Control y sistema de adquisición de señales del Sistema de Fotometría Danes (en proceso).
L. Gutiérrez, F. Quirós, J. M. Murillo y E. Colorado
Instituto de Astronomia, UNAM
Departamento de Instrumentación Electrónica, Ensenada.
Introducción.
Se describe la estructura y funcionamiento del nuevo sistema de control y adquisición del Sistema de fotometría DANES, el cual fue totalmente actualizado para un mejor funcionamiento.
En el proyecto se busco la máxima eficiencia en el funcionamiento, con las mínimas modificaciones posibles, se respeto totalmente la filosofía de operación.
Se desarrollo un Sistema de control y monitoreo del DANES, así como un modulo de adquisición de señales que hace mas versátil al antiguo Sistema de conteo DIXI.
El Sistema de fotometría DANES contiene los siguientes elementos:
Campo, cambia el espejo de campo del fotómetro, solo tiene dos posiciones posibles.
Micro, cambia el espejo de microscopio de diafragmas, solo tinen dos posiciones.
Modo, es un espejo que refleja la luz a la sección Hß, con el espejo fuera la luz ilumina la sección UVBY.
Diafragma, es una rueda giratoria que contiene seis diafragmas.
Obturador, consta de un plato giratorio con tres posiciones (cerrado, abierto y filtro neutro).
Depolarizador, el cual puede ser insertado en el haz de luz.
.
.
.
.
Obturador.
Filtro.
Depolarizador.
Fuente.
Rendija.
Analizaremos el sistema completo en dos secciones: Sistema de control, que se encarga del control y monitoreo de la parte electromecánica; y el Sistema de adquisición y conteo, el cual captura la información de foto tubos.
Sistema de control.
Con el fin de realizar mínimas modificaciones al sistema existente, se añadió al equipo existente un sistema de monitoreo de estado y control paralelo de los sistemas opto-mecánicos.
El sistema de control va a operar de forma paralela al control manual y monitorear constantemente de forma transparente a la operación, el estado general del sistema.
Figura 1. Diagrama a bloques del sistema de control y sensado de estado.
Control y temporización de motores.
Este bloque consta de dos etapas, la etapa de temporización, la cual se encarga de mandar las señales de movimiento y retroalimentar las señales de los interruptores limites; y la etapa de potencia, la cual es una tarjeta de relevadores que suministra los niveles apropiados de voltaje y corriente para mover a los actuadores (motores de 24 Vac).
Despliegue de estado y botones.
Se utilizo el anterior sistema de control (caja de botones pegada al DANES), desde donde se le pueden dar los mandos de movimiento a través de botones.
Control y sensado de estado.
Este control esta basado en un microcontrolador, el cual trabaja en forma paralela al control manual y monitorea el estado del sistema, las operaciones las realiza a través de un puerto serie RS-232.
Control de Alto Voltaje.
Es una tarjeta que consta de seis convertidores analógicos digital (DAC) de 12 bits, los voltajes de salida de los DAC's controlan a las fuentes de alto voltaje que polarizan los foto tubos.
Existen varios elementos que solo se pueden modificar manualmente, a estos elementos el sistema solamente realiza el monitoreo; sin embargo, va a tener control sobre todos aquellos que ya están motorizados.
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Ejes de movimiento |
|||
|
|
Motorizado |
Num. de posiciones posibles |
Líneas de sensado |
|
Campo |
☻ |
2 |
☻(2) |
|
Micro |
☻ |
2 |
☻(2) |
|
Modo |
☻ |
2 |
☻(2) |
|
Diafragma |
☻ |
5 |
☻(3) |
|
Obturador |
☻ |
2 |
|
|
Filtro |
|
2 |
☻(2) |
|
Depolarizador |
|
2 |
☻(1) |
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Fuente |
|
2 |
☻(1) |
|
Rendija |
|
2 |
☻(1) |
|
Obturador |
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3 |
☻(2) |
Tabla 1. Relación de ejes de movimiento.
Sistema de adquisición y conteo
El sistema de adquisición y conteo se encuentra localizado a un costado del fotómetro (lado oeste). Contienen los seis amplificadores discriminadores y una serie de seis contadores de 16 bits.
Un microcontrolador (AT89C52 de la compañía ATMEL), controla el muestreo de los contadores, generando internamente un contador de 24 bits y trasmitiendo los datos a la PC de interfaz.
El microcontrolador transmite continuamente cada segundo por un puerto serie RS-232 el conteo de los pulsos obtenidos en cada canal en forma de una cadena de caracteres ASCII.
Figura 2. Diagrama a bloques del sistema adquisición de señales.
Discriminadores y acondicionamiento de señal.
Consta de seis bloques, cada uno cuenta con una cadena de amplificación de bajo ruido y un comparador de nivel, el cual discrimina las señales generadas por ruido y/o interferencia; el nivel de voltaje de discriminación es ajustable en forma independiente para cada canal. La señal de salida tiene niveles TTL, lo que lo hace totalmente compatible con la mayoría de los sistemas digitales de adquisición.
Tarjeta de contadores de alta velocidad.
Esta etapa lleva el conteo de los datos provenientes de la tarjeta de amplificadores discriminadores, cada canal contiene una etapa de acondicionamiento y un contador; este ultimo conectado a un ducto de control manejado por un microcontrolador, el cual reporta el estado de los contadores cada segundo a través de un puerto serie RS-232.
En la figura 3, se muestra el diagrama a bloques.
Figura 3. Diagrama a bloques de los contadores de alta velocidad.
Acondicionador. Esta etapa convierte el tren de pulsos de entrada en dos señales desfasadas 90 grados, a las que se les conoce como señales en cuadratura, las cuales llevan la información del numero de pulsos de la señal original.
Figura 4. Temporización de las señales del acondicionador.
Las señales A y B, contienen el mismo numero de francos de subida que la señal original, lo cual nos informa el numero de pulsos por unidad de tiempo.
Contador. La etapa anterior se implementó para poder utilizar el contador HCTL-2016, el cual es un contador de cuadratura de 16 bits, con "latch" interno, sistema de "anti-alleasing" y conexión a ducto. La conexión a ducto nos reduce el numero de componentes, el sistema "anti-aleasing" elimina los pulsos generados por ruido e interferencia, lo que aumenta la inmunidad al ruido.
En la figura 5 se muestra el diagrama de tiempo de cada contador, cabe señalar que al momento de seleccionar el contador (al poner en bajo la línea "selección"), internamente retienen el dato de su contador interno, sin dejar de contar internamente algún pulso que le llegue en el tiempo de lectura.
Figura 5. Diagrama de tiempo de la lectura de cada contador.
Ducto de datos/direcciones. Consiste en un ducto unidireccional de datos de 8 bits, y una serie de líneas de control para cada contador, esto es, cada contador tiene una línea de selección independiente (chip select).
Microcontrolador (AT89C52). El microcontroladores encarga de llevar la cuenta de los contadores, revisa la cuenta de los contadores cada 10 milisegundos (100 veces por segundo), para evitar el desbordamiento y la perdida de pulsos. Con esto datos, podemos calcular el máximo numero de pulsos que puede adquirir el sistema en un segundo.
Máximo numero de pulsos por segundo = 6553600 pulsos / segundo.
El microcontrolador también se encarga de reportar el estado de la cuenta a la PC-interfaz a través de un puerto serie RS-232.
Manejador RS-232. Convierte los niveles TTL del microcontrolador a los niveles apropiados para el estándar RS-232.