Компьютерная Томография
ОТЗЫВ
НА ДИПЛОМНУЮРАБОТУ СТУДЕНТА
ГР.МИД-195 ЕФРЕМОВАМ.О.
«ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙКОМПЛЕКС
ДЛЯМОНИТОРИНГАСИМУЛЯТОРАSLS-9»
Компьютернаятомографияявляется эффективными современнымсредством диагностики.Однако компьютерныетомографыявляются оченьдорогостоящимиприборами.Поэтому применениерентгеновскогосимуляторав качествекомпьютерноготомографаявляется актуальнойи перспективнойзадачей.
В дипломнойработе ЕфремовМ. О. разработалпрограммно-аппаратныйкомплекс дляуправлениязаписью изображенияв компьютерпри использованиисимуляторав режиме компьютернойтомографии.
ЕфремовымМ. О. осуществленаразработкапринципиальнойсхемы устройствасопряжениярентгеновскогосимуляторас персональнымкомпьютероми программногообеспечения.
Припроектированиипринципиальнойсхемы использованасовременнаяэлементнаябаза. Разработкапрограммнойчасти осуществленас помощью новейшихпрограммныхсредств.
Всеработы по выполнениюзадания по темедипломногопроекта ЕфремовМ. О. выполнилв срок, проявляяпри этом достаточнуюэрудицию изнания, показалумение использоватьнаучно-техническуюлитературу.
Считаю,что при соответствующейзащите дипломногопроекта Ефремовазаслуживаетоценки «отлично»,а Ефремов М. О.присвоенияему званияинженера поспециальности1906
Руководитель СеменовС.И.
.
Целесообразностьпроизводствапроектируемогоустройстваможет бытьподтвержденапутем расчетаэкономическойэффективности.При расчетеэкономическойэффективностибазовым являетсявыражениеприведенныхзатрат П:
Где Сi- текущиезатраты напроведениеНИП, ОКР, НИОКР,либо себестоимостьпродукта внедрениярезультатовНИР, ОКР, илиНИСКР по всемуварианту; Кj- единовременные(капитальные)затраты наосуществлениеНИР, ОКР илиНИСКР, либокапитальныезатраты навнедрениерезультатов НИР, СКР илиНИСКР по всемуварианту; Ен- нормативныйкоэффициентиспользованиякапитальныхвложений (Ен0,33).
К внедрениюпринимаетсятот вариант,который имеетминимум приведенныхзатрат [11].
Экономическаяэффективностьвыражается:
7.1 Расчеткапитальныхзатрат
Расчеткапитальныхзатрат осуществляетсяпутем калькуляциисебестоимостис последующимрасчетом оптовойцены.
Расчет статейкалькуляцииприведен втаблицах 7.1, 7.2,7.3, 7.4.
Табл. 7.1
Затраты насырье и основнойматериал.
| Название | Марка | Кол-во | Цена1ед. руб. | Затраты,руб |
| 1.Припой, кг 2.Провод, м 3.Лак, л 4.Стеклотекс-толит,кг 5.Разъем 7.Провод, м 6. Корпус | ПОС-61 НВ АК-133 СФ-2-35Г | 0,02 0,2 0,01 0,05 1 0,2 1 | 100,0 5,0 50,0 40,0 2,0 5,0 10,0 | 2,0 1,0 0,5 2,0 2,0 1,0 10,0 |
| Итого | 18,5 |
Табл. 7.2
Затраты навспомогательныематериалы итехнологическиецели.
| Наименованиематериала | Количество | Цена,1 ед. руб | Затраты,руб |
| 1.Флюс ФСК, кг 2.Сплав "Розе",кг 3.Спирт технический,кг 4.Спиртобензиноваясмесь, кг 5.Дистиллированнаявода, кг 6.Марля, м 7. Тринатрийфосфат, л | 0,005 0,05 0,01 0,01 1 0,04 0,003 | 20,0 15,0 60,0 86,0 1,0 10,0 20,0 | 0,1 0,75 0,6 0,86 1,0 0,4 0,6 |
| Итого | 4,31 |
Табл. 7.3
Затраты напокупные изделияи полуфабрикаты.
| Наименованиеизделия | Типили типоразмер | Количество | Цена,ед. руб | Затраты,руб |
| 1.Резисторы 2.Конденсаторы 3.Диоды 4.Микросхемы 5.Светодиоды 6.Переключатель 7. Стабилитроны | МЛТ-0,125 СП5-2В К10-7В-Н90 Д18 К140УД25А К1113ПВ1А К142ЕН5А КР1533ЛН1 АЛ336В П2К 2С166В | 6 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 | 1,5 6,0 2,0 1,0 10,0 100,0 3,0 2,0 0,5 4,0 5,0 | 9,0 6,0 2,0 2,0 10,0 100,0 3,0 2,0 0,5 4,0 10,0 |
| Итого | 148,5 |
Табл. 7.4
Расчет прямойзарплаты основныхрабочих.
| Наименованиеоперации | Разряд | Трудоем-кость,ч | Тарифнаяставка, руб | Зарплата,руб. |
| 1.Сборочно-монтажныеработы Лужениеконтактныхплощадок Рихтовкаи формовкавыводов ЭРЭ Облуживаниевыводов ЭРЭ УстановкаЭРЭ на плату Нанесениефлюса на местапаек ПайкаЭРЭ ОчисткаПП от остатковфлюса Нанесениеи сушка лакана ПП Проверочная Контрольная 2.Сборка изделия Пайкасоединительныхпроводов УстановкаПП в корпус | 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 | 0,01 0,015 0,01 0,04 0,033 0,033 0,012 0,016 0,25 0,4 0,01 0,01 | 1,196 1,196 1,196 1,196 1,196 1,196 1,196 1,196 1,196 1,196 1,196 1,196 | 0,012 0,018 0,012 0,048 0,04 0,04 0,014 0,019 0,299 0,478 0,012 0,012 |
| Итого | 0,574 |
Основнаязаработнаяплата рассчитываетсяпо формуле:
ОЗ = Пз + Пр;
где Пр- размерпремии, определяющийсяв процентномотношении отпрямой зарплаты(Пз), руб.
Пр = Пз Р/100;
где Р -Процент премии,который составляет30 %.
Тогда:
ОЗ = 0,574 +0,574 0,3 = 0,921 руб.;
6.2 Расчетсебестоимостиустройства.
Издержкипроизводства,отражаемыев себестоимостиизделия, оформляютсяв виде документа"Калькуляциясебестоимости".Калькулированиеосуществляетсяпо даннымпланово-экономическогоотдела завода.
1. Сырье и основныематериалы.
2. Вспомогательныематериалы натехнологическиецели.
3. Покупныеизделия иполуфабрикаты.
4. Топливо иэнергия натехнологическиецели.
Прямыематериальныезатраты (ПМЗ).
5. Транспортно-заготовительныерасходы (5% от1+2 статей).
6. Основнаязаработнаяплата, 30% премия.
7. Дополнительнаязаработнаяплата (12% от 2 статьи).
8. Отчисленияна социальныенужды (38,5% от 6 и 7статей).
9. Затраты насодержаниеи эксплуатациюмашин и оборудования(3% от 6 статьи).
10. Общезаводскиерасходы (34,3% от6 статьи безучета премии).
11. Прочиепроизводственныезатраты (26,5% от6 статьи безучета премий).
12. Все производственныерасходы (2% отпроизводственнойсебестоимости).
Полнаясебестоимость.
Калькуляциясебестоимостиустройстваприведена втаблице 6.5.
Табл. 6.5
Калькуляциясебестоимостиустройства.
| № | Наименованиестатьи | Затраты,руб. |
| 1 2 3 4 | Сырьеи основнойматериал Вспомогательныематериалы натехнологическиецели Покупныеизделия иполуфабрикаты Топливои энергия натехнологическиецели | 18,50 4,31 148,50 - |
| ИтогоПМЗ: | 171,31 | |
| 5 6 7 8 9 | Транспортно-заготовительныерасходы Основнаязаработнаяплата Дополнительнаязаработнаяплата Отчисленияна социальныенужды Затратына содержаниеи эксплуатациюмашин и оборудования | 1,14 0,92 0,52 0,55 0,03 |
| Цеховаясебестоимость: | 3,16 | |
| 10 11 | Общезаводскиерасходы Прочиепроизводственныезатраты | 0,20 0,15 |
| Производственнаясебестоимость | 0,35 | |
| 12 | Всепроизводственныерасходы | 0,01 |
| Полнаясебестоимость | 174,83 |
Плановаяоптовая ценапроизводстварассчитываетсяс учетом чистойпродукции:
Цопт = Спол+ Пр;
где Спол- полнаясебестоимость,руб; Пр -прибыль, рассчитываемаяпо видам продукции уровню рентабельностиизделия (Р),руб.
Пр = (СполР)/100;
где Р=18% от Спол.
Пр =174,83 18 / 100 = 31,47 (руб);
Тогда:
Цопт = 174,83 + 31,47 = 206,3(руб).
6.3 Расчет затратна эксплуатациюизделия.
Эксплуатационныезатраты выражаютсяследующейформулой:
Еэкс = Еэпо+ Еам + Еэл.эн +Еэл.эн + Есод +Епр;
где Еэпо- заработнаяплата оператора;
Еам -амортизационныеотчисле
ния;
Еэл.эн -затраты наэлектроэнергию;
Еэл.эн -затраты натекущий ремонт;
Есод- затраты насодержаниеизделия;
Епр -прочие затраты.
Проведемрасчет эксплуатационныхзатрат по каждойиз статей:
1. Для данноговида изделияЕэпо=0,т.к. устройствоявляется дополнениемк медицинскомуприбору, и нетребует дополнительногооператора.
2. Амортизационныеотчислениякапитальныхзатрат рассчитываютсяпо формуле:
Еам = (NамК)/100;
где Nам- норма амортизационныхотчислений,%.
Для РЭА нормаамортизационныхотчисленийрассчитываетсяисходя из срокаслужбы Тсл:
Nам= (1/Тсл)100 = (1/5)100 =20%;
К - капитальныезатраты изделия,руб.
Еам= (20174,83)/100= 8,74 (руб);
3. Затраты наэлектроэнергиюпри питанииот электросетирассчитываютсяследующимобразом:
Еэл.эн. =РнТрежИт;
где Рн- потребляемаямощность, кВт;
Треж- режимный фондвремени работыв год, ч;
Ит - тариф на электроэнергиюза 1 кВт/ч,руб.
Еэл.эн1 = 0,000210000,4= 0,08 (руб);
4. Затраты натекущий ремонтрассчитываютсякак:
Етр = Езп.р+ Езч + Епр.тр.
Заработнаяплата персонала(Езп.р)осуществляющеготекущие ремонтыданного изделия,определяется:
Езп.р =(ТуоИрМn)(1+Кпр)(1+Кдоп)(1+Ксс);
где Туо - средняятрудоемкостьотыскания иустранениянеисправности,ч;
Ир - человаятарифная ставкаремонтника,руб/ч;
Кпр - коэффициент,учитывающийпремию;
Кдоп- коэффициент,учитывающийдополнительнуюзарплату;
Ксс - коэффициент,учитывающийотчисленияна социальноестрахование;
Мn- количествоотказов изделия,определяемоепо формуле:
Мn= Треж Дрэа;
где Дрэа - интенсивностьотказов изденлия,1/ч.
Мn= 100050010-6= 0,5,
Езп.р1 =(0,53,50,5)(1+0,8)(1+0,4)(1+0,4)=2,23(руб);
Езп.р2= (0,53,50,1)(1+0,3)(1+0,4)(1+0,4)=0,45(руб);
Затратына запасныечасти (Езч),как правилоэто невосстанавливаемыекомплектующеиэлементыпринципиальнойсхемы РЭА, определитьпрямым счетомкрайне затруднительно,т.к. трудноопределить,где произойдетотказ и какиепоследствияон окажет наизделия.
Езч = Ека Мn;
где Ека - среднеарифметическаястоимостьневосстанавливаемыхкомплектующихэлементовпринципиальнойсхемы устройсва.
Езч = 0,90,5= 0,45 (руб),
Езч = 0,90,1= 0,09 (руб).
Епр.тр затраты обычнопринимаютсяв процентномотношении (8%)от Езчи Езп.р:
Епр.тр = (Езч+Езп.р)8.100,
Епр.тр =(0,45+2,23)8/100= 0,21 (руб),
Епр.тр =(0,04+0,45)8/100= 0,04 (руб).
Тогда
Етр = 2,23 + 0,45 + 0,21 =2,89 (руб),
Етр = 0,45 + 0,09 + 0,04 =0,58 (руб).
5. Затраты насодержаниеизделия в течениегода (Есод) - это затратына проведениеработы и трудоемкостькоторые определяетсясоответствующимидокументами:инструкциямипо эксплуатации,наставлениями,формулярамии т.п. Затратына содержаниеберутся в процентномотношении(5-10%) от предыдущихзатрат (Еам,Еэл.эн, Етр):
Есод = (Еам+ Еэл.эн + Етр)8/100,
Есод =(500+140+2,89)0,08= 51,43 (руб),
Есод =(348,44+60+0,58)0,08=32,72 (руб)
6. Прочие затратына эксплуатациюРЭА (), как правило,рассчитываютсяв процентномотношении (6%)от суммы предыдущихзатрат безучета запрлатыоператора:
Епр = (Еам +Еэл.эн + Етр +Есод)6/100,
Епр =(500+140+2,84+51,43)0,06= 41,66 (руб),
Епр =(348,44+60+0,58+32,72)0,06= 26,50 (руб),
Тогда
Еэк = 735,98 (руб),
Еэк = 468,24 (руб).
Из соотношениязатрат лучшимследует признатьразрабатываемыйвариант, таккак при тождествеосновногополезногорезультатаон требуетменьших затратна достиженияэтого результата.
Расчет приведенныхзатрат.
Согласноформуле 6.1 :
П1 =С1 + ЕНk1,
П1 =735,98+0,332500=1560,98руб.
П2 =С2 + ЕНk2;
П2 =468,24+0,331742,18=1043,16руб.
Тогда, экономическаяэффективностьравна:
П=1560,98-1043,16=517,82 руб.
Коэффициентэффективностикапитальныхвложенийрассчитывается:
Е=517,82 /1742,18 = 0,29 руб/руб.
Основныетехнико-экономическиепоказателиустройстваприведены втаблице 7.6.
Табл. 7.6
Основныетехнико-экономическиепоказатели.
| № | Наименованиепоказателя | Единицаизмерения | Значение |
| 1 | Технико-эксплуатационные | ||
| 1.1 | Количестворазрядов выходногокода | ед. | 10 |
| 1.2 | Входноесопротивление | МОм | 10 |
| 1.3 | Мощностьпотребления | Вт | 1,5 |
| 1.4 | Наработкана отказ | часов | 10000 |
| 1.5 | Габаритныеразмеры | мм | 505020 |
| 1.6 | Масса | кг | 0,1 |
| 2 | Экономические | ||
| 2.1 | Капитальныезатраты созданияустройства | руб. | 1,7 |
| 2.2 | Оптоваяцена производства | руб. | 2,0 |
| 2.3 | Текущиезатраты потребителей | руб.в год | 468 |
| 2.4 | Приведенныезатраты созданияустройства | руб. | 1,0 |
| 2.5 | Коэф-тэффект-тикапитальныхвложений | руб.на руб. | 0,29 |
Содержание.
Введение
1.Обоснованиеразработки
2.Анализ техническогозадания и разработкаструктурнойсхемы
3.Выбор способаввода цифровогосигнала в компьютер
3.1Особенностипараллельногопорта
3.2Программированиепорта
4.Разработкапринципиальнойсхемы устройства
4.1.Выбор аналого-цифровогопреобразователя
4.2Ограничениеуровня входногоаналоговогосигнала
4.3Преобразованиеаналоговогосигнала
4.4Защита АЦП
4.5Обеспечениеисточникапитания и устройстваиндикации
5.Разработкапрограммногообеспечения
5.1Обмен даннымис АЦП
5.2Преобразование полученныхданных
5.3Запуск и остановкауправляемойпрограммы
5.5Настройкапрограммы
5.6Использованиепрограммы
6.Конструкторскийраздел
6.1.Расчет надежности
6.2.Разработкаконструкции
7.Рекомендациипо организациирабочего меставрача топометриста.
8.Экономика.
Заключение.
Приложения.
Литература.
Введение
В настоящеевремя в медицинскихисследованияхшироко используютсякомпьютерныетомографы. Сих помощьюможно получитьпоперечноекомпьютерно-томографическоеизображение.Это изображениеимеет целыйряд преимуществ,включая возможностьего реконструкциив нужной проекции,а также высокуюспособностьк передаченизкоконтрастныхобъектов, котораяу компьютерныхтомографовзначительновыше , чем у другихметодов построениярентгеновскогоизображения.Недостаткомкомпьютерныхтомографовявляется ихдороговизна.Однако, существуетвозможностьполученияреконструируемогоизображенияаналогичногокомпьютерно-томографическомус помощьюрентгеновскогосимуляторадля планированиялучевой терапии,который имеетнекоторыесходства с томографом(вращающиесявокруг телапациента источники приемникрентгеновскогоизлучения).Рентгеновскиесимуляторынаходят применениев лечебныхучреждениях,занимающихсялечениемонкозаболеваний.Для использованиясимуляторакак томографанеобходимопри вращенииизлучателяи приемника(находящихсяна противоположныхсторонах гантри)вокруг объекта,непрерывнозаписыватьполучаемоеизображениепамять ЭВМ.Далее с ее помощью,путем примененияспециальныхалгоритмовможно получитьизображениеаналогичноетому, котороеполучают спомощью компьютерныхтомографов.Здесь встаетзадача запускаи остановкипрограммногообеспечения,захватывающеговидеопоследовательностьпри достижениигантри симулятораопределенныхуглов поворота.Решение этойзадачи и являетсяцелью даннойработы.
1. Обоснованиеразработки
Рентгеновскийсимулятор - этоаппарат дляопределениявеличины иположения(ориентациии удаления отизлучателя)области облучения,а также маркированияэтой областина теле пациентапри планированиилучевой терапии,проводимойдалее на мощныхаппаратах сиспользованиемрадиоизотопови ускорителейчастиц. Симулятортакже средствоконтроля измененийочага заболеванияв результатеоблучений. Наоснованииданных этогоконтроля врачпринимаетрешение обизменениипараметровоблучения придальнейшемлечении.
Важностьсоздания иприменениясимуляторовобусловленабольшой мощностьюизлучения прилучевой терапиии необходимостьювесьма точнонаправлятьего поток наочаг заболеваниядля достижениямаксимальноголечебногоэффекта приминимальномвоздействиина здоровыеткани и органы.
Симуляторпо своим электрическими радиационнымпараметраманалогичендиагностическимаппаратам.Однако по конструкциии параметрамсвоих штативныхустройств онв соответствиис назначениемимеет большоесходство сустановкамидля лучевойтерапии.
Все симуляторыпостроены поодной схеме.Мощный рентгеновскийизлучательи усилительрентгеновскогоизображениязакрепленына противоположныхконцах П-образнойдуги, котораяможет совершатькруговое движениеотносительногоризонтальнойоси, закрепленнойв напольнойстанине. [1]
Напротивштатива излучателяи устройстварегистрацииизображения(УРИ) установленстол с плавающейдекой котораярасполагаетсяв промежуткемежду излучателеми УРИ. Благодаряповороту дуги,поступательнымдвижениям декистола и поворотамстанины столапучок излученияможет бытьнаправлен подпроизвольнымуглом в любуюточку телапациента, лежащегона столе.
Каретки,несущие на себеизлучательи УРИ, могутсовершатьнезависимыепоступательныедвижения вплоскости дугиперпендикулярнооси вращенияпоследней. Приподобном поперечномперемещенииизлучателяизменяетсяфокусное расстояние.Это перемещениепозволяетсогласовыватьустановкисимуляторас геометрическимипараметрамиразличныхтерапевтическихаппаратов. Всвою очередь,перемещениеУРИ приводитк изменениюформата изображениярентгеноскопии.Используя этодвижение УРИпри поворотеП-образногоплеча, можноподдерживатьодно и то жерасстояниеот УРИ до стола.При совместномдвижении излучателяи УРИ меняетсямасштаб изображения.
Излучательснабжен глубиннойдиафрагмой,маркером поляоблучения исветовым дальномером.В состав маркеравходят световойпроектор имолибденовыенити, образующиекоординатнуюсетку, видимуюв рентгеновскомизлучении ипроецируемуюсветовым проекторомна тело пациента.Рентгеновскоеи световоеизображениясетки совпадаютв пространстве.Перемещаяшторки диафрагмыпри помощиэлектродвигателей,можно устанавливатьвеличину поляоблучения телапациента поразмерамрентгеновскогоизображенияочага заболевания.Угловое положениеполя в зависимостиот ориентацииочага задаютповоротомглубиннойдиафрагмы имаркера относительноцентральноголуча.
Прямые иобратные поворотынесущей дугии глубиннойдиафрагмы смаркером, прямыеи обратныеперемещенияизлучателя,УРИ и шторокглубиннойдиафрагмызадаются нажатиемсоответствующихклавиш на пультеуправления.Выбранноедвижение прекращаетсяпри освобождениинажатой клавиши.После прекращениядвижения нашкалах, расположенныхна пульте управления,а также на П-образномплече, корпуседиафрагмы иопоре столаможно прочитатьчисловые значенияугловых и линейныхкоординат,определяющихвеличину, положениеполя облученияи ее удаленностьот излучателя.
В составесимуляторовиспользуютмощные автономныерентгеновскиепитающие устройства.Выбор оптимальногоположенияпациента относительноизлучателя,ориентациии размеровобласти облучениядля последующеголечения осуществляютво время рентгеноскопиис использованиемУРИ и телевизионногоэкрана. Соответствующееэтим условиямизображениес координатнойсеткой фиксируютна крупноформатнойрентгеновскойпленке, находящейсяв автоматическойкассете подстолом пациента.После выключениярентгеновскогоизлучениявключают световоймаркер и обводяткарандашомспроецированныена тело пациенталинии координатнойсетки.
Полученныепри помощисимуляторачисловые данные,рентгенограммыи маркировкана теле пациентаслужат основойдля точногопланированиялучевой терапии.
СимуляторSLSфирмы Philipsпозволяет точноопределятьместо локализацииопухоли в телепациента. Этотсимуляторпредназначендля проведениярадиографии,рентгеноскопии,телетерапии.Симуляторвключает всебя: стол дляпациента, гантри- П-образнуюдугу с закрепленнымина ее противоположныхконцах рентгеновскомизлучателеи приемникеизображения,пульт управления,мониторы длянаблюденияза исследованиями.Обобщеннаясхема основныхузлов симулятораSLSпоказана нарис 1.1. В качествеприемникарентгеновскогоизображенияв симулятореиспользуетсярентгеновскийэлектронно-оптическийпреобразователь(РЭОП). Он представляетиз себя электровакуумныйприбор, внутрикоторого входнойэкран преобразуетрентгеновскоеизображениев видимое сдальнейшимусилением егояркостиэлектронно-оптическойсистемой. ВРЭОПе рентгеновскийэкран находитсяв оптическомконтакте сфотокатодомвнутри вакуумнойколбы. В немпроисходиттройное преобразованиеизображения:
Рис. 1.1. СимуляторSLS-9фирмы PHILIPSВладимирскогообластного
онкодиспансера.
1. рентгеновскоеизображениепреобразуетсяв световоевходным люминесцентнымэкраном, размещеннымв вакуумнойколбе;
2. световоеизображениечерез тонкуюпрозрачнуюперегородкупереноситсяна фотокатод,где оно преобразуетсяв электронное;
3. после ускоренияв электрическомполе и электростатическойфокусировкиэлектродами5 электроныобразуютсфокусированноеуменьшенноеизображениев плоскостикатодолюминесцентногоэкрана, гдевновь возникаетсветовое изображение.Далее изображениефиксируетсявидеокамеройи выдается намонитор.
Как известно,с помощьюкомпьютернойтомографии(КТ) можно вычленитьплоское сечениетела; при этомрентгеновскоеизлучениепроходит сквозьэто сечениелишь в технаправлениях,которые лежатвнутри негои параллельныэтому сечению.Никакая частьтела, расположеннаявне данногосечения, невзаимодействуетс рентгеновскимпучком, и темсамым снимаетсяпроблема, характернаядля обычнойрентгенографии,проблема наложенияпаразитныхизображенийот различныхглубин. [2]
Рентгеновскоеизображение,получаемоес помощьюкомпьютернойтомографии,представляетсобой изображениенекоторогосреза (толщинойобычно в несколькомиллиметров).
Компьютерныетомографысоздают цифровоеизображениепутем измеренияинтенсивностирентгеновскихлучей, прошедших через тело вовремя вращениярентгеновскойтрубки вокругпациента. Коэффициентпоглощениявеерного пучкарентгеновскихлучей в объектеизмеряетсяс помощью набораиз несколькихсот до несколькихтысяч рентгеновскихдетекторов(обычно твердокристаллических).Детекторысобирают информациюв каждой изпроекций, котораязатем оцифровываетсяи анализируетсякомпьютером.На основе полученныхданных компьютерреконструируетпоперечноекомпьютерно-томографическоеизображение.Это изображениеимеет целыйряд преимуществ,включая возможностьего реконструкциив нужной проекции,а также высокуюспособностьк передаченизкоконтрастныхобъектов, котораяу компьютерныхтомографовзначительновыше , чем у другихметодов построениярентгеновскогоизображения.
Полученныес помощьюкомпьютернойтомографииснимки отображаютанатомическуюструктуруобъекта в данномсечении спространственнымразрешениемоколо 1 мм иразрешениемпо плотностилучше 1%.
Задачаотысканияраспределенияфизическойвеличины (например,коэффициенталинейногоослабления)g(x)была в общемвиде решенаИ. Радоном в1917 г.
Рис. 1.2 К определениюсмысла переменных,используемыхв формулах(1.1) и (1.2). Поясненияв тексте.
Рис. 1.2 поясняетрезультатыинверсии Радонав двумерномслучае. ПустьL— луч, пересекающийобъект, s— измеряемоевдоль негорасстояние,О — началосистемы координат,— угол междубазисной линиейОМ,лежащей в выбраннойплоскости, иперпендикуляром,опущенным изО наL, р— кратчайшеерасстояниеот Одо L,n— орт, определяемыйтем же углом.В этих обозначенияхможно записать
(1.1)где двумерныйвектор r,повернутыйотносительноОМ наугол ,характеризуетположение наплоскости тойточки, в которойотыскиваетсяраспределениеg попроекциямf(p,n).Как показаноРадоном ,
(1.2)Внастоящее времяразработанобольшое количествоэффективныхалгоритмов,позволяющихна быстродействующихкомпьютерахполучать томограммы по проекциямf(p,n)и реализованныхна коммерческихкомпьютерныхтомографах.
Известнысистемы томографиичетырех конструктивныхразновидностей,поколений. Ониотличаютсядруг от другахарактеромдвижения устройства«излучатель— детекторы»при сканировании,видом пучкаизлучения,типом и числомдетекторов.Основная цельсовершенствованиясканирующихсистем — уменьшениевремени исследованияи увеличениеинформационныхпараметров.Принципы сканированияв системахчетырех поколенийпоказаны нарис. 1.3.
В системахпервогопоколения(рис. 1.3 а) осуществляетсябыстрое поступательноедвижение устройства«излучатель— детекторы»относительнообъекта и затем— шаговоевращательноедвижение на180° с шагом 1°. Объектсканируетсяодиночнымколлимированнымлучом. Полныйцикл сканированиядвух смежныхслоев составляет3 — 5 мин. Томографыданной разновидностив настоящеевремя не выпускают.
В системахвторогопоколения(рис. 1.3 б) устройство«излучатекь— детекторы»совершает теже движения.Однако дляускоренияисследованиясканированиеосуществляетсярасходящимсяпучком, состоящимв среднем изпятнадцатиколлимированныхлучей. Вращательноедвижениеосуществляетсяна 180° с шагом10—15°. Цикл сканированиясоставляет20 — 40 с. На этомпринципе построенобольшинствонейродиагностическихтомографов.
Рис. 1.3. Принципысканированияв томографическихсистемах четырех
поколений
Недостаткисистем первыхдвух поколений:1) значительнаядлительностьсканирования,которая служитпричинойвозникновениядинамическихискажений приисследованиидвижущихсяорганов тела;2) наличие погрешностей,связанных сдвумя видамидвижения сканирующегоустройстваи возрастающихпри эксплуатацииаппаратуры.
В системахтретьегопоколения(рис. 1.3 в) сканированиеобъекта осуществляетсяпучком веерообразнойформы, полностьюперекрывающимобъект, в результатеисключаетсяпоперечноепоступательноедвижение устройства«излучатель— детекторы»,которое совершаеттолько непрерывноевращение вокругобъекта на180°. Излучательработает вимпульсномрежиме, а излучениеза объектомизмеряетсябольшим числом(250—500) малоинерционныхдетекторов.Длительностьимпульсов 1 —5 мс, цикл сканированияодного слояне превышает5 с.
Системычетвертогопоколения(рис. 1.3 г) отличаютсяот систем третьегоиспользованиемеще большегочисла (500—1000) неподвижныхдетекторов,расставленныхпо окружности,и непрерывногоизлучения,также полностьюохватывающегообъект. Длительностьцикла сканированияуменьшаетсядо 2,5 с.
В системахпервых двухпоколенийбольшое времясканированиястремятсяиспользоватьдля машиннойобработкиинформации.С этой цельюприменяютсяметоды восстановленияизображений,позволяющиеначинать вычислениясразу же послепоступлениямассива чисел,относящихсяк данному положениюсканирующегоустройства.
В системахтретьего ичетвертогопоколений,имеющих малоевремя сканирования,на восстановлениеизображениязатрачиваетсядополнительноевремя (от несколькихсекунд до 1,5—2 мин).
К основнымнедостаткомкомпьютерныхтомографовможно отнестиих дороговизну.Однако, существуетвозможностьполученияреконструируемогоизображения,аналогичногокомпьютернойтомограмме,с помощьюрентгеновскогосимулятораSLS-9,предназначенногодля планированиялучевой терапии,который имеетнекоторыесходства стомографом(вращающиесяна общем маятнике- гантри вокругтела пациентаисточник иприемникрентгеновскогоизлучения).Т.е. в принципесуществуетвозможностьиспользоватьнапример болеедешевый ираспространенныйсимулятор вкачестве томографа.Необходимотолько запомнитьряд изображений,получаемыхпри сканированииобъекта вращающимисявокруг негоисточникоми приемникомрентгеновскогоизображения.Такая возможностьдействительносуществует.Рентгеновскоеизображение,прошедшее черезпациента,преобразуетсяв видеосигнали непрерывноотображаетсяна мониторе.Затем с помощьюперсональногокомпьютераи установленнойна нем видеоплате видеосигналзахватывается,и с определеннымипараметрами(такими какчастота кадров)записываетсяв память.
Рентгеновскиесимуляторынаходят применениев лечебныхучрежденияхонкологическогопрофиля. Дляиспользованиясимуляторакак томографанеобходимопри вращенииизлучателяи приемника(усилителярентгеновскогоизображения)вокруг объекта,непрерывнозаписыватьполучаемыйвидеоряд изображенийв ТВ- форматев память ЭВМ.Далее, путемпримененияспециальныхалгоритмовможно получитьтомограммы,аналогичныетем, котороеполучают спомощью обычныхкомпьютерныхтомографов.
К недостаткамподобногометода можноотнести следующие:
- низкаяскорость движениягантри (времяпрохода 180составляет20 с);
- малаяугловая апертурарентгеновскогопучка (около20),что требуетпримененияспециальноразработаннойметодикимногоцентровойсъемки илиограниченияобласти примененияпатологиямиголовы и шеи;
- отсутствиепрограммно- аппаратныхсредств управлениязапуском иостановкойсъемки с помощьюплаты видеоввода.
Как видноиз приведенныхданных, реализациярежима компьютернойтомографиина симуляторепозволяетполучить аппарат,аналогичныйтомографамвторого поколения.
Если первыедве проблемыневозможнорешить простымисредствами,то третью -синхронизациюсъемки - можно.Решение этойзадачи и являетсяцелью даннойработы.
Рентгеновскийсимулятор - этоаппарат дляопределениявеличины иположения(ориентациии удаления отизлучателя)области патологии,а также маркированияэтой областина теле пациентапри планированиилучевой терапии,проводимойдалее на мощныхаппаратах сиспользованиемрадиоизотопови ускорителейчастиц. Симулятортакже являетсясредствомконтроля измененийочага заболеванияв результатеоблучений. Наоснованииданных этогоконтроля врачпринимаетрешение обизменениипараметровоблучения придальнейшемлечении.
Рентгеновскоеизлучение,прошедшее черезпациента,преобразуетсяс помощью усилителярентгеновскогоизображенияв видеосигнали непрерывноотображаетсяна мониторе.Затем с помощьюперсональногокомпьютераи установленнойна нем платывидеобластеравидеосигналзахватывается,и с определеннымипараметрами(такими какчастота и форматкадров) записываетсяв память. Послеэтого записанноеизображениепреобразуетсяпо специальнымалгоритмамдля получениятомограмм.
Однако,в этой системеимеется существуетнедостаток.Симуляторизначальноне предназначендля работы врежиме компьютернымтомографом,а программноеобеспечениевидеобластеране предназначенодля взаимодействияс симулятором.По этой причинеоператоруприходитсявручную активизироватьи останавливатьпрограммузахватавидеопоследовательности,когда гантрисимуляторадостигаетопределенногоугла. Это приводитк заметнойпогрешностиотработкистартовогои стоповогоугла (порядка10 – 15 ),что негативносказываетсяна качествеполучаемыхтомограмм.
Задачейданного дипломногопроекта являетсяразработкапрограммно-аппаратногокомплекса дляотслеживанияположениягантри симулятораи активизациии остановкипрограммы,захватывающейвидеопоследовательность,при достиженииопределенныхуглов. Причемнеобходимопредусмотретьвозможностьизменения угловначала и концазахватавидеопоследовательности.
2. Анализтехническогозадания и разработкаструктурнойсхемы.
Существуетнескольковариантовреализациитребуемогоустройства.Например можнозадачу отслеживанияположениягантрии возложитьна аппаратноеобеспечение.Но при такомварианте становитсязатруднительнымпостроениедостаточногибкой системы,допускающейвариации параметровначала и концазаписи видеосигналаи других параметров,кроме того этасхема получитсяслишком сложнойи дорогой. Другойпуть состоитв возложенииобязанностейобработкисигнала накомпьютер, ааппаратноеобеспечениедолжно лишьпреобразоватьсигнал в форму,удобную дляиспользованияЭВМ, т.е. в цифровуюформу. Не использоватьвозможностикомпьютерав данной ситуациидля обработкиинформациио положениигантри симуляторабыло бы большойошибкой. Во-первыхкомпьютер ужеиспользуетсядля захватавидеосигнала,т.е. нет необходимостиего покупать.Во-вторых осуществитьцифровую обработкус помощью ЭВМгораздо прощеи дешевле (приусловии, чтоЭВМ есть) чемпри использованиисхемных решений.В-третьих влюбом случаепридется производитьсопряжениес компьютеромт.к. по другомуактивизироватьпрограмму длязахватавидеопоследовательностине представляетсявозможным.
Преобразованиеаналоговогосигнала с датчикаположениягантри (переменногорезистора) вцифровой будетосуществлятьсяс помощьюаналого-цифровогопреобразователя(АЦП). Для этогосигнал, поступающийот датчика,сначала необходимопреобразоватьв вид пригодныйдля использованияаналого-цифровымпреобразователем.После оцифровкисигнала с помощьюАЦП, сигналвводится вкомпьютер, гдепроисходитего обработка.Управлениеаналого-цифровымпреобразователемосуществляетсясигналами откомпьютера.
Необходимымиузлами разрабатываемойсхемы должныявлятьсяпреобразовательаналоговогосигнала для подгонки егоуровня подтребованияАЦП, а такжеограничительуровня дляпредотвращенияпревышениядопустимогоуровня сигналана входе АЦП.
Кроме этогонеобходимопредусмотретьсхемы защитыАЦП (как правиломикросхемыАЦП требуютопределенногопорядка подачисигналов навходы).
Как сказанов техническомзадании, питаниеустройстванеобходимоосуществлятьот источникапитания симулятора,используянапряжения15В. Как будетпоказано ниже,не все компонентымогут работатьот такого источника,поэтому необходимополучить требуемыепитающие напряженияиз существующих.
Исходя извышеизложенногоследует следующаяструктурнаясхема аппаратнойчасти разрабатываемогоустройства,представленнаяна рис 2.1.
датчик положения
гантри симулятора
Преобразо-
вание
сигнала
АЦП
Персональный компьютер
Ограничи- тель уровня
Устройствазащиты АЦП
Преобразовательпитающих напряжений
Рис. 2.1 Структурнаясхема аппаратнойчасти разрабатываемогоустройства.
3.Выбор способаввода цифровогосигнала в компьютер.
Существуетнесколькоспособов передачицифровогосигнала отвнешнего устройствав компьютер:через последовательныйпорт, черезпараллельныйпорт, черезслот на материнскойплате (ISAили PCIинтерфейс),через GAME- порт. [3]
Последовательныйпорт предназначендля последовательнойпередачи вкомпьютер - вкаждый моментпоследовательныйпорт можетпринимать одинбит информации.Максимальнаяскорость передачиинформациисоставляет115 кБод. Доступк последовательномупорту COM1осуществляетсячерез порты3F8-3FF.Назначениепортов следующее:
3F8 - регистр данных,также управляетскоростьюпередачи данных.
3F9 - старший байткомандногорегистра, управляетразрешениемаппаратныхпрерываний
3FA - старший байткомандногорегистра, управляетаппаратнымипрерываниями,формируемымипоследовательнымпортом.
3FB - регистр управлениялинией.
3FC - регистр управлениямодемом.
3FD - регистр статусалинии.
3FE - регистр статусамодема.
3FF - регистр доступак "StretchPad"
Недостаткамипоследовательногопорта являются:необходимостьинициализациипорта передего использованием,установкаобработчиковаппаратныхпрерыванийдля синхроннойработы с внешнимустройством,сложностьорганизацииинтерфейсас внешнимустройством,связанное споследовательнойпередачейданных с определеннойскоростью.
Вводданных черезслот на материнскойплате являетсянаиболее быстрым. Однако применениеэтого способацелесообразнолишь для устройствпредъявляющихповышенныетребованияк скоростипередачи информации.Создание устройства,вставляемогов слот весьмазатруднительно,т.к. требуетполной поддержкиэтим устройствоминтерфейсовISAи PCI.Кроме того,несмотря наповышенныевозможности,возрастаети сложностьпрограммногообеспечения.
Работас портом джойстикаявляется наиболеепростым способом,но, естественнообладает именьшимивозможностями.Обмен даннымис
GAME - портом осуществляетсячерез порт садресом 201. Черезмладшие 4 битаданного портаосуществляетсячтение данныхс внешнегоустройства,4 старших битапредставляютсобой триггеры,которые могутбыть в одномиз двух состояний - "включен/выключен".Видно, чтовозможностейэтого интерфейсаявно не хватаетдля решенияпоставленнойзадачи.
Наиболееприемлемымпредставляетсяорганизацияобмена даннымичерез параллельныйпорт (интерфейсCentronics).Этот способблагодаряпростоте сопряженияи удобствупрограммированияшироко используетсядля подключенияк компьютерунестандартныхвнешних устройств.Особенностипараллельногопорта описаныниже.
3.1.Особенностипараллельногопорта.
ОсновнымдостоинствоминтерфейсаCentronics являетсяего стандартность - он есть на каждомкомпьютереи на всех компьютерахработает одинакового(правда с разнойскоростью). Дляподключениявнешнего устройствак параллельномупорту не требуетсяоткрыватьсистемный блоккомпьютера,что для многихпользователейможет статьпроблемой. Надотолько подсоединитькабель к разъемуна его заднейстенке.
Можнотакже отметитьтакое достоинствопараллельногопорта, как
простотаего программированияна любом уровне.В большинствеязыков программированияимеются процедурывзаимодействияв принтером,которые легкоиспользоватьи для программированиянестандартногоустройства.А так как с точкизрения программированияпараллельныйпорт представляетсобой три программнодоступныхрегистра, невызывает затрудненийи написаниепрограмм нижнегоуровня. Итакданный интерфейсможно рекомендоватьв первую очередьдля сопряженияс компьютеромотносительнонесложныхустройств безпредъявленияжестких требованийпо скоростиинформационногообмена и длинелинии связи.
Однаковыбор разработчикомименно этогоинтерфейса для связи своегоустройствас компьютеромдолжен бытьосознанными учитыватьряд ограничений.
Во-первых,возможностиреализацииразличныхпротоколовинформационногообмена с устройствомчерез параллельныйпорт невелики.Действительнонебольшоеколичествосигнальныйлиний интерфейсаи возможностиего программированияне позволяютреализоватьобмен по прерываниямили прямойдоступ к памяти.Практическиприходитсяограничиватьсяпрограммно-управляемымобменом. Крометого, так какинтерфейспараллельногопорта являетсяпрограммно-управляемым,скоростьинформационногообмена не можетбыть особенновелика и оказываетсянапрямую связаннойс быстродействиемкомпьютера.Поэтому неимеет смысласопряжениечерез параллельныйпорт устройств,требующихобработки илипередачи информациив реальноммасштабе времени,таких как устройстваввода изображения,звуковые системыи т.д. Кроме того,зависимостьскоростиинформационногообмена отбыстродействиякомпьютераделает практическинереализуемымибез специальныхухищренийбыстродействующиепротоколысвязи. Еще однойособенностьюинтерфейса является отсутствиена его разъемешин питания(есть только"земля"). Этоозначает, чтосопрягаемоеустройстводолжно использоватьвнешний источникпитания. Вообщеговоря на взглядавторов, в рядеслучаев этоне только неявляется недостаткоминтерфейсано скорее егодостоинством.Нет искушенияиспользоватьпитание откомпьютера,что может привестик выходу егоиз строя.
В99% компьютеровимеется толькоодин параллельныйпорт к которомудолжен подключатьсяпринтер. Но иэто ограничениечасто не являетсясущественным.Во-первых, многиекомпьютеры,ориентированныена работу свнешней аппаратуройпрекраснообходятся безпринтера. Во-вторых,имеется массапростых и дешевыхустройств(коммутаторов)для подключенияк одному параллельномупорту двухустройств.
Интерфейс и, соответственно,параллельныйпорт персональногокомпьютераориентированына подключениепринтера.Подтверждениемэтому являетсяи названиесигналов интерфейса - AUTO FD - автоматическийперевод бумаги,PE - конец бумагии т.д. Однакопри разработкенестандартныхустройств дляподключенияк параллельномупорту его сигналымогут бытьиспользованыпроизвольно.Все сигналыинтерфейсаможно разделитьна четыре группы:
1 - восьмиразряднаяшина данныхдля чтения изаписи (сигналыD0...D7);
2 - четырехразряднаяшина управлениядля записи изкомпьютера(сигналы -STROBE, -AUTO FD,-INIT, и SLCT IN);
3- пятиразряднаяшина состояниядля чтения вкомпьютер(сигналы -ASC, BUSY, PE,SLCT и -ERROR);
4 - шина "земли".
Всесигналы программнодоступны, чтопозволяетреализоватьпроизвольныепротоколыинформационногообмена в рамкахимеющегосяих набора ибыстродействиякомпьютера.
Ранее,на компьютерахмоделей доPentiumмог быть установленоднонаправленныйпараллельныйинтерфейс. Т.е.шина данныхявляласьоднонаправленной,что позволялоиспользоватьее только навывод, для вводаданных необходимобыло использоватьсигналы изпятиразряднойшины состояния.В этом случаеразрядностьинформационногообмена по чтениюограниченапятью линиями.В современныхкомпьютерахустанавливаетсяуниверсальныйпараллельныйинтерфейс, т.е.в начальныхустановкахсистемы имеетсяопция позволяющаяиспользоватьпараллельныйпорт как воднонаправленном(режим совместимости),так и в двунаправленном(расширенном)режиме. Этосущественноувеличиваетвозможностипараллельногопорта. [4]
Параллельныйпорт имеет триадреса в пространствеустройствввода-выводакомпьютера:BASE - регистр данныхBASE+1 - регистрсостоянияBASE+2 - региструправления Здесь "BASE"- первыйадрес порта.В компьютереможет быть дотрех параллельныхпортов - LPT1...LPT3. Таблицабазовых адресовпортов находитсяв области данныхBIOS, начиная сячейки 408h: LPT1 - 0:408, LPT2 -0:40A, LPT3 - 0:40C. Если портне установлен,то в соответствующейячейке записан0.
BIOSподдерживаетдо 3-х параллельныхпортов, которыеопределяютсяна этапе начальноготестированиякомпьютерапрограммойPOST
(Power-ON-Self-Test).Номерапортов и шестнадцатеричныеадреса регистровприведены втаблице 3.1.
Табл.3.1.
Адресациярегистровпараллельныхпортов.
| Параллельный порт | Регистр данных | Регистр состояния | Регистр управления |
1 | 3BCh | 3BDh | 3BEh |
2 | 378h | 379h | 37Ah |
3 | 278h | 279h | 27Ah |
Приобнаружениисоответствующегопорта BIOS записываетадрес его регистраданных, начинаяс адреса 0:408h, иприсваиваетему имя LPTn (n можетприниматьзначения от1 до 3).
Вообщеговоря, BIOS понимаеттакже и имяLPT4, т.е. может работатьс 4-мя параллельнымипортами, однако,для этого программистдолжен сампозаботитьсяо том, чтобысоответствующийадрес регистраданных былзаписан вопределеннуюдля LPT4 область - по адресу 0:410h.
Рассмотримподробнеерегистрыпараллельногопорта.
Какбыло сказановыше, параллельныйпорт состоитиз трех регистров:регистр данных,регистр состоянияи регистр управления.
Регистрданных параллельногопорта представляетсобой 8-ми разрядныйрегистр, доступныйпо чтению изаписи и предназначендля записи ичтения данныхдлиной в байт.В режиме совместимостизапись данныхприводит к ихнемедленнойпередаче влинию. Передачаданных в двунаправленномрежиме несколькосложнее и управляетсяпутем записибита направленияв регистр управления.Только привыполнениизаписи (битнаправленияравен 0) байтпередаетсяв линию, в противномслучае записьзначения врегистр производится,но в линию байтне передается.Операция чтениярегистра данныхприводит кчтению последнегозаписанногозначения врежиме совместимостии при передачев двунаправленномрежиме. Привыполнениичтения приприеме (битнаправленияравен 1) в двунаправленномрежиме из регистрасчитываетсязначение линии,т. е. принимаемогобайта. Форматрегистра приведенна рис 3.1.
7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
Рис.3.1 Формат регистраданных параллельногопорта.
БитыD7-D0 определяютзначенияпередаваемогоили считываемогобайта информации.Битам регистраназначенысоответственноразъемы от 9 до2 в стандартном25-ти штырьковомразъеме.
Данныйрегистр используетсякак в режимесовместимости,так и в расширенномрежиме.
Врежиме совместимостизапись в регистрнекоторогозначения приводитк его немедленнойпередаче влинию. Операциясчитыванияиз регистраприводит ксчитываниюсамого последнегозаписанногозначения.
Длядвунаправленногопараллельногопорта в расширенномрежиме операциязаписи в регистрприводит кпередаче значенияв линию только,если в регистреуправлениябит DB=0, т.е. установленрежим записи.В противномслучае происходиттолько сохранениезаписанногобайта. Чтениеиз регистраданных такжеуправляетсязначением битаDB в регистреуправления.Если DB=0 (установленрежим записи),то считываетсяпоследнеезаписанноезначение. ЕслиDB=1 (режим чтения),
тосчитываетсязначение излинии.
Регистрсостоянияпараллельногопорта представляетсобой 8-ти разрядныйрегистр, доступныйтолько по чтению.Он служит дляполученияинформациио работе устройства.Считываемоеиз регистразначение позволяетопределитьуровень сигналана некоторыхлиниях, управляемыхподключеннымустройством.На рис.3.2 приведенформат регистра.Состояния иописаны значениябитов регистраописаны ниже.
7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
BUSY | ASC | PE | SEL | ERR | IRQS | резерв | |
Рис.3.2 Формат регистрасостоянияпараллельногопорта.
BUSYопределяетинвертированноесостояние линиизанято: 0 - устройствозанято; 1 - устройствосвободно;
Сигнал"занято" можетформироватьсяиз-за ошибки,а также в томслучае, когдапринтер отключенили отсутствует.
ASC показываетинвертированноесостояниеготовностик приему очередногобайта: 0 - устройствоготово к приему; 1 - устройствоне готово кприему;
PE показываеттекущий сигналот принтерао состояниибумаги. Битустанавливаетсяв 1, когда принтервырабатываетсигнал конецбумаги (Paper End).
SEL указываеттекущее состояниесигнала выборка(Select) и устанавливаетсяв 1, когда устройствобыло выбрана.
ERR задает инвертированноесостояниеошибки в устройстве.Бит устанавливаетсяв 0 при выработкепринтеромсигнала ошибки(Error).
IQRSпринимаетзначение 0, когдаустройствоподтвердилоприем предыдущегобайта информациисигналомподтверждения(ASCnowlege). Значениеданного битаимеет смыслтолько длядвунаправленногопараллельногопорта. Режимподтвержденияустройствомприема символаи выработкипрерыванияуправляетсябитом IRQE управляющегопорта. Обычно,прерываниеот устройства LPT1 поступаетна IRQ5, а от LPT2 - наIRQ7.
Региструправленияпараллельногопорта представляетсобой 8-ми разрядныйрегистр, доступныйпо чтению изаписи и используетсядля заданиярежимов работыконтроллерапараллельногопорта, а такжедля передачив линию рядауправляющихсигналов дляустройстваКонтроллерможет вырабатыватьпрерываниедля процессорапри полученииот устройстваподтвержденияо приеме символа.Такая возможностьуправляется4 битом регистрауправления.Более подробнорегистры контроллераописаны далееФормат регистрауправленияописываетсяниже (рис. 3.3).
7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
резерв | DIR | IRQE | SELIN | INIT | AFD | STRB | |
Рис.3.3 Формат регистрауправленияпараллельногопорта.
DIR используетсядля заданиятипа операциипри работе врасширенномрежиме (илинаправленияпередачи данных): 0 - операциязаписи; 1 - операциячтения. Этотбит имеет смыслтолько длядвунаправленногопараллельногопорта.
RQEуправляетпрерыванием.Когда бит равен1, параллельныйпорт посылаетпрерываниепри выработкесигнала ASC состороны устройства.
SELINуправляетсостояниемсигнала выборкиустройства(Select In). Когда битустановленв 1, устройствосчитаетсявыбранным.Данной линиисоответствуетразъем 17.
INITуправляетинвертированнымсостояниемсигнала инициализацииустройства(Init). При этом установканулевого значениябита означаетинициализациюпринтера.
AFD управляетсостояниемсигнала автоматическийпрогон строки(AutomaticFeed XT). Когда битустановленв 1, принтер послепечати каждойстроки будетавтоматическипереходитьна новую строку.
STRBуправляетсинхроннойпередачейданных в устройство.Когда он принимаетзначение 1,передаваемыеданные могутсчитыватьсяс линий данных.
3.2Программированиепараллельногопорта.
Программированиеподключеннойк параллельномупорту аппаратурызаключаетсяв установкеопределенныхбитов в регистрахданных и управленияи чтении определенныхбитов из регистрасостояния. Приэтом если срегистромданных проблемне возникает(это обычныйбайтовый регистр),то два другихрегистра имеютнекоторыеособенностиВо-первых, некоторыебиты являютсяинверсными.При записи врегистр управлениянуля в этихбитах устанавливаютсяединицы, а еслина входах регистрасостоянияустановленынули, то их этихбитов считываютсяединицы. Во-вторых,если четыребита регистрауправлениярасположеныв младших битахбайта (биты 0 -3), то пять битоврегистра состояния - в старших (биты3 - 7). Полная информацияоб отображениисигналов шинуправленияи состоянияинтерфейсаCentronics на регистрыпараллельногопорта компьютераприведена втабл. 3.2.
Табл.3.2.
Отображениесигналов шинуправленияи состоянияинтерфейсаCentronicsна регистрыпараллельногопорта компьютера.
| Ш И Н А | С И Г Н А Л | Б И Т | И Н В Е Р С ИЯ |
| Управление | -STROBE | 0 | инверсный |
-AUTOFD | 1 | инверсный | |
-INIT | 2 | прямой | |
-SLCTIN | 3 | инверсный | |
| Состояние | -ERROR | 3 | прямой |
SLCT | 4 | прямой | |
PE | 5 | прямой | |
-ASK | 6 | прямой | |
-BUSY | 7 | инверсный |
Программноепрерывание17h предоставляетнекоторыевозможностипо работе спараллельнымпортом принтера.Однако этихвозможностейнедостаточнодля полноценногопрограммированияподключенныхк этому портувнешних устройств.Кроме тогоиспользованиепрерываниясущественнозамедляетработу программы,поэтому рекомендуетсянепосредственносчитыватьданные посоответствующемуадресу. Действительнополезной оказываетсяфункция N1- инициализацияпорта(вход:AH=1,DX-номер порта(0,1или 2); выход:AH-статус порта).Дело в том, чтоэту процедурунеобходимовыполнять послеокончанияработы с принтером. Поэтому рекомендуетсявызывать функциюN1 прерывания17h при выходеиз программы.
Следуетотметить, что,начиная с BIOS дляIBM PC/AT, выпущенногов марте 1986 года,считываниезначения изрегистра состоянияпараллельногопорта производитсядважды, чтосвязано с тем,что изменениесостояния BUSYимеет растянутыйфронт.
Двунаправленныйпорт обычноиспользуетсяв режиме совместимости- именно этотрежим устанавливаетсяизначальнопри выполнениипрограммы POST.Однако, программистможет использоватьрасширенныйрежим работыпорта для подключениянестандартнойаппаратуры.В этом случаена компьютерахPS/2 выбор расширенногорежима работыпараллельногопорта производитсяпри конфигурацииаппаратурыкомпьютерапутем записинулевого значенияв бит 7 порта0102h.
Вдругих компьютерахдвунаправленныйрежим контроллерапараллельногопорта можетвыть выбранпри выполнениипрограммыначальнойконфигурацииBIOS.
Всесигналы интерфейсаCentronics передаютсяв уровнях ТТЛи рассчитанына подключениеодного стандартноговхода ТТЛ.
4.Разработкапринципиальнойсхемы устройства.
Исходя изразработаннойструктурнойсхемы, можновыделить следующиечасти проектируемойсхемы.
Аналого-цифровойпреобразовательдолжен преобразовыватьаналоговыйсигнал, пропорциональныйуглу поворотагантрии симуляторав цифровой коддля дальнейшейобработки спомощью ЭВМ.
Преобразовательаналоговогосигнала подгоняетего уровеньпод требованияАЦП, т.е., как будетпоказано ниже,осуществляетего ослабление,а также служитбуфером.
Двустороннийограничительуровня необходимдля ограниченияуровня входногоаналоговогосигнала, дляпредотвращениявыхода АЦП изстроя при поворотегантри сверхдопустимогодиапазона.
Необходимотакже обеспечитьзащиту АЦП, дляпредотвращенияподачи на негосигналов привыключенныхпитающих напряжениях.
Источникпитания долженслужить дляобеспеченияфункционированиявходящих всхему устройств.Для упрощениясхем питанияпредполагаетсявыбирать дляиспользованияэлементы содинаковымитребованиямик питающимнапряжениям.
С цельюинформированияо включенномсостоянииустройства,необходимопредусмотретькакое-либоустройствоиндикации.
4.1 Выбораналого-цифровогопреобразователя.
Для преобразованияаналоговогосигнала отдатчика положениягантрии в цифровуюформу, длядальнейшейобработки спомощью ЭВМнеобходимоиспользованиеАЦП.
В АЦП входнымсигналом являетсянапряжение,а выходным -соответствующийэтому напряжениюцифровой код,который образуетсяв результатеквантованиявходного напряженияпо уровням.Принцип работыАЦП зависитот методапреобразования.По алгоритмупреобразованияосновные методыпреобразования,используемыев микросхемахАЦП, подразделяютсяна методы:последовательногосчета, поразрядногоуравновешивания(последовательногосчета) и параллельногодействия(считывания).[5]
Критериемвыбора АЦПявляются егопараметры:число разрядов,быстродействие,точность, стоимость.
Числоразрядов выходногокода определяетколичествовозможныхуровней квантованиявходного сигнала.Для n-разрядногодвоичного кодаэто количестворавно 2n.
Разрешающаяспособностьопределяетсяминимальнымвходным напряжением,соответствующимизменениювыходного кодана единицумладшего разряда.Она характеризуетпорог чувствительностипри которомпроисходитсмена выходногокода.
Нелинейность
(рис. 4.1) показываетмаксимальноеотклонениереальной передаточнойхарактеристикиот идеальной;выражаетсяв процентахили долях младшегоразряда (МР).
Рис. 4.1 Нелинейностьи абсолютнаянелинейность преобразования.
Дифференциальнаянелинейность - это отклонениедвух входныхсигналов,соответствующихсоседним выходнымкодам от значенияМР. Выражаетсядифференциальнаянелинейностьтакже в процентахили долях МР.
Абсолютнаяпогрешностьпреобразования
в конечнойточке шкалы- это отклонениенапряженияот номинальногозначения,соответствующегоконечной точкехарактеристикипреобразования.Эта погрешностьзависит от шагаквантования(методическаяпогрешность)и инструментальныхпогрешностей,вносимых узламиАЦП.Наиболеебыстродействующимиявляются АЦПпараллельногодействия, однакоони также самыесложные и самыедорогие. АЦПпоследовательногосчета имеютсамое низкоебыстродействие.Широко распространенныеАЦП последовательногоприближенияобладают среднимбыстродействием.
Исходя изспецификизадачи, для еевыполненияподойдутфункциональнозавершенныеАЦП, пригодныедля непосредственногосопряженияс ЭВМ. ТакиеАЦП требуютминимальногоколичествавспомогательныхэлементов,имеют встроенныеисточникиопорного напряжения,генераторытактовых импульсовбуферные регистрыс тремя состояниями.Важным требованиемявляется работаАЦП с ТТЛ уровнямидля непосредственногоподсоединенияк параллельномупорту ЭВМ.
ОпределимтребуемуюразрядностьАЦП. Для обеспеченияточности менееодного градусачисло разрядовnдолжно быть:
n > log
360Т.е. nдолжно бытьбольше илиравно 9.
Указаннымтребованиямудовлетворяет10 - разрядныйфункциональнополный АЦПпоследовательногоприближенияК1113ПВ1, выполненныйпо КМДП - технологии.
Функциональнаяэлектрическаясхема АЦП К1113ПВ1показана нарис. 4.2.
16
11
9 (СР)
13
14
1
18 (МР)
17
15
10
12
Рис.4.2 Функциональнаяэлектрическаясхема АЦП К1113ПВ1.
МикросхемаК1113ПВ1 выполняетфункцию 10-разрядногоаналого-цифровогопреобразованияоднополярногоили биполярноговходного сигналас представлениемрезультатовпреобразованияв параллельномдвоичном коде.Она содержитвсе функциональныеузлы АЦП последовательногоприближения,включая КН,ЦАП, РПП, ИОН,ГТИ, выходнойбуферный регистрс тремя состояниями,схемы управления.[6]
Для ее эксплуатациинеобходимытолько дваисточникапитания ирегулировочныерезисторы.Выходные каскадыс тремя состояниямипозволяютсчитыватьрезультатпреобразованиянепосредственнона шину данныхМП. НесколькоАЦП могут обслуживатьодин МП, и наоборот.По уровнямвходных и выходныхлогическихсигналов АЦПсопрягаетсяс цифровымиТТЛ ИС. КлассификацияБИС по группамА, Б, В проводитсяпо значениямпараметровнелинейностии дифференциальнойнелинейности.
МикросхемыК1113ПВ1 изготавливаютсяпо биполярнойтехнологии,модифицированнойдля совмещенногоформированияна кристаллебиполярныхтранзисторов,а также элементовинжекционнойлогики и тонкопленочныхпрецизионныхрезисторов.Технологияпозволяетразместитьв одной БИСбольшое числоцифровых элементови выполнитьаналоговыеузлы с высокимуровнем параметров.В процессепроизводстваосуществляетсянастройка АЦПдо требуемыхзначенийэлектрическихпараметровпутем подгонкисопротивленийтонкопленочныхрезисторовлазерным лучом.
МикросхемыК1113ПВ1 выпускаютсяв 18-выводномгерметичномметаллокерамическомкорпусе типа238.18-1 с вертикальнымрасположениемвыводов.
Нумерацияи расположениевыводов микросхемы:
1-9 - цифровыевыходы 9-1;
10 - напряжениеисточникапитания (+5 В);
11 - гашениеи преобразование;
12 - напряжениеисточникапитания (-15 В);
13 - аналоговыйвход;
14 - общий (аналоговаяземля);
15 - управлениесдвигом нуля;
16 - общий (цифроваяземля);
17 - готовностьданных;
18 - цифровойвыход 10 (младшийразряд);
Основныеэлектрическиепараметрымикросхемы К1113ПВ1А представленыв табл. 4.1.
Табл. 4.1
Основныеэлектрическиепараметры АЦПК1113ПВ1
| Параметр | Не менее | Не более |
Числоразрядов n | 10 | - |
| Нелинейность ,% | - 0,1 | 0,1 |
| Дифференциальнаянелинейность  ,% | - 0,1 | 0,1 |
| Абсолютнаяпогрешностьпреобразованияв конечнойточке шкалы | - 20 | 20 |
| Напряжениесмещения нуляна входе, мВ | - 30 | 30 |
Времяпреобразованияt,мкс | - | 30 |
Напряжениепитания U1,В | 4,5 | 5,5 |
Напряжениепитания U2,В | -16,5 | -13,5 |
Ток потребленияI1 | - | 10 |
Ток потребленияI2 | - | 20 |
| Входноесопротивление, кОм | 10 | - |
| Диапазонуниполярноговходногонапряжения,В | - | 10,24 |
| Диапазонбиполярноговходногонапряжения,В | -5,12 | 5,12 |
Табл. 4.1 Продолжение.
| Предельнодопустимоезначениеуниполярноговходногонапряжения,В | 0 | 10,5 |
| Предельнодопустимыезначениябиполярноговходногонапряжения,В | -5,5 | 5,5 |
Номинальныезначения напряженийисточниковпитания: U1=5В
5% и U2=-15В 5%.Диапазоны ихпредельныхизмененийсоставляютU1=(4,5- 5,5) В, U2=-(16,5- 13,5) В.В БИС К1113ПВ1выходной токЦАП сравниваетсяс током, протекающимчерез входнойрезистор отисточникасигнала. Темсамым формируетсялогическийсигнал управленияРПП. Стабилизацияразрядных токовЦАП осуществляетсявстроеннымИОН на основестабилитронасо скрытойструктурой.
ВключениеАЦП в режимеработы с униполярнымвходным напряжениемпредполагаетподсоединениевывода 15 к цифровойземле (вывод16). При этом навыходе встроенногоЦАП задаетсяток, равныйтоку СР, нопротивоположнойполярности.При работе АЦПс биполярнымвходным напряжениемэлектрическиесигналы навывод 15 не подаются.
ТактированиеРПП обеспечиваетсяимпульсамивстроенногоГТИ с частотойследования300-400 кГц. УстановкаРПП в исходноесостояние изапуск его врежим преобразованияпроизводятсяпо внешнемусигналу "Гашениеи преобразование".По окончаниипреобразованияАЦП вырабатываетсигнал готовностьданных" и информацияиз РПП поступаетна цифровыевыходы черезкаскады с тремясостояниями.Временныедиаграммыработы АЦП
приведенына рис. 4.3.
Рис. 4.3 Временныедиаграммыработы АЦПК1113ПВ1.
Напряжениеот источниковпитания и входныхсигналов подаютсяна БИС АЦП К1113ПВ1в следующейпоследовательности:потенциалземли, напряженияпитания, напряженияна входы управления,входное напряжение.Порядок снятиянапряженийобратный. Допускаетсяодновременнаяих подача иснятие.
ИС К1113ПВ1Аиспользуетдва питающихнапряжения+5 В и -15 В. В разрабатываемойсхеме используютсянапряжения,получаемыес источникапитания симулятора:+15 и -15 В. Необходимоедля питанияАЦП напряжение+5 В получаетсяс помощьюинтегральногостабилизаторанапряженияК142ЕН5В.
Известно,что при обработкеаналоговыхсигналов,изменяющихсяс частотой,соизмеримойили большей,чем скоростьработы АЦП, изаналоговогосигнала приходитсяделать выборки.[5] Для этогонекотороезначение сигналав определенныемоменты запоминаетсяна время, необходимоедля того, чтобыАЦП преобразовалего в двоичныйкод. Эту функциювыполняютустройствавыборки и храненияаналоговогосигнала (УВХ).Это своего родааналоговыезапоминающиеустройства.Обычно схемыУВХ в своейоснове имеютинтеграторна операционномусилителе (ОУ)с высокоомнойнагрузкой ималыми токамиутечки, снабженныйключевымисхемами. ТакжеУВХ выпускаютсяв виде комплексныхИС.
НеобходимоопределитьцелесообразностьиспользованияУВХ в разрабатываемомустройстве.Очевидно, чтопотребностьв УВХ возникает,когда частотааналоговогосигнала большескорости работыАЦП. Если же завремя преобразованияtаналоговогосигнала в цифровойкод, изменениепервого будетменьше разрешающейспособностиАЦП, необходимостьв УВХ отпадает.Гантри симуляторапроходит полныйоборот за 40 с.Разделив 40 на1024 получим время,соответствующееизменению кодана единицу:40/1024=0,039 с, т.е. около40 мс. Время жепреобразованиявыбранногоАЦП составляет 30 мкс, что болеечем в 1000 раз меньше.Таким образомприменениеУВХ в данномустройствене оправданои аналоговыйсигнал предполагаетсяподаватьнепосредственнона вход АЦПпосле подгонкиего под уровеньвходного сигнала(динамическийдиапазон) АЦП.
Определимточностьпреобразованияс помощью 10-тиразрядногоАЦП. Изменениевыходного кодана единицумладшего разрядапроизойдетпри поворотегантрии на уголравный:
Такимобразом, разрешающаяспособностьпреобразователя,исходя из разрядностиАЦП, составит0,35.
Т.к. датчикположениягантри - потенциометрпитается двуполярным напряжением(10В),АЦП будетиспользоватьсяв биполярномрежиме. Напряжениеполной шкалырегулируетсярезистором,подключеннымк аналоговомувходу. Схемавключения АЦПпоказана нарис. 4.4.
1
питание +5В 10
питание -15В 12
цифровые
9 выходы
18 1 - 10
К1113ПВ1
сдвиг нуля(не исп,) 15
к ЭВМ
аналоговыйвход 13
14
11 готовность готовность
аналоговая
земля
11
16
гашение ипреобразование
цифроваяземля
Рис. 4.4 Схемавключения АЦПК1113ПВ1.
Каквидно из описаниявыбранногоАЦП для егосвязи с компьютеромпотребуется13 линий. 10 линийнепосредственнодолжны передавать цифровые данныео положениигантрии. ВыходАЦП "Готовность"передает информациюо готовностиданных. На вход"Гашение ипреобразование"будет передаватьсяинформацияо приеме данныхпрограммой.Вход АЦП "Цифроваяземля" подключаетсяк земле компьютера.
Проблеманехватки разрядоврегистра данныхпараллельногопорта (8 разрядоввместо требуемых10) решается подачейдвух младшихразрядов врегистр состояния,а 8-ми старшихразрядовнепосредственнов регистр данных.Порядок подключенияразрядов АЦПк региструданных таков:старший разрядАЦП к старшемубиту регистраданных. Девятыйи десятый разрядыАЦП подключаетсясоответственнок шестому иседьмому битамрегистра состояния(считая, чтомладший бит- первый).
Выходнаялиния АЦП"Готовность"подключаетсяк пятому битурегистра состояния.
Навход АЦП "Гашениеи преобразование"сигнал подаетсясо второго битарегистра управления.Данный битявляется инверсным,т.е. при записив него единицы,на линии появляетсяноль.
Землясхемы подсоединяетсяк земле компьютератакже черезразъем параллельногопорта.
Выборименно этихбитов параллельногопорта обусловленструктуройсамого порта,а также конструктивными программнымудобством ихиспользования
Цоколевкапараллельногопорта и использованиеего контактовпоказано вприложении1.
4.2Ограничениеуровня входногоаналоговогосигнала
Угол поворотагантри можновидеть на еецентральнойчасти. Там находитсянеподвижнаякруговая шкалас отсчетамив градусах. Видшкалы показанна рис. 4.5.
0
30 330
60 300
90 270
120 240
150 210
180
Рис. 4.5 Шкалауглов поворотасимулятораSLS– 9.
При вращениигантрии, меткаперемещаясьвокруг шкалы,дает информациюоб угле поворота.Датчик положениягантрии представляетиз себя переменныймногооборотныйрезистор, питающийсяот двуполярногонапряжения(10 В). Средняя точкарезистора, прикоторой напряжениена его выходеравно нулю,соответствуетнулю градусовположениягантрии симулятора.
При вращениигантрии в сторону10 градусовпроисходитпропорциональноеуменьшениенапряженияна центральномвыводе резистора,и к 180 градусамоно достигает-7,2 В. При вращениив эту сторону,можно достичьпредельного для вращенияв данную сторонуугла 220 градусовпри напряжениина резисторе-8,8 В. Если производитьвращение отнуля в сторону350 градусов, ток 180 градусамнапряжениена датчикебудет равно7,2 В. Далее припредельномугле 140 градусовнапряжениедостигает 8,8В. Т.е. при одинаковыхуглах поворотагантрии датчикугла можетвыдавать разныезначения взависимостиот того вращениемв какую сторонуэтот угол былдостигнут.
Согласнозаданию, обработкуугла поворотагантрии необходимопроводить приее вращенииот 0 до 180 градусовв ту и другуюстороны. Поэтому,с целью предотвращенияпотери точности,динамическийдиапазон АЦПбудет использоватьсяв этом диапазонеуглов. Т.е. уровеньсигнала приповороте гантриина 360 градусовбудет соответствоватьизменениювыходного кодаАЦП от 0 до 1023. Однако,нет гарантий,что не произойдетповорот гантриина большийугол, следствиемчего станетпревышениеуровня сигналана входе АЦПс последующейвозможностьювыхода его изстроя. В этомслучае необходимопредусмотретьзащиту входаАЦП от превышениядопустимогоуровня сигналапри случайномповороте гантрииболее чем на180 градусов отнулевого положения.
Какбыло сказановыше, уровеньсигнала, соответствующийповороту гантрииот 180 до 180 градусовдолжен соответствоватьполной шкалеАЦП. При такомповороте гантриисигнал изменяетсяот -7,2 В до 7,2 В. Полнаяже шкала АЦПсоответствуетдиапазону -5,12... +5,12 В. Т.е. необходимопреобразоватьсигнал с уменьшениемего амплитуды(уменьшениедолжно бытьлинейным). Известно,что линейноуменьшитьнапряжениесигнала можнос помощью обычногорезистивногоделителя. Знаявходное сопротивлениеАЦП, и задавшисьтоком делителя,определяютсяноминалы егорезисторов.При этом необходимодобавить переменныйрезистор длянастройкиделителя, т.к.номиналы резисторовнепременнобудут отличатьсяот расчетных.Однако, в данномслучае простоеприменениерезистивногоделителя будетнеоправданным,т.к. необходимодвустороннееограничениеаналоговогосигнала поуровню длязащиты входаАЦП.
Эффективнымспособом ограниченияуровня входногосигнала являетсяиспользованиедиодной защиты.[7] Для этогосоздаются дваисточниканапряженияс напряжениямичуть меньшимиуровней необходимогоограничения(на уровеньпадения напряженияна диоде). Затемони через диодыподключаютсяк линии, по которойпроходитограничиваемыйсигнал. Источникинапряженияможно создатьс помощью делителейнапряжения.Но здесь существуетограничение:эквивалентноесопротивлениеисточникадолжно бытьмало по сравнениюс сопротивлениемисточникасигнала. Поэтомудля эффективнойработы такогоограничителя,в качествеисточниканапряжениятребуетсяприменениенизкоомногоделителя, чтоприведет кповышенномуэнергопотреблению.Кроме тогообязательнопотребуетсянастройкаделителей.Кардинальнымрешением даннойпроблемы являетсяиспользованиев качествеисточниковнапряженияпараметрическихстабилизаторовна стабилитронах.Но обычныестабилитроныобщего примененияне могут обеспечитьнеобходимойточности: допускна напряжениестабилизацииу большинстваиз них колеблетсяв пределах 20%, а температурныйкоэффициентстабилизациислишком велик.Тогда как АЦПтребует ограниченияуровня максимальногоположительногонапряженияна уровне 5,5 В,а рабочий диапазон(полная шкала)кончается наотметке 5,12 В.Поэтому припримененииобычных стабилитроноввозможно илипревышениедопустимогонапряженияна его входе,или обрезкарабочего сигнала.Выходом являетсяприменениеспециальныхпрецизионныхстабилитронов.Но прецизионныестабилитронына напряжениястабилизациименее 6 В невыпускаются.
Желательноконечно осуществлятьограничениевходного сигналанепосредственноу входа АЦП, нотак как требуемыестабилитроныотсутствуют, можно ограничитьвходной сигналеще до уменьшенияего уровня,т.е. ограничение произвестина уровне 7,2 В(прецизионныестабилитроныс близкиминапряжениямистабилизациисуществуют).Затем, сигнал,уровень которогоне может превышать7,2 В уменьшаетсяпо амплитуде,и подается навход АЦП. Принеобходимомзаданном коэффициентепередачи, уровеньсигнала навходе АЦП непревысит предельногозначения. Правдау данного методаесть недостатки:при настройкекоэффициентапередачи, атакже при выходеиз строя узла,отвечающегоза уменьшениеуровня сигнала,напряжениена входе АЦПможет превыситьдопустимоезначение. Нопостроениезащиты от всехвозможныхнеисправностейприведет кчрезмерномуусложнениюсхемы, крометого нет гарантий,что не откажутсами устройствазащиты. Привыбранномспособе защитывход АЦП защищенот превышенияуровня сигналаза счет поворотагантрии сверхдопустимогодиапазона, атакже от любыхнеисправностей,включая неправильнуюкоммутациюпроводов, которыемогут произойтивне схемыразрабатываемогоустройствасопряжения.Принципиальнаясхема устройствазащиты от превышенияуровня аналоговогосигнала представленана рис. 4.6.
Рис.4.6 Двустороннийограничительуровня длязащиты АЦП от
превышенияуровня входногоаналоговогосигнала.
СтабилитроныVD1и VD2совместно срезисторамиR1и R2длязадания токастабилизацииобразуют источникиопорного напряжения.Диоды VD3и VD4 используютсядля ограниченияуровня аналоговогосигнала.
Висточникахнапряжения,используемыхдля цепей защиты,будут используютсядва прецизионныхстабилитронамарки 2С166В, сноминальнымнапряжениемстабилизации6,6 В. Этот кремниевыйстабилитронмалой мощностипредназначендля примененияв качествеисточниканоминальногоопорного напряжения6,6 В в цепях постоянноготока в диапазонетоков стабилизации3...10 мА. Выпускаетсяв стеклянномкорпусе с гибкимивыводами. Типстабилитронаприводитсяна корпусе. Состороны вывода,положительногодля рабочегорежима (анода)на корпусенаносится белаяполоса. Массастабилитронане более 5 г. [8]Основныеэлектрическиепараметрыстабилитрона2С166В приведеныв табл. 4.2.
Табл.4.2.
Основныеэлектрическиепараметрыстабилитронов2С166В.
Номинальноенапряжениестабилизации*,В | 6,6 |
Разброснапряжениястабилизации*,% | -5...0...5 |
Температурныйкоэффициентнапряжениястабилизации*,% на С | 0,0005% |
Уходнапряжениястабилизации*,мВ | -2...-0.5...+1,5 |
Временнаянестабильность*,мВ | 1,4 |
Дифференциальноесопротивлениепри Т=25С*,Ом | 8...11...20 |
Минимальныйток стабилизации,мА | 7,5 |
Максимальныйток стабилизации,мА | 10 |
Рассеиваемаямощность, мВт | 70 |
Температураокружающейсреды, С | -60...+125 |
*При токе стабилизацииравном 7,5 мА.
Дляобеспечениянормальнойработы ограничителейнапряжения,необходимосигнал от датчикаподавать черезрезистор. Номиналрезисторадолжен бытьтаким, чтобыпри срабатыванииодного изограничителей,ток черезсоответствующийстабилитронне превышалустановленногопредела. Максимальновозможныйуровень сигнала,поступающийна схему припредельномповороте гантриисимуляторане превышает9 В. Ограничениесигнала проводитсяна уровне 7,3 В.Значит падениенапряженияна входномрезисторе R3не превысит1,7 В. Выбрав номиналрезистора R1равным5,1 кОм, максимальныйток ограничителяустанавливаетсяна уровне 0,3 мА.Т.е. при срабатыванииограничителей,приращениетока черезлюбой из стабилитроновне превысит0,3 мА, что не выведетего из рабочегорежима.
Определимноминалы резисторовR1иR2,задающих токчерез стабилитроныVD1,VD2.Т.к. стабилизированноенапряжение6,6 В будет получатьсяиз 15 В, а номинальныйток стабилизацииравный 7,5 мА, можноопределитьноминалы резисторов:
Ом;Выбравближайшеестандартноезначение 1,1 кОм,и взяв резисторс допуском 5%ток стабилизацииограничитьсяв пределах7,2...8,0 мА, что допустимодля выбранныхстабилитронов.
Ограничениесигнала науровне 7,3 В обеспечиваетсяподключениемсигнальнойлинии к источникамопорного напряжениячерез диодыVD3,VD4.Для этогоиспользуютсягерманиевыедиоды Д18, имеющиеноминальноепрямое падениенапряжения0,7 В. Выбор данныхприборов обусловленподходящимпрямым падениемнапряжения,а также дешевизнойи их малымиразмерами.Максимальныйпостоянныйпрямой токчерез диодравен 16 мА.
4.3Преобразованиеаналоговогосигнала
Послеустройствограниченияуровня входногосигнала необходимоэтот сигналуменьшить длятого, чтобы онподходил подпараметры АЦП.Это можно сделатьнесколькимиспособами.Самый простойи дешевый способ- использованиерезистивногоделителя. Ноэто не оченьхорошее решение:потребуетсяучитыватьвходное сопротивлениеАЦП, сопротивление,стоящее навходе (необходимоедля ограничителей),а также параметрысамого датчика.При этом схемапотребуетсложной настройки,и при изменениикакого-либопараметра,произойдутнарушения вее работе - изменениянапряженийсрабатыванияограничителей,уровня сигналана входе АЦП.Приемлемымрешением являетсяиспользованиеоперационногоусилителя (ОУ)в качествеустройствапреобразованиянапряжениясигнала дляподачи на входАЦП, а также вкачестве буфера.Входные токиОУ ничтожномалы, и поэтомуограничивающийрезистор, стоящийна входе, неокажет влиянияна уровень(напряжение)сигнала. Крометого напряжениевходного сигналане будет зависетьот входногосопротивленияАЦП. ОУ необходимоиспользоватьв неинвертирующемрежиме, дляобеспечениямаксимальноговходногосопротивления.Но при такомвключениинельзя добитьсятребуемогокоэффициентаусиления (
Коэффициентусиления первогоОУ, работающегов неинвертирующемрежиме и используемогов качествебуфера равен1. Рассчитаемнеобходимыйкоэффициентусиления второгоОУ, работающегов инвертирующемрежиме и используемогодля уменьшенияуровня сигнала.Т.к. сигнал,поступающийот датчикасимметриченотносительноземли, можнопроизводитьрасчет, например,только дляположительногоего значения.Для этого разделимуровень, соответствующийполной шкалеАЦП на максимальныйуровень входногосигнала:
;гдеK-необходимыйкоэффициентусиления; Uвх.АЦП -уровень сигнала,соответствующийполной шкалеАЦП; Uвх.макс -максимальныйуровень входногосигнала (соответствует180 градусов поворотагантрии).
Такимобразом необходимоуменьшитьсигнал в 1,71 разаили, что эквивалентно,увеличить в0,71 раза. Рассчитаемноминалы резисторовцепи обратнойсвязи. Задавшисьноминаломрезистора R4=10кОм (5%) (см рис.4.6) и знаячто коэффициентусиления долженбыть равен-0,71 определимноминал резистораR5:
Ом;Ноиз-за неточностиноминалов, атакже отсутствиярезисторовноминалом 7,1кОм, необходимопредусмотретьвозможностьрегулировкив некоторыхпределах коэффициентаусиления. Дляэтого номиналомR5 выбираетсяменьшее стандартноезначение 6,2 кОм(5%) , а последовательнос ним включаетсяпеременныйрезистор R6сопротивлением2 кОм. При этомобеспечиваетсянеобходимаярегулировкакоэффициентаусиления длякомпенсациинеточности номиналоврезисторовR4иR5.Такпри их погрешностяхизготовлениярезисторов,приводящихк максимальномукоэффициентуусиления (R4= 9500Ом, R5=6510 Ом), с помощьюуменьшениясопротивленияR6до0, коэффициентусиления можнопонизить до:
Апри погрешностях,приводящихк минимальномуусилению (R4= 10500 Ом, R5 = 5890 Ом , коэффициентусиления можноповысить до:
Т.о.при любых допустимыхотклонениях(5%),сопротивленийрезисторовзадающих коэффициентусиления, отноминальныхзначений, коэффициентусиления можноотрегулировать,и установитьравным номинальному:-0,71.
Схемапреобразованиявходного сигнала,с цепями защитыпредставленана рис. 4.7.
Рис.4.7 Схема преобразованиявходного сигнала.
Какбыло сказановыше, резисторызадающие коэффициентусиления, атакже входнойрезистор имеютдопуски 5%,что вполнедостаточнодля обеспечениянормальнойработы устройства.
Операционныеусилители дляустройстванеобходимовыбирать изсоображенийполученияпогрешностей,не выходящихза рамки допустимых.При использованииОУ необходимоучитывать рядограниченийи отличий идеальногоОУ от реальногокоторые могутв некоторыхслучаях привестик ощутимымпогрешностям.[7] Определипредельныезначения некоторыхпараметровОУ, для использованияв данном устройстве.
Напряжениесдвига. Благодарявходному напряжениюсдвига, принулевом напряжениина входе напряжениена выходе равно
.Максимальныйкоэффициентусиления, равный1, имеет первыйОУ. Второй ОУимеет коэффициентусиления 0,71. Еслизадаться максимальнойпогрешностьюиз-за напряжениясдвига равной0,1 младшего разрядаАЦП (т.е. 1 мВ), тоочевидно требуетсяОУ с максимальнымнапряжениемсдвига не превышающем1 мВ. Можно конечноприменить ОУи с большимнапряжениемсдвига, но тогдапридется использоватьсхему регулировкисмещения нуля,которая потребуетнастройки.Проще и эффективнееиспользоватьОУ с подходящимнапряжениемсдвига. В этомслучае отпадаетнеобходимостьв настройкенуля. Крометого, ОУ с низкиминапряжениямисдвига какправило имеюти более низкийдрейф этогопараметра. Входнойток смещения.Если в инвертирующемусилителе одиниз входов заземлен,то даже приусловии идеальнойнастройки (т.е.напряжениесдвига равнонулю), на выходеусилителя будетприсутствоватьотличное отнуля выходноенапряжение.Это происходитиз-за тока смещения,который создаетпадение напряженияна резисторах.Он порождаетсмещение выхода,определяемоекак:
Дляобеспеченияпогрешностиза счет токасмещения, меньшей1мВ необходимОУ с током смещения:
Входнойток сдвига.Этот параметробусловленасимметриейвходных токовОУ. Но входнойток сдвига какправило меньшевходного токасмещения в 10 -20 раз, и в данномслучае им можнопренебречь.
СкоростьнарастанияОУ. Т.к. ОУ будутработать снизкочастотнымисигналами, этотпараметр неимеет в данномслучае определяющегозначения.
Выходнойток. В связи стем, что выходнойток операционногоусилителяограничен,размах выходногонапряженияна низкоомныхнагрузках такжеограничен, ноэто не приведетк появлениюпогрешностей,т.к. нагрузкойпервого ОУявляется второйОУ с входнымсопротивлениемпорядка 10 кОм,а нагрузкойвторого ОУявляется АЦП,входное сопротивлениекоторого такжесоставляет10 кОм.
Коэффициентусиления приразомкнутойцепи обратнойсвязи. Значениеэтого параметранет необходимостиучитывать, т.к.коэффициентыусиления
первогои второго ОУравны соответственно1 и 0,71, а частотаобрабатываемогосигнала оченьмала.
Исходяиз вышеизложенныхтребований,следует выводо необходимостипримененияпрецизионногоОУ, т.к. толькоони могут обеспечитьнеобходимыепараметры (восновном - малоенапряжениесмещения). Существуетдовольно многоОУ, подходящихустановленнымкритериям -отечественныхи импортных.Но надо отметить,что нецелесообразноприменятьмикросхемыс параметрами,намного превосходящиетребуемые, т.к.это приведетлишь к неоправданнымрасходам.
НаиболееподходящимпредставляетсяОУ К140УД25А. Этопрецизионныйусилитель сонизким входнымнапряжениемшума, внутреннейчастотнойкоррекциейи высокимкоэффициентомусиления напряжения.[9] Особенностямиданного ОУявляются: малоенапряжениесмещения, широкийдиапазон напряженияпитания, высокийкоэффициентусиления (1млн.).Электрическиепараметры ОУи предельныережимы эксплуатацииприведенысоответственнов таблицах 4.3и 4.4.
Табл.4.3
Электрическиепараметры ОУК140УД25А.
(приUп=15 В, Rн=2 кОм, Т = +25С)
Параметр | неменее | неболее |
Максимальноевыходноенапряжение,В | 12 | - |
Напряжениесмещения, мкВ | - | 30 |
Токсмещения (входнойток), нА | - | 40 |
Токсдвига (разностьвходных токов),нА | - | 25 |
Токпотребления,мА | - | 4,7 |
Коэффициентусилениянапряжения,тыс. | 1000 | - |
Макс.синфазноевходное напряжение,В | 11 | - |
Частотаединичногоусиления, МГц | 3 | - |
Коэффициентослаблениясинфазногосигнала, дБ | - | 114 |
Табл.4.4.
Предельнодопустимыезначения параметрови режимов К140УД25А.
Параметр | неменее | неболее |
Напряжениепитания, В | 13,5 | 16,5 |
Сопротивлениенагрузки, кОм | 2 | - |
Синфазноевходное напряжение,В | - | 10 |
Температураокружающейсреды, С | -10 | +70 |
4.4Защита АЦП
ИспользованиемикросхемыАЦП имеет некоторыеособенности.Так сигналына ее входырекомендуетсяподавать вследующейпоследовательности:напряженияпитания, сигналына управляющиевходы, входнойаналоговыйсигнал. Можноподаватьвышеуказанныесигналы одновременно.[6] Т.к. во входнойцепи используютсяОУ, через которыепроходит входнойаналоговыйсигнал, то проблемауже частичнорешена. Т.е. входнойсигнал на АЦПпоступит лишьпосле появленияпитания, т.к.для питанияАЦП и ОУ используютсяодни и те жеисточникипитания. Однако,необходимоеще защититьАЦП по входу"Гашение ипреобразование".Для этого можноконечно использоватьвыключательпитания, сдополнительнойгруппой контактовдля разрываэтой линиицифрового входауправления.Но это не решаетпроблему, т.к.возможен выходАЦП из строяпри отключениипитающих напряжений,т.к. подача наего вход управляющегоцифровогосигнала приэтом не прекращается.Такая ситуацияможет возникнуть,например, еслипри работающемустройстве,происходитотключениепитания симулятора,а на цифровойвход АЦП "Гашениеи преобразование"поступаетсигнал с ПК.Проблема решаетсяподачей сигналас ПК на входАЦП "Гашениеи преобразование"через логическийвентиль НЕ(микросхемаК1533ЛН1). [10] Выборданной серииобусловленее пониженнымэнергопотреблением,что являетсясущественным,т.к. при большихтоках потребленияна стабилизаторенапряженияК142ЕН5А будетвыделятьсябольшая мощность.Благодаря тому,что микросхемаК1533ЛН1 питаетсяот того же источникачто и АЦП, приотключенииэтого источникапроизойдети прекращениеподачи цифровогосигнала на входАЦП.
Врезультате,можно производитьвключение ивыключениеразработанногоустройстванезависимоот включениясимулятораи ПК.
4.5.Проектированиеисточникапитания и устройстваиндикации
Согласнотехническомузаданию, питаниепроектируемогоустройстванеобходимоосуществлятьот источниковпитания симуляторанапряжением15В. Для микросхемАЦП К1113ПВ1 и К1533ЛН1требуетсяисточник питаниянапряжением+5 В. Получениеданного напряжениябудет производитсяиз напряжения+15 В. Для этогоиспользуетсямикросхемастабилизаторанапряженияКР142ЕН5А, обеспечивающаявыходное напряжение+50,1В. Максимальноевходное напряжениемикросхемысоставляет15 В, максимальныйвыходной токравен 2 А. [11]
НастабилизаторенапряженияКР142ЕН5А будетпадать значительноенапряжениеравное 10 В. Поэтомунеобходимопроверить, непревышает лирассеиваемаяданной микросхемоймощность допустимую.Зная, что суммарныйток потребленияАЦП и инвертораравен 10+4=14 мА, определимрассеиваемуюмощность:
Вт;Этогораздо нижемаксимальнодопустимойрассеиваемоймощностистабилизатора.С целью улучшенияпереходныхпроцессов навыходе стабилизатораиспользуетсяконденсаторемкостью 0,1 мкФ.
Дляиндикациивключенияпитания в устройствепредусмотрениндикатор насветодиоде.В качествесветодиодаиспользуетсяприбор зеленогосвечения АЛ336В.Определимноминал токозадающегорезистора длясветодиода.Можно было быпитать индикаторот +5В, но при этомвозрастетрассеиваемаямощность настабилизаторенапряжения.Поэтому питатьсяиндикатор будетнепосредственноот -15 В (выборположительногоисточникаобусловленстремлениемобеспечитьравенствопотреблениятока от обоихисточниковпитания. Т.к.падение напряженияна используемомсветодиодесоставляет2,8 В, а номинальныйток потребленияравен 10 мА, номиналрезистораопределяетсякак:
Ом;Выберемближайшеезначение равное1200 Ом.
Мощность,выделяющаясяна данном резистореопределяетсякак:
Вт.Такимобразом мощностьрезисторадолжна бытьне менее 0,125 Вт.Однако, дляобеспечениябольшей надежности,будет применятьсярезистор срассеиваемоймощностью 0,25Вт.
Окончательнаяэлектрическаяпринципиальнаясхема разработанногоустройствасопряженияприведена нарис. 4.8. Переченьэлементов кпринципиальнойсхеме приведенв приложении2.
Схема электрическаяпринципиальнаяпредставленасогласно
ВЛГУ.466400.001.Э3.
Рис.4.8. Принципиальнаясхема устройствасопряжения.
5.Разработкапрограммногообеспечения
Послепреобразованияаналоговогосигнала в цифровуюформу с помощью
АЦПвозникаетнеобходимостьв программнойобработкеполученногоцифровогосигнала.
Разрабатываемаяпрограммаслужит длязапуска и остановкипрограммызахватавидеопоследовательности,которую та всвою очередьполучает изизображенияполученногосимулятором.Далее, полученныевидеоданныемогут бытьпреобразованыв сведения овнутреннейструктуресканируемогообъекта (телачеловека) свозможностьюреконструкциив различныхсечениях. Дляполучения этойвозможностинеобходимозапустить иостановитьпрограммузахватавидеопоследовательностипри достижениивращающейсягантрией симулятораопределенныхуглов поворота.Это и должнаосуществитьразрабатываемаяпрограмма.
Исходяиз этого можносформулироватьтребованияк программе.Программноеобеспечениедолжно решатьнесколькозадач:
1.Через определенныемоменты временипроизводитьсчитываниеданных, выдаваемыханалого-цифровымпреобразователем.
2.Преобразовыватьэти данные (10- разрядноедвоичное число)в значение углаповорота гантриисимулятора.
4.В зависимостиот угла поворотазапускать, азатем останавливатьпрограмму,отвечающуюза захватвидеопоследовательности.
5.Допускатьизменение угловначала и концазахвата.
6.Иметь возможностьнастройки подАЦП.
7.Допускатьвозможностьначальнойнастройки схемыдля полногоиспользованиядинамическогодиапазона АЦП.
Обобщеннаясхема алгоритмапрограммыпредставленав приложении1.
Главнымтребованиемк программеявляется возможностьработы в операционнойсистеме Windows,т.к. именно подней работаетпрограммазахватавидеопоследовательности.Кроме того, какбудет показанониже, толькос помощьювозможностейэтой операционнойсистемы можнодостаточнопросто осуществитьзапуск вышеуказаннойпрограммы.
Средойпрограммированиябыла выбранасистема Delphi3.Эта среда
используетязык ObjectPascal.ДостоинствамиDelphi3,повлиявшимина выбор ее каксреды программированияявляются: теснаяинтеграцияс программированиемв среде Windows95, подход, ориентированныйна формы и объекты,сверхбыстрыйкомпилятори, собственно,сам язык программированияObjectPascal.[12]
5.1Обмен даннымис АЦП
Программадолжна считыватьданные, выработанныеАЦП черезопределенныепромежуткивремени. Приемлемымспособом обеспеченияэтого являетсяопрос АЦП потаймеру. Взаимодействиес АЦП реализуетсяследующимобразом. Послеприема программойсообщения оттаймера, производитсяпроверка готовностиданных, получаемыхот АЦП, путемпроверки егосигнала "Готовность".Он поступаетна пятый битрегистра состояния.Поэтому послесчитыванияего значенияпроисходитдальнейшаяработа с АЦПлишь при равенствеэтого битаединице. Необходимоотметить, чтовремя преобразованияАЦП намногоменьше частотыего опроса,поэтому, прикорректнойработе АЦП,когда приходитсообщение оттаймера, циклпреобразованияАЦП должен бытьзакончен влюбом случае.Поэтому, приобнаружениинеготовностиданных АЦП,выдаетсясоответствующеедиагностическоесообщениесигнализирующеео неисправности.При наличииготовностиАЦП, программапроизводитсчитывание8-ми старшихразрядов кодаиз регистраданных и двухмладших разрядовиз регистрасостоянияпараллельногопорта.
Далеенеобходимозапустить АЦПна следующийцикл преобразования.Для этого программаустанавливаетна втором битерегистра управления(он подключенко входу АЦП"Гашение ипреобразование")значение логическойединицы путемзаписи во второйбит регистрауправлениянуля (т.к. этотбит являетсяинверсным). Этодействие вызываетгашение информации,содержащейсяв регистрепоследовательногоприближенияАЦП, т.е. он становитсяготовым к приемуи обработкеданных. Посленеобходимойзадержки программаустанавливаетэтот бит в единицу,что приводитк появлениюна линии "Гашениеи преобразование"нуля, - АЦП начинаетновый циклпреобразования.
Рассчитаеминтервал опросаАЦП необходимыйдля обеспечениязаданной точности.Так как гантрисовершаетполный оборот(360) градусов за40 секунд, то времяtнеобходимоедля прохода0,5 градуса вычисляетсяпо формуле:
.Изэтого следуетвывод о необходимостиопроса АЦПчерез каждые0,05с т.е. интервалтаймера устанавливаетсяравным 50 мс. Вообще,как было показановыше, выбранный10-разрядныйАЦП допускаетточность до0,35 градуса. Но, программноэтой, и болеевысокой точности(при установленнойскорости вращениягантрии) добитьсяне удастся, всвязи с системнымограничениемминимальногоинтервалатаймера, а такжеиз-за задержекприбытия сообщенийот таймера.
5.2Преобразование полученныхданных
Послеобмена даннымис АЦП происходитпреобразованиесчитанныхданных в одноцелое число,характеризующееуровень сигналана входе АЦП.Т.к. АЦП имеет10 разрядов эточисло принимаетзначения от0 до 1023. Вычислениеего происходитпо формуле:
гдеN- искомое число;data- двоичное 8-миразрядноезначение, полученноепутем считывания8-ми старшихразрядов кода;data9- значение девятогоразряда кода;data10- значение десятогоразряда кода.
Сцелью максимальнойгибкости программы,существуетвозможностьее настройкидля возможностиинверснойподачи сигналана вход АЦП.При этом всев программеостается безизменений, кроме формулывычисленияN,которая изменяетсяследующимобразом:
.Фактически,в данном случае,инверсия подаваемогосигнала какбы компенсируетсяоперациейинверсии выходногокода, а все остальноев программеработает также, как если бывходной сигналне инвертировался.
Затемнеобходимопреобразоватьполученноечисло в значениеугла поворотагантрии
.Этот уголпреобразуетсяв угол 
,удобный длясравнения суглами запускаи остановкипрограммызахватавидеопоследовательности,которые такжепосле их вводапреобразуютсяв удобный формат.Это действияосуществляютсяпо следующимформулам.1.Если
:
2.Если
:
где:
- определенноепри настройкепрограммызначение выходногокода, вырабатываемогоАЦП, когда гантриясимуляторанаходится вположении 0градусов; 
- количествоградусов водном отсчетеАЦП (этот параметртакже определяетсяпри настройкепрограммы).5.3Запуск и остановкауправляемойпрограммы
Полученноепо вышеприведеннымформулам значениеугла
сравниваетсяс заданнымивеличинамизапуска и остановки.Программаобеспечиваетзапуск сканированияпри проходеустановленногозначения запускав направленииустановленногозначения остановки.Например, еслиугол запускаравен 270 градусам,а угол остановки- 90 градусам, тостартовоесообщениеуправляемаяпрограммапримет припроходе гантриейугла 270 градусовв направлении260 градусов; асообщение обостановке будетсгенерированопри проходеугла 90 градусовв направлениик 80 градусам.В других случаях(другое направлениевращения гантрии)ничего не произойдет.Для осуществленияэтих действийнеобходимоприменениеэффективногоалгоритма,позволяющегопроизводитьвсе необходимыедействия закратчайшеевремя. Это нужнодля сведенияк минимумувремени захватасистемныхресурсовразрабатываемойпрограммой,с целью минимальныхпомех программезахватывающейвидеопоследовательность.Другаяпроблема заключаласьв активизациии остановкепрограммызахватавидеопоследовательности.Данная программапоставляетсякак программноеобеспечениевидеобластера,и, соответственнонет никакойвозможностиподогнать еепод разрабатываемуюпрограмму.Следовательно,необходимоподстраиватьпод нее разрабатываемуюпрограмму.
Программазахватавидеопоследовательностидля запускаи остановкизахвата выводитокно (см. рис.5.1).
Рис.5.1.Диалоговоеокно программывидеобластера.
Вокне присутствуютдве кнопки:"Ok"и "Cancel".При щелчкемышью на кнопке"Ok" происходитначало захватавидеопоследовательности,остановказахвата происходитпри щелчке накнопке "Cancel".Кроме тогощелчок по кнопке"Ok"эквивалентеннажатию клавиши"Enter",а результатщелчка по кнопке"Cancel"соответствуетрезультатупри нажатииклавиши "Escape".Из этого следуетвывод о единственновозможномрешении поставленнойзадачи: необходимокаким-либопрограммнымспособом сэмулироватьнажатие кнопокв окне или клавишна клавиатуре.Кнопки в диалоговомокне возможнонажать лишьпутем посылкиим сообщенийс помощью функцииAPIWindowsSendMessage.Эта функцияимеет несколькоследующиепараметры: hWnd- дескрипторокна которомупосылаетсясообщение; Msg- вид посылаемогосообщения, вданном случаеон равен wm_KeyDown.[13] Однако применениеэтой функциипредставляетзатруднения:необходимоопределятьдескрипторокна, которомупосылаетсясообщение.Более простыми эффективнымспособом являетсяэмуляция нажатияклавиш на клавиатуре.Единственнымспособом этосделать являетсяиспользованиеслабо документированнойфункции Windows- keybd_event.Функция имеетчетыре параметра:bVk- виртуальныйкод клавиши,bscan- скан код клавиши,dwFlags- значения,определяющиевариантыиспользованияфункции, dwExtraInfo- дополнительныеданные, ассоциированныес функцией. Этафункция непосредственновызываетсяклавиатурнымдрайвером посленажатия наклавишу, приэтом, а такжепри попыткеприменитьданную функциюбез параметров,она считываетнеобходимыеей данные изстека. Прииспользованиифункции вразрабатываемойпрограмме ейпередаетсяединственныйпараметр -виртуальныйкод клавиши,а остальныепараметрыобнуляются.Виртуальныйкод клавишиустанавливаетсяв значениеvk_Return,при эмуляциинажатия наEnter,и vk_Escape,при эмуляциинажатия наEscape.
4.5Настройкапрограммы.
Известно,что любые элементыимеют разброспараметров.Поэтому, использованиединамическогодиапазона АЦПможет бытьнеполным илинаоборот, можетвозникнутьперегрузкаего аналоговоговхода. Длярегулировкииспользованиядинамическогодиапазона АЦПслужит резисторR6(см. рис. 4.7). Меняяего сопротивление,можно менятьмаксимальноенапряжениена входе АЦП,и тем самымизменять коэффициентиспользованиядинамическогодиапазонапреобразователя.Необходимостьэтого возникаетпри настройкеизготовленнойсхемы. Обычнымрешением являетсяустановкагантрии симуляторав крайнее положение,(соответствующеемаксимальновозможномувходному аналоговомусигналу) и достижениенапряженияполной шкалына входе АЦП,путем изменениясопротивлениярегулировочногорезистора содновременнымзамером напряженияна входе АЦП.Однако зачемизмерять напряжение,когда АЦП посути уже самего измерил.Поэтому настройкаиспользуемогодинамическогодиапазона АЦПосуществляетсяанализом еговыходного кода.Для этого запустивпрограмму навыполнениенеобходимовыбрать в странице"Настройки" пункт "ДиапазонАЦП" (см. рис.5.2) и нажать кнопкунастроить.
Рис.5.2 Страница"Настройка"диалоговогоокна программы.
Послеэтого гантриустанавливаетсяв положение190 градусов(действительно,нет никакойнеобходимостиустанавливатьее в крайнееположение). Наэкране в этовремя отобразитсякоэффициентиспользованиядинамическогодиапазона АЦПв процентахAcpUsed,вычислениекоторого производитсяпо формуле:
Далее,уменьшаясопротивлениерегулировочногорезистора(изначальноон должен находитсяв положениимаксимальногосопротивления)надо добитьсяиспользованияпримерно 99 % диапазона АЦП.При уменьшениикоэффициентаиспользованиявозможностейАЦП, будет возрастатьпогрешностьопределенияугла поворотагантрии. Однако,этот коэффициент,хоть он и запоминаетсяпрограммой(исключительнодля информации),на процессопределенияугла поворотагантрии невлияет, т.к. посленастройкииспользованиядинамическогодиапазона,проводитсянастройкапрограммы.
Дляправильногофункционированияпрограммынеобходимонастроить ее.Настройкаосуществляетсяпутем установкигантрии симуляторапоследовательнов два заданныхположения, ссчитываниеми запоминаниемкода, выдаваемогоАЦП в этихположениях.Необходимостьданной настройкиопределяетсяналичием напряженийсдвига у элементовсхемы (операционныхусилителейи аналого-цифровогопреобразователя).Для уменьшенияпогрешностей,в качествеположенийгантрии выбраныдва угла: 170 и 190градусов, хотя,в принципе этомогли бытьлюбые углы.Напрашивающиесякрайние положенияв 180 градусов(при поворотегантрии в однуи затем в другуюсторону) небыливыбраны исключительнодля удобстванастройки иисключениянеоднозначности,которая моглабы привестик неправильнойнастройке.Настройкаосуществляетсяследующимобразом. Запустивпрограмму, надовыбрать страницублокнота "Настройки",затем опцию"170 градусов",и нажать кнопку"Настроить"(рис. 5.2). В это времяпрограмманачинает опросАЦП по таймеруи постоянноотображаетна экране код,вырабатываемыйАЦП. Теперьнеобходимоустановитьгантрию симуляторав положение170 градусов инажать кнопку"Готово". Передтем как сохранитьнастройку,программапопросит пользователяподтвердитьвыбор настройки.Выход из процессанастройки безсохранениянастроек возможени при нажатиина кнопку "Отмена".После подтвержденияосуществленнойнастройки,программасохраняет ее,в виде глобальнойпеременной.Аналогичнымобразом происходитпроцесс настройкив положениигантрии в 190градусах.
Какбыло сказано,произведенныенастройкисохраняются,в переменныхпрограммы.Собственнов переменныхсохраняютсязначения кода,вырабатываемогоАЦП, при углахповорота гантрии170 и 190 градусов.Эти значенияиспользуютсядля вычислениядействительногоположениягантрии, выраженногонепосредственнов градусах.Выше был показанспособ определенияположениягантрии, и вформулах фигурировалипеременные
и .Их значенияопределяютсяисходя из настроекследующимобразом:
где:
- значение выходногокода, вырабатываемогоАЦП, когда гантриясимуляторанаходится вположении 0градусов; - количествоградусов водном отсчетеАЦП; 
- код, выработанныйАЦП, при положениигантрии 190 градусов. 
- код, выработанныйАЦП, при положениигантрии 170 градусов.Настранице"Дополнительно"окна программы,есть возможностьдополнительныхнастроек (см.рис.5.3). Так программадопускаетизменениеинтервалатаймера и выборадреса используемогопараллельногопорта. Возможностьизмененияинтервалатаймера позволяет,при необходимости,производитькорректировкучастоты опросаАЦП, для обеспечениянормальногосовместногофункционированияданной программыи программногообеспечениявидеобластера.Изменениеадреса используемогопараллельногопорта позволяетподключатьаппаратнуючасть устройствак любому параллельномупорту (если накомпьютереих несколько).
Рис.5.3 Страница"Дополнительно"диалоговогоокна программы.
Необходимоотметить, чтопроизводитьнастройкупрограммынеобходимопосле изменениянастройки схемына динамическийдиапазон АЦП.Данные о настройкепрограммы, оиспользованиидинамическогодиапазона АЦП,а также углызапуска и остановкипрограммызахватавидеопоследовательностисохраняютсяв ini- файле.
5.6Использованиепрограммы.
Программуобработкиданных можнозапускать какдо, так и послевключенияустройствасопряжения.Перед первымиспользованием,а также послеизмененияиспользуемогодинамическогодиапазона АЦП(путем настройкиаппаратнойчасти) программануждается внастройке.Настройкапроизводитсяпри положенияхгантрии 170 и 190градусов (см.пункт "Настройкапрограммы").Необходимостьв настройкеможет возникнутьи при утерефайла настроек,хранящегосяв каталогеWindows.Если файл снастройкамиотсутствуетв данном каталоге,а также еслинастройкиневерны (призагрузке файлапроисходитпроверка ихкорректности)выдаетсяпредупреждающеесообщение, вкотором операторупредлагаетсяпроизвестинастройкупрограммы. Диалоговоеокно программына странице"Слежение"показано нарис. 5.3.
Рис.5.3. Диалоговоеокно программына странице"Слежение".
Послезапуска страницаблокнота Слежениеявляется активной(см. рис. 5.3.). Онасодержит дваполя редактирования и две кнопки- "Старт " и "Стоп".Если программанастроена, томожно производитьисследования.Моменты запускаи остановкипрограммызахватавидеопоследовательностивводятсянепосредственнов градусах вдвух поляхредактирования.После потерифокуса полемредактированияпроисходитпроверка корректностивведенногозначения, вслучае некорректногоего ввода (напримеруглы запускаи остановкиравны) отображаетсясоответствующеесообщение, ивосстанавливаетсяпредыдущеезначение. Запуски остановкаслежения зауглом поворотагантрии производятсясоответственнокнопками "Старт"и "Стоп". Приактивизациислежения (нажатиена кнопку "Старт"),происходитблокировкастраницы настроек,для устранениявозможностиих изменения.Аналогично,и в процессенастройкиневозможновыполнятьслежение. Впроцессе слеженияпроисходитнепрерывное(по таймеру)считываниеданных о положениигантрии симулятораи сравнениеих с угламизапуска и остановкизахватавидеопоследовательности.При обнаружениипревышенияуглом поворотагантри заданногоугла началазахвата эмулируетсянажатие наклавишу "Enter",а после проходазаданного углаконца захватаэмулируетсянажатие на"Escape".В режиме сканированияв правой нижнейчасти окнанепрерывноотображаетсяугол поворотагантри симулятора.
Необходимымусловием правильногофункционированиясистемы являетсяналичие активного(!) диалоговогоокна программызахватавидеопоследовательности.Причем в фокуседолжна находитсякнопка, отвечающаяза старт этойпрограммы (этопроисходитавтоматическипри выводеокна). При выполненииданных условийсэмулированные нажатия наклавиши "Enter"и "Escape"приведут кзапуску и остановкезахватавидеопоследовательностипри достижениигантри симулятораопределенных(заданных) углов.Для обеспечениявышеуказанныхсобытий необходимопосле запускаслежения зауглом поворотагантрии (нажатияна кнопку "Старт")произвестиактивизациюокна запускаи остановкипрограммызахватавидеопоследовательности.Затем можноосуществлятьрентгеноскопиюобъекта вращающимисяисточникоми приемникомрентгеновскогоизлучениярасположеннымина противоположныхконцах гантри.Запись получаемогоизображенияначнется изакончитсяв заданныемоменты, т.е.при заданныхуглах поворотагантри.
Послеокончанияработы с программой,ее необходимозакрыть, приэтом произойдетсохранениенастроек, атакже угловначала и концазаписи изображения.
Какбудет показанониже, программуможно запускатьи закрыватькак до, так ипосле включенияили выключенияустройства.Однако можнопорекомендоватьсначала запускатьпрограмму, илишь затемвключать устройство,т.к. при запускепроисходитинициализацияпорта с установкойв требуемыезначения используемыхразрядов.
Необходимоотметить, чторазработаннаяпрограмма имеетвозможностьправильнофункционироватьна компьютерах,параллельныйпорт которыхможет работатьв двунаправленномрежиме. Используякомпьютер, укоторого естьвозможностьработы параллельногопорта в разныхрежимах, необходимоустановитьрежим работыпорта как EPP.
6. Конструкторскийраздел
6.1. Расчетнадежности
В общем случаепри конструированиинадежностьоцениваетсяпоказателямибезотказностии долговечности.Нормируемымипоказателямибезотказностиизделия являютсявероятностьбезотказнойработы, средняянаработка допервого отказаили наработкана отказ, параметрпотока отказовили интенсивностьотказов. Основныепоказателидолговечности - средний
(гамма - процентный)срок службыи средний (гамма- процентный)ресурс. Припрогнозированиинадежностиизделия радиоэлектронныхсистем используютрасчетные иэкспериментально-статическиеметоды. [14] Аналитическиеметоды оценкинадежностиимеют ограниченныеобласти примененияв отношенииразличных группизделий, компонентов,видов отказов.
Методыоценки показателейбезотказностирадиоэлектронныхсистем привнезапныхотказах базируютсяна упрощеннойлогико-вероятностноймодели независимыхотказов компонентови на наличииисходной справочнойинформациио - характеристикахкомплектующихэлементов.Такие методынаиболее применимыдля оценкинадежностиизделий с типовой(унифицированной)базой.
При расчетепоказателейнадежностипринимаютсяследующиедопущения : - элементы могутнаходитьсяв двух состояниях- работоспособностии неработоспособности;
- функциявероятностибезотказнойработы элементовподчиняетсяэкспоненциальномузакону.
Интенсивностьотказов определяетсяпо формуле :
,где рэа- суммарнаяинтенсивностьотказов РЭА;
Кам - коэффициент,учитывающийналичие амортизацииаппаратуры( Кам = 0,85 при наличииамортизации,Кам = 1 без амортизации);
Кк обсл -коэффициенткачества обслуживанияаппаратуры( Кк обсл = 1 длябытовой РЭА,Кк обсл = 0,5 дляРЭА производственно-техническогоназначения);
эi- эксплуатационнаяинтенсивностьотказов i- го типа изделий;
n- количествотипов изделийв РЭА.
Расчетнаямодель эксплуатационнойинтенсивностиотказов интегральныхмикросхем имеетвид :
= оКэ Кпопр ,
Коэффициент,учитывающийусловия эксплуатациидля стационарнойаппаратурыв лабораторныхусловиях равен1, переноснойаппаратуры- 1,7, подвижной- 1,5, применяемойна судах - 2. Приэксплуатацииинтегральныхмикросхем воблегченныхрежимах, а такжепри условиипроведенияспециальныхмероприятийпо облегчениюнадежностиаппаратуры(проведениявходного контроля,дополнительныхотбраковочныхиспытаний плат,узлов, блокови т. д.) рекомендуетсядля определенияэксплуатационнойинтенсивностиотказов дополнительноиспользоватьпоправочныйкоэффициентКпопр, равный:
0,2 ... 0,4 - при эксплуатациимикросхем воблегченныхрежимах ;
0,4 ... 0,7 - при проведениикомплексадополнительныхмероприятий;
0,1 ... 0,3 - при эксплуатациив облегченномрежиме и проведениикомплексадополнительныхмероприятий.
В случаеотсутствиястатическихданных по одля ориентировочнойоценки эксплуатационнойинтенсивностиинтегральныхмикросхем можновоспользоватьсярасчетноймоделью :
э = осгКсл Кэ ,
где осг- интенсивностьотказов интегральныхмикросхемданной группыпри нормальныхусловиях эксплуатациии номинальнойэлектрическойнагрузке; дляаналоговыхи цифровыхполупроводниковыхинтегральныхмикросхем осг= 42 10-8 1/ч.Коэффициентучитываетстепень интеграции и температурукристалла(корпуса).
В проектируемомприборе используютсякомпонентысо следующимиинтенсивностямиотказов.
МикросхемыК140УД25, К1113ПВ1А имеютинтенсивностьотказов э= 0,00000042 1/ч
Значениеинтенсивностиотказов полупроводниковыхприборов вусловиях эксплуатациирасчитываютсяпо следующимматематическиммоделям :
для диодоввыпрямительныхи импульсных
э = осгКр Кф Кдн Кэ1 Кэ,
где Кф - коэффициент,учитывающийфункциональноеназначениеприбора и зависитот группы изделия(диоды) и функциональногорежима работы
(линейныйКф = 1, выпрямительныйКф = 1,5 );
Кдн - коэффициент,зависящий отвеличины максимальнодопустимойпо техническимусловиям нагрузкепо мощностирассеиванияили среднемупрямому току(для диодоввыпрямительныхи импульсныхКдн = 1);
Кэ1 - коэффициент,зависящий отвеличины отношениярабочего напряженияк напряжениюмаксимальнодопустимомупо техническимусловиям ( Кэ1= 0,75 ).
Математическаямодель длярасчета интенсивностиотказов кнопок:
э = осгКр Ккк Кэ,
где осг= 7 10-8 1/ч.
Коэффициентрежима длякоммутационныхизделий зависитот температурыокружающейсреды и от отношениярабочего токак минимальнодопустимомутоку по техническимусловиям ( Кр= 0,85 ).
Математическаямодель длярасчета значенийэксплуатационнойинтенсивностиотказов керамическихконденсаторовследующая :
э = осгКр Кс Кэ,
где Кр - длякаждой группыконденсаторовзависит оттемпературыокружающейсреды и отношениярабочего напряженияк номинальномунапряжению;
коэффициентКс определяетсядля соответствующейгруппы конденсаторови зависит отвеличины номинальнойемкости.
Математическиемодели длярасчета значенийэксплуатационнойинтенсивностиотказов резисторовследующие :
для углеродистыхинтенсивностьотказов
э= оКр Кг Кэ,
где о- интенсивностьотказов типа резистора,соответствующаяноминальнойэлектрическойнагрузке имаксимальнодопустимойпо техническимусловиям температуреокружающейсреды.
ВеличинакоэффициентаКэ зависит отгруппы аппаратуры.Величина коэффициентарежима Кропределяетсягруппой, к которойпринадлежитданный резистор.температуройокружающейсреды, отношениемрабочей мощностик номинальноймощности Рн.
КоэффициентКг зависит отгруппы резистораи величиныноминальногосопротивления:
при R100 кОм , Кг = 0,5
при 1000 кОмR 1 МОм Кг =2,7
при R1 МОм Кг = 0,7
Для резисторовпеременныхнепроволочныхинтенсивностьотказов :
э = оКр Кэ1 Кг Кэ.
Для оценкиэксплуатационнойинтенсивностиотказов трансформаторовприменяетсямодель вида:
э = эсгКт Кэ ,
где эсг- среднегрупповаяинтенсивностьотказов трансформаторовв бытовой наземнойстационарнойаппаратурев лабораторныхусловиях притемпературеэксплуатации20 градусов ( эсг = 0,0000017 1/ч ), Кт -коэффициентрежима, являющийсяфункцией температурыокружающейсреды ( при 20градусах Кт= 11 ), Кэ - коэффициент,зависящий отусловий эксплуатации.
Кроме этого,в расчетахнеобходимоучитыватьинтенсивностьотказов проводови паянных соединений:
для проводовсоединительных э= 1,510-928 = 42 10-9 1/ч
для пайкипечатногомонтажа э= 110-880 = 80 10-8 1/ч
для пайкинавесногомонтажа э= 310-832 = 168 10-8 1/ч
Значениекоэффициентови интенсивностиотказов радиоэлементовприведены втабл. 6.1.
Табл. 6.1.
Интенсивностьотказа радиоэлементов.
| Наименование | Марка | Кол-во | Э10-61/ч | Эi10-61/ч |
| 1. Микросхемы | К140УД25А | 2 | 4,2 | 8,4 |
| К142ЕН5А | 1 | 4,2 | 4,2 | |
| К1113ПВ1А | 1 | 4,2 | 4,2 | |
| КР1533ЛН1 | 1 | 4,2 | 4,2 | |
| 2. Резисторы | МЛТ | 5 | 0,01 | 0,05 |
| СП-5 | 1 | 0,01 | 0,01 | |
| 3. Диоды | АЛ336В | 1 | 0,5 | 0,5 |
| Д18 | 1 | 0,5 | 0,5 | |
| 2С166В | 2 | 0,5 | 1 | |
| 4. Конденсаторы | КМ-5 | 1 | 0,8 | 0,8 |
| 5. Переключатель | П2К | 1 | 5,2 | 5,2 |
| 6. Пайка | 80 | 0,01 | 0,8 | |
| 7. Провода | ||||
Полнаяинтенсивностьопределяетсяпо формуле :
где Кам = 1, Кк.обсл = 1. Исходяиз этого:
29,8610-6 1/чСредняя наработка доотказа :
Т = 1/ рэа33489 ч.
6.2.Разработкаконструкции
Конструкцияразработанногоустройствасопряжения,а также выбориспользуемыхэлементов иматериаловобусловленфункциональнымиособенностямисхемы и условиямэксплуатацииустройства.Группа эксплуатациипервая. Дляданной группыдиапазон рабочихтемпературнаходится впределах от+5 до +40 градусов,влажность 80 %.Все используемыерадиоэлементыимеют эксплутационныехарактеристики соответствующиеуказанномудиапазону.
С экономическойточки зренияцелесообразноприменять сериюрезисторовМЛТ, которыесоответствуютусловиямэксплуатации:предельноерабочее напряжение250 В, температураокружающейсреды от – 60 до+70 градусов Цельсия.В схеме используютсярезисторыМЛТ-0,125 и МЛТ-0,25.
В устройствеиспользованкерамическийконденсатор.Обусловленоэто небольшимиразмерами ивысокой надежностьюкерамическихконденсаторов.
Для индикацииработы устройстваприменяетсяарсенид – галлиевыйсветодиодзеленого свечения.Светодиодыданного типаимеют высокуюяркость свечения,низкое рабочеенапряжение,малую инерционность,большой срокслужбы, обладаютвысокой устойчивостьюк механическимвоздействиям.
В качествевключателяпитания используетсякнопочныйпереключательП2К.
Устройствосопряжениявыполняетсяна печатнойплате, котораявыполнена наоснове стеклотекстолита.Стеклотекстолитпо сравнениюс также применяемымдля этой целигетинаксомобладает болеевысокой прочностью
при сжатии,а также теплостойкостьюи минимальнымводопоглощением.Несмотря нато, что гетинаксболее дешев,целесообразнееиспользоватьматерил негигроскопичныйи механическипрочный. Поэтомупечатную платуустройствапредполагаетсявыполнять настеклотекстолитемарки СФ-2-35-1,5.
Плата изготовляетсяфотохимическимметодом. Напервом этапе,после сверленияотверстий,осуществляетсяих металлизацияхимико-гальваническимспособом. Далеесоздаетсязащитный рельефс помощью трафаретнойили фотопечати.И, после гальваническогоосажденияметаллическогослоя, устойчивогопри травлении,осуществляетсянепосредственнотравление.Метод обладаетнаивысшейточностью иразрешающейспособностью,не требуетсложногооборудования,позволяетосуществлятьлегкий переходот одной схемык другой. Методиспользуетсяв серийном иопытном производстведвустороннихпечатных плат.[15]
Примерразработкиплаты печатнойпредставленсогласноВлГУ.466400.001.
Корпус дляустройства,состоящий изверхней и нижнейкрышек, предполагаетсявыполнитьлитьем из пластмассы.Выбор данногоматериалаобусловлендешевизнойпластмассовыхкорпусов,технологичностьюизготовления,малым весом.А т.к. устройствоотличаетсямалыми размерами,применениепластмассы,позволяетдостичь необходимоймеханическойпрочности. Длясоединениядвух крышеккорпуса используются4 винта М3, которыетакже осуществляюткрепление платыв корпусе. Такоерешение повышаеттехнологичностьпроизводстваи удешевляетконструкцию.
В верхнейкрышке корпусанаходитсяотверстие длясветодиода.На боковойповерхностикрышки корпусанаходитсякнопка включенияпитания.
Внешнийвид приборапредставленсогласноВлГУ.466400.001.ГЧ
7.Рекомендациипо организациирабочего меставрача топометриста
Разработанноеустройствопредполагаетсяэксплуатироватьсовместно срентгеновскимсимуляторомSLS-9.При проведенииисследований,врач будетработать срентгеновскимсимулятороми персональнымкомпьютером.Исходя из этогоможно выделитследующиевредные факторы,возникающиепри использованииустройства:воздействиеионизирующегоизлучения ифакторы, обусловленныеработой сперсональнымкомпьютером.Уровни воздействиярентгеновскогоизлучениярегламентируютсядокументомНРБ - 96. [16] А при работес персональнымкомпьютеромдолжны выполнятьсятребованияуказанные внормативномдокументе"Санитарныеправила и нормы2.2.2.542 - 96 Гигиеническиетребованияк видеодисплейнымтерминалам,персональнымэлектронно-вычислительныммашинам и организацииработы". [17]
Наиболеезначимой опасностьюявляется воздействиеионизирующегоизлучения. Всоответствиис нормами НРБ-96[13] , персонал,работающийс симуляторомможно отнестик категорииБ. К категорииБ принадлежитперсонал, т.е.лица, которыепостоянно иливременно работаютс источникамиионизирующихизлучений. Вкачестве основныхдозовых пределовв зависимостиот группы критическихорганов длякатегории Аустановленапредельнодопустимаядоза за год.Для групп критическихорганов 1,2 и 3 онасоставляетсоответственно5, 15 и 30 бэр за год.
Длязащиты персоналаот ионизирующихизлученийпредусмотреныспециальныемеры безопасности.Так, помещениедля проведенияисследований- процедурнаясконструированаи оборудованоспециальнымобразом. Полв помещениипокрыт специальнымлинолеумом,края которогоподняты навысоту 20 см итщательнозаделаны. Стеныдля защиты отионизирующихизлученийпокрыты барритом,специальнымматериаломв виде штукатурки.Двери в процедурнуюпроложенылистовым свинцомтолщиной 1,5 мм.Смотровое окноиз пультовойв процедурнуюсделано изпросвинцованногостекла, толщиной20 мм. Для контроляпоглощеннойдозы, каждыйисследователь,работающейс рентгеновскойаппаратуройимеет индивидуальныйдозиметр.Вышеописанные,а также ряддругих технических,санитарно-гигиеническихи лечебно-профилактическихмероприятийобеспечиваютвыполнениетребованийНРБ-96.
Припроведенииисследованийвзаимодействиеврача топометристас аппаратнойчастью комплексабудет заключатьсялишь во включенииустройстваперед началомработы и в выключенииего после ееокончания.Поэтому в основномврач работаетс программнойчастью, используяперсональныйкомпьютер. Ввышеуказанномнормативномдокументеопределеныследующиетребованияпри работе сперсональнымкомпьютером.Требованияк видеодисплейнымтерминалами персональнымэлектронно-вычислительныммашинам, требованияк помещениям,требованияк микроклимату,содержаниюаэроионов ивредных химическихвеществ в воздухепомещений,требованияк шуму и вибрации,требованияк освещению,требованияк организациии оборудованиюрабочих мест.
Используемыйкомпьютер(включая ВДТ)имеет гигиеническийсертификат,поэтому всетребованияи вредные факторы(напряженностьэлектромагнитных и электростатическихполей, поверхностныйэлектростатическийпотенциал,визуальныепараметры ВДТ)соответствуютнормативнымдокументам.
Нормативныедокументытребуют чтобыв помещениях,в которых работана ВДТ и ПЭВМявляетсявспомогательной(а именно такаяработа и будетпроводитсяврачом топометристом),уровни шумана рабочихместах не превышлизначений,установленныхдля данныхвидов работ"Санитарныминормами допустимыхуровней шумана рабочихместах" № 3223-85.Уровень вибрациине должен превышатьдопустимыхзначений согласно"Санитарнымнормам вибрациирабочих мест"№3044-84.
Температура,относительнаявлажность искорость движениявоздуха нарабочем местене должнысоответствоватьдействующимсанитарнымнормам микроклиматапроизводственныхпомещений №4088-86.
Содержаниевредных химических веществ в воздухепомещения недолжно превышать"Предельнодопустимыхконцентрацийвредных веществв воздухе рабочейзоны" № 4617-88.
Уровниположительныхи отрицательныхаэроионов ввоздухе помещенияс ВДТ и ПЭВМдолжны соответствовать"Санитарногигиеническимнормам допустимыхуровней ионизациивоздуха производственныхи общественныхпомещений"№ 2152-80.
ПЭВМс которой предстоитработать врачутопометристуустановленав больничномпомещении.Поэтому вышеперечисленныенормативныетребованияк микроклимату,содержаниюаэроионов ивредных химическихвеществ, к шумуи вибрации,выполняются,т.к. требованияк данной категориипомещенийгораздо выше.
Помещение,где предполагаетсяработа врачатопометристас ПЭВМ имеетестественноеи искусственноеосвещение, чтосоответствуеттребованиямСанПиН 2.2.2.542-96. Такжевыполненотребованиеи по площадии объему, приходящемусяна одно рабочееместо - 6,0 кв.м. и24,0 куб.м. соответственно(в помещенииплощадью размером 463установленаодна ПЭВМ).
Искусственноеосвещениепомещенияосуществляетсясистемой общегоравномерногоосвещения спомощью люминесцентныхламп типа ЛБ.Нормы по освещениюрабочего меставыполнены приконструированиисистемы освещенияОднако, дляобеспечениянормируемыхзначений освещенностив помещении,следует проводитьчистку стеколоконных рами светильниковне реже двухраз в год и проводитьсвоевременнуюзамену перегоревшихламп.
Согласнонормам, рабочиеместа с ВДТ иПЭВМ по отношениюк световымпроемам должнырасполагатьсятак, чтобыестественныйсвет падалсбоку. Исходяиз этого предлагаетсяследующая схемарасположенияПЭВМ в помещениипредставленнаяна рис.7.1.
Рис.7.1Рекомендуемаясхема установкиПЭВМ в помещениидля
проведенияисследований.
1– симуляторная,2 – лаборатория,3 – оборудование,4 – симулятор,
5– пульт управления,6 – рабочий стол,7 – рабочий стул,8 – монитор, 9 –
клавиатура.
Оконныепроемы помещениянеобходимоснабдить устройствамирегулированиясвета, типажалюзи илизанавеси.
Оборудованиеи организациярабочего местадолжно обеспечитьсоответствиеконструкциивсех элементоврабочего местаи их взаимногорасположенияэргономическимтребованиямс учетом характеравыполняемойдеятельности,комплексноститехническихсредств, форморганизациитруда и основногорабочего положенияпользователя.Конструкциярабочего столадолжна обеспечиватьоптимальноеразмещениена рабочейповерхностииспользуемогооборудованияс учетом егоколичестваи конструктивныхособенностей,характеравыполняемойработы. Приэтом допускаетсяиспользованиерабочих столовразличныхконструкцийотвечающихсовременнымтребованиямэргономики.Согласно нормативнымтребованиям,высоту рабочегостола предполагаетсяустановитьравной 285 мм.Рабочий столбудет иметьпространстводля ног высотойне менее 600 мм,шириной неменее 500 мм, глубинойна уровне колен- не менее 450 мм, и на уровневытянутых ногне менее 650 мм.
Конструкциярабочего стула(кресла) должнаобеспечиватьподдержаниерациональнойрабочей позыпри работе сПЭВМ, позволятьизменять позус целью снижениястатическогонапряжениямышц шейно-плечевойобласти и спиныдля предупрежденияразвития утомления.Рабочий стул(кресло) долженбыть подъемно-поворотными регулируемымпо высоте иуглам наклонаспинки и сидения,а также расстояниюспинки от переднегокрая сиденья,при этом регулировкакаждого параметрадолжна бытьнезависимой,легко осуществляемойи иметь надежнуюфиксацию. Поверхностьсиденья, спинкии других элементовстула (кресла)должна бытьполумягкой,с нескользящим,неэлектризующимсяи воздухопроницаемымпокрытием,обеспечивающимлегкую очисткуот загрязнений.Конструкцияего должнаобеспечивать:
-поверхностьсидения сзакругленнымпередним краем;
-ширину и глубинуповерхностисидения неменее 400 мм;
-регулировкувысоты поверхностисидения в пределах400-550 мм и угламнаклона впереддо 15 град. и назаддо 5 град.
-высоту опорнойповерхностиспинки 300 мм, ширину- не менее 380 мми радиус кривизныгоризонтальнойплоскости впределах 400 мм;
-угол наклонаспинки в вертикальнойплоскости впределах 0 03 градусов;
-регулировкурасстоянияспинки от переднегокрая сиденьяв пределах 260-400 мм;
-стационарныеили съемныеподлокотникидлиной не менее250 мм и шириной- 50 -70 мм;
-регулировкуподлокотниковпо высоте надсиденьем впределах 230 30мм и внутреннегорасстояниямежду подлокотникамив пределах 350- 500 мм.
Экранвидеомониторадолжен находитсяот глаз пользователяна оптимальномрасстоянии600-700 мм, но не ближе500 мм с учетомразмеровалфавитно-цифровыхзнаков и символов.
Впомещенииежедневнодолжна проводитсявлажная уборка. Желательнотакже производитьего проветривание,что обеспечиваетулучшениекачественногосостава воздуха,в том числе иаэроионныйрежим. Помещениедолжно бытьоснащено аптечкойпервой помощии углекислотнымиогнетушителями.
Продолжительностьработы с ПЭВМне должна превышать6 часов в день.Для обеспеченияоптимальнойработоспособностии сохраненияздоровьяисследователя,на протяжениирабочей сменыдолжны устанавливатьсярегламентированныеперерывы, суммарноевремя которыхдля даннойработы должнобыть не менее30 минут. Перерывыследует установитьчерез 2 часа отначала рабочейсмены и через2 часа послеобеденногоперерывапродолжительностью15 минут каждый.Во время регламентированныхперерывов сцелью снижениянервно-эмоциональногонапряжения,утомлениязрительногоанализатора,устранениявлияния гиподинамиии гипокинезии,предотвращенияразвития утомленияцелесообразновыполнятькомплексыспециальныхупражнений.
Согласнонормативнымтребованиям,к непосредственнойработе с ВДТи ПЭВМ допускаютсялица, не имеющиепротивопоказаний.Они должныпроходитьпериодическиеосмотры в порядкеи в сроки, установленныеМинздравмедпромомРоссии иГоскомсанэпиднадзоромРоссии. Необходимоотметить чток выполнениюлюбых видовработ с ВДТ иПЭВМ не допускаютсябеременныеи кормящиеженщины.
Заключение.
В рамкахданной дипломнойработы былапроизведенаразработкапрограммно-аппаратногокомплекса длямониторингарентгеновскогосимулятораSLS-9.Это позволилоосуществлятьработу данногосимуляторав режиме компьютернойтомографии.С помощьюпрограммно-аппаратногокомплекса,включающегов себя устройствосопряжениясимуляторас персональнымкомпьютероми программу,обслуживающуюэто устройствобыло осуществленополучениереконструируемогоизображения,аналогичногокомпьютернойтомограмме.Это позволяетиспользоватьрентгеновскийсимулятор SLS-9в качествекомпьютерноготомографа(томографыявляются оченьдорогостоящимиприборами).Принцип работысистемы следующий.Рентгеновскоеизображение,прошедшее черезпациента,преобразуетсяв видеосигнали непрерывноотображаетсяна мониторе.Затем с помощьюперсональногокомпьютераи установленнойна нем видеоплате видеосигналзахватывается,и с определеннымипараметрами(такими какчастота кадров)записываетсяв память. Благодарянепрерывномувращению источникаи приемникаизлучениясоздаетсявидеоряд изображений(рентгенограмм).Далее, путемпримененияспециальныхалгоритмов,происходитполучениетомограмм,аналогичныетем, котороеполучают спомощью обычныхкомпьютерныхтомографов.
Разработанныйкомплекс отслеживаетположениегантри симулятора,чтобы в определенныймомент (по достижениигантри определенногоугла) запуститьи затем остановитьзапись видеорядав память ЭВМ.
Устройствосопряженияпостроено насовременнойэлементнойбазе. Оно осуществляетпреобразованиеаналоговогосигнала (отдатчика поворотагантри) в цифровой,который затемчерез параллельныйпорт вводитьсяв ЭВМ. Оцифровкасигнала осуществляетсяс помощьюфункционально-завершенногоаналого-цифровогопреобразователяК1113ПВ1А. Подгонкуаналоговогосигнала подпараметрыаналого-цифровогопреобразователяосуществляетсяс помощью двухпрецизионныхоперационныхусилителейК140УД25. Предусмотренымеры по защитедорогостоящеймикросхемыаналого-цифровогопреобразователяот превышенияуровня входногоаналоговогосигнала, и отнеодновременнойподачи на неевходных сигналов.Питание устройстваосуществляетсяот блока питаниясимулятора(используютсянапряжения15В).
Программнаячасть комплексапредставляетсобой программу,написаннуюв среде Delphi,и работающуюпод управлениемоперационнойсистемы Windows-95.Программаполучает данныеот аналого-цифровогопреобразователяи осуществляетуправлениеего работой.Далее считанныеданные преобразуютсяв значение углаповорота гантри.Программаопрашиваетаналого-цифровойпреобразовательпримерно черезкаждые 50 мс.Одновременночерез такойже интервалона сравниваетугол поворотагантри с заданнымиуглами началаи конца записивидеосигнала.По достижениизаданных угловпроисходитэмуляция нажатияна клавишиEnterили Escape,что соответственнозапускает илиостанавливаетпрограммузахватавидеопоследовательности.Программадопускаетнастройку подаппаратнуючасть, а такжезадание произвольныхуглов началаи конца сканирования.