθονα στην επιφάνεια, υπάρχουν σαφείς διαφορές σε σχέση με μερικά είδη που προτιμούν παγίδες σε μεγαλύτερο βάθος. Ωστόσο, αυτή η δειγματοληψία διαταράσσεται από το γεγονός ότι οι συμβατικές φωτοπαγίδες δείγματοληπτούν ταυτόχρονα μια σειρά από στρώματα βάθους, επειδή φωτίζουν προς όλες τις κατευθύνσεις. Σε σχετικά καθαρά νερά, αυτές οι παγίδες μπορούν να δείγματοληπτίσουν σχεδόν ολόκληρη τη στήλη του νερού, γεγονός που περιορίζει τη χρησιμότητα των συγκρίσεων ανά βάθος. Ακόμη και αν οι εν λόγω παγίδες τοποθετούνται ταυτόχρονα σε διαφορετικά βάθη, μια ακριβής περιγραφή της κάθετης κατανομής των προνυμφών θα συμβεί μόνο με την παραδοχή ότι οι προνύμφες κολυμπούν προς την πιο φωτεινή (πλησιέστερη) παγίδα. Λαμβάνοντας υπόψη ότι υπάρχουν ενδείξεις ότι οι προνύμφες των ψαριών μπορεί να αλλάξουν την φωτοτακτική απόκρισή τους καθώς ο προσανατολισμός της φωτεινής πηγής 12

13 μεταβάλλεται (πάνω ή κάτω), η υπόθεση αυτή μπορεί να μην είναι εύλογη.κατά καιρούς φτιάχνονται διαφορετικά σχέδια φωτοπαγίδας για πειραματικούς σκοπούς. Οι φωτοπαγίδες χρησιμοποιήθηκαν σε υδάτινο περιβάλλον για πρώτη φορά από τους Hungerford et al. (1955), με σκοπό τη συλλογή υδρόβιων εντόμων, ενώ στη συνέχεια φώτα άρχισαν να χρησιμοποιούνται και για τη συλλογή και των υπόλοιπων υδρόβιων οργανισμών που εμφάνιζαν παρόμοια φωτοτακτική απόκριση, με αρκετά ενθαρρυντικά αποτελέσματα. Σε πρώτη φάση, τα φώτα χρησιμοποιήθηκαν σε συνδυασμό με άλλους δειγματολήπτες για να αυξήσουν την αποτελεσματικότητα τους, π.χ. για την προσέλκυση οργανισμών πάνω σε δίχτυα πλαγκτού, όπως για παράδειγμα η παγίδα που χρησιμοποιήθηκε από τον Rooker et al. (1996), (εικ. 1). Σταδιακά άρχισαν να χρησιμοποιούνται και σε αυτόνομες ειδικές παγίδες (φωτοπαγίδες), παρόμοιες μ αυτές που είχαν επινοηθεί για τις δειγματοληψίες εντόμων. Η χρήση τέτοιων παγίδων καθιερώθηκε στη θαλάσσια έρευνα ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 80 (Faber 1981, Gregory and Powles (1985). Η αρχή λειτουργίας τους παρέμενε η ίδια με αυτή των φωτοπαγίδων για τα έντομα, δηλαδή η προσέλκυση των οργανισμών μέσα στην παγίδα με κάποιο φως και στη συνέχεια η παγίδευση τους σ αυτήν. Χρήση φώτων για προσέλκυση οργανισμών σε δίχτυ πλαγκτού. Το φως χρησιμοποιείται προκειμένου να αυξηθεί η αποτελεσματικότητα του διχτυού. Το 1997 χρησιμοποιήθηκαν φωτοπαγίδες με σκοπό τη σύγκριση της αφθονίας και της σύνθεσης των αλιευμάτων των ψαριών και των ασπόνδυλων σε μεγάλες και μικρές φωτοπαγίδες στα ΒΔ παράλια της Αυστραλίας. Τόσο οι μεγάλες όσο και οι μικρές παγίδες ήταν παραλλαγές του σχεδιασμού του Doherty (1987). Η μεγάλη παγίδα αποτελείται από ένα ορθογώνιο σώμα fiberglass, που εσωτερικά διαιρείται σε τρία τμήματα που συνδέονται με κωνικές σχισμές. Τα δύο ανώτερα σώματα είχαν πάνελ πλεξιγκλάς στις τρεις πλευρές, ενώ ο κάτω θάλαμος είχε μόνο ένα πάνελ. Ένας σωλήνας πλεξιγκλάς που περιέχει τα φώτα διατρέχει το κέντρο της παγίδας, έτσι ώστε κάθε θάλαμος να περιέχει ένα μόνο λευκό φως φθορισμού. Ένας δεύτερος κύλινδρος που περιέχει μπαταρίες και ένα χρονόμετρο στεγάστηκε στην κορυφή της παγίδας. Έξι οριζόντιες κωνικές τομές στον 13

14 πάνω θάλαμο επιτρέπουν την είσοδο των φωτοευαίσθητων οργανισμών. Τα φώτα στους θαλάμους ανάβουν διαδοχικά για να οδηγήσουν τους οργανισμούς αυτούς στον κάτω θάλαμο. Η μικρή παγίδα αποτελούνταν από ένα μόνο τμήμα κατασκευασμένο από πλεξιγκλάς σε ένα πλαίσιο αλουμινίου. Στο κέντρο αυτού του θαλάμου ένας σωλήνας από πλεξιγκλάς στεγάζει ένα λευκό φως φθορισμού που λειτουργεί συνεχώς όταν η παγίδα αλιεύει. Οι φωτοευαίσθητοι οργανισμοί μπαίνουν από τέσσερις οριζόντιες, κωνικές τομές. Ένας πλαστικός κουβάς με ειδικές εσοχές συνδέεται με το κάτω μέρος του θαλάμου. Οι εσοχές αυτές επιτρέπουν την αποστράγγιση του νερού όταν η παγίδα έχει ανακτηθεί έτσι ώστε να συλλαμβάνονται οι οργανισμούς που έχουν συγκεντρωθεί στον κάδο. Οι δύο παγίδες, λάμβαναν δείγματα ταυτόχρονα κατά τη διάρκεια πέντε κρουαζιέρων διάρκειας 10 ημερών, οι οποίες επικεντρώνονταν γύρω από διαδοχικά νέα φεγγάρια από τον Οκτώβριο του 1997 έως το Μάρτιο του 1998 στη ΒΔ πλευρά της Δυτικής Αυστραλίας. Οι φωτοπαγίδες αυτές αναπτύχθηκαν σε οκτώ σταθμού. Σε κάθε σταθμό, δύο μεγάλες και δύο μικρές παγίδες αφέθηκαν ελεύθερες να επιπλέουν στην επιφάνεια. Κάθε παγίδα συνδέθηκε με μια σημαδούρα, ώστε να κρεμαστεί κάθετα στη στήλη του νερού με τις σχισμές εισόδου περίπου 1 εκ. κάτω από την επιφάνεια. Οι παγίδες είχαν τη δυνατότητα να παρασύρονται ελεύθερα από το ρεύμα για μια ώρα, μετά την οποία ανασύρονταν και μαζεύονταν τα ψάρια. Στο τέλος της 14

15 αλιείας, τα αλιεύματα αμέσως διατηρούνται σε οινόπνευμα και στο εργαστήριο ταξινομούνταν σε συλλογές. Στις παγίδες αυτές συγκεντρώθηκαν 31 οικογένειες του υφαλικών ψαριών, 3 οικογένειες baitfishes και 8 οικογένειες άλλων (μη υφαλικών) ψαριών. Τα υφαλικά ψάρια αντιπροσωπεύονταν στην πλειονότητα τους (78%) από 3398 ψάρια που συλλέχθηκαν από τις παγίδες, ενώ τα baitfishes και τα μη υφαλικά είδη περιελάμβαναν το 7% και 15% αυτού του αλιεύματος, αντίστοιχα. Οκτώ οικογένειες ψαριών (έξι υφαλικές και δύο μη) συλλέχθηκαν αποκλειστικά από τις μικρές παγίδες φωτός. Συνολικά εντοπίστηκαν σημαντικές διαφορές στο σύνολο των αλιευμάτων μεταξύ των δύο ειδών παγίδας. Κατά μέσο όρο, τα αλιεύματα στις μικρές παγίδες ήταν ελαφρώς αλλά σημαντικά μεγαλύτερα από αυτά στις μεγάλες παγίδες. Αυτό οφειλόταν σε μεγάλο βαθμό στις μικρές διαφορές των αλιευμάτων αυτών. Δεν υπήρχαν σημαντικές διαφορές στο μέγεθος των κατανομών συχνοτήτων στις δέκα πιο άφθονες οικογένειες ψαριών που συλλέχθηκαν από τις μικρές και μεγάλες παγίδες.στα αλιεύματα και στα δύο είδη παγίδας κυριαρχούσαν αριθμητικά τα αμφίποδα, ενώ στις μεγάλες παγίδες συλλέχθηκε συνολικά μεγαλύτερος αριθμός των ασπόνδυλων και αμφίποδων. Κατά τις 3 τελευταίες από τις 5 κρουαζιέρες 21 ζεύγη από μικρές και μεγάλες παγίδες ήταν αγκυροβολημένες στο νησί Μurion και στα ΒΔ της Αυστραλίας για πάνω από 17 νύχτες. Οι παγίδες αυτές ήταν αγκυροβολημένες κοντά (150 m) στον ύφαλο σε περίπου 20 m βάθος. Οι σημαδούρες επέπλεαν πάνω από τις παγίδες, οι οποίες ήταν κάθετες στη στήλη του νερού με τις σχισμές εισόδου στο 1m βάθος. Τα ζεύγη παγίδω απήχαν μεταξύ τους 100 μέτρα για να αποφευχθεί η επικάλυψη των περιοχών που φωτίζονται από το φως. Οι παγίδες αλίευαν καθ 'όλη τη νύχτα, και παρά την κίνηση του νερού μέσα από τις σχισμές τους. Εκεί τα ψάρια και τα ασπόνδυλα παρέμεναν ζωντανά έως ότου μαζεύονταν το επόμενο πρωί. Το μέσο ποσοστό των αλιευμάτων στις αγκυροβολημένες παγίδες ήταν τέσσερις φορές περισσότερο από ό, τι των παρασυρόμενων παγίδων, κυρίως λόγω της αύξησης του αριθμού των baitfishes. Συνολικά, ψάρια είχαν συλληφθεί, εκ των οποίων το 86% ήταν baitfishes, το 14% ψάρια υφάλου και <1% άλλα ψάρια. Οκτώ οικογένειες ψαριών (πέντε υφαλικές και δύο μη) συλλέχθηκαν μόνο από τις μικρές παγίδες, ενώ εννέα οικογένειες (οκτώ υφάλου και ένα μη) συλλέχθηκαν αποκλειστικά από τις μεγάλες παγίδες. Ουσιαστικά όλες αυτές οι οικογένειες εμφανίστηκαν σε πολύ χαμηλό αριθμό (<10 άτομα). Ενώ δεν υπήρχε σταθερή διαφορά των συνολικών αλιευμάτων μεταξύ μεγάλων και μικρών παγίδων, όταν αυτές αγκυροβολήθηκαν, στις μικρές παγίδες συλλέχθηκε μεγαλύτερος αριθμός ψαριών υφάλου. Οι υποβρύχιες παρατηρήσεις της συμπεριφοράς των ψαριών και των ασπόνδυλων γύρω από το φως, έδειξαν ότι τα ψάρια υφάλου όπως τα pomacentrids φαίνεται να βρήκαν τις εισόδους της παγίδα από τύχη, συχνά μόνο μετά από μια μακρά περίοδο τυχαίας αναζήτησης. Αυτό σημαίνει ότι η πιθανότητα συνάντησης με τις εισόδους είναι ένας σημαντικός καθοριστικός παράγοντας της αποδοτικότητας δέσμευσης αυτών από τις παγίδες. Παρά το γεγονός ότι και τα δύο είδη παγίδας είχαν 15

16 παρόμοιο αριθμό και μεγέθους εισόδους, οι μεγάλες παγίδες είχαν δύο επιπλέον θαλάμους από τους οποίους εξέπεμπαν φως, αλλά δεν επέτρεπαν την είσοδο. Αυτοί οι θάλαμοι μπορεί να διαλύσουν τα ψάρια υφάλου γύρω από την παγίδα και μακριά από τις εισόδους, μειώνοντας έτσι τις πιθανότητές τους για σύλληψη. Ενώ αυτό μπορεί επίσης να ευθύνεται για τις διαφορές στην αλίευση καβουριών μεταξύ των δύο παγίδων, ο τρόπος διεξαγωγής των αλιευμάτων στις μικρές παγίδες δεν ήταν συνεπής μεταξύ όλων των ειδών των ασπόνδυλων, πολλά από τα οποία έχουν συλληφθεί σε μεγαλύτερους αριθμούς από τις μεγάλες παγίδες. Σε αντίθεση με τα ψάρια υφάλων και τα καβούρια, τα οποία συλλέγονται ως προνύμφες στο τελευταίο τους στάδιο, τα περισσότερα ασπόνδυλα που συλλέχθηκαν ήταν ενήλικα και εξαιρετικά ενεργά γύρω από το φως. Μια τέτοια συμπεριφορά μπορεί να αυξήσει τις πιθανότητές τους να αντιμετωπίζουν τις εισόδους των μεγάλων παγίδων, αν και είναι πιθανό οι διαφορές στα ποσοστά αλιευμάτων αυτών των ειδών να είναι έντονα επηρεασμένα από προσπάθεια διαφυγής. Στο εσωτερικό, τα ασπόνδυλα είχαν την τάση να περικυκλώνουν τη σωλήνα φωτός, ενώ τα ψάρια υφάλου κατέβαιναν στο κάτω μέρος της παγίδας. Όταν οι μικρές παγίδες αρθούν από το νερό, τα ασπόνδυλα που βρίσκονταν κοντά στο φως μπορεί να φύγουν από τις χαμηλές εισόδους. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, τα περισσότερα ασπόνδυλα κατά τη διάρκεια της ανάκτησης της παγίδα να είναι μικρότερο πρόβλημα στις μεγάλες παγίδες, δεδομένου ότι τα αλιεύματα είναι κατανεμημένα μεταξύ των τριών θαλάμων, και έτσι μόνο ένας που έχει εξωτερικές εισόδους που βρίσκονται στην κορυφή του θαλάμου. Το 1999 μία άλλη μορφή παγίδας χρησιμοποιείται, η οποία βασίζεται στο σχέδιο της παγίδας των Sponaugle & Cowen (1994), με συνδυασμό υποβρύχιων ηχείων για να διαπιστωθεί αν οι προνύμφες προσελκύονται από τον ήχο που προέρχεται από έναν ύφαλο. Πολλές προνύμφες προσελκύονται από το φως κυρίως το βράδυ, κάνοντας τις φωτοπαγίδες εξαιρετικά (αλλά επιλεκτικά) εργαλεία για την συλλογή τους. Στην παγίδα αυτή, όπως φαίνεται και στο σχήμα ένα ξεχωριστό στεγανό βαρέλι στεγάζει μία θαλάσσια μπαταρία 12 V, έναν ενισχυτή και ένα φορητό κασετόφωνο. Ένα υποβρύχιο ηχείο (Lubell Labs Inc, LL964, 200 έως 20 khz, 180 db σε απόσταση 1 m, με αναφορά ηχητικής πίεσης 1 μρa) τοποθετείται κάτω από το βαρέλι. Παγίδες και μεγάφωνο τοποθετούνται 2 μέτρα κάτω από την επιφάνεια του νερού. Με τη βοήθεια της παγίδας αυτής καταγράφεται ο ήχος του ύφαλου το βράδυ, όταν οι προνύμφες εγκαθίστανται σ αυτόν. Φυσικοί υποβρύχιοι ήχοι καταγράφηκαν περίπου 200 m από την ακτή στη νότια πλευρά του υφάλου Ti Point (36 19 'Ν, ' Α) σε 14 μ. βάθος νερού. Εκεί έγιναν βαθμονομημένες ψηφιακές ηχογραφήσεις με ένα υδρόφωνο σε βάθος χαμηλότερο των 8 μέτρων από την επιφάνειατης θάλασσας. 16

17 Οι φωτοπαγίδες αναπτύχθηκαν σε δύο ζεύγη.μια παγίδα σε κάθε ζευγάρι αναπαρήγαγε τον καταγραμένο ήχο, ενώ η άλλη είχε το ρόλο του σιωπηλού ελέγχου.αναπτύχθηκαν 4 μόνιμες αγκυροβολημένες φωτοπαγίδες στην Omaha Bay, της Νέας Ζηλανδίας (36 20 'Ν, ' Α). Τα αγκυροβόλια ήταν διατεταγμένα σε ζεύγη, με το ένα ζεύγος τοποθετημένο πιο πίσω στον κόλπο. Τα ζεύγη των φωτοπαγίδων απείχαν περίπου 500 m μεταξύ τους και τουλάχιστον 500 μέτρα από την ακτή ή τον πλησιέστερο ύφαλο. Σε κάθε εγκατάσταση,δόθηκε τυχαία μια αγωγή (ηχητική /σιωπηλή) στο πρώτο αγκυροβόλιο. Στη συνέχεια εναλλάσσονταν οι αγωγές μεταξύ αγκυροβολίων, όπως ότι υπήρχε πάντα μία επεξεργασία ήχου στο εμπρός και πίσω αγκυροβόλιο, και μία αγωγή ήχου και στις δύο πλευρές του κόλπου. Όλο το πειραματικό σύστημα ολοκληρωνόταν περίπου 1 ώρα πριν το ηλιοβασίλεμα, ενώ ο εξοπλισμός συλλέγονται και καθαριζόταν το επόμενο πρωί. Η δειγματοληψία αυτή γινόταν για 14 νύχτες από τις 19 Αυγούστου έως τις 2 Νοέμβρη, 1999, κάθε φορά που το επέτρεπαι ο καιρός. Τα αποτελέσματα αυτού του πειράματος υπήρξαν η πρώτη απόδειξη ότι ο ήχος μπορεί να είναι ένα σημαντικό στοιχείο πλοήγησης στο υδάτινο περιβάλλον. Οι προνύμφες Triplefin είχαν προσελκυθεί από τον ήχο του υφάλου, ενώ οι προνύμφες Pilchard όχι. Η διεξαγωγή του πειράματος δείχνει ότι η έλξη των προνυμφών triplefin λειτούργησε στο φυσικό περιβάλλον και σε τοπική κλίμακα που σχετίζεται με το διακανονισμό των ψαριών των υφάλων. Τα δεδομένα έδειξαν επίσης ότι ο σεληνιακός κύκλος μπορεί να είναι σημαντικός για τον καθορισμό του βαθμού ανταπόκρισης των προνυμφών στον ήχο του υφάλου. Οι νύχτες δειγματοληψίας 1 έως 3 και 11 έως 13 επήλθαν κατά τη διάρκεια του πρώτου τετάρτου της Σελήνης. Αυτές οι νύχτες είχαν τις μεγαλύτερες 17

18 διαφορές μεταξύ ηχητικών και μη παγίδων, καθώς και το υψηλότερο ποσοστό αλιευμάτων προνυμφών triplefin. Συγκεκριμένα, οι ηχητικές παγίδες σχεδόν πάντα αλίευαν περισσότερες προνύμφες triplefin από ότι οι σιωπηλές παγίδες κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης της σελήνης (8 από τις 9 συγκρίσεις). Εκτός από τα triplefins και τα pilchards, οι παγίδες αλίευσαν και μερικά άλλα είδη. Ο χαμηλός αριθμός και το μικρό εύρος των άλλων ειδών οφείλονται εν μέρει στο χρονοδιάγραμμα προσφοράς των προνυμφών και εν μέρει στην περιοχή τοποθέτησης των φωτοπαγίδων. Το 2001 χρησιμοποιήθηκε ένα άλλο σχέδιο φωτοπαγίδας, με σκοπό να εξετάσει την κατακόρυφη κατανομή των προνυμφών στο τελευταίο τους στάδιο. Οι φωτοπαγίδες είχαν ως σκοπό να διανείμουν φως κατά κύριο λόγο σε μια οριζόντια κατεύθυνση. Αυτό επέτρεψε σε κάθε δείγμα φωτοπαγίδας μια ευδιάκριτα διαφορετική κατανομή σε διαφορετικά βάθη. Οι παγίδες ήταν κυλινδρικές, 52 εκ. ύψους και 50 εκ. διαμέτρου κατ 'ανώτατο όριο. Το φως κατευθύνθηκε οριζόντια με τη βοήθεια μιας σειράς από εννέα αδιαφανές διαφράγματα, απόστασης 2 εκατοστών μεταξύ τους. Τα διαφράγματα έγιναν με 3-mm γκρι perspex κομμένο σε επίπεδα δαχτυλίδια εξωτερικής διαμέτρου 50 cm και 14 cm εσωτερική διάμετρο. Τέσσερις ράβδοι υποστήριξης από ανοξείδωτο χάλυβα χρησιμοποιήθηκαν για τον καθορισμό της θέσης των διαφραγμάτων. Το κάτω μισό της παγίδας κατασκευάστηκε από σωλήνες πάχους 5-mm από PVC με 30 cm εσωτερική διάμετρο. Αυτό συνδέεται με το κάτω διάφραγμα και σφραγίζεται στη βάση για να σχηματίσει ένα καλάθι συλλογής. Αυτό το καλάθι συλλογής είχε δύο σχισμές αποστράγγιση κομμένες στις δύο πλευρές κοντά στη βάση, οι οποίες καλύφθηκαν με δικτυωτό πλαστικό 1 mm. Το καλάθι μπορεί να αφαιρεθεί από το σύνολο της παγίδας μέσω της κορυφής, έτσι ώστε τα αλιεύματα να μπορούν να ανακτηθούν εύκολα και να αδειάζουν σε έναν κουβά.τα ψάρια αποθαρρύνονται να βγουν από την παγίδα ενός πλαστικού χωνιού που είναι τοποθετημένο στο κάτω διάφραγμα και τέσσερις διευθυντές perspex τοποθετούνται μεταξύ κάθε ενός από τα διαφράγματα. Μια πηγή φωτός (που αποτελείται από 30 εκατοστά ύψος, 8-W φθορισμού ''cool white'' λάμπας) τοποθετείται σε ένα σαφές σωλήνα perspex που εισάγεται κεντρικά μέσα από τη σειρά των διαφραγμάτων. Η σωλήνας έχει τοποθετηθεί σε ένα στεγανό κουτί μπαταρίας που συνδέεται με τη βάση του καλαθιού συλλογής. Μία επαναφορτιζόμενη σφραγισμένη μπαταρία μολύβδου-οξέος 12 V 7 Ah χρησιμοποιήθηκε για να τροφοδοτήσει την πηγή φωτός και, όταν ήταν πλήρως φορτισμένη παρέχεται αρκετή ενέργεια για να ανάψει η φωτεινή πηγή για έως και 48 h. Οι παγίδες έχουν ανασταλεί με ένα λουρί συνημμένο σε τέσσερα μεταλλικά δακτυλίδια ασφαλισμένα στην κορυφή του ανοξείδωτου ατσαλιού υποστηριζόμενα από βέργες. Θα μπορούσαν να κρεμαστούν η μία από την άλλη μέσω δαχτυλιδιών με την υποστήριξη ράβδων κάτω από το διάφραγμα, ή να κρεμαστεί ατομικά σε ξεχωριστές θέσεις, ανάλογα με το επιθυμητό σχέδιο δειγματοληψίας. 18

19 Η φωτεινή κατανομή των παγίδων μετρήθηκε σε ένα ενυδρείο με l θαλασσινό νερό χρησιμοποιώντας έναν Li- Cor αισθητήρα ακτινοβολίας. Ο αισθητήρας αυτός ανιχνεύει όλη την προσπίπτουσα ακτινοβολία από nm, η οποία είναι μια περιοχή συγκρίσιμη με τις οπτικές δυνατότητες των υφαλικών προνυμφών στο τελευταίο τους στάδιο. Η ένταση του φωτός μετρήθηκε κατά μήκος δύο τομών 0.8 και 1.6 μ., οι οποίες είναι τοποθετημένες μακριά από την παγίδα και βρίσκονται κάθετα στην άμεση γραμμή της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από την πηγή φωτός της παγίδας. Οι μετρήσεις φωτός γίνονταν κάθε 10 cm μεταξύ κάθε διατομής από το κέντρο του διαφράγματα έως το σημείο που τα επίπεδα φωτός μειώνονται κάτω από το όριο ανίχνευσης του αισθητήρα (f10 3 mem 2 s 1). Η εγκατάσταση της φωτοπαγίδας έγινε ως εξής: Τρεις παγίδες (κορυφή, μέση και πάτο) είχαν αναπτυχθεί σε μια κάθετη σειρά, όπως φαίνεται και στο σχήμα (Β), αγκυροβολημένες στα 18 m κάτω από το νερό, 1,5 χιλιόμετρα από τη ΝΔ (υπήνεμη) πλευρά του νησιού Lizard (14 ο 40 S, 145 ο 28 E). Τα βάθη των τριών παγίδων ήταν 2, 9 και 16 μ. από την επιφάνεια αντίστοιχα (Εικ. 1Β). Η απόσταση της κάτω παγίδας από το βυθό της θάλασσας κυμαινόταν από 2 έως 4.3 m, ανάλογα με την παλίρροια. Για την εξασφάλιση των παγίδων μεριμνήθηκε η πρόσδεσή βαριδίου (2-3-lb), με το κιβώτιο της μπαταρίας. Αυτό εξασφαλίζει την ελαχιστοποίηση της κίνησής τους λόγω κύματος. Οι παγίδες είχαν αναπτυχθεί για συνολικά 12 νύχτες γύρω ανάμεσα στα νέα φεγγάρια του Νοεμβρίου και του Δεκεμβρίου Οι παγίδες τοποθετούνταν αρκετές ώρες πριν το σούρουπο κάθε βράδυ και άδειαζαν το χάραμα. Τα αλιεύματα διατηρούνταν σε κουβάδες με φρέσκο θαλασσινό νερό και επέστρεφαν έτσι στον ερευνητικό σταθμό, όπου τα δείγματα τοποθετούνταν σε θαλασσινό νερό με ρυθμιστικό διάλυμα φορμόλης για 24 ώρες και στη συνέχεια αποθηκεύονταν σε αλκοόλη 70% μέχρι να ταξινομηθούν. Τα δείγματα ταξινομούνταν κάτω από ένα 19

20 μικροσκόπιο και ανάλογα με την ανατομία τους, προσδιοριζόταν η οικογένεια στην οποία ανήκαν. Οι παγίδες βρέθηκαν να εκπέμπουν φως σε μια στενή δέσμη, στην οποία έγινε πιο διάχυτη και ραγδαία η μείωση της έντασης σε σχετικά μικρή απόσταση από τη φωτεινή πηγή. Η ένταση του φωτός μειώνεται τόσο γρήγορα με την απόσταση από τη φωτοπαγίδα λόγω τόσο της εξασθένησης, όσο και της αύξηση της περιοχής φωτισμού. Στα 18,1 μέτρα μακριά από τις παγίδες, η ένταση του φωτός ήταν περίπου ισοδύναμη με εκείνη της νέας σελήνης στα 10m βάθος, δηλαδή σε αυτή την απόσταση, η ένταση του φωτός από το περιβάλλον ήταν συγκρίσιμη με εκείνη που εξέπεμπαι η παγίδα. Κατά τη διάρκεια των 12 ημερών της δειγματοληψίας συλλέχθηκαν 645 δείγματα από 11 οικογένειες ψαριών, οι οποίες είναι μεσαίας κατηγορίας σε σύγκριση με άλλες μελέτες στην ίδια περιοχή. Οι δύο πιο άφθονες οικογένειες ήταν οι Pomacentridae και Lethrinidae, που αποτελούσαν πάνω από το 87% του συνολικού αλιεύματος. Επίσης, χρησιμοποιώντας τις τροποποιημένες αυτές φωτοπαγίδες αλιεύονταν περίπου 4,9 άτομα ανά ώρα. Επομένως, φαίνεταιότι παρά την ραγδαία εξασθένιση του φωτός και τη σχεδίαση που μειώνει τον όγκο του νερού δειγματοληψίας, οι πειραματικές φωτοπαγίδες είναι μια βιώσιμη μέθοδος συλλογής ψαριών. Τα δεδομένα που συλλέγονται σε αυτή τη μελέτη δείχνουν ότι οι προνύμφες πολλών οικογενειών από ψάρια του υφάλου είναι πιο άφθονα κοντά στην επιφάνεια, υποστηρίζοντας προηγούμενες παρατηρήσεις (Leis, 1991; Doherty and Carleton, 1997; Hendriks et al.,2001). 1.4 Σύγκριση των παγίδων βάσει του τύπου της φωτιστικής πηγής που χρησιμοποιείται Οι φωτοπαγίδες αποτελούν έναν ιδιαίτερο τύπο παγίδας που εκμεταλλεύεται τις θετικές φωτοτακτικές αποκρίσεις διαφόρων οργανισμών για τη σύλληψη τους. Γι αυτό το σκοπό χρησιμοποιείται κάποια φωτιστική πηγή για την προσέλκυση τους μέσα στην παγίδα. Βάσει του τύπου της φωτιστικής πηγής που χρησιμοποιείται στις φωτοπαγίδες, μπορούμε να τις κατατάξουμε σε δύο κατηγορίες: α) τις παγίδες που χρησιμοποιούν χημικό φωτισμό και β) αυτές που χρησιμοποιούν ηλεκτρική ενέργεια. Κάθε κατηγορία εμφανίζει πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα έναντι της άλλης και εξαρτάται από το στόχο της έρευνας που διεξάγουμε το ποιά κατηγορία φωτοπαγίδας θα επιλέξουμε να χρησιμοποιήσουμε. Στις ηλεκτρικές πηγές φωτός συγκαταλέγονται λάμπες διαφόρων τύπων (π.χ. φθορισμού, βολφραμίου, led, κλπ) οι οποίες τοποθετούνται μέσα σε κάποιο διαφανή στεγανοποιημένο χώρο. Στις χημικού τύπου πηγές ανήκουν οι ράβδοι χημικού φωτισμού, όπου σε κάποιο πλαστικό διαφανή σωλήνα μικρών διαστάσεων περιέχονται δύο υγρά αντιδραστήρια τα οποία αντιδρούν χημικά όταν έλθουν σ επαφή μεταξύ τους, παράγοντας φως. Συνήθως το ένα αντιδραστήριο περιέχεται σε ένα εύθραυστο σωληνάκι τοποθετημένο μέσα στη ράβδο η οποία είναι γεμισμένη με το άλλο αντιδραστήριο. Όταν θέλουμε ν αρχίσει η αντίδραση λυγίζουμε τη ράβδο, 20

21 σπάζει το εσωτερικό σωληνάκι, τα δύο αντιδραστήρια έρχονται σ επαφή και αρχίζει η αντίδραση και η παραγωγή φωτός. Τέτοιες ή παρόμοιες ράβδοι χημικού φωτισμού χρησιμοποιούνται πολύ συχνά σε υποβρύχιες εργασίες, αλλά και στην επαγγελματική αλιεία μεγάλων πελαγικών, όπου οι ράβδοι τοποθετούνται πάνω στα παραγάδια για την προσέλκυση των ψαριών. Η επιλογή χημικού ή ηλεκτρικού φωτισμού που θα χρησιμοποιηθεί σε μια φωτοπαγίδα παίζει καθοριστικό ρόλο, μιας και επηρεάζει άμεσα το σχέδιο της κατασκευής της. Παρακάτω συγκρίνονται οι δύο αυτοί διαφορετικοί γενικοί τύποι παγίδων (αυτές που χρησιμοποιούν ηλεκτρικό και αυτές που χρησιμοποιούν χημικό φωτισμό), με παράθεση των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων τους. Α) Φωτοπαγίδες που χρησιμοποιούν ηλεκτρικό φωτισμό: μειονεκτήματα πλεονεκτήματα Τα βασικά μειονεκτήματα χρήσης ηλεκτρικής πηγής για παραγωγή φωτός σε μια φωτοπαγίδα είναι: 1) Απαιτούν ειδικές κατασκευές και εξοπλισμό (συσσωρευτή, χρονόμετρα κλπ). Σε αντίθεση με τον χημικό φωτισμό που παράγεται σε μία απλή πλαστική ράβδο, οι λυχνίες οποιουδήποτε τύπου απαιτούν κάποια πηγή ενέργειας, στη συγκεκριμένη περίπτωση κάποιου τύπου συσσωρευτή. Επί πλέον τα διαφορετικά εξαρτήματα που είναι απαραίτητα (λυχνίες, καλώδια, συσσωρευτές και χρονοδιακόπτες) δημιουργούν την ανάγκη διαφορετικών διαμερισμάτων, κάτι που αυξάνει την πολυπλοκότητα της κατασκευής. Επίσης, όλα τα διαμερίσματα απαιτείται να είναι πολύ καλά στεγανοποιημένα, γεγονός που κάνει την κατασκευή πιο απαιτητική σε σχεδιασμό. 2) Όπως είναι ευνόητο, όλα τα παραπάνω αυξάνουν σημαντικά το κόστος κατασκευής, όχι μόνο λόγω των επιπλέον εξαρτημάτων που απαιτούνται, αλλά και λόγω των επιπλέον χώρων που πρέπει να κατασκευαστούν. Επίσης, σημαντική συνεισφορά στην αύξηση του κόστους αυτών των παγίδων προέρχεται από τις ανάγκες στεγανοποίησης των ηλεκτρικών κυκλωμάτων, γεγονός που απαιτεί εξειδικευμένες κατασκευές, αρκετό επιπλέον χρόνο στην διαδικασία κατασκευής και στην περίπτωση πολύ ειδικών κατασκευών, κάποιο εξειδικευμένο συνεργείο. Παρά τα παραπάνω μειονεκτήματα, η χρήση ηλεκτρικής πηγής παραγωγής φωτός προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα και κάνει την φωτοπαγίδα πολύ ευέλικτο εργαλείο με πολλές εναλλακτικές δυνατότητες χρήσης της. Συγκεκριμένα: 1) Η ένταση της ακτινοβολίας που παράγει μια λάμπα είναι μετρήσιμη, οπότε γνωρίζουμε την ένταση της και δεύτερον η ακτινοβολία παραμένει σταθερή καθ όλη τη διάρκεια λειτουργίας της. Έτσι, μπορούμε να κάνουμε συγκρίσεις ως προς την αποτελεσματικότητα διαφόρων εντάσεων φωτός στη σύλληψη των οργανισμών που μας ενδιαφέρουν. Το παραπάνω δεν θα μπορούσε να επιτευχθεί εάν η φωτιστική πηγή παρήγαγε φως με αυξομειώσεις ή άλλου τύπου αλλαγές στην ένταση του. 2) Η λειτουργία των ηλεκτρικών κυκλωμάτων μπορεί να ρυθμιστεί με την παρέμβαση κάποιου ηλεκτρονικού χρονοδιακόπτη. Αυτό θα προσδώσει μεγάλη ευελιξία στον προγραμματισμό της λειτουργίας της παγίδας παρέχοντας μας απόλυτο έλεγχο σ 21

22 αυτόν. Για παράδειγμα, μπορούμε να ρυθμίσουμε την ώρα έναρξης και παύσης της λειτουργίας της παγίδας ή ανάλογα με τον τύπο και πολυπλοκότητα του χρονοδιακόπτη μπορούμε να ρυθμίσουμε την λειτουργία των φώτων της παγίδας σε διάφορους κύκλους κατά τη διάρκεια της νύχτας. Έτσι μπορούμε να συντονίσουμε διάφορες παγίδες να λειτουργήσουν ταυτόχρονα κατά το χρονικό διάστημα ή διαστήματα που επιθυμούμε να συλλέξουμε δείγμα. 3) Παρέχεται η δυνατότητα χρήσης διαφορετικών τύπων λυχνιών, προσφέροντας έτσι δυνατότητα πειραματισμού σε αντιδράσεις των οργανισμών σε ακτινοβολία σ όλο το ορατό φάσμα. Επιπλέον μπορούμε χρησιμοποιώντας εξειδικευμένες λυχνίες να πειραματιστούμε σε ακτινοβολίες εκτός του ορατού (υπέρυθρη και υπεριώδη), γεγονός που καθιστά την φωτοπαγίδα ένα εξαιρετικό εργαλείο έρευνας και πειραματισμού στο πεδίο. 4) Με κατάλληλη χρήση ειδικών ηλεκτρονικών και λυχνιών διαφόρων τύπων μπορούμε ακόμη να ρυθμίσουμε την ένταση της ακτινοβολίας, πειραματιζόμενοι και μ αυτήν την παράμετρο. Από τα παραπάνω διαπιστώνουμε ότι οι φωτοπαγίδες με ηλεκτρικό φωτισμό, μπορεί μεν να είναι πιο πολύπλοκες και ακριβές κατασκευές, μπορούν ωστόσο να αποτελέσουν πολύτιμα εργαλεία έρευνας και πειραματισμού στο πεδίο, ιδιότητα που δεν παρέχει κανένας άλλος από τους γνωστούς δειγματολήπτες. Β) Φωτοπαγίδες που χρησιμοποιούν χημικό φωτισμό: πλεονεκτήματα μειονεκτήματα Σε γενικές γραμμές τα πλεονεκτήματα που παρέχουν αυτού του τύπου οι φωτοπαγίδες, έναντι αυτών που χρησιμοποιούν ηλεκτρική ενέργεια, είναι ελάχιστα και κατ εξοχήν οικονομικής φύσης. Συγκεκριμένα: Τα βασικά πλεονεκτήματα τους είναι: 1) Αποτελούν φθηνή επιλογή. Η έλλειψη εξειδικευμένων οργάνων (χρονοδιακοπτών, συσσωρευτών, καλωδίων και λυχνιών) μειώνει το κόστος κατασκευής αυτού του τύπου παγίδων, καθιστώντας τες μια φθηνή επιλογή. Ωστόσο, εμφανίζουν μεγαλύτερο λειτουργικό κόστος εξ αιτίας του γεγονότος ότι οι ράβδοι χημικού φωτισμού είναι μιας χρήσης και πρέπει να ανανεώνονται μετά από κάθε δειγματοληψία. Έτσι, μακροπρόθεσμα το συνολικό κόστος της λειτουργίας της παγίδας ανεβαίνει, ίσως όχι σε τέτοιο βαθμό που να ισοσκελίζει το κόστος κατασκευής ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, ωστόσο η διαφορά κόστους μειώνεται σημαντικά μετά από αρκετές χρήσης της. 2) Είναι απλές κατασκευές λόγω έλλειψης εξειδικευμένων χώρων για τα ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά μέρη. Το παραπάνω, εκτός από το μειωμένο κόστος (όπως προαναφέρθηκε), συντελεί και στην ευκολότερη (και γρηγορότερη) κατασκευή της. Επίσης παρέχουν μεγαλύτερη ευκολία χειρισμών τους στο πεδίο. 22

23 Εκτός των προαναφερθέντων πλεονεκτημάτων, αυτού του τύπου οι φωτοπαγίδες υστερούν έναντι αυτών με ηλεκτρική ενέργεια σε όλα τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά τους. Ήτοι: 1) Η παραγωγή φωτός είναι προϊόν χημικής αντίδρασης δύο αντιδραστηρίων. Συνεπώς με την πάροδο του χρόνου, κι ενώ τα αντιδραστήρια εξαντλούνται, η ένταση της ακτινοβολίας σταδιακά μειώνεται και μάλιστα με τρόπο που δεν μπορούμε να προβλέψουμε, μια που κάθε χημική αντίδραση εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως π.χ. η θερμοκρασία. Συνέπεια τούτου είναι η αλλαγή στην αντίδραση των οργανισμών στη φωτιστική πηγή και κατ επέκταση και η αποτελεσματικότητα της παγίδας. Συνεπώς δεν μπορούμε να πραγματοποιήσουμε καμία σύγκριση μεταξύ δύο διαφορετικών ημερών στα δείγματα που συλλέξαμε. Για τις περισσότερες ράβδους χημικού φωτός που διατίθενται στο εμπόριο δίνεται κάποιος χρόνος μέγιστης διάρκειας, αλλά κι αυτό το μέγεθος ποικίλει κάθε φορά με απρόβλεπτο τρόπο. Επίσης, όπως είναι ευνόητο, δεν υπάρχει καμία δυνατότητα ελέγχου της έντασης της ακτινοβολίας. 2) Όπως είναι ευνόητο, δεν μπορεί να γίνει κανένας έλεγχος στον τρόπο λειτουργίας αυτής της φωτιστικής πηγής. Η παραγωγή φωτός αρχίζει με την ανάμιξη των δύο αντιδραστηρίων πριν βυθιστεί η παγίδα και σταματά όταν ανασύρουμε την παγίδα και αφαιρέσουμε την ράβδο. 3) Δεν υπάρχει δυνατότητα συντονισμού της λειτουργίας των παγίδων. Κάθε παγίδα αρχίζει να λειτουργεί μετά την τοποθέτηση και ενεργοποίηση των ράβδων, κάτι που όπως προαναφέρθηκε γίνεται πριν η παγίδα ποντιστεί. Έτσι, ανάμεσα σε κάθε πόντιση μεσολαβεί χρονικό διάστημα που μπορεί να είναι μεγάλο όταν η απόσταση των παγίδων είναι μεγάλη, οπότε και ακυρώνεται ένα από τα κυριότερα πλεονεκτήματα των φωτοπαγίδων, δηλ. η ταυτόχρονη λήψη δειγμάτων από διαφορετικά απομακρυσμένα σημεία. 4) Δεν παρέχεται δυνατότητα προγραμματισμού στη λειτουργία της φωτιστικής πηγής. Η ράβδος αποτελεί χώρο που πραγματοποιείται χημική αντίδραση η οποία δεν μπορεί να διακοπεί και να ξαναλειτουργήσει αργότερα. Έτσι, αν θέλουμε για παράδειγμα να πάρουμε δείγμα σε δύο συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα κατά τη διάρκεια της νύχτας, θα πρέπει να ανασύρουμε την παγίδα, να αφαιρέσουμε τη ράβδο και να τοποθετήσουμε καινούρια με την νέα πόντιση της σε κάποιο άλλο χρονικό σημείο. 5) Δεν παρέχονται πολλές επιλογές ως προς το μήκος κύματος της ακτινοβολίας (χρώμα του φωτός). Στο εμπόριο διατίθενται πέντε διαφορετικές αποχρώσεις φωτός που μπορεί να παραχθεί απ αυτές τις ράβδους (εικ. 2), αποκλειστικά στο ορατό φάσμα ακτινοβολίας. Ράβδοι χημικού φωτισμού, στα πέντε διαθέσιμα χρώματα φωτός που διατίθενται στο εμπόριο. Σύμφωνα με όλα τα παραπάνω φαίνεται ότι οι φωτοπαγίδες που χρησιμοποιούν ηλεκτρισμό 23

24 υπερτερούν σε πολλά σημεία έναντι αυτών που χρησιμοποιούν χημικό φωτισμό. Οι δεύτερες αποτελούν απλά εργαλεία συλλογής οργανισμών χωρίς καμία περαιτέρω δυνατότητα πειραματισμού και χωρίς δυνατότητα άσκησης ποσοτικών ελέγχων στις αφθονίες των οργανισμών που μας ενδιαφέρουν. Για τους παραπάνω λόγους επιλέξαμε η παγίδα μας να τροφοδοτείται με ηλεκτρική ενέργεια, παρά το επιπλέον κόστος και δυσκολία κατασκευής. 1.5 Σύγκριση των φωτοπαγίδων με τους άλλους τύπους δειγματοληπτών πλεονεκτήματα & μειονεκτήματα Ο συγκεκριμένος τύπος παγίδων ως δειγματολήπτης υδρόβιων ασπόνδυλων οργανισμών, έχει αποδειχθεί αρκετά αποτελεσματικός. Ωστόσο, όπως κάθε δειγματολήπτης που έχει επινοηθεί και χρησιμοποιηθεί έως σήμερα στην έρευνα, εμφανίζει μια σειρά πλεονεκτημάτων αλλά και μειονεκτημάτων, τα οποία πάντα πρέπει να λαμβάνονται υπ όψιν όταν γίνεται ο σχεδιασμός των δειγματοληψιών και πρέπει να αποφασιστεί η μέθοδος συλλογής δεδομένων. Συγκεκριμένα, τα βασικά πλεονεκτήματα αυτού του τύπου δειγματοληπτών είναι: 1) Συνήθως είναι απλές κατασκευές και δεν απαιτούν εξειδικευμένα συνεργεία ή εργοστάσια για την κατασκευή τους. Μπορούν σχετικά εύκολα (ανάλογα με την πολυπλοκότητα του σχεδίου τους) να κατασκευαστούν ακόμη και σ ένα εργαστήριο, από μη ειδικευμένο προσωπικό. 2) Συλλαμβάνουν πολύ μεγάλο εύρος οργανισμών. Αυτό αποτελεί πολύ σημαντικό πλεονέκτημα έναντι των άλλων δειγματοληπτών, οι περισσότεροι από τους οποίους είναι λίγο έως πολύ εξειδικευμένοι και συλλέγουν ένα σχετικά στενό φάσμα οργανισμών από μικρό αριθμό διαφορετικών περιβαλλόντων. 3) Οι φωτοπαγίδες, εφόσον λειτουργούν έλκοντας τους οργανισμούς δεν επηρεάζονται με κάποιο τρόπο από τον τύπο υποστρώματος στην περιοχή δειγματοληψίας ούτε και από το βάθος, αρκεί το βάθος αυτό να είναι τόσο που τουλάχιστον να επιτρέπει τη βύθιση τους. Η χρήση των παραδοσιακών εργαλείων δειγματοληψίας είναι γενικά αρκετά δυσχερής έως αδύνατη σε πολύ μικρά βάθη, ιδιαίτερα σε ανώμαλο υπόστρωμα (π.χ. βραχώδες). 4) Συλλαμβάνουν οργανισμούς που δεν μπορούν ή που είναι πολύ δύσκολο να συλλεχθούν με άλλα εργαλεία λόγω της ηθολογίας τους, π.χ. βενθικά ζώα που παραμένουν κρυμμένα στο υπόστρωμα κατά το μεγαλύτερο μέρος του 24ώρου, ή κινητικά ζώα με άμεση συνάφεια με το υπόστρωμα. 5) Οι συλλήψεις δεν επηρεάζονται από την κινητικότητα των οργανισμών, κάτι που επηρεάζει άλλους δειγματολήπτες (π.χ. bongo ή άλλους δειγματολήπτες πλαγκτού), εφόσον ο δειγματολήπτης είναι στατικός και βασίζεται στην αντίδραση του ζώου στο φως του. 24

25 6) Οι οργανισμοί συλλέγονται ζωντανοί. Αυτό ίσως διαφοροποιεί τις φωτοπαγίδες περισσότερο από κάθε άλλη ιδιότητα τους από όλους τους υπόλοιπους δειγματολήπτες, όπου μόνο από τύχη μπορούν να συλλεχθούν ζωντανοί οι οργανισμοί. Μάλιστα, εάν ληφθούν τα κατάλληλα μέτρα (π.χ. μεγάλος όγκος παγίδων, ανέλκυση τους σε τακτά διαστήματα κλπ) η θνησιμότητα των συλληφθέντων οργανισμών μπορεί να περιοριστεί στο ελάχιστο. Στη συνέχεια, οι οργανισμοί αυτοί, όντας ζωντανοί, μπορούν να μεταφερθούν σε ενυδρεία για καλλιέργεια ή να εξεταστούν χωρίς να έχουν υποστεί αλλοιώσεις ή να χρησιμοποιηθούν για πειράματα πάσης φύσεως (φυσιολογίας, ηθολογίας, κλπ). 7) Επίσης πολύ σημαντικό πλεονέκτημα και χαρακτηριστική διαφοροποίηση τους από τους υπόλοιπους δειγματολήπτες αποτελεί η ικανότητα τους να παίρνουν δείγματα ταυτόχρονα από διάφορα σημεία τα οποία μπορεί να είναι πολύ απομακρυσμένα μεταξύ τους ή ακόμη και από διαφορετικά βάθη. Αυτό φυσικά είναι δυνατό στις φωτοπαγίδες που έχουν ενσωματωμένο χρονοδιακόπτη, ο οποίος καθορίζει την ώρα έναρξης λειτουργίας τους. Ταυτόχρονη λήψη δειγμάτων δεν μπορεί να γίνει με άλλου τύπου δειγματολήπτη, ιδίως όταν οι αποστάσεις μεταξύ των σταθμών ή των σημείων απ όπου θα ληφθούν τα δείγματα είναι μεγάλη. Σε τέτοιες περιπτώσεις, και μάλιστα εάν οι οργανισμοί εκτελούν κάθετες μεταναστεύσεις στο 24ωρο, εισέρχεται σημαντικό σφάλμα στα δεδομένα ειδικά σε εργασίες που διερευνούν την κατανομή των οργανισμών στη στήλη του νερού. 8) Μπορούν να χρησιμοποιηθούν με την ίδια ευκολία σε οποιαδήποτε διάταξη (οριζόντια ή κάθετη), γεγονός που παρέχει σημαντική ευελιξία στον σχεδιασμό μιας δειγματοληψίας, παρέχοντας πολλές επιλογές ως προς τις περιοχές που μπορεί να παρθεί ένα δείγμα, αλλά κυρίως παρέχοντας τη δυνατότητα λήψης επαναληπτικών δειγμάτων (replicates), όταν αυτές χρησιμοποιηθούν σε οριζόντια διάταξη. 9) Κατ επέκταση, η χρήση των φωτοπαγίδων μπορεί εύκολα να προσαρμοστεί στις ιδιαίτερες ανάγκες της έρευνας, στα χαρακτηριστικά της περιοχής ή στα χαρακτηριστικά του υπό μελέτη οργανισμού. 10) Με κάποιες προσαρμογές μπορούμε να περιορίσουμε τους οργανισμούς που εισέρχονται στην παγίδα, π.χ. τοποθέτηση διχτυού εξωτερικά, με άνοιγμα ματιού τέτοιο ώστε να επιτρέπει την είσοδο μόνο σε οργανισμούς ενός μεγέθους και κάτω. 11) Δεν απαιτούν συνεχή επιτήρηση κατά τη διάρκεια της δειγματοληψίας. Από τη στιγμή που θα ποντιστούν αφήνονται να λειτουργήσουν με τον τρόπο που έχουν προγραμματιστεί. Τα σημαντικότερα μειονεκτήματα και περιορισμοί που παρουσιάζει η χρήση των φωτοπαγίδων είναι: 1) Συλλέγουν μόνο οργανισμούς που εμφανίζουν θετικό φωτοτακτισμό. Όπως είναι ευνόητο, δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην περίπτωση οργανισμών που δεν αντιδρούν στο φως. Το παραπάνω αν και περιορίζει εν μέρει το εύρος δυνατοτήτων αυτού του δειγματολήπτη, δεν αποτελεί σημαντικό μειονέκτημα μια και η πλειονότητα των υδρόβιων οργανισμών εμφανίζουν θετικό φωτοτακτισμό. 25

26 2) Το σημαντικότερο μειονέκτημα αυτών των δειγματοληπτών ωστόσο αποτελεί η αδυναμία που έχουμε στο να υπολογίσουμε τον ακριβή όγκο του νερού απ όπου προήλθε το δείγμα. Αυτός ο όγκος επηρεάζεται από διάφορους περιβαλλοντικούς παράγοντες για τους οποίους είναι αρκετά δύσκολο να λαμβάνονται συνεχώς μετρήσεις. Για παράδειγμα, εάν χρησιμοποιήσουμε τις παγίδες για κάποιου τύπου συγκριτική έρευνα, τοποθετώντας τες για κάποιο αριθμό νυχτών στα ίδια σημεία, η αποτελεσματικότητα τους μπορεί να επηρεαστεί από την αλλαγή στη διεύθυνση και την ταχύτητα των ρευμάτων κατά το διάστημα των δειγματοληψιών. Έτσι εάν η διεύθυνση τους είναι μεταβλητή μπορεί κατά διάρκεια κάποιων δειγματοληψιών να μην υπάρχει τόσο έντονη μεταφορά οργανισμών προς τις παγίδες και κατά συνέπεια να εμφανίζονται μειωμένες αφθονίες στις συλλήψεις τους. Εάν δεν γνωρίζουμε την κίνηση των ρευμάτων στην περιοχή, μπορεί να οδηγηθούμε σε εσφαλμένα συμπεράσματα ως προς τις αφθονίες των οργανισμών (Doherty 1987). Το παραπάνω πρόβλημα μπορεί να ξεπεραστεί είτε με τη χρήση ροόμετρων και ρευματογράφων, τα οποία θα μας δώσουν εικόνα σχετικά με την κίνηση του νερού γύρω από τις παγίδες επιτρέποντας έτσι σχετικές αναγωγές στις αφθονίες και ακριβέστερες συγκρίσεις μεταξύ των διαφορετικών ημερών δειγματοληψίας (Doherty 1987), είτε με την εξεύρεση τρόπου υπολογισμού του όγκου του νερού απ όπου παίρνεται το δείγμα, είτε με τη λήψη μεγάλου αριθμού δειγμάτων ώστε να ελαττωθεί η διασπορά (και κατ επέκταση το διάστημα εμπιστοσύνης στις μέσες υπολογισμένες τιμές). Βάσει των παραπάνω, γίνεται εύκολα αντιληπτό ότι αυτού του τύπου δειγματολήπτες, συγκεντρώνουν πλήθος πλεονεκτημάτων που στο σύνολο τους δεν εντοπίζονται σε κάποιον άλλο δειγματολήπτη. Αυτό εξηγεί και τη σταδιακή αύξηση της συχνότητας με την οποία χρησιμοποιούνται πλέον στην έρευνα, σε διάφορες περιοχές του κόσμου. Ωστόσο, παρά την αναγνωρισμένη πλέον αξία αυτών των δειγματοληπτών, δεν έχουν χρησιμοποιηθεί έως τώρα σε καμία ερευνητική εργασία σε κάποια θαλάσσια περιοχή της Μεσογείου. 1.6 Περιβαλλοντικές επιδράσεις στα αλιεύματα μιας φωτοπαγίδας Μέχρι τώρα έχουν γίνει αρκετές αναλύσεις που εξετάζουν τη σχέση μεταξύ αυτόματης συσχέτισης των περιβαλλοντικών δεδομένων που επηρεάζουν την απόδοση των φωτοπαγίδων όπως νυχτερινή αλίευση και άνεμος, ταχύτητα, θερμοκρασία νερού και άλλων περιβαλλοντικές μεταβλητές. Κατά τη διάρκεια της υγρής περιόδου, όταν η πλειοψηφία των ψαριών που ετοιμάζονται να εγκατασταθούν στους υφάλους συλλέχθηκαν από παγίδες, οι άνεμοι είναι γενικά αδύναμοι (2 έως 4 m/s) και υπεράκτοι. Η αιολική δύναμη των υπεράκτιων ανέμων μπορεί να παράγει ρεύματα που να είναι ανεπαρκή για την πρόληψη της ενεργής μετανάστευσης των προνυμφών τις περισσότερες ώρες και μπορεί να περιέχει κίνητρα για τη δημιουργία οικισμού. Παρ όλα αυτά μικρές ή μη σημαντικές είναι συσχετίσεις μεταξύ της απόδοσης της νυχτερινής αλίευσης και των πιθανών μεταναστευτικών μηχανισμών. 26

27 Μόνο η θερμοκρασία του νερού συσχετίζεται πάντα με τα αλιεύματα. Θεωρητικές μελέτες δείχνουν ότι οι ζεστές θερμοκρασίες αυξάνουν τον μεταβολισμό και τους ρυθμούς ανάπτυξης των προνυμφών, μειώνοντας έτσι την ποσότητα του χρόνου που παραμένουν στο ευάλωτο πλαγκτονικό στάδιο και ως εκ τούτου μειώνονται τα ποσοστά θνησιμότητας ποσοστά, αλλά κάνουν και τις προνύμφες πιο επιρρεπείς στο λιμό (Houde 1989). Υψηλότερες θερμοκρασίες νερού μπορεί επίσης, να αυξήσουν τις πλαγκτονικές τροφικές αλυσίδες πρωτογενούς και δευτερογενούς παραγωγής, διασφαλίζοντας έτσι καλύτερες συνθήκες σίτισης για τις προνύμφες (Heath 1992). Οπότε οι εν λόγω διαδικασίες μπορούν να έχουν θετική συσχέτιση μεταξύ της θερμοκρασίας του νερού και των αλιευμάτων της φωτοπαγίδας. 1.7 Διαφορές στα αλιεύματα φωτοπαγίδας σε διαφορετικές περιοχές και εποχές Αυτό που καθορίζει αν μία φωτοπαγίδα είναι ελκυστική για κάθε μία προνύμφη είναι άγνωστο, αλλά συχνά υποστηρίζεται ότι η έλξη στο φως συμπίπτει με την ικανότητα για εγκατάσταση. Αν είναι όντως έτσι, τότε ίσως η υπεράκτιες προνύμφες είναι λιγότερο πιθανό να εισαχθούν σε μία φωτοπαγίδα, διότι δεν είναι ακόμη έτοιμες να εγκατασταθούν, λαμβάνοντας υπόψη ότι οι προνύμφες κοντά στους υφάλους ψάχνουν για μια τοποθεσία κατοικίας. Αυτό εξηγεί τις διαφορές μεταξύ των αλιευμάτων, στους υφάλους και άλλες περιοχές, ενώ φαίνεται ότι οι πολλαπλές αισθήσεις είναι πιθανό να χρησιμοποιηθούν από τις προνύμφες για τον εντοπισμό οικισμού. Δεδομένου ότι οι κοραλλιογενείς ύφαλοι είναι αποσπασματικοί οικότοποι, καθώς τα ψάρια των υφάλων έχουν γενικά καθιστική ζωή, η μόνη σημαντική πρόσληψη τροφής για τους τοπικούς πληθυσμούς έρχεται με τη μορφή του οικισμού των πλαγκτονικών προνυμφών. Η ένταση εγκατάστασης στους κοραλλιογενοίς υφάλους από τα ψάρια είναι μεταβλητή τόσο κατά τη διάρκεια όσο και μεταξύ των εποχών. Σε πιο εύκρατες περιοχές, όπως το One Tree Island στον Great Barrier Reef, αυτή η μεταβλητότητα είναι έντονη, με σχεδόν όλους τους οικισμούς που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Ενώ στον τροπικό της Καραϊβικής, η μεταβλητότητα των οικισμών είναι λιγότερο έντονη, όντας υψηλότερα την άνοιξη και το φθινόπωρο ενώ χαμηλότερα το χειμώνα. Μια εξήγηση για τους εποχιακούς κύκλους εγκατάστασης στα τροπικά ψάρια υφάλου είναι ότι οι κύκλοι οικισμού απλώς αντικατοπτρίζουν τις ποικίλες δυνατότητες αναπαραγωγής των ενηλίκων, όπου εποχιακά πλεονάσματα ενέργειας θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε υψηλότερα ποσοστά γονιμότητας (Victor, 1986). Παρά το γεγονός ότι, συνήθως δεν είναι δεδομένο ότι η παρατηρούμενη εποχικότητα του οικισμού αντανακλά την εποχιακή διακύμανση των ποσοστών επιβίωσης των προνυμφών (Luckhurst και Luckhurst, 1977), και οι ενήλικες κύκλοι αναπαραγωγής είναι προσαρμοσμένοι σε αυτές τις προβλέψιμες διακυμάνσεις (Doherty, 1983). Η κίνηση των προνυμφών σε παράκτιες περιοχές γύρω από της μέρες της νέας σελήνης μπορεί να βοηθήσει στην επιβίωση τους καθώς περνούν τις πιο σκοτεινές 27

28 νύχτες του μήνα στους υφάλους, και έτσι η ενέργεια των παλιρροϊκών κύκλων που εμφανίζονται στο νέο φεγγάρι, μπορούν να βοηθήσουν την παράκτια μετανάστευσή τους. Η τάση εγκατάστασής τους κοντά στην ώρα του νέου φεγγαριού μπορεί να είναι ένας τρόπος προσαρμογής έτσι ώστε να μην τους βλέπουν εύκολα οι θηρευτές. 28

29 Κεφάλαιο 2:Λειτουργία της φωτοπαγίδας 2.1 Περιγραφή της παγίδας Αρχή λειτουργίας της Οι συγκεκριμένες φωτοπαγίδες αποτελούνται από δύο διαμερίσματα: το άνω διαμέρισμα στο οποίο συγκεντρώνονται οι οργανισμοί που έλκονται από τη φωτιστική πηγή της παγίδας (εμφανίζουν θετικό φωτοτακτισμό) και στο κάτω διαμέρισμα στο οποίο οδηγούνται και εγκλωβίζονται οι οργανισμοί που προηγουμένως συγκεντρώθηκαν στο άνω διαμέρισμα. 29

30 Η προσέλκυση των οργανισμών στα δύο διαμερίσματα γίνεται με τη λειτουργία ανεξάρτητων για κάθε διαμέρισμα φωτιστικών πηγών οι οποίες περιέχονται σε κοινό διαφανή σωλήνα που διατρέχει όλη την παγίδα. Σύμφωνα με το σχεδιασμό των παγίδων, η φωτιστική πηγή του άνω διαμερίσματος ανάβει για κάποιο προκαθορισμένο χρονικό διάστημα προκειμένου να προσελκύσει τους οργανισμούς που βρίσκονται στον περιβάλλοντα χώρο της παγίδας, εν συνεχεία σβήνει και οι οργανισμοί οδηγούνται στο κάτω διαμέρισμα από τη φωτεινή πηγή του κάτω διαμερίσματος, η οποία και παραμένει αναμμένη καθ όλη τη διάρκεια λειτουργίας της παγίδας. Η παραπάνω διαδικασία συνθέτει έναν κύκλο λειτουργίας και κάθε παγίδα μπορεί να προγραμματιστεί, σύμφωνα με τις έως τώρα δυνατότητες, κατά το μέγιστο σε δύο τέτοιους κύκλους κατά τη διάρκεια μιας νύχτας. Όλες οι φωτιστικές πηγές δέχονται ενέργεια από κοινό συσσωρευτή, ο οποίος τοποθετείται σε δικό του στεγανοποιημένο κουτί και είναι σχεδιασμένος να συνδέεται έως και με τρεις παγίδες ενώ το άναμμα και σβήσιμο των φωτιστικών πηγών ελέγχεται από χρονοδιακόπτη ο οποίος βρίσκεται μέσα στο κουτί του συσσωρευτή, συνδεδεμένος μ αυτόν. 30

31 Κάθε μία από τις παγίδες συνδέεται με το κουτί του συσσωρευτή με καλώδιο διαφορετικού μήκους από αυτό των υπόλοιπων παγίδων. Μ αυτόν τον τρόπο οι παγίδες μπορούν να διαταχθούν στο χώρο σε διάφορες θέσεις ή βάθη, τα οποία ωστόσο περιορίζονται από τα μήκη των καλωδίων που θα χρησιμοποιηθούν. Η ένταση της φωτεινής πηγής του άνω διαμερίσματος είναι κατά πολύ ισχυρότερη αυτής του κάτω διαμερίσματος, προκειμένου να προσελκύσει οργανισμούς απ όσο το δυνατόν μεγαλύτερο όγκο νερού. Ωστόσο, κατά τις δειγματοληψίες που προηγήθηκαν αυτής της εργασίας, παρατηρήθηκε ότι οι παγίδες συλλάμβαναν μεγάλο αριθμό ασπόνδυλων οργανισμών αλλά και ιχθυονυμφών, ακόμη και με τη λειτουργία μόνο της κάτω φωτιστικής πηγής. Δεδομένου δε ότι οι διάφορες ομάδες οργανισμών εμφανίζουν διαφορετική φωτοτακτική απόκριση, ενώ επί πλέον η εκδήλωση θετικού φωτοτακτισμού φαίνεται να είναι άμεσα συνυφασμένη με την ένταση της ακτινοβολίας, σε βαθμό μάλιστα που οι οργανισμοί μπορεί να εμφανίσουν αναστροφή αυτής της συμπεριφοράς σε αρνητικό φωτοτακτισμό όταν η ένταση της ακτινοβολίας υπερβεί κάποιο συγκεκριμένο για κάθε είδος όριο Klinger (αναφορά στον Hale (1953), προέκυψε το ερώτημα της αποτελεσματικότητας των παγίδων όταν αυτές χρησιμοποιούνται με κάθε έναν από τους δύο τρόπους που κατασκευαστικά δύνανται να λειτουργήσουν. Δεδομένης της έλλειψης επαρκών στοιχείων για το φωτοτακτισμό των περισσότερων θαλάσσιων οργανισμών, ειδικά αναφορικά με τις εντάσεις ακτινοβολίας που απαιτούνται για να επάγουν φωτοτακτική απόκριση σ αυτούς, γίνεται εύκολα αντιληπτή η ανάγκη να διερευνηθεί πριν από κάθε άλλο, η αντίδραση των διάφορων ομάδων θαλάσσιων οργανισμών στην ένταση των φωτεινών πηγών που χρησιμοποιούνται στις συγκεκριμένες φωτοπαγίδες, και κατά συνέπεια η αποτελεσματικότητα τους σαν δειγματολήπτες. Εν τέλει, η παραπάνω γνώση θα βοηθήσει να προσδιορίσουμε τον βέλτιστο τρόπο λειτουργίας των παγίδων. 31

32 2.2 Σχέδιο Δειγματοληψίας Κάθε δειγματοληψία (ρηχή και βαθιά περιοχή) συμπεριλάμβανε τη λειτουργία των παγίδων με δύο διαφορετικές μεθόδους, των οποίων η αποτελεσματικότητα στη σύλληψη οργανισμών αποτέλεσε και το ζητούμενο αυτής της εργασίας. Η πρώτη μέθοδος λειτουργίας των παγίδων συνίστατο στην εφαρμογή δύο κύκλων λειτουργίας των άνω φωτιστικών πηγών με το εναλλάξ ανά 2ωρο άναμμα και σβήσιμο τους, ενώ οι φωτεινές πηγές των κάτω διαμερισμάτων παρέμεναν διαρκώς εν λειτουργία (μέθοδος Α). Ο δυνατός φωτισμός που παράγεται από τη λάμπα του άνω διαμερίσματος προσελκύει τους οργανισμούς που βρίσκονται γύρω από την παγίδα για όσο διάστημα αυτή παραμένει αναμμένη, ενώ μετά το κλείσιμο της οι οργανισμοί οδηγούνται στο κάτω διαμέρισμα από το φως που παράγουν οι λάμπες του, και εγκλωβίζονται σ αυτό. Με την εφαρμογή δύο κύκλων λειτουργίας της άνω λάμπας αποσκοπούμε στη σύλληψη όσο το δυνατόν περισσότερων οργανισμών, ενώ παράλληλα αποφεύγεται ο πιθανός συνωστισμός στο άνω διαμέρισμα, κάτι που μπορεί να προκληθεί από τη παρατεταμένη λειτουργία της άνω πηγής για πολλές ώρες πριν τελικά σβήσει. Παράλληλα γίνεται εξοικονόμηση ενέργειας, κάτι που είναι σημαντικό στο συγκεκριμένο σχεδιασμό των παγίδων, όπου όλες οι φωτεινές πηγές παίρνουν ηλεκτρική ενέργεια από τον ίδιο συσσωρευτή. Η δεύτερη μέθοδος λειτουργίας συνίστατο στη λειτουργία μόνο των κάτω φωτιστικών πηγών καθ όλη τη διάρκεια της νύχτας, ενώ η φωτιστική πηγή του άνω διαμερίσματος δεν χρησιμοποιήθηκε καθόλου (μέθοδος Β). Μ αυτόν τον τρόπο η προσέλκυση των οργανισμών γίνεται μόνο από το σχετικά αδύναμο φως που διαχέεται από τα ημιδιαφανή τοιχώματα των κάτω διαμερισμάτων. Την πρώτη νύχτα κάθε δειγματοληπτικής περιόδου οι παγίδες λειτούργησαν με τη μέθοδο Α (πλήρης λειτουργία δύο κύκλων των άνω φώτων) ενώ τη δεύτερη νύχτα κάθε περιόδου η δειγματοληψία έγινε με τη μέθοδο Β (χρήση μόνο των κάτω φώτων). Στην πρώτη περίπτωση (μέθοδος Α), όπου απαιτούνταν ρύθμιση του χρονοδιακόπτη, αυτή γινόταν στη στεριά πριν την έναρξη της δειγματοληψίας και προγραμματιζόταν έτσι ώστε τα επάνω φώτα να ανάψουν λίγο μετά την πλήρη δύση του ηλίου. Σύμφωνα μ αυτόν τον προγραμματισμό ο δεύτερος κύκλος λειτουργίας των άνω φώτων τελείωνε περίπου δύο ώρες πριν την ανατολή, οπότε για τις υπόλοιπες 2 ώρες έως την ανατολή λειτουργούσαν μόνο τα κάτω φώτα παρέχοντας αρκετό διάστημα ώστε οι οργανισμοί να συγκεντρωθούν στο διαμέρισμα συλλογής πριν την ανέλκυση των παγίδων. 2.3 Αρχή λειτουργίας της φωτοπαγίδας Η φωτοπαγίδα λειτουργεί με τη χρήση του μικροελεγκτή MSP430F169 της εταιρίας Olimex. Ο μικροελεγκτής αυτός προγραμματίζεται έτσι ώστε να ανάβουν τα Leds συγκεκριμένες χρονικές στιγμές της νύχτα για να προσελκύζουν τους θαλάσσιους οργανισμούς στην παγίδα. Συνδέουμε 6 Leds και 2 φωτοδιόδους. Το σύστημα αναγνωρίζει ότι είναι νύχτα όταν η πυκνότητα φωτός είναι τουλάχιστον 500, ενώ ότι είναι μέρα όταν η πυκνότητα φωτός είναι τουλάχιστον

33 Αρχικά, ενεργοποιούμε έναν Timer έτσι ώστε να μετράει τα δευτερόλεπτα από την έναρξη λειτουργίας του μικροελεγκτή. Στη συνέχεια, σε μία υπορουτίνα εντοπίζεται η κατάσταση της ημέρας. Αυτό γίνεται με τον εξής τρόπο: πρώτα απ' όλα τα leds σβήνουν έτσι ώστε η φωτοδίοδος να μετρήσει την ένταση του φωτός. Κάθε φορά οι δέκα τιμές της δειγματοληψίας αθροίζονται και αποθηκεύονται σε έναν κυκλικό buffer τεσσάρων θέσεων. Ανάλογα με την τιμή του αθροίσματος η στιγμή της ημέρας κατατάσσεται σε μία από τις τέσσερις καταστάσεις (noon, nightfall, night και dawn). Έτσι, ανάλογα ανάβουν ή σβήνουν τα αντίστοιχα leds. Πιο συγκεκριμένα το μεσημέρι (noon) που η τιμή του αθροίσματος είναι πολύ πάνω από 2000 (περίπου 4096) όλα τα φώτα είναι σβηστά. Στη συνέχεια κατά τη διάρκεια του σούρουπου που η τιμή του αθροισματος είναι οριακά ανάμεσα στης νύχτας και της μέρας τότε ένα led ενεργοποιείται. Κατά τη διάρκεια της νύχτας που η τιμή του αθροίσματος αρχίζει και γίνεται πολύ μικρότερη του 500 ανάβουν σταδιακά τα τέσσερα leds. Δηλαδή για τιμές από 499 έως 400 ανάβει το πρώτο. Μετά, που η τιμή του αθροίσματος γίνεται από 399 έως 300 ανάβουν δύο δίοδοι ταυτόχρονα. Στη συνέχεια, που η τιμή κυμαίνεται από 299 έως 200 ανάβουν τρεις δίοδοι. Ενώ για τιμές από 199 έως 100 υπάρχουν τέσσερα ταυτόχρονα ενεργοποιημένα leds. Τέλος, κατά τη διάρκεια της αυγής που το άθροισμα των τιμών των φωτοδιόδων είναι μεγαλύτερη του 500 αλλά μικρότερη του 2000 μόνο ένα led παραμένει ανοιχτό. Τέλος, υπάρχει ο κώδικας για τη λειτουργία ενός πραγματικού ρολογιού (real time clock) έτσι ώστε να γνωρίζουμε για πόση ώρα η φωτοπαγίδα ήταν κάτω από το νερό. 2.4 Αρχή λειτουργίας της διόδου Η δίοδος είναι μια διάταξη από ημιαγώγιμο υλικό το οποίο επιτρέπει την διέλευση ροής ρεύματος μόνο από την μία κατεύθυνση, ανάλογα με την πόλωσή της. Κατασκευάζεται από ημιαγώγιμα υλικά, όπως είναι το γερμάνιο και το πυρίτιο και αποτελείται από δύο πόλους, την άνοδο και την κάθοδο. Το γερμάνιο και το πυρίτιο είναι υλικά τα οποία στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος συμπεριφέρονται σαν ημιαγωγοί, ενώ σε πολύ μικρές θερμοκρασίες η αγωγιμότητά τους μειώνεται. Ανάλογα με την πρόσμιξη των ημιαγωγών αυτών μπορούμε να πετύχουμε μεταβολή της αγωγιμότητας του ημιαγωγού στοιχείου. Έτσι, χρησιμοποιώντας μια μικρή ποσότητα πεντασθενούς στοιχείου, όπως είναι το αρσενικό ή ο φώσφορος, πετυχαίνουμε αύξηση της αγωγιμότητας του ημιαγωγού. Αυτό συμβαίνει διότι έχουμε αύξηση των ελεύθερων φορέων, (ηλεκτρονίων) του ημιαγωγού και τότε ο ημιαγωγός ονομάζεται τύπου Ν. Αν έχουμε σαν πλειονότητα φορέων τις οπές, οι οποίες έχουν θετικό φορτίο, τότε ο ημιαγωγός ονομάζεται ημιαγωγός τύπου P. Εάν ενώσουμε έναν ημιαγωγό τύπου Ν και έναν ημιαγωγό τύπου P τότε προκύπτει μία δίοδο επαφής. Ο ένας ακροδέκτης της διόδου αποτελεί την άνοδο και ο άλλος ακροδέκτης είναι η κάθοδος. Η ροή του ρεύματος μέσα από την δίοδο, επιτυγχάνεται όταν πολώσουμε ορθά την δίοδο, δηλαδή όταν η άνοδος έχει θετικό δυναμικό και η κάθοδος αρνητικό. Στην πόλωσή της η δίοδος παρουσιάζει ορισμένα χαρακτηριστικά όπως είναι η χωρητι-κότητα και η αντίσταση επαφής της διόδου. Η χωρητικότητα επαφής είναι μια πολύ μικρή χωρητικότητα της τάξεως μερικών pf, όπου η τιμή της εξαρτάται από την πόλωσή της και το κύκλωμα στο οποίο χρησιμοποιείται. Ως αντίσταση επαφής ονομάζουμε την ωμική αντίσταση που παρουσιάζει η δίοδος όταν είναι ορθά πολωμένη. Η τιμή της αντίστασης κατά την ορθή πόλωση της 33

34 διόδου κυμαίνεται στα 800Ω περίπου, ενώ στην ανάστροφη πόλωσή της παρουσιάζει άπειρη αντίσταση. Στην ορθή πόλωση της διόδου η άνοδος που την αποτελεί ένας ημιαγωγός τύπου P, συνδέεται στο θετικό πόλο μιας πηγής συνεχούς τάσης, ενώ η κάθοδος που την αποτελεί ο ημιαγωγός τύπου Ν στον αρνητικό πόλο της πηγής. Στην περίπτωση αυτή, το θετικό φορτίο της πηγής απωθεί τους θετικά φορτισμένους φορείς του ημιαγωγού τύπου P προς την ζώνη αγωγιμότητας της επαφής και το αρνητικό φορτίο της πηγής απωθεί τα ελεύθερα ηλεκτρόνια του ημιαγωγού τύπου Ν επίσης προς την ζώνη αγωγιμότητας. Η ζώνη αγωγιμότητας είναι το σημείο επαφής των ημιαγωγών τύπου P και τύπου Ν. Τότε έχουμε ροή ρεύματος μέσα από την δίοδο. Αν συνδέσουμε ανάστροφα την πολικότητα της πηγής με την δίοδο, δηλαδή τον θετικό ακροδέκτη με τον ημιαγωγό τύπου Ν και τον αρνητικό ακροδέκτη με τον ημιαγωγό τύπου P, τότε τα ηλεκτρόνια θα έλκονται από το θετικό φορτίο της πηγής και οι οπές από το αρνητικό φορτίο της πηγής. Στην περίπτωση αυτή η ζώνη αγωγιμότητας στην επαφή P-N μεγαλώνει με αποτέλεσμα να μην έχουμε ροή ρεύματος Κατηγορίες διόδων Οι δίοδοι ανάλογα με τον τρόπο κατασκευής τους χωρίζονται σε κατηγορίες με συγκε-κριμένα χαρακτηριστικά. Έτσι λοιπόν έχουμε τις διόδους ακίδας, την δίοδο zener, την δίοδο σύραγγας, την δίοδο μεταβλητής χωρητικότητας (varicap), την φωτοδί-οδο και τα πολύ γνωστά σε όλους μας διόδια leds. Δίοδος ακίδας: κατασκευάζεται από μια ακίδα από λεπτό σύρμα βολφραμίου ή χρυσού πάνω σε μια πλάκα από κρύσταλλο γερμανίου ή πυριτίου τύπου Ν με λίγες προσμίξεις. Η πλάκα του κρυστάλλου στηρίζεται σε μια μεταλλική υποδοχή. Γύρω απο την αχμή της ακίδας τοποθετείται μικρή ποσότητα υλικού που περιέχει πρόσμιξη τύπου Ρ. Μεταξύ της ακίδας και του κρυστάλλου διαβιβάζεται ισχυρό ρεύμα για μικρό χρονικό διάστημα. Η θερμότητα που αναπτύσσεται γύρω από την ακίδα μετατρέπει μια μικρή περιοχή σε κρύσταλλο τύπου Ρ. Δημιουργείται μια κρυσταλλική επαφή ΡΝ αλλά με πολύ μικρή επιφάνεια. 34

35 Δίοδοι Zener: Όταν μια συνηθισμένη δίοδος πολωθεί ανάστροφα και η ανάστροφη τάση φτάσει μια τιμή Vz που ονομάζεται τάση Zener εμφανίζεται το φαινόμενο της χιονοστιβάδας. Τότε η δίοδος άγει απότομα μεγάλα ρεύματα και καταστρέφεται. Οι δίοδοι Zener είναι δίοδοι που είναι κατασκευασμένες να λειτουργούν ανάστροφα πολωμένες στην περιοχή της τάσης Zener. Χρησιμοποιούνται κυρίως στα κυκλώματα για σταθεροποίησης τάσης και για ψαλιδισμό κυματομορφών. Οι δίοδοι Zener είναι δίοδοι με μεγάλη πυκνότητα προσμίξεων που η πυκνότητα τους καθορίζει το εύρος της περιοχής απογύμνωσης, συγκεκριμένα όσο το ποσοστό πρόσμιξης αυξάνεται, τόσο η τάση Zener ελαττώνεται. 35

36 Δίοδοι σύραγγας (tunnel): Οι δίοδοι σύραγγας είναι κατασκευασμένες με πολύ μεγαλύτερη ποσότητα προσμίξεων απ' ότι είναι συνήθως κατασκευασμένες οι απλές δίοδοι. Η μεγάλη πυκνότητα προσμίξεων της διόδου σήραγγας έχει σαν αποτέλεσμα η περιοχή απογύμνωσης να είναι πάρα πολύ λεπτή, με αποτέλεσμα την εμφάνιση του φαινομένου σήραγγας, κατά το οποίο πολλά ηλεκτρόνια υπερνικούν το φραγμό δυναμικού χωρίς να έχουν την απαιτούμενη ενέργεια για το σκοπό αυτό.οι δίοδοι tunnel χρησιμοποιούνται σε πάρα πολλές εφαρμογές, κυρίως σε ταλαντωτές και ενισχυτές πολύ υψηλής συχνότητας, σε κυκλώματα μεγάλης ταχύτητας που τέτοια συναντάμε στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Φωτοδίοδος: είναι μια ανάστροφα πολωμένη επαφή ΡΝ, στην οποία το ανάστροφο ρεύμα μεταβάλλεται ανάλογα με τη φωτεινή ροή της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Αυτό οφείλεται στο ότι η προσπίπτουσα ακτινοβολία έχει την ικανότητα να προκαλέσει μέσα στην περιοχή απογύμνωσης τη γένεση ζευγαριών οπών-ηλεκτρονίων με τη διάσπαση των ομοιοπολικών δεσμών. Αν η φωτοδίοδος πολωθεί κατά την αντίστροφη φορά και δεν προσπίπτει φως, τότε το διερχόμενο ρεύμα στο εξωτερικό κύκλωμα είναι πολύ μικρό της τάξης των μα και λέγεται ρεύμα σκότους. Αν την φωτίσουμε με φως κατάλληλης συχνότητας, το αντίστροφο ρεύμα αυξάνει σημαντικά και είναι ανάλογο προς την φωτεινή ροή της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Οι φωτοδίοδοι χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρονικές διατάξεις αυτομάτου ελέγχου, στον κινηματογράφο, σε μηχανήματα ελέγχου και ρύθμισης του φωτός, σε αυτόματους διακόπτες, στα συστήματα πυρασφάλειας κλπ. Δίοδος LED: είναι μια δίοδος η οποία αν πολωθεί ορθά εκπέμπει φως σ' ένα από τα χρώματα: κόκκινο, πράσινο, κίτρινο, πορτοκαλί ή μπλέ. Η αρχή λειτουργίας τους είναι η εξής: Όταν η δίοδος LED είναι πολωμένη κατά την ορθή φορά, δημιουργούνται επανασυνδέσεις ηλεκτρονίων-οπών στην επαφή της διόδου. Με την επανασύνδεση ελευθερώνεται ενέργεια από τα ηλεκτρόνια που επιστρέφουν στη ζώνη αγωγιμότητας. Η ενέργεια αυτή εμφανίζεται σαν κβαντική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Οι δίοδοι LED λειτουργούν με ορθή πόλωση. Ο ακροδέκτης της καθόδου βρίσκεται κοντά στο κοφτό μέρος του περιβλήματος του και συνδέεται με το αρνητικό σημείο του κυκλώματος. Πολλές φορές ο ακροδέκτης αυτός δείχνεται με το μικρότερο μήκος. Ο άλλος ακροδέκτης είναι αυτός της ανόδου και συνδέεται με το θετικό σημείο του κυκλώματος. Η κανονική τάση λειτουργίας μιας διόδου LED είναι κατα μέσο όρο 2V. Η τιμή αυξάνεται όταν μεταβαίνουμε από το υπέρυθρο (1,5V) προς το μπλε (3,7V) και το κανονικό ρεύμα λειτουργίας για αρκετά ικανοποιητική φωτεινή ένταση εκμπομπής είναι μεταξύ 10 και 20mA.Οι δίοδοι LED χρησιμο-ποιούνται σήμερα κυρίως σαν ενδεικτικά στοιχεία σ' ένα μεγάλο πλήθος ηλεκτρο-νικών διατάξεων, χρησιμοποιούνται σε όργανα μέτρησης, σε κυκλώματα ελέγχου, σε συστήματα επικοινωνιών, για την δημιουργία οπτικών εφέ κλπ. 36

37 Συμβολισμός των διόδων 37

38 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3:Μικροελεγκτές 3.1 Γενικά για τους μικροελεγκτές Ο μικροελεγκτής είναι ένας μικρός υπολογιστής σε ένα ενιαίο ολοκληρωμένο κύκλωμα, ο οποίος μπορεί να λειτουργήσει με ελάχιστα εξωτερικά εξαρτήματα. Αποτελείται εσωτερικά από μία σχετικά απλή Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (CPU) στην οποία εκτελούνται τα προγράμματα, τη μνήμη όπου αποθηκεύονται οι εντολές και τα δεδομένα, ένα clock, τις μονάδες εισόδου/εξόδου (I/0 ports) με τις οποίες μπορεί να επικοινωνήσει διαδραστικά και αμφίδρομα με τους χρήστες και ένα ρολόι. Οι μικροελεγκτές είναι σχεδιασμένοι για μικρές ή εξειδικευμένες εφαρμογές. Έτσι. σε αντίθεση με τους μικροεπεξεργαστές που χρησιμοποιούνται σε προσωπικούς υπολογιστές και άλλες υψηλής απόδοσης ή γενικές εφαρμογές, η απλότητα τονίζεται. Όπως γίνεται κατανοητό και από τον ορισμό του μικροελεγκτή, πρόκειται για μια διάταξη που προκύπτει όταν όλες οι διακριτές μονάδες που αποτελούν έναν μικροϋπολογιστή τοποθετηθούν μέσα στο σώμα του ίδιου ολοκληρωμένου συστήματος. Η μνήμη τους είναι περιορισμένη (της τάξης των Kbytes), το ίδιο και η ευελιξία, δεν διαθέτουν σκληρό δίσκο ενώ και η ταχύτητα επεξεργασίας δεδομένων είναι πολύ μικρή. Παρ όλα αυτά, οι μικροελεγκτές βρίσκουν εφαρμογές σε προϊόντα και συσκευές που ελέγχονται αυτόματα, όπως συστήματα ελέγχου κινητήρων, τηλεχειριστήρια, αυτοκίνητα, οικιακές συσκευές και παιχνίδια και αυτό οφείλεται στο πολύ χαμηλό κόστος τους, καθώς και στον μικρό αριθμό ολοκληρωμένων κυκλωμάτων που απαιτείται για τη λειτουργία μιας συσκευής. Επιπρόσθετα, έχουν την δυνατότητα σύνδεσης με μια ποικιλία διατάξεων απεικόνισης ως συσκευές εξόδου, επικοινωνίας με υπολογιστή και διάβασμα τιμών από εξωτερικούς αισθητήρες, λόγω της δυνατότητας τους να λειτουργούν σε ένα ευρύ πεδίο περιβαλλοντικών συνθηκών και της απόκρισης τους σε πραγματικό χρόνο. Πιο συγκεκριμένα, ορισμένοι μικροελεγκτές μπορούν να χρησιμοποιούν 4-bit λέξεις και να λειτουργούν σε ρυθμό ρολογιού με συχνότητες της χαμηλής τάξης των 4kHz, καθώς έτσι επιτρέπεται η χαμηλή κατανάλωση ρεύματος (milliwatts ή microwatts) και είναι κατάλληλο για πολλές τυπικές εφαρμογές. Γενικά, θα έχουν την ικανότητα να διατηρούν τη λειτουργικότητά τους ενώ περιμένουν για ένα γεγονός όπως το πάτημα ενός κουμπιού ή κάποιας διακοπής. Η κατανάλωση του ρεύματος κατά τη διάρκεια της κατάστασης sleep (το CPU clock καθώς και τα περισσότερα περιφερειακά είναι off) μπορεί να είναι nanowatts, κάνοντας πολλούς απ αυτούς κατάλληλους για εφαρμογές που χρειάζονται μπαταρία μακράς διαρκείας.. Οι μικροελεγκτές κάνουν οικονομικότερο τον ψηφιακό έλεγχο ακόμη περισσότερο για τις συσκευές και τις διεργασίες. Ένας μικροελεγκτής μπορεί να θεωρηθεί ως αυτόνομο σύστημα με έναν επεξεργαστή, μνήμη και περιφερειακό και μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ένα αυτοματοποιημένο σύστημα.σημαντικό χαρακτηριστικό των μικροελεγκτών είναι η εξυπηρέτηση συμβάντων σε πραγματικό χρόνο στο σύστημα που ελέγχουν. Όταν συγκεκριμένα συμβάντα λάβουν χώρα ένα σύστημα αιτημάτων διακοπής μπορεί να ειδοποιήσει τον επεξεργαστή να αναβάλει την τρέχουσα ακολουθία εντολών που εκτελεί, για να ξεκινήσει τη ρουτίνα εξυπηρέτησης διακοπής 38

39 (ISR). Η ISR θα ολοκληρώσει όλη την εργασία που απαιτείται για την εξυπηρέτηση της διακοπής προτού επιστρέψει στην αρχική ακολουθία εντολών. Οι πιθανές πηγές αιτήματος διακοπής εξαρτώνται από την συσκευή, και συχνά περιλαμβάνουν γεγονότα όπως η υπερχείλιση ενός μετρητή, μια αναλογική προς ψηφιακή μετατροπή, την αλλαγή λογικής στάθμης σε κάποια είσοδο (όπως συμβαίνει στην περίπτωση πίεσης ενός πλήκτρου) ή την λήψη δεδομένων από κάποιο σύστημα μετάδοσης πληροφοριών. Όπου η κατανάλωση ισχύος είναι σημαντική, όπως σε συσκευές που τροφοδοτούνται από μπαταρίες, τα αιτήματα διακοπής μπορούν να «ξυπνούν» τον μικροελεγκτή από μία κατάσταση χαμηλής κατανάλωσης στην οποία τίθεται, έως ότου χρειαστεί να κάνει κάτι από κάποιο συμβάν περιφερειακής συσκευής. Οι εφαρμογές που εκτελούν οι μικροελεγκτές πρέπει να έχουν αρκετά μικρό μέγεθος, ώστε να χωρούν στη διαθέσιμη ενσωματωμένη μνήμη του μικροελεγκτή, για να μην υπάρξει ανάγκη για επέκταση σε εξωτερική μνήμη. Ο κώδικας που είναι γραμμένος σε υψηλού επιπέδου γλώσσα προγραμματισμού, συμπυκνώνεται σε συμπαγή κώδικα μηχανής με την χρήση της γλώσσας assembly και των μεταγλωττιστών, για την αποθήκευσή του στη μνήμη του μικροελεγκτή. Πιο αναλυτικά, ένας μικροελεγκτής συνήθως συγκεντρώνει τα εξής χαρακτηριστικά: Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (CPU) Μνήμη για τη αποθήκευση προγράμματος (ROM, EPROM, EEPROM, FLASH MEMORY) Μνήμη RΑΜ, για την προσωρινή αποθήκευση των μεταβλητών κατά την διάρκεια εκτέλεσης του προγράμματος της εφαρμογής Ψηφιακές γραμμές εισόδου/εξόδου (I/O ports), και σειριακές θύρες Μονάδες Χρονισμού Μέτρησης (Timers/Counters) Γεννήτρια ρολογιού Χρονιστής Επιτήρησης (Watchdog Timer) Πηγές Εξωτερικών Διακοπών Μονάδες Διασύνδεσης (I 2 C, SPI, CAN) Μετατροπείς αναλογικού σήματος σε ψηφιακό (A/D) και ψηφιακού σήματος σε αναλογικό (D/A), αναλογικούς συγκριτές καθώς και τελεστικούς ενισχυτές Στην εργασία αυτή χρησιμοποιείται ο μικροελεγκτής msp430f169 της Texas Instruments. 39

40 3.2 Τι είναι ο microcontroller MSP430x1xx Ο MSP430 είναι ένας μικροελεγκτής της οικογένειας Instruments.γύρω από μία 6-bit CPU, είναι σχεδιασμένος για ενσωματωμένες εφαρμογές χαμηλού κόστους και πιο συγκεκριμένα χαμηλής κατανάλωσης ισχύος. Ο MSP430 είναι μία δημοφιλής επιλογή για σχεδιαστές hardware σε φορητές συσκευές χαμηλής ισχύος. Η αρχιτεκτονική κατασκευής του είναι τέτοια ώστε να έχει πολύ χαμηλή κατανάλωση ισχύος και έτσι επτεκτείνεται η διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Το ηλεκτρικό ρεύμα σε κατάσταση αδράνειας μπορεί να είναι μικρότερο από 1 microampere (μα). Η τελική ταχύτητα της CPU είναι 25MHz. Μπορεί να τεθεί σε αναμονή για λιγότερη κατανάλωση ρεύματος. Επίσης χρησιμοποιεί 6 διαφορετικές καταστάσεις χαμηλής κατανάλωσης (Low- Power Mode), από τις οποίες μπορούν να απενεργοποιηθούν clocks που δεν χρειάζονται καθώς και η CPU. Έτσι, επιτρέπεται στον MSP430 να μπει σε κατάσταση sleep, ενώ τα περιφερειακά του εξακολουθούν να εργάζονται χωρίς την ανάγκη ενεργού επεξεργαστή. Επιπλέον, είναι σε θέση να ξυπνάει κάποιες φορές κάτω από το 1 μικροδευτερόλεπτο, επιτρέποντας στον μικροελεγκτή να παραμείνει σε κατάσταση νάρκης ελαχιστοποιώντας έτσι τη μέση κατανάλωση ρεύματος.επίσης, η υψηλές του επιδόσεις τον καθιστούν ιδανικό για ακριβείς μετρήσεις αναλογικών σημάτων, αφού εμπεριέχει ελεγκτή τάσης τροφοδοσίας και συγκριτές/χρονιστές. Ενώ ταυτόχρονα έχει έναν 12-bit ή 10-bit αναλογικό προς ψηφιακό μετατροπέα (ADC), έναν 12-bit ψηφιακό προς αναλογικό μετατροπέα (DAC) καθώς και έναν αισθητήρα θερμοκρασίας Vref. Η CPU του MSP430 έχει μία 16- bit αρχιτεκτονική RISC που επιτρέπει τη δημιουργία νέων εφαρμογών με μείωση του μεγέθους του κώδικα. Ο συμπαγής σχεδιασμό του πυρήνα μειώνει την κατανάλωση ισχύος και το κόστος. Όλες οι λειτουργίες, πλην του program-flow instructions, τελούνται σαν λειτουργίες των καταχωρητών, σε συνδυασμό με 7 addressing modes για την αντιμετώπιση των πηγών (source operand) και 4 addressing modes για την αντιμετώπιση του προορισμού (destination operand), ενώ διαθέτει μόνο 27 εντολές. Η CPU ενώνεται με 16 registers που συνεπάγουν στη μείωση του χρόνου εκτέλεσης εντολών. Ο χρόνος εκτέλεσης της λειτουργίας register-to-register είναι ένας κύκλος ρολογιού του επεξεργαστή. Τέσσερις από τους καταχωρητές, R0-R3, χρησιμοποιούνται σαν program counter, stack pointer, status register και constant generator αντίστοιχα. Οι υπόλοιποι registers είναι γενικής χρήσης. Οι περιφερειακές μονάδες είναι συνδεδεμένες με τη CPU και χρησιμοποιούν δεδομένα, διευθύνσεις και control busses ώστε να διεκπεραιώνονται με όλες τις οδηγίες. Τέλος, ένα μεγάλο πλεονέκτημα του MSP430 είναι ότι είναι κατάλληλος για σύγχρονο προγραμματισμού σε γλώσσες υψηλού επιπέδου. Παρά το γεγονός ότι υπάρχουν παραλλαγές στις διάφορες συσκευές της οικογένειας TI, ένας μικροελεγκτής MSP430 μπορεί να χαρακτηρίζεται από: Χαμηλή κατανάλωση ρεύματος: 0,1μΑ για διατήρηση δεδομένων της RAM 0,8 μα για την λειτουργία του real time clock mode 250 μα/mips για την ενεργό λειτουργία 40

41 Χαμηλή τάση λειτουργίας (από 1,8V έως 3,6V) <1μs ρολόι εκκίνησης <50nA port leakage Μηδενική κατανάλωση Broun-Out Reset (BOR) (Broun-Out Reset είναι ένα κύκλωμα που αναγκάζει τον μικροεπεξεργαστή να κάνει reset στην περίπτωση που υπάρξει μια σύντομη διακοπή ισχύος- η διακοπή αυτή μπορεί να διαταράξει τη λειτουργία αλλά δεν μπορεί να αναγκάσει το σύστημα να κάνει reset.είναι συνήθως μια δίοδος, μια αντίσταση και ένας πυκνωτής. Η δίοδος εκφορτίζει τον πυκνωτή γρήγορα ενώ η αντίστασή του φορτίζει) On-chip των αναλογικών συσκευών: 10/12/16-bit αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπέα (ADC) 12-bit ψηφιακού σε αναλογικό μετατροπέα (DAC) Comparator-gated timers Operational Amplifiers (OP Amps) Supply Voltage Supervisors (SVS) 16-bit RISC CPU: Επεξεργασία οδηγιών από bits, bytes ή και words Συμπαγής σχεδιασμός πυρήνα που μειώνει την κατανάλωση ρεύματος και το κόστος Αποδοτικός compiler 27 core instructions 7 addressing modes Εκτεταμένη ικανότητα vectored-interrupt Ευελιξία: Μέχρι 256Kb In-System Programmable (ISP) Flash Έως και 100 pin-options USART, 12c, Timers LCD driver Embedded Emulation 41

42 3.3 Γενικά χαρακτηριστικά του msp430f169 Ο μικροελεγκτής msp430f169 είναι ένα ολοκληρωμένο στοιχείο των 64 ακροδεκτών (pins) σε συσκευασία QFP (Quad Flat Pack), όπως φαίνεται στην εικόνα που ακολουθεί. Διαθέτει 6 θύρες εισόδου/εξόδου (48 pins) οι οποίες μπορούν να οδηγηθούν σε υψηλό ή χαμηλό δυναμικό, να αναβοσνήνουν, να στέλνουν σήματα και εν γένει ό,τι μπορεί να οδηγηθεί από ένα καλώδιο. Συχνά αυτοί οι ακροδέκτες είναι δικατευθυντήριοι και μπορούν ακόμη να ρυθμιστούν ως είσοδοι, επιτρέποντας στο πρόγραμμα να απαντά σε ένα εξωτερικό διακόπτη, αισθητήρα ή να επικοινωνεί με μερικές εξωτερικές συσκευές. Ακόμα αποτελείται από δύο χρονιστές/μετρητές (Timer_A, Timer_B) των 16 bit με ικανότητα PWM και έναν προγραμματιζόμενο χρονιστή watchdog. Οι χρονιστές έχουν την ικανότητα να μετρούν με ακρίβεια σήματα, να δημιουργούν και να συλλαμβάνουν σήματα επικοινωνίας, να παράγουν ακριβείς κυματομορφές, ενώ δύνανται ακόμη και να επανεκκινήσουν τον μικροελεγκτή αν αυτός διακόψει την επικοινωνία εξαιτίας μιας διαταραχής ρεύματος ή κυκλωματικής δυσλειτουργίας. Επιπλέον, έχει 6 κανάλια μετατροπής από αναλογική σε ψηφιακή μορφή (ADC) με ανάλυση 12-bit και 2 κανάλια μετατροπής από ψηφιακή σε αναλογική μορφή (DAC) με ανάλυση 12-bit επίσης. Τα περιφερειακά αυτά επιτρέπουν στον μικροελεγκτή να συνδέεται με αισθητήρες και να διαβάζει κυμαινόμενα επίπεδα τάσης. Διαθέτει επίσης το κύκλωμα USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) για σειριακή επικοινωνία (UART/I2C/SPI) που του επιτρέπει τη μετάδοση δεδομένων μέσω καλωδίων σε ένα άλλον μικροελεγκτή, σε ένα τοπικό δίκτυο ή στο internet. Τέλος, υπάρχουν και 3 κανάλια για τον ελεγκτή άμεσης προσπέλασης μνήμης (DMA). Το είδος και η λειτουργία που μπορεί να επιτελέσει καθένας από τους 64 ακροδέκτες (pins) του μικροελεγκτή παρουσιάζονται σε πίνακες παρακάτω. 42

43 Το εύρος της τάσης λειτουργίας του μικροελεγκτή είναι από 1.8V μέχρι 3.6V ενώ η συχνότητα λειτουργίας του στα 0-8MHz. Διαθέτει πέντε διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας για την εξοικονόμηση ενέργειας και δυνατότητα προγραμματισμού πάνω στο κύκλωμα (serial onboard programming). 3.4 Το σύστημα ρολογιού Το σύστημα ρολογιού είναι διαφορετικά σχεδιασμένο για εφαρμογές, που χρησιμοποιούν μπαταρίες για την τροφοδοσίa. To clock system στην οικογένεια συσκευών MSP υποστηρίζεται από το κύριο ρολόι που περιλαμβάνει υποστήριξη για ένα Ηz ρολόι κρυσταλλικού ταλαντωτή, έναν εσωτερικό ψηφιακά ελεγχόμενο ταλαντωτή (DCO) και έναν υψηλής συχνότητας κρυσταλλικό ταλαντωτή. Το βασικό πρότυπο ρολογιού έχει σχεδιαστεί για να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις και του χαμηλού κόστους του συστήματος και της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας. Η εσωτερική DCO παρέχει μια γρήγορη πηγή turn-on clock και σταθεροποιείται σε 43

44 λιγότερο από 6 μς. Το βασικό πρότυπο ρολογιού παρέχει τις ακόλουθες ενδείξεις ρολογιού: Βοηθητικό ρολόι (Auxiliary clock, ACLK) που προέρχεται από ένα Ηz ρολόι κρυσταλλικό ή υψηλής συχνότητας. Κύριο ρολόι (Main clock, MCLK) το ρολόι του συστήματος που χρησιμοποιείται από την CPU. Υπό-κύριο ρολόι (Sub-main clock, SMCLK) το ρολόι που χρησιμοποιείται απ τις περιφερειακές μονάδες. 3.5 Χώρος διευθύνσεων Ο msp430 αρχιτεκτονικής Von-Neumann έχει ένα χώρο διευθύνσεων, τον οποίο μοιράζονται οι καταχωρητές ειδικού σκοπού (SFRs), τα περιφερειακά, η μνήμη RAM και η μνήμη FLASH/ROM. Η προσπέλαση του κώδικα γίνεται μέσω ζυγών διευθύνσεων. Ο συνολικός χώρος μνήμης που μπορεί να διευθυνσιοδοτηθεί είναι 64ΚΒ. 44

45 3.5.1 Bootstrap Loader (BSL) Ο φορτωτής εκκίνησης του MSP430 (BSL) επιτρέπει στους χρήστες να προγραμματίσουν τη μνήμη flash ή RAM χρησιμοποιώντας ένα UART serial interface. Η πρόσβαση στη μνήμη του MSP430 μέσω του BSL προστατεύεται από κωδικό πρόσβασης που προσδιορίζει τον χρήστη Flash/ROM Η μνήμη flash μπορεί να προγραμματιστεί μέσω της θύρας JTAG, τον φορτωτή εκκίνησης ή το in-system της CPU.Η CPU μπορεί να εκτελέσει single-byte ή single-word εγγραφές στη μνήμη flash περιλαμβάνουν: Η μνήμη flash έχει ν τμήματα της κύριας μνήμης και 2 τμήματα της μνήμης πληροφοριών των 128 bytes η κάθε μία. Κάθε τμήμα της κύριας μνήμης έχει μέγεθος 512 bytes. Τα τμήματα 0 έως ν μπορούν να διαγραφούν σε ένα βήμα ή κάθε τμήμα μπορεί να διαγραφεί ξεχωριστά. Τα τμήματα Α και Β μπορούν να διαγραφούν ξεχωριστά ή σαν ομάδα μαζί με τα τμήματα 0-ν. Τα τμήματα Α και Β ονομάζονται και μνήμη πληροφοριών (information memory). Οι νέες συσκευές μπορεί να έχουν προγραμματιστεί στην information memory (χρειάζεται για έλεγχο κατά την κατασκευή) Ο χρήστης θα πρέπει να εκτελέσει μια διαγραφή από την information memory πριν από την πρώτη χρήση. Η αρχική διεύθυνση της Flash/ROM διαφέρει σε κάθε συσκευεί. Η τελευταία της διεύθυνση είναι η 0FFFFh. Η μνήμη Flash μπορεί να χρησιμοποιηθεί εξίσου για 45

46 κώδικα και δεδομένα. Λέξεις ή πίνακες byte μπορούν να αποθηκευτούν σε αυτή και να χρησιμοποιηθούν χωρίς την ανάγκη να αντιγραφούν πρώτα στην RAM. Ο πίνακας των διανυσμάτων διακοπών απεικονίζεται στις ανώτερες θέσεις του χώρου διευθύνσεων με το διάνυσμα διακοπής υψηλότερης προτεραιότητας στην υψηλότερη θέση (0ΕΕΕΕh) RAM Η RAM αρχίζει από τη διεύθυνση 0200h. Η τελευταία της διεύθυνση διαφέρει σε κάθε συσκευή. Και η RAM μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για κώδικα όσο και για δεδομένα Περιφερειακά (peripherals) Οι περιφερειακές μονάδες είναι συνδεδεμένες με την CPU μέσα από τα δεδομένα, διεύθυνση και control busses και μπορούν να χειριστούν με τη χρήση όλων των οδηγιών. Ο χώρος διευθύνσεων από τη θέση 0100h μέχρι 01FFh προοσίζεται για τις 16-bit περιφερειακές μονάδες, δηλαδή για τους καταχωρητές που ελέγχουν τα περιφερειακά που είναι ενσωματωμένα στον μικροελεγκτή. Αυτές μπορούν να προσπελαστούν με εντολές λέξεων. Άμα χρησιμοποιηθούν εντολές byte, μόνο οι ζυγές διευθύνσεις επιτρέπονται και το υψηλότερο byte του αποτελέσματος είναι πάντοτε 0. Ο χώρος διευθύνσεων μεταξύ των θέσεων 010h και 0FFh προορίζεται για τις 8-bit περιφερειακές μονάδες, οι οποίες μπορούν να προσπελαστούν με εντολές byte. 46

47 3.5.5 Καταχωρητές ειδικού σκοπού Οι καταχωρητές ειδικού σκοπού τοποθετούνται στα χαμηλότερα 16 bytes του χώρου διευθύνσεων και είναι οργανωμένοι ανά byte. Η προσπέλασή τους γίνεται χρησιμοποιώντας μόνο εντολές byte Οργάνωση μνήμης Τα bytes που τοποθετούνται σε ζυγές ή μονές διευθύνσεις. Οι λέξεις τοποθετούνται μόνο σε ζυγές διευθύνσεις, και όταν χρησιμοποιούνται εντολές λέξεων μόνο οι ζυγές διευθύνσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Το χαμηλότερο byte της λέξης είναι πάντα μια ζυγή διεύθυνση, ενώ το υψηλότερο byte αντιστοιχεί στην αμέσως επόμενη μονή διεύθυνση. 3.6 Watchdog Timer Η κύρια λειτουργία του watchdog timer (WDT) είναι να εκτελεστεί μία ελεγχόμενη επανεκκίνηση του συστήματος μετά από την εμφάνιση κάποιου προβλήματος του λογισμικού. Αν το επιλεγόμενο χρονικό διάστημα λήξει, δημιουργείται μια επαναφορά του συστήματος. Αν η λειτουργία watchdog δεν είναι απαραίτητη σε μια εφαρμογή, μπορεί ο watchdog timer να ρυθμιστεί ως ένας χρονοδιακόπτης που μπορεί να δημιουργεί διακοπές σε επιλεγμένα χρονικά διαστήματα. 3.7 Συστήματα επανεκκίνησης Τα σήματα επανεκκίνησης στο συγκεκριμένο μικροελεγκ τη είναι δύο: το power-on reset (POR), και το power-up clear (PUC). Διαφορετικά γεγονότα προκαλούνα αυτά τα σήματα επανεκκίνησης και διαφορετικές αρχικές συνθήκες επικρατούν ανάλογα με το ποιο σήμα παράγεται. Συγκεκριμένα το POR είναι ένα σήμα επανεκκίνησης που προκαλείται από συσκευή και παράγεται σε μια από τις ακόλουθες περιπτώσεις: i. Όταν ενεργοποιείται η συσκευή. ii. Όταν εμφανιστεί ένα χαμηλό σήμα στον ακροδέκτη RST/NMI ενώ βρίσκεται σε κατάσταση λειτουργίας επανεκκίνησης (reset mode). Το σήμα PUC παράγεται πάντα όταν έχει παραχθεί σήμα POR, αλλά το αντίθετο δεν συμβαίνει. Το σήμα PUC προκαλείται από τα ακόλουθα γεγονότα: i. Από το σήμα POR. ii. Όταν ο χρόνος του watchdog timer εκπνεύσει και βρισκόμαστε στο watchdog mode. iii. Από μια παραβίαση του κωδικού ασφαλείας του watchdog timer. iv. Από μια παραβίαση του κωδικού ασφαλείας της flash memory. 3.8 Συστήματα διακοπών Στον μικροελεγκτή υπάρχουν τρία είδη διακοπών: 47

48 i. του συστήματος επανεκκίνησης ii. οι μη παρεμποδιζόμενες διακοπές νμι iii. οι παρεμποδιζόμενες διακοπές Επειδή οι περιφερειακές συσκευές του με είναι περισσότερες από μία είναι πολύ πιθανό δύο ή περισσότερες συσκευές να ζητήσουν εξυπηρέτηση ταυτόχρονα. Γι αυτό το λόγο έχει καθοριστεί προτεραιότητα σ θμφωνα με την οποία όσο πιο κοντά βρίσκεται μια συσκευή στην CPU/NMIRS τόσο υψηλότερη προτεραιότητα έχει Μη παρεμποδιζόμενες διακοπές (ΝΜΙ) Οι μη παρεμποδιζόμενες διακοπές δεν επιδέχονται μάσκα από το bit γενικής ενεργοποίησης διακοπών (GIE), αλλά ενεργοποιούνται από ξεχωριστά bits ενεργοποίησης διακοπών (NMIIE, ACCVIE, OFIE). Όταν μια ΝΜΙ διακοπή γίνεται αποδεκτή, τότε όλα τα bits ενεργοποίησης διακοπών γίνονται αυτόματα reset. Η εκτέλεση του προγράμματος ξεκινά από τη διεύθυνση μνήμης όπου αντιστοιχεί η συγκεκριμένη διακοπή, την 0FFFCh. Ο προγραμματιστής πρέπει να θέσει τα απαιτούμενα bits ενεργοποίησης διακοπών έτσι ώστε να ξαναενργοποιηθούν. Μία μη παρεμποδιζόμενη διακοπή μπορεί να προκληθεί: i. Όταν συμβεί ένα σφάλμα στον ταλαντωτή ii. Όταν υπάρχει παραβίαση πρόσβασης στην μνήμη flash iii. Από μια παρυφή του ακροδέκτη RST=NMI Παρεμποδιζόμενες διακοπές Οι παρεμποδιζόμενες διακοπές προκαλούνται από περιφερειακά που έχουν αυτή τη δυνατότητα, συμπεριλαμβανομένου του watchdog timer. Κάθε τέτοια διακοπή μπορεί να παρεμποδιστεί επιλεκτικά από ένα συγκεκριμένο bit, αλλά και όλες μαζί μπορούν να παρεμποδιστούν από το GIE bit του καταχωρητή κατάστασης. 3.9 Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (CPU) Η ΚΜΕ περιλαμβάνει χαρακτηριστικά ειδικά σχεδιασμένα για σύγχρονες τεχνικές προγραμματισμού όπως η επεξεργασία πινάκων, το calculated branching και η χρήση γλωσσών υψηλού επιπέδου όπως η C. Η ΚΜΕ μπορεί να διευθυνσιοδοτήσει ολόκληρο το εύρος διευθύνσεων χωρίς σελιδοποίηση. Τα χαρακτηριστικά της είναι: Αρχιτεκτονική RISC με 27 εντολές και 7 τρόπους διευθυνσιοδότησης Ορθογώνια αρχιτεκτονική όπου κάθε εντολή μπορεί να χρησιμοποιηθεί με όλους τους τρόπους διευθυνσιοδότησης Πλήρη πρόσβαση στους καταχωρητές συμπεριλαμβανομένων του μετρητή προγράμματος, των καταχωρητών κατάστασης και του δείκτη στοίβας Απευθείας μεταφορές από μνήμη σε μνήμη χώρις τη διαμεσολάβηση καταχωρητών 16-bit διάδρομο διευθύνσεων που επιτρέπει την απευθείας πρόσβαση σε ολόκληρο το εύρος μνήμης 16-bit διάδρομο δεδομένων που επιτρέπει την απευθείας διαχείριση δεδομένων Λειτουργίες καταχωρητών ενός κύκλου μηχανής 48

49 Μεγάλο 16-bit καταχωρητή αρχείων ο οποίος μειώνει τις ανακλήσεις στη μνήμη Γεννήτρια σταθερών που παρέχει έξι συχνά χρησιμοποιούμενες άμεσες τιμές μειώνοντας το μέγεθος του κώδικα Διευθυνσιοδότηση λέξεων και bytes Οι καταχωρητές της ΚΜΕ Η ΚΜΕ περιλαμβάνει 16-bit καταχωρητές. Ο R0, o R1, o R2 και ο R3 έχουν ειδικές λειτουργίες. Ο R4 μέχρι τον R15 προορίζονται για γενική χρήση. Μετρητής Προγράμματος (R0) O 16-bit μετρητής προγράμματος (PC/R0) περιλαμβάνει τη διεύθυνσή της επόμενης προς εκτέλεση εντολής. Η διεύθυνση αυτή είναι πάντα πολλαπλάσια του δύο και αυτό γιατί η μνήμη είναι οργανωμένη από την ΚΜΕ σε λέξεις (καταχωρητές) 49

50 των δύο bytes. Έτσι όταν εκτελείται μια γραμμική ακολουθία εντολών, ο PC αυτόματα μετακινείται στην επόμενη εντολή. Δείκτης στοίβας (R1) Ο δείκτης στοίβας (SP/R1) περιέχει την εκάστοτε διεύθυνση του στοιχείου κορυφής της στοίβας, όπου έχει αποθηκευτεί το πιο πρόσφατο δεδομένο. Χρησιμοποιείται από την ΚΜΕ για να αποθηκεύει τις επιστρεφόμενες διευθύνσεις μετά από κλήσεις υπορουτινών διακοπών. Ο δείκτης στοίβας αρχικοποιείται από το χρήστη και περιέχει διευθύνσεις ζυγού αριθμού. Καταχωρητής κατάστασης (R2) Ο καταχωρητής κατάστασης (SR/R2), χρησιμοποιείται για να δίνει πληροφορίες σχετικά με τα αποτελέσματα της τελευταίας εντολής που εκτελέστηκε από την ΚΜΕ βοηθώντας και στον έλεγχο της λειτουργίας του επεξεργαστή. Ο καταχωρητής κατάστασης μπορεί να θεωρηθεί ως μια συλλογή μεμονωμένων bit καθένα από τα οποία έχει μια συγκεκριμένη σημασία. Τα ψηφία του SR απεικονίζονται στο παρακάτω σχήμα: -V (Overflow bit): αυτό το bit γίνεται 1 όταν υπάρχει υπερχείλιση -N (Negative bit): δηλώνει ότι το αποτέλεσμα που προκύπτει από μια αριθμητική πράξη είναι αρνητικός αριθμός -Z (Zero bit): δηλώνει ότι το αποτέλεσμα μιας πράξης είναι μηδέν -C (Carry bit): όταν από το αποτέλεσμα μιας αριθμητικής ή λογικής πράξεις προκύψει κρατούμενο τότε αυτό το bit γίνεται 1 - SCG1 (System clock generator 1): όταν το bit γίνεται 1, απενεργοποιείται το SMCLK (sub-main clock) -OSCOFF (oscillator off): όταν το bit γίνατι 1 απενεργοπειείται ο LFXT1 κρυσταλλικός ταλαντωτής, άμα το LFXTCLK δεν χρησιμοποιείται για το master ή το sub-main clock. -CPUOFF (CPU off): απενεργοποιεί την ΚΜΕ 50

51 -GIE (General Interrupt Enable): ενεργοποιεί το μηχανισμό των παρεμποδιζόμενων διακοπών Καταχωρητές δημιουργίας/παραγωγής σταθερών CG1 και CG2 Έξι πολύ συχνά χρησιμοποιούμενες σταθερές δημιουργούνται από τους καταχωρητές R2 και R3, χωρίς να απιτείται επιπλέον μια 16-bit λέξη κωδικού προγράμματος. Τα πλεονεκτήματα αυτών των καταχωρητών είναι ότι δεν απαιτούνται ειδικές εντολές, δε χρειάζεται επιπλέον κώδικας για τις 6 σταθερές ενώ προκειμένου να χρησιμοποιήσουμε τις σταθερές δεν απιτείται προσπέλαση της μνήμης μέσω κώδικα. Γενικού σκοπού καταχωρητές (R4-R15) Οι δώδεκα καταχωρητές R4-R15, είναι γενικού σκοπού. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως καταχωρητές δεδομένων ή ως δείκτες διευθύνσεων. Η προσπέλασή τους γίνεται με εντολές των 8 ή 16 bit. Η ύπαρξη ενός τέτοιου μεγάλου αριθμού καταχωρητών επιτρέπει την ελαχιστοποίηση του χρόνου προσπέλασης της μνήμης καθώς και του μεγέθους του κώδικα Υποστηριζόμενοι τρόποι διευθυνσιοδότησης Οι τρόποι με τους οποίους μπορεί να διευθυνσιοδοτηθεί ολόκληρος ο χώρος διευθύνσεων χωρίς εξαιρέσεις είναι επτά. Άμεση επαναφορά με καταχωρητή (register mode), όπου και τα δύο ορίσματα της εντολής περιέχονται σε δύο εσωτερικούς καταχωρητές του επεξεργαστή. Όταν δύο τέτοιοι καταχωρητές προσδιορίζονται, συνήθως ο ένας από τους δύο είναι η πηγή, ενώ ο άλλος είναι ένας καταχωρητής προορισμού. Δεικτοδοτημένη αναφορά στη μνήμη (indexed mode) 51

52 Συμβολικός τρόπος αναφοράς (symbolic mode) Απόλυτος τρόπος (absolute mode) Έμμεσος καταχωρητής (indirect register) Έμμεσος με αυτόματη αύξηση του καταχωρητή (indirect auto-increment) Άμεσος τρόπος αναφοράς στη μνήμη (immediate mode), όπου η τιμή του ορίσματος είναι αποθηκευμένη σε κάποιο τμήμα της εντολής Σετ Εντολών Το σετ εντολών αποτελείται από 27 κύριες εντολές και 24 ψευδοεντολές. Οι ψευδοεντολές συντάσσονται όπως και οι εντολές αλλά έχουν σημαντικές διαφορές από αυτές. Πρώτον δεν ανήκουν στο σύνουλο εντολών του με (μικροελεγκτή) και δεύτερον δεν μεταφράζονται σε κώδικα. Η χρησιμότητά τους έγκειται στο να δίνουν κάποιες πληροφορίες προς τον assembler όταν αυτός δημιουργεί τον κώδικα. Υπάρχουν τριών ειδών εντολές: i. Εντολές με δύο τελεστές (12 σε αριθμό) ii. Εντολές με έναν τελεστή (7 σε αριθμό) iii. Εντολές άλματος (8 σε αριθμό) Όλες οι εντολές με μονό ή διπλό τελεστή μπορούν να είναι εντολές byte εντολές λέξης χρησιμοποιώντας την ςεπέκταση.β ή.w αντίστοιχα. Παρακάτω παρουσιάζονται οι πίνακες με τις εντολές αυτές: 52

53 53

54 3.10 Ψηφιακές θύρες εισόδου/εξόδου (Ι/Ο) Ο μικροελεγκτής έχει 6 ψηφιακές θύρες εισόδου/εξόδου τις Ρ1-Ρ6. Κάθε θύρα έχει 8 ακροδέκτες Ε/Ε (PINS I/O). Οι θύρες Ρ1 και Ρ2 χρησιμοποιούν επτά καταχωρητές ελέγχου, ενώ οι θύρες Ρ3, Ρ4, Ρ5 και Ρ6 χρησιμοποιούν μόνο τέσσερεις από τους καταχωρητές ελέγχου προκειμένου να επιτευχθεί μέγιστη ευελιξία στην εφαρμογή. Τα χαρακτηριστικά των ψηφιακών θυρών εισόδου/εξόδου είναι: Όλα τα επιμέρους Ι/Ο bits είναι ανεξάρτητα προγραμματιζόμενα Κάθε συνδυασμός εισόδου/εξόδου/διακοπής είναι δυνατός. Κάθε ακροδέκτης στις θύρες Ρ1 και Ρ2 έχει ικανότητα διακοπής Η πρόσβαση ανάγνωση/γραφής δεδομένων σε όλους τους καταχωρητές χρησιμοποιώντας όλες τις εντολές είναι δυνατή -Καταχωρητές εισόδου ΡxΙΝ Κάθε bit σε κάθε PxIN καταχωρητή αντιπροσωπεύει την τιμή του σήματος εισόδου του αντίστοιχου ακροδέκτη Ε/Ε όταν ο ακροδέκτης έχει καθοριστεί να εκτελεί λειτουργία Ε/Ε. Bit=0: η είσοδος είναι χαμηλή Bit=1: η είσοδος είναι υψηλή -Καταχωρητές εξόδου PxOUT Κάθε bit σε κάθε PxOUT καταχωρητή αντιπροσωπεύει την τιμή του σήματος εξόδου του αντίστοιχου ακροδέκτη Ε/Ε όταν ο ακροδέκτης έχει καθοριστεί να εκτελεί λειτουργία Ε/Ε κατεύθυνσης εξόδου. Bit=0: η είσοδος είναι χαμηλή Bit=1: η είσοδος είναι υψηλή -Καταχωρητές κατεύθυνσης (direction) PxDIR Κάθε bit σε κάθε PxDIR καταχωρητή καθορίζει την κατεύθυνση του αντίστοιχου ακροδέκτη Ε/Ε, ανεξαρτήτως της επιλεγμένης λειτουργίας του ακροδέκτη. Bit=0: ο ακροδέκτης της θύρας καθορίζεται να λειτουργεί ως είσοδος Bit=1: ο ακροδέκτης της θύρας καθορίζεται να λειτουργεί ως έξοδος -Καταχωρητές επιλογής λειτουργίας PxSEL Οι ακροδέκτες (pins) των θυρών είναι συχνά πολυπλεγμένοι με άλλες περιφερειακές μονάδες. Κάθε PxSEL bit χρησιμοποιείται για να επιλέξει τη λειτουργεία του ακροδέκτη είτε ως πόρτας Ε/Ε είτε για λειτουργίες περιφερειακών μονάδων. Bit=0: λειτουργεία Ε/Ε επιλέγεται για τον ακροδέκτη Bit=1: λειτούργια για περιφερειακή μονάδα επιλέγεται για τον ακροδέκτη Θέτοντας PxSEL=1 δεν καθορίζεται αυτόματα και η κατεύθυνση του ακροδέκτη αλλά απαιτείται και ο καθορισμός των bits PxDIR όπως είδαμε παραπάνω. 54

55 ΒΙΤ Αναλογικός προς Ψηφιακός Μετατροπέας Ο ADC 12 bit αποτελείται από ξεχωριστά στοιχεία, τα οποία μπορούν να διαμορφωθούν και βελτιστοποιηθούν χωριστά το ένα από το άλλο: Πυρήνας ADC με δειγματοληψία και συγκράτηση Μνήμη μετατροπής και διαμόρφωση Τάση αναφοράς και διαμόρφωση Έλεγχο και επιλογή γεννήτριας ρολογιού μετατροπής Έλεγχο μετατροπής και χρονισμό δειγματοληψίας Κάποια από τα γενικά χαρακτηριστικά του μετατροπέα είναι τα παρακάτω: Μέγιστη συχνότητα δειγματοληψίας 200Ksps. Δειγματοληψία και συγκράτηση με προγραμματιζόμενες περιόδους από το software ή από timers. Εκκίνηση της μετατροπής από κάποιο χρονιστή. Δυνατότητα επιλογής τάσης αναφοράς εσωτερικής ή εξωτερικής. Δυνατότητα επιλογής των ακροδεκτών εξόδου. Δυνατότητα μετατροπής 8 ανεξάρτητα διαμορφωμένων εισόδων. Δυνατότητα επιλογής ρολογιού. Τρείς διαφορετικοί τρόποι μετατροπής απλού καναλιού, επαναλαμβανόμενου καναλιού, διαδοχή καναλιών, επαναλαμβανόμενης διαδοχής καναλιών. Ανεξάρτητη απενεργοποίηση ADC πυρήνα και τάσης αναφοράς. 16 καταχωρητές αποθήκευσης των αποτελεσμάτων μετατροπής. 55

56 Όπως είπαμε και προηγουμένως, ο ADC μετατρέπει ένα αναλογικό σήμα στη 12-bit ψηφιακή αναπαράστασή του και αποθηκεύει το αποτέλεσμα στο χώρο μνήμης που του διατίθεται. Προκειμένου να καθοριστούν το ανώτερο και κατώτερο όριο της μετατροπής επιλέγονται δύο επίπεδα τάσης (V R+ και V R- ). Όταν το σήμα εισόδου είναι ίσο ή μεγαλύτερο από τη V R+ η ψηφιακή έξοδος (N ADC ) λαμβάνεται ως «λογικό 1», ενώ όταν είναι ίσο ή μικρότερο από την V R- λαμβάνεται ως «λογικό 0». Ο τύπος μετατροπής για την ψηφιακή έξοδο είναι: Ο πολυπλέκτης αναλογικής εισόδου είναι αυτό που επιλέγει τα οκτώ εξωτερικά και τα τέσσερα εσωτερικά αναλογικά σήματα ως κανάλια μετατροπής. Με τον πολυπλέκτη μειώνεται ο θόρυβος που προκύπτει από το switching των καναλιών, ενώ έχει σχήμα Τ για να ελαττώνει τη μεταξύ τους σύζευξη. Τα κανάλια που δεν επιλέγονται απομονώνονται από τον A/D και ο ενδιάμεσος κόμβος τους συνδέεται με το AV SS. Οι είσοδοι του ADC12 πολυπλέκονται με τις ακίδες της πόρτας Ρ6, οι οποίες είναι πύλες CMOS. Όταν αναλογικά σήματα εφαρμόζονται σε ψηφιακές πύλες CMOS, το παρασιτικό ρεύμα ρέει από το V CC στο GND. Αυτό το παρασιτικό ρεύμα εμφανίζεται αν η τάση εισόδου είναι κοντά στο επίπεδο μετάβασης της πύλης. Απενεργοποιώντας τις ακίδες της πόρτας του buffer, ελαττώνεται το παρασιτικό ρεύμα και έτσι μειώνεται η συνολική κατανάλωση ρεύματος. Τα P6SELx bits παρέχουν τη δυνατότητα απενεργοποίησης των ακίδων της πόρτας εισόδου και εξόδου των buffers. Οι καταχωρητές του μετατροπέα που ρυθμίζουν τη λειτουργία του είναι οι εξής: Καταχωρητής ελέγχου ADC12CTL0 Καταχωρητής ελέγχου ADC12CTL1 Καταχωρητής ενεργοποίησης διακοπών ADC12IE Καταχωρητής σημαίας διακοπών ADC12IFG Καταχωρητής διανύσματος διακοπών ADC12IV 16 καταχωρητές ADC12MEMx αποθήκευσης αποτελεσμάτων 16 καταχωρητές ADC12MCTLx ελέγχου αποθήκευσης αποτελεσμάτων Οι καταχωρητές ADC12CTL0, ADC12CTL1 και ADC12MCTLx ελέγχουν σε μεγάλο βαθμό τη λειτουργία του μετατροπέα. Ο ADC12MEMx αποθηκεύει τα αποτελέσματα της μετατροπής, ενώ οι καταχωρητές ADC12IE, ADC12IFG και ADC12IV σχετίζονται με την εξυπηρέτηση των διακοπών. Κάθε ψηφίο (bit) των καταχωρητών αυτών επιτελεί και μια συγκεκριμένη λειτουργία. Συγκεκριμένα: 56

57 Αρχικά, ο μετατροπέας ADC ενεργοποιείται με το bit ADC12ON (θέση 4). Στην περίπτωση που δεν χρησιμοποιείται, απενεργοποιείται αυτόματα για να εξοικονομηθεί ενέργεια. Με ελάχιστες εξαιρέσεις όλα τα bit ελέγχου του ADC μπορού να αλλαχθούν όταν το bit ENC=1 (θέση 1). Το bit αυτό ενεργοποιεί τη μετατροπή όταν τίθεται ίσο με1. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, ο ADC12 παρέχει τη δυνατότητα επιλογής δύο επιπέδων τάσης αναφοράς. Θέτοντας το bit REFON=1 (ΘΈΣΗ 5) ενεργοποιείται η εσωτερική αναφορά και με το REF2_5=1 (θέση 6) ως εσωτερική αναφορά τάσης επιλέγεται η 2.5V, ενώ με REF2_5=0 επιλέγεται η 1.5V.Το MSC bit (multiple sample and convert, θέση 7) επιτρέπει στον ADC να κάνει σωστές μετατροπές, αυτόματα και γρήγορα με την πολλαπλή δειγματοληψία και μετατροπή. Τα SHT0x και SHT1x bits (θέσεις και αντίστοιχα) στον ADC12CTL0 ελέγχουν το διάστημα του χρονιστή δειγματοληψίας που καθορίζει τη SAMPCON περίοδο δειγματοληψίας t sample. Μία αναλογική προς ψηφιακή μετατροπή αρχίζει με την ανερχόμενη παρυφή του σήματος εισόδου δειγματοληψίας SHI. Η πηγή του SHI επιλέγεται με τα SHSx bits και περιλαμβάνει τα ακόλουθα : α) το bit ADC12SC (θέση 0 στον ADC12CTL0), β) τη μονάδα εξόδου 1 του Timer_B και δ) τη μονάδα εξόδου 1 του Timer_B. Η πολικότητα του SHI σήματος μπορεί να αντιστραφεί με το bit ISSH (θέση 8). Το SAMPON σήμα ελέγχει τη συχνότητα δειγματοληψίας και την έναρξη της μετατροπής. Όταν το SAMPCON είναι στο «λογικό 1», η δειγματοληψία είναι ενεργή. Η μετάβαση του SAMPCON απο το «υψηλό» στο «χαμηλό» ξεκινά την αναλογική προς ψηφιακή μετατροπή, η οποία απαιτεί 13 ADC12CLK κύκλους. Δυο διαφορετικές μέθοδοι δειγματοληψίας καθορίζονται από το bit ελέγχου SHP (θέση 9), ο extended sample mode και ο pulse mode. Ο extended sample mode επιλέγεται όταν 57

58 SHP=0. Το σήμα SHI ελέγχει απ' ευθείας το SAMPCON και καθορίζει το μήκος της περιόδου δειγματοληψίας t sample. Το ADC12CLK χρησιμοποιείται τόσο ως ρολόι μετατροπης όσο και για να παράγει την περίοδο δειγματοληψίας. Η πηγή για το ADC12 ρολόι επιλέγεται χρησιμοποιώντας τα ADC12SSELx bits (θέσεις 3-4) και η συχνότητα του μπορεί να διαιρεθεί απο 1 έως 8 φορές χρησιμοποιώντας τα bits ADC12DIVx (θέσεις 5-6-7). Πιθανές πηγές για το ρολόι ADC12CLK είναι το SMCLK, MCLK, ACLK και ένας εσωτερικός ταλαντωτής ADC12OSC. Ο χρήστης πρέπει να επιβεβαιώσει ότι το επιλεγμάνο ρολόι για τον ADC12CLK παραμένει ενεργό μέχρι το τέλος της μετατροπής. Σε διαφορετική περ'ιπτωση, η λειτουργία δε θα ολοκληρωθεί και κανένα αποτέλεσμα δεν θα είναι αξιόπιστο. Τα bits CSTARTADDx (θέσεις ) καθορίζουν τον πρώτο καταχωρητή ADC12MCTLx που θα χρησιμοποιηθεί για τη μετατροπή. Εάν ο τρόπος μετατροπής είναι μονού καναλιού ή επαναλαμβανόμενου μονού καναλιού το CSTARTADDx δείχνει τον μοναδικό ADC12MCTLx που θα χρησιμοποιηθεί. Εάν πάλι ο τρόπος μετατροπής είναι μία ακολουθία καναλιών ή επαναλαμβανόμενη ακολουθία καναλιών, το CSTARTADDx δείχνει στον πρώτο ADC12MCTLx που θα χρησιμοποιηθεί στην ακολουθιά. 'Ενα δείκτης, μη ορατός από το λογισμικό, Με τα bits SREFx (θέσεις 4-5-6) επιλέγονται οι τάσεις που θα χρησιμοποιηθούν ως τάσεις αναφοράς, ενώ με τα bits INCHx (θέσεις ) γίνεται η επιλογή του καναλιού είσοδου. Συγκεκριμένα όταν επιλεγεί το αναλογικό κανάλι εισόδου INCHx=1010 τότε χρησιμοποιείται ο ενσωματωμένος αισθητήρας θερμοκρασίας. Σε αυτή την περίπτωση, η περίοδος δειγματοληψίας πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 30μs. Με την επιλογή του αισθητήρα θερμοκρασίας αυτομάτως ενεργοποιείται η reference generator σαν πηγή τάσης, ενώ οι επιλογές αναφοράς παραμένουν οι ίδιες όπως και με τα υπόλοιπα κανάλια. 58

59 Όταν τα ADC12IEx bits και το bit GIE του καταχωρητή κατάστασης είναι ενεργοποιημένα, τότε παράγεται μια αίτηση διακοπής. Τα ADC12IFGx bits τίθενται όταν ο αντίστοιχος ADC12MEMx καταχωρητής μνήμης είναι φορτωμένος με ένα αποτέλεσμα μετατροπής. 59

60 Παράδειγμα: Ένα μόνο δείγμα γίνεται για A0 με αναφορά στο AVcc. Το λογισμικό εγκαθίσταται στον ADC10SC για να ξεκινήσει η δειγματοληψία και η μετατροπή ο ADC12SC αδειάζει αυτόματα στο EOC. Ο ADC12 εσωτερικός ταλαντωτής δειγματοληπτεί (16x) και μετατρέπει. Σε Mainloop ο MSP430 περιμένει στο LPM0 για εξοικονόμηση ενέργειας μέχρι η μετατροπή στον ADC12 ολοκληρωθεί, ο ADC12_ISR θα αναγκάσει την έξοδο από το LPM0 στην mainloop. Αν A0> 0,5 * AVcc, P1.0 κάνει set, αλλιώς reset. #include <msp430x14x.h void main(void) WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; ADC12CTL0 = SHT0_2 + ADC12ON; ADC12CTL1 = SHP; ADC12IE = 0x01; ADC12CTL0 = ENC; P6SEL = 0x01; P1DIR = 0x01; // Stop WDT // Set sampling // time,turn on //ADC12 //Use sampling timer // Enable interrupt // Conversion enabled // P6.0 ADC option select // P1.0 output for (;;) ADC12CTL0 = ADC12SC; _BIS_SR(CPUOFF + GIE); // Sampling open // LPM0, ADC12_ISR //will force exit // ADC12 interrupt service routine #pragma vector=adc12_vector interrupt void ADC12_ISR (void) if (ADC12MEM0 < 0x7FF) P1OUT &= ~0x01; // Clear P1.0 LED off else P1OUT = 0x01; // Set P1.0 LED on _BIC_SR_IRQ(CPUOFF); // Clear CPUOFF bit from 0(SR) 60

61 3.12 Χρονιστής_Α(Timer_A) Ο Timer_A είναι ένα ρολόι/μετρητής με 3 capture/compare καταχωρητές. Ο Timer_A μπορεί να υποστηρίξει πολλαπλούς capture/compare, PWM εξόδους και το interval timing. Ο Timer_A έχει επίσης εκτεταμένες δυνατότητες διακοπής, οι διακοπές μπορούν να παραχθούν απ τον μετρητή της υπερχείλισης και από κάθε έναν capture/compare καταχωρητή. Τα χαρακτηριστικά του Timer_A είναι: Ασύγχρονο 16-bit ρολόι/μετρητή με 4 τρόπους λειτουργίας Επιλέξιμο και διαμορφώσιμο ρολόι πηγής 3 διαμορφώσιμους capture/compare καταχωρητές Διαμορφώσιμες εξόδους με δυνατότητα PWM Ασύγχρονη είσοδος και έξοδος μανδάλωσης Διανυσματική διακοπή καταχωρητή για γρήγορη αποκωδικοποίηση για όλες τις διακοπές του Timer_A Timer_A block diagram: O timer_a έχει εννιά βασικούς καταχωρητές οι οποίοι ρυθμίζουν τη λειτουργία του και παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα: 61

62 Η λειτουργία του Timer_A Ο 16 bit timer έχει τέσσερις τρόπους λειτουργίας που επιλέγονται με τα bits MC0, MC1 του καταχωρητή TACTL. Ο 16-bit καταχωρητής/μετρητής του timer αυξάνεται ή μειώνεται (ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας) σε κάθε ανερχόμενη παρυφή του σήματος ρολογιού. Ο timer μπορεί να γραφεί ή να διαβαστεί με λογισμικό. Επιπρόσθετα ο timer μπορεί να προκαλέσει διακοπή μόλις υπερχειλίσει. Ο καταχωρητής ΤAR μηδενίζεται όταν το TARCLR bit γίνει 1. Τότε μηδενίζεται και ο διαιρέτης του ρολογιού και απορυθμίζεται η κατεύθυνση μέτρησης. 16-Bit Timer Counter (TAR) Ο 16-bit καταχωρητής TAR, αυξάνεται ή μειώνεται (ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας) με κάθε ανερχόμενη παρυφή του σήματος ρολογιού. Ο TAR μπορεί να διαβαστεί και να γραφτεί από το πρόγραμμα. Ακόμη μπορεί να παράγει μια διακοπή σε περίπτωση υπερχείλισης. Ο συγκεκριμένος είναι ένας καταχωρητής ελέγχου. Με τα bit TASSELx επιλέγεται η πηγή ρολογιού που μπορεί να είναι είτε εσωτερική (ACLK, SMCLK) είτε εξωτερική (TACLK, INCLK). Επιπλέον, με τα bits IDx καθορίζεται αν η συχνότητα ρολογιού θα παραμείνει ως έχει ή θα διαιρεθεί δια του 2, 4 ή 8. Το bit TACLR καθαρίζει τον καταχωρητή TAR και κάνει reset τον διαιρέτη του ρολογιού, ενώ με τα MCx επιλέγεται ο τρόπος λειτουργίας του Timer_A δηλαδή i. αν θα λειτουργεί ii. αν θα μετράει διαρκώς από το 0 μέχρι την τιμή 0FFFh iii. αν θα μετράει διαρκώ από το 0 μέχρι την τιμή του καταχωρητή TACCR0 ή 62

63 iv. αν θα μετράει διαρκώς από το 0 μέχρι την τιμή του καταχωρητή TACCR0 και πάλι πίσω. Τέλος, τα ΤΑΙΕ και TAIFG αφορούν στην ενεργοποίηση διακοπών και στη σημαία διακοπής αντίστοιχα. TACCTLx, Capture/Compare Control Register Τα περισσότερα bit αυτού του καταχωρητή ελέγχου αναφέρονται στη λειτουργία του ως capture register. Με τα OUTMODx bits επιλέγεται η μορφή των παλμών που θα παραχθούν στην επιλεγμένη έξοδο. Το CCIE ενεργοποιεί την ικανότητα αίτησης διακοπής η οποία συμβαίνει όταν η σημαία CCIFG έχει τιμή ίση με 1. TACCR0, TACCR1, TACCR2 Η τιμή του καταχωρητή TACCR0 εκφράζει την επιθυμητή περίοδο των παλμών που θα παραχθούν (PWM), ενώ οι TACCR1 και TACCR2 έχουν αποθηκευμένη την τιμή εκείνη που διαμορφώνει το duty cycle των παλμών. 63

64 Παράδειγμα: Χρήση στον διακόπτη Ρ1.0 λογισμικό και TA_0 ISR. Διακόπτεται κάθε SMCLK κύκλους. Το SMCLK παρέχει clock source για TACLK. Κατά τη διάρκεια του ΤA_0 ISR, το Ρ1.0 διακόπτεται και κύκλοι ρολογιού προστίθενται στο CCR0. Το TA_0 ISR κάνει trigger κάθε κύκλους. Η CPU είναι γενικά off και χρησιμοποιείται μόνο κατά τη διάρκεια τοθ TA_ISR. ACLK=n/a, MCLK=SMCLK=TACLK=default DCO~800kHz. #include <msp430x14x.h> void main(void) WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; //Σταματάει ο watchdog timer P1DIR = 0x01; // P1.0 θύρα εξόδου CCTL0 = CCIE; CCR0 = 50000; // CCR0 interrupt επιτρέπεται // CCR0=Capture/compare block και // έχει 11 κύκλους ρολογιού TACTL = TASSEL_2 + MC_2; // ο Timer_A Control Register //επιλέγει το SMCLK και τη συνεχή //λειτουργία, δηλαδή ο timer μετράει //έως το 0FFFFh BIS_SR(LPM0_bits + GIE);// Εισάγει την LPM0 w/ διακοπή // Timer A0 interrupt service routine #pragma vector=timera0_vector interrupt void Timer_A (void) P1OUT ^= 0x0 // Toggle P1.0 CCR0 += 50000; // Add Offset to CCR0 64

65 3.13 JTAG fuse check mode (τρόπος ελέγχου ασφαλείας) Οι συσκευές MSP430 που έχουν ασφάλεια για TDI/TCLK τερματικό πρέπει να έχουν κατάσταση ελέγχου ασφαλείας που δοκιμάζει τη συνοχή της ασφάλειας την πρώτη φορά που η θύρα JTAG είναι προσβάσιμη μετά από ένα power-on reset (POR). Όταν ενεργοποιηθεί ο τρέχων έλεγχος ασφαλείας η ITF του 1mA στα 3V, 2,5 ma στα 5V μπορούν να προκύψουν από την TDI/TCLK pin στο έδαφος αν δεν καίγεται. Πρέπει να λαμβάνεται μέριμνα για να αποφευχθεί η κατά λάθος ενεργοποίηση της κατάστασης ασφαλείας ελέγχου και η αύξηση της συνεχούς κατανάλωσης ισχύος του συστήματος. Η ενεργοποίηση της κατάστασης ασφαλείας ελέγχου συμβαίνει με το πρώτο αρνητικό όριο στο TMS pin μετά την αύξηση ισχύος ή εάν η TMS κρατιέται χαμηλή κατά την αύξηση ισχύος. Το δεύτερο θετικό όριο στο TMS pin απενεργοποιεί την κατάσταση ελέγχου ασφαλείας. Μετά την ενεργοποίηση, η κατάσταση ελέγχου ασφαλείας παραμένει ανενεργή μέχρι να συμβεί ένα άλλο POR. Μετά από κάθε POR η κατάσταση ελέγχου ασφαλείας έχει την δυνατότητα να ενεργοποιηθεί. Ο τρέχον έλεγχος ασφαλείας θα προκύψει μόνο όταν η κατάσταση ελέγχου ασφαλείας είναι ενεργή και το TMS pin είναι σε χαμηλό επίπεδο. Ως εκ τούτου, η τρέχουσα ροή μπορεί να προληφθεί με τη διατήρηση του TMS pin σε υψηλό επίπεδο Καταστάσεις Λειτουργίας MSP O MSP έχει μια κατάσταση και 5 λογισμικά για καταστάσεις χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας. Μια διακοπή μπορεί να ξυπνήσει τη συσκευή από οποιοδήποτε από τα 5 μοντέλα χαμηλής κατανάλωσης, εξυπηρετείται το αίτημα και στην συνέχεια η συσκευή επιστρέφει στην λειτουργία χαμηλής κατανάλωσης που υπήρχε πριν την διακοπή του προγράμματος. Οι ακόλουθοι 6 τρόποι λειτουργίας μπορούν να ρυθμιστούν από τα λογισμικά: Ενεργή κατάσταση ΑΜ Όλα τα ρολόγια είναι ενεργά Κατάσταση χαμηλής κατανάλωσης 0 (LPM0) Η CPU είναι ανενεργή ACLK και SMCLK παραμένουν ενεργά ενώ η MCLK είναι ανενεργό Κατάσταση χαμηλής κατανάλωσης 1 (LPM1) CPU ανενεργή ACLK και SMCLK παραμένουν ενεργά ενώ η MCLK ανενεργό DCO s dc-γεννήτρια είναι ανενεργή εάν η DCO δεν χρησιμοποιείται σε ενεργή κατάσταση Κατάσταση χαμηλής κατανάλωσης 2(LPM2) CPU ανενεργή MCLK και SMCLK ανενεργά DCO s dc-γεννήτρια παραμένει ενεργή ACLK παραμένει ενεργό Κατάσταση χαμηλής κατανάλωσης 3 (LPM3) CPU ανενεργή MCLK και SMCLK ανενεργά DCO s dc-γεννήτρια ανενεργή ACLK παραμένει ενεργό Κατάσταση χαμηλής κατανάλωσης 4 (LPM4) 65

66 CPU ανενεργή ACLK ανενεργό MCLK και SMCLK ανενεργά DCO s dc-γεννήτρια ανενεργή Κρυσταλλικός ταλαντωτής (crystal oscillator) σταματάει 3.15 Αναπτυξιακό της OLIMEX MSP430F169 Η Olimex Ltd είναι μια ιδιωτική εταιρεία με δυνατότητα στο design και την κατασκευή printed circuit boards, subassemblies και complete electronic products.ο MSP430F169LCD header board παρέχει εύκολο τρόπο για ανάπτυξη και πρωτοτυπία. Το JTAG interface είναι extensions headers με το οποίο μπορούμε να συνδέσουμε στο κύκλωμα. Χαρακτηριστικά αναπτυξιακού: MCU: MSP430F169 with 60K Bytes Program Flash, 256 Bytes data Flash,2K Bytes RAM NOKIA 3310 LCD 84x48 pixels άσπρα και μαύρα Joystick με 4 κατευθύνσεις και λειτουργία push button SD/MMC card connector two LEDs: status and power διακόπτης RESET JTAG connector Hz oscillator crystal 8Mhz crystall oscillator Ρυθμιστές τάσης και πυκνωτές για φίλτρα extension headers for all uc pins PCB: FR-4, 1.5 mm (0,062"), soldermask, white silkscreen component print Διαστάσεις: 67x66 mm (2.65x2.6") MSP LCD schematic : 66

67 3.16 MSP430-JTAG FOR PROGRAMMING AND FLASH EMULATION WITH MSP430 MICROCONTROLLERS Χαρακτηριστικά: Προγραμματίζει όλους τους MSP430Fxxx flash microcontrollers Χρησιμοποιεί TI standard 2x7 pin JTAG connector Δεν χρειάζεται εξωτερική παροχή ενέργειας, όλη η ενέργεια παρέχεται από την θύρα LTP Συμβατότητα με λογισμικό IAR kickstart για προγραμματισμό, προσομοίωση πραγματικού χρόνου, debugging, εκτέλεση προγράμματος βήμα προς βήμα, breakpoints, memory dump κτλ. Με το IAR kickstart μπορούμε να γράψουμε σε assembler κώδικα απεριορίστου μεγέθους και σε C με όριο 2Κ για όλους τους MSO430 microcontrollers Λειτουργεί με GCC C compiler και Insight MSP430 toolchain και debugger Διαστάσεις: 50x40 mm (2x16 ) & 20 cm (8 ) καλώδιο 67

68 MSP430-JTAG schematic 68

69 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4:Κώδικας φωτοπαγίδας και εφαρμογή του 4.1 Το πρόγραμμα IAR Embedded Workbench Kickstart για τον msp430 Σημαντικό εργαλείο για την ανάπτυξη εφαρμογών στον μικροελεγκτή msp430f169 αποτελεί το λογισμικό αναπτυξιακών εργαλείων IAR Embedded Workbench Kickstart. Το λογισμικό αυτό «τρέχει» σε περιβάλλον Windows, είναι εύκολο στη χρήση και περιλαμβάνει βιβλιοθήκες με έτοιμες ρουτίνες για γρήγορη ανάπτυξη εφργμογών και ταχύτατη εύρεση σφαλμάτων (debugging). Ακόμα είναι ένα πρόγραμμα που συντάσσει όλα τα εργαλεία από μια απλή γραφική διεπαφή χρήση, συνήθως αυτόματα. Όταν γράφεται ο κώδικας ελέγχεται για τυχόν σφάλματα, και στην συνέχεια «φορτώνεται» στον μικροελεγκτή όπου και «τρέχει» η εφαρμογή. Ενσωματώνει τον IAR C/C++ compiler (μεταγλωτιστή) ή assembler για την μετατροπή του πηγαίου κώδικα σε γλώσσα μηχανής και την παραγωγή του αρχείου που περιέχει τον αντικειμενικό κώδικα. Επιπλέον υπάρχει ο linker (το πρόγραμμα σύνδεσης) που προσθέτει στον αντικειμενικό κώδικα τον κώδικα των συναρτήσεων βιβλιοθήκης που χρησιμοποιήθηκαν με αποτέλεσμα να δημιουργείται ένα αυτόνομο εκτελέσιμο αρχείο (.exe). Ο text editor χρησιμεύει για τη συγγραφή του προγράμματος, ενώ ο project manager παρέχει την ολοκλήρωση και επικοινωνία ανάμεσα στον IAR Embedded Workbench Kickstart και στα εργαλεία της γλώσσας προγραμματισμού. Προκειμένου να αναπτυχθεί μια εφαρμογή σε ένα μικροεπεξεργαστή ακολουθείται η παρακάτω διαδικασία. Γράφεται ο κώδικας, ελέγχεται και μετάτροποποιείται ώστε να δημιουργηθεί μια εφαρμογή που να λειτουργεί σωστά. Η διαδιακσία αυτή παρουσιάζεται στο παρακάτω διάγραμμα: 69

70 Για τη συγκεκριμένη εφαρμογή ακολουθήσαμε τα εξής βήματα στο περιβάλλον του IAR Kickstart. Δημιουργήσαμε ένα νέο παράθυρο εργασίας (workspace window) επιλέγοντας από το menu: File New Workspace και κατόπιν πατώντας Project Create New Project δημιουργήσαμε ένα Project που περιέχει όλα τα σχετικά με την εφαρμογή μας αρχεία. Εναλλακτικά μπορούμε να επιλέξουμε το «create new project in current workspace» στο παράθυρο που εμφανίζεται. Στην συνέχεια στον text editor γράψαμε τον κώδικα που χρησιμοποιήσαμε. Υπήρχε η δυνατότητα να γραφτεί τόσο σε γλώσσα C όσο και σε assembly αλλά λόγω μεγαλύτερης εξοικείωσης γράφτηκε σε C. Αφού αποθηκεύτηκε το αρχείο και ο χώρος εργασίας, προχωρήσαμε στιας απαραίτητες ρυθμίσεις από το Project Options έτσι ώστε να επιλεχθεί ο τύπος μικροελεγκτή της εφαρμογής μας (msp430f169) από τη λίστα που υπάρχει. 70

71 Η μεταγλώτιση του αρχείου γίνεται με την εντολή Project Compile και στην περίπτωση που έχουν γίνει λάθη στον κώδικα εμφανίζεται στο παράθυρό messages ο αριθμός τους και η ακριβής τους θέση. Για να «περάσουμε» το πρόγραμμα στον μικροελεγκτή χρησιμοποιούμε το ολοκληρωμένο αναπτυξιακό εργαλείο msp430- JTAG. Συνδέουμε τον μικροελεγκτή με αυτό και στη συνέχεια η σειριακή θύρα ελέγχου του συνδέεται με τη σειριακή θύρα του υπολογιστή. Από το μενού Project Options επιλέγω ως driver στην κατηγορία Debugger το FET Debugger, ενώ ως σύνδεση (connection) την Olimex USB. 71

72 Τέλος, πατώντας Project Download and Debug γίνεται το debugging. 72