Персональный компьютер обычно оснащён штатным контроллером интерфейса RS-232. Преобразовать RS232/RS485 позволяет осуществить его сопряжение с интерфейсом RS-485. На его базе удобно строить распределённые системы сбора данных и управления. Данная схема соединения была реализована в системе управления модулями экспериментального стринга.
Основные причины использования интерфейса RS-485:
· дешевизна кабельного хозяйства и реализации портов
· большой парк работающего оборудования, использующего этот стандарт
· длина линии до 1 километра
Использование интерфейса RS-485 для управления модулями подводного телескопа связанно с рядом особенностей:
Во-первых, в телескопе используются специальные глубоководные разъёмы, рассчитанные на использование коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом. Данные разъёмы уже зарекомендовали себя в течении многих лет использования в телескопе, и было бы преждевременно от них отказываться. Поэтому вместо стандартной для RS-485 витой пары необходимо использовать коаксиальную линию.
Во-вторых, при больших расстояниях между управляемыми устройствами начинает проявляться эффект длинной линии: фронт сигнала, отразившийся в конце линии, может исказить текущий или следующий сигнал. Данная проблема решается включением в конец линии резистора с номиналом равным волновому сопротивлению линии (для поглощения волны). Но использование согласования в шине управления приведёт к повышению тока в линии, что негативно скажется на общем энергопотреблении стринга и, в случае разрыва линии, будет способствовать обильному электролизу воды.
В-третьих, как уже отмечалось выше, в конструкции глубоководных разъёмов есть недостаток: внешняя оболочка («земля») имеет контакт с водой, что может отразиться на функционировании интерфейса RS-485.
Для ответа на вопрос о возможности использования интерфейса RS-485 для управления оптическими модулями, с учётом вышесказанных особенностей, была создана коса управления.
Рис. 9. Внешний вид глубоководных разъёмов.
Коса управления
Рис. 10. Схема косы управления.
При создании косы использовался коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Общая длина косы – 150 метров.
Для тестирования косы контакты 3 – 8 подключались к контроллерам, идентичным установленным в оптических модулях экспериментального стринга. Начало линии (разъём 1) соединялся с персональным компьютером через преобразователь RS-232/RS-485. Все разъёмы помещались в специальную кювету, в которую набиралась водопроводная вода (её сопротивление на порядок меньше сопротивления чистой байкальской воды).
Далее, для выявления перебоев связи, компьютером производился последовательный опрос каждого контроллера (спрашивался сетевой адрес либо скорость линии). Была подготовлена специализированная программа длительного автоматического тестирования, в которой можно было задавать количество циклов опроса и сетевые адреса опрашиваемых контроллеров. Во время тестирования косы производилось до 50000 циклов опроса каждого контроллера в течении нескольких часов.
Результаты
В результате длительного тестирования косы перебоев связи выявлено не было, вне зависимости от нахождения разъёмов в водопроводной воде и использования нестандартного кабельного хозяйства. Так же линия работала и без согласующего резистора на её конце, что говорит о высокой надёжности интерфейса RS-485.
Выводы
Изготовленная коса управления показала высокую надёжность работы в условиях, характерных для подводного телескопа, и может послужить макетом для создания шины управления оптическими модулями проектируемого нейтринного телескопа НТ1000.
Линия передачи данных – Ethernet
Тестируется линия передачи данных по каналу Ethernet (”быстрая” связь). Исследуется возможность использования нового глубоководного 2-х жильного кабеля (витая пара) для передачи данных между Flash-ADC и PC-сферой.
Передача данных от Flash-ADC сферы к PC-сфере, а так же управление питанием реализованы по обычному TCP/IP протоколу по локальной линии Ethernet. Предполагается использование в этих целях нового глубоководного 2-х жильного кабеля. Для проверки надёжности передачи данных был организован стенд, аналогичный используемому при тестировании линии медленной связи (RS-485).
При тестировании между двумя компьютерами устанавливался канал передачи данных, по которому осуществлялся обмен файлами. Размер передаваемых файлов при этом варьировался от 128 байт до 1 ГБ.
Эксперимент проводился с двумя видами кабелей:
· 2-х жильный кабель (витая пара) с коаксиальными разъемами и разъёмами RJ-45
· коаксиальных кабель со стандартными глубоководными разъёмами
Схема подключения представлена на Рис. 13.
Результаты
Передача данных по каналу Ethernet (4 жилы, 2 кабеля) на расстояния до 100 м возможна через разъёмы RJ-45, коаксиальные разъемы не обеспечивает необходимого уровня надежности.
При использовании коаксиальных кабелей со стандартными глубоководными разъёмами данные стабильно передаются со скоростью до 100 Mbit/s.(Передача данных производится по центральной жиле и экрану коаксиала).
Как и в случае с шиной управления, контакт экранов коаксиалов через воду не влияет на качество передачи.
Электроника оптического модуля
В ходе работы производился монтаж, настройка и тестирование компонентов электроники оптических модулей. Впоследствии созданные комплекты электроники были использованы в ОМ экспериментального стринга.
Комплект электроники ОМ состоит из трёх основных элементов: контроллера, высоковольтного блока и усилителя.
Контроллер ОМ
Управление контроллером осуществляется с помощью подводного микро-РС по шине медленной связи (шине управления), с использованием интерфейса RS-485. Каждый контроллер имеет свой оригинальный сетевой адрес, который можно изменить. Адреса могут изменяться в интервале от 1 до 255, что даёт верхний предел количества контроллеров на одной линии. По умолчанию скорость обмена данными в линии 115200 бит/с, но в контроллере предусмотрено понижение скорости до 9600 бит/с для повышения надёжности связи. В прошивке контроллера зафиксированы и пронумерованы различные команды, которые может исполнить контроллер: установление и считывание значений высокого напряжения, порога шумов, напряжения питания и светодиодов; вывод температуры, скорости линии и др.. Для исполнения команды контроллером, компьютер должен обратиться к нему по адресу и назвать код команды. Обращение к нескольким контроллерам на линии происходит последовательно, так же, как и приём данных от них.
Для мониторинга шумов ФЭУ контроллер содержит вход счётчик шумов. С помощью команды «4» можно задать требуемый порог шумов по напряжению, а команда «115» позволит получить из буфера памяти число импульсов в секунду, превысивших порог.
Важной особенностью данных контроллеров является возможность гибкого управления двумя светодиодами. Для этих целей в контроллере предусмотрено 2 выхода управления LED1 и LED2. Командами «113» и «114» можно задать напряжение на первом и втором светодиодах соответственно. Команда «112» отвечает за задержку по времени включения второго светодиода относительно первого в нс. Минимальная задержка составляет 225 нс, а максимальная – 1000 нс. Так же можно задать длительность и частоту свечения.
Преимущество 2х светодиодов состоит в том, что с их помощью мы легко можем построить однофотоэлектронный спектр ФЭУ и проверить их диапазон линейности усиления. При построении однофотоэлектронного спектра мы ставим между светодиодами заданную задержку и выставляем на одном из светодиодов достаточно высокое напряжение, чтобы ФЭУ смог стабильно срабатывать от его света. Тогда на заданном временном промежутке мы сможем наблюдать сигнал от второго светодиода. Уменьшая напряжение на этом светодиоде можно добиться однофотоэлектронного сигнала ФЭУ. Диапазон линейности можно проверить, включая поочерёдно каждый светодиод и сравнивая их отдельные сигналы с суммарным сигналом 2х включённых светодиодов.
В процессе работы был произведён монтаж 22 драйверов светодиодов и кабельных коммуникаций ОМ.
Высоковольтный блок (HV-блок)