Введение 3
Глава 1. Эксперимент и его особенности 5
Глава 2. Основные узлы фотометра. Характеристики
2.1. GPS - приемник для координатной привязки места наблюдений и
синхронизации работы фотометра 9
2.2. Фотодетекторы 11
2.3. Цифровая основа многоканального фотометра - многоядерный
микроконтроллер XMOS 14
2.3.1. Плата XP-MC-CTRL-L2 18
2.3.2. Среда разработки xTIMEcomposer studio 22
Глава 3. Разработка аппаратной и программной части фотометра
3.1. Блок-схема фотометра 31
3.2. Преобразователи интерфейсов 32
3.3. Блок-алгоритм работы фотометра 33
3.4. Серверная часть фотометра. Параллельное выполнение задач 49
3.5. Клиентская часть фотометра. Интерфейс пользователя 42
Заключение 52
Литература 56
Приложение
В настоящее время проводится много экспериментов, связанных с изучением ионосферы и ближнего космоса. Одним из информативных методов получения экспериментальных данных является регистрация оптического свечения. Совместно с коллегами из НИРФИ в лаборатории НИЛ РФ КФУ проводятся эксперименты в этом направлении. Для регистрации излучения в оптическом диапазоне частот в своё время был создан фотометр, с помощью которого можно было регистрировать весьма слабое излучение ионосферы и оценивать концентрацию ускоренных электронов, исследовать дрейфовые движения в возмущенной области, изучать характеристики свечения в зависимости от различных ионосферных и аппаратных условий [1].
Имеющийся двухканальный счетчик фотонов не способен полностью удовлетворить современным требованиям. Для подобных экспериментов необходимо современное быстродействующее оборудование, способное одновременно измерять в нескольких спектральных диапазонах и регистрировать оптические вспышки с длительностями несколько мкс.
В этой связи было принято решение модернизировать имеющийся фотометрический комплекс и разработать четырехканальный счетчик фотонов на основе современного многоядерного микроконтроллера.
Таким образом, целью дипломной работы является разработка четырехканального счетчика фотонов, а актуальность данной работы определяется увеличением информативности наших экспериментов. Кроме того, такого рода прибор может с успехом использоваться для астрономических наблюдений быстропротекающих процессов во Вселенной.
Для реализации поставленной цели необходимо:
1. Изучить методы и средства детектирования ионосферного свечения;
2. Подобрать наиболее подходящую цифровую основу для реализации современного многоканального счетчика фотонов;
3. Изучить средства разработки и программирование на языке C и его расширении XC для многоядерных микроконтроллеров;
4. Разработать четырехканальный счётчик фотонов с программно изменяемым периодом выборки в пределах (10- -10 сек) и точной временной привязкой;
5. Выполнить электрический монтаж блока счетчика фотонов.
В процессе выполнения выпускной работы разработан многоканальный фотометр для регистрации пороговых световых потоков на базе современного многоядерного микроконтроллера. Поставленные задачи в основном выполнены:
1. Разработаны программные модули для обеспечения связи блока управления фотометром с клиентом по протоколу TCP/IP и внешним оборудованием (GPS-приемник, модули ФЭУ);
2. Разработано программное обеспечение для модулей XMOS, реализующее алгоритм работы счетчиков фотонов и синхронизацию измерений с UTC;
3. Произведена отладка фотометра. При тестировании исследовались счетные характеристики ФЭУ.
Получены оригинальные характеристики фотометра, которые позволяют использовать его как для ионосферных экспериментов в «оптике», так и для астрономических наблюдений.
