Исследование и разработка архитектуры персональных вычислительных устройств атмосферного мониторинга

• Автор: Кутуан Ака Атаназ
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Введение.

Глава 1. Анализ принципов построения ВУАМ.

1.1 Общие принципы построения ВУАМ.

1.1.1 Радиация и спектроскопические системы

1.1.2 Газовый контроль.

Выводы и заключения.

Глава 2. Архитектура ВУАМ.

2.1 Общее представление ВУАМ.

2.1.1 Аналоговоцифровой преобразователь АЦП.

2.2 Усилитель в ВУАМ.

2.2.1 Усилители

2.3 Архитектура типового ВУАМ.
2.3.1 Структура типового устройства
2.3.2 Архитектура Программного Обеспечения типового ВУАМ.
2.4 Разработка архитектуры ПВУАМ.
2.4.1 Структура ПВУАМ.
2.4.2 Архитектура программного обеспечения ПВУАМ.
2.4.3 Функция ПВУАМ
Выводы и заключение.
Глава 3.
3.1 Общая схема и показатели назначения спектроскопической установки.
3.1.2 Аппаратная функция импульсный отклик спектрального прибора.
3.2 Методика построения ПВУАМ
3.2.1 Описание алгоритма.
3.3 Архитектура программы исследования характеристик, обоснования выбора
АЦП и микроконтроллера
3.4 Методика определения параметров ПВУАМ для обеспечения
требуемой точности
3.4.1 Основные понятия.
3.4.2 Некоторые источники погрешностей ВУАМ и их исключение
3.4.3 Исследование характеристик и точности прибора.
Глава 4. Проведение эксперимента и обработка результатов испытаний.
4.1 Функционирование устройства.
4.1.1 Функционирование программы микроконтроллера.
4.1.2 Формат передаваемых данных
4.1.3 Функционирование программы на КПК.
4.1.4 Отображение данных
4.1.5 Интерфейс пользователя
4.2 Работа устройства.
4.3 Результаты обследования радиационного фона
4.3.1 Статическая обработка результатов.
Выводы и заключение
Заключение.
Приложение А
Приложение Б.
Приложение В.
Введение
В связи с возрастающим воздействием человеческой жизнедеятельности на окружающую среду, важнейшей международной проблемой оказалась охрана окружающей среды и сохранения в допустимых пределах уровня загрязнения атмосферы2,,. Природная среда, находящаяся под постоянным антропогенным воздействием, постепенно утрачивает уникальную способность к самоочищению, что, в конечном итоге, может привести к необратимым процессам, грозящим гибелью человечества. Поэтому, сегодня, многие ученые проводят различные типы исследований и пытаются найти рациональный универсальный подход к проблеме загрязнения окружающей среды на долгие годы вперд.
Развитие вычислительной техники и информационных технологий, позволяет использовать метод цифрового решения, что, по мнению автора работы, является наиболее эффективным способом изучения возможностей разрешения существующей проблемы. Причм, цифровое решение дат, отличную возможность получить более точную и подробную информацию об исследуемых объектах. Таким образом, исследование и разработка методов функционирования устройств вычислительной техники атмосферного мониторинга остается наиболее приемлемым методом поиска решений и получения ответов на поставленную нами задачу.
Индустриальное воздействие на окружающую среду настолько велико и значительно, что требует постоянного контроля экологической обстановки ,,,,. Это даст возможность принимать своевременные меры для поддержания уровня загрязнения атмосферы в допустимых пределах.
В последнее десятилетие задача эффективного контроля и защиты воздушного бассейна от промышленных загрязнений приобретает еще большую актуальность, вследствие чего Правительство Российской
Федерации приняло постановление от г. О создании единой государственной системы экологического мониторинга ,,,.
Создание или совершенствование теоретической и технической базы средств вычислительной техники и систем управления, обладающими высокими качественными и эксплуатационными показателями и, обеспечивающими ускорение научнотехнического прогресса, имеет важную народнохозяйственную значимость. Проблемой анализа качества воздуха и выработки действенных мероприятий по поддержанию чистоты воздушного бассейна является фиксация и оперативная оценка как временных, так и пространственных колебаний концентраций и энергий отдельных ингредиентов. Временной фактор может быть обеспечен автоматизацией и непрерывностью процесса обследований. Пространственная плотность обследований в каждом конкретном случае выбирается на основе компромисса между требуемой точностью и экономическими возможностями.
Исследуя воздействие загрязнения на окружающую среду и е значительные изменения, которые ощущаются ежедневно, становится очевидным, что проблема охраны окружающей среды, как в отдельных регионах, так и в масштабах всей планеты, нуждается в соответствующем подходе ,. Сегодня, невозможно найти такое долгосрочное решение без применения вычислительной техники, в частности без применения таких устройств, как персональные Вычислительные Устройства Атмосферного Мониторинга ПВУАМ.
Анализ показывает, что существующие в настоящее время вычислительные устройства атмосферного мониторинга позволяют сканировать, анализировать и определять состояние загрязнения атмосферы, но при этом не в полной мере отвечают предъявляемым к ним требованиям, а именно, по отношению к большому динамическому диапазону, широкой номенклатуре анализируемых газов и прочее6,8. Они недостаточно полноценно определяют следующие показатели радиация, точность
обследования, стабильность характеристик, возможность дистанционного обследования, помехоустойчивость, устойчивость к изменению параметров окружающей среды температуры, влажности, вибрации и т.д., высокая чувствительность, универсальность, селективность, простота юстировки и конструкции, надежность и так далее.
Наряду с этим необходимо отметить существование криминальных действий, оказывающих влияние на окружающую среду. Так, некоторые европейские компании, пользуясь слабыми законодательными актами, незащищнностью санитарных стандартов и высоким уровнем коррумпированности стран третьего мира, совершают экономические и экологические преступления против них.
Например, августа года судно , разгрузило несколько сотен тонн токсичных отходов в местах города Абиджан столицы республики Кот дИвуар. Официальные данные констатировали, что спустя несколько дней в результате выброса химически опасных отходов человек умерло и более 0 горожан было госпитализировано с сильными ожогами кожи и лгких. Около 0 0 граждан обратились в местную больницу с симптомами поражения от химических реакций. Экспертиза показала, что в привезнных на суднах отходах присутствовали такие токсичные продукты, как меркаптан и сероводород. Экологические преступления такого рода могут представлять серьезный риск окружающей среде и здоровью людей. Выгребной ямой для токсичных отходов и промышленных сливов развитых стран становятся страны третьего мира. Отсутствие в большинстве африканских государств сильной законодательной базы, регулирующей обращение с опасными отходами, а также отсутствие жстких правил и требований санитарных стандартов и условий, влекут за собой не только смерть населения, загрязнения окружающей среды, но также и вымирание и опустошение самой местности ,,.
Автор работы отмечает, что, если бы на момент происшествия большинство населения обладало своим ПВУАМ, то количество
пострадавших было бы намного меньше. Это факт еи,й
1 раз доказывает,
насколько важно наличие персонального вычислите.ппгьного устройства атмосферного мониторинга ПВУАМ.
Таким образом, задача создания новых архитекьигур ПВУАМ или усовершенствование существующих способов является чггуальной темой и требует безотлагательного решения.
Требованиям, предъявляемым к персональным вычислительным устройствам атмосферного мониторинга, Удовлет1сэряют ПВУАМ функционирующие на основе радиационных и газовых Полупроводниковых детекторов. Применение полупроводниковых методов И СГр1Стем из них дает возможность создания более информативных и одноврем3но более простых долговечных и мобильных устройств обследования РаДиоЕстивНОСТИ и газа
Актуальность


Исходя, из этого будет показано, что наиболее перспективным направлением для создания ПВУАМ является использование современных полупроводниковых детекторов и цифровых сигнальных микроконтроллеров. Сохранение качества окружающей среды, обеспечивающего устойчивое развитие общества, признано одной из наиболее острых проблем современности. Экологический императив с учетом постоянно увеличивающихся потребностей в удовлетворении энергетических нужд человечества, относится к числу первых приоритетов в такой отрасли практической деятельности, какой является эиергетика ,,. Атомная энергетика рассматривается как эффективный способ решения энергетических проблем при одном условии обязательности обеспечения радиационной безопасности на всех этапах ядерного топливного цикла. Любая авария в этой отрасли имеет долголетние последствия. Приведм пример, авария на Чернобыльской АЭС в году повлекла за собой тысячи жертв, а последствия этой жуткой катастрофы до сих пор сказываются на современном поколении . Чтобы предотвратить или избежать возникновения радиоактивных катастроф, международное сообщество, каждое государство или мирный гражданин пытаются придумать различные способы, законы или просто приборы, которые помогут предостеречь человека от этого опасного, но необходимого источника энергии,. Международное сообщество, констатируя факт, что радиационный фон является одновременно экономичным и опасным источником энергии для человека, единогласно решило объединить свои усилия для создания комиссии для регулирования нормы производства источника энергии радиационного фона, е употребления и продажи, а также содействовать тем
государствам, которые желают перейти на потребление ядерной энергии. В связи с этим была создана международная комиссия по радиологической защите МКРЗ независимое зарегистрированное благотворительное общество, которое выпускает рекомендации для защиты от действия всех источников излучения. Международное агентство по атомной энергии МАГАТЭ интерпретирует эти рекомендации в международные правила безопасности и руководящие принципы радиологической защиты. Национальные инспекторы также принимают рекомендации МКРЗ для разработки своих собственных норм радиационной защиты. Комиссия, в настоящее время, пересматривает свои ныне действующие рекомендации МКРЗ 7 с целью публикации новых рекомендаций. Помимо всего прочего, новые рекомендации впервые будут включать предлагаемую структуру для оценки воздействия ионизирующей радиации на окружающую среду,,. На уровне каждого заинтересованного государства создаются соответствующие нормы или законы, которые регулируют потребление или продажу ядерной энергии. Например, введение в действие Закона Российской Федерации о Санитарноэпидемиологическом благополучии населения,,,. Или Федеральные Законы о Радиационной безопасности населения и об Использовании атомной энергии. Можно также напомнить о норме радиационной безопасности НРБ и основных санитарных правилах обеспечения радиационной безопасности ОСПОРБ. НРБ и ОСПОРБ потребовали приведения в соответствие с этими документами другой нормативнотехнической документации, методов, объема и качества радиационного контроля, а также приборного обеспечения . А вот другая специальная программа для защиты населения в настоящее время в рамках отдельной программы Минатома России завершена разработка отраслевой нормативнотехнической документации первого и второго уровня. Проводится разработка отдельных технических средств радиационного контроля и индивидуальной защиты, на стадии выполнения находятся мероприятия по обеспечению качества радиационной безопасности, а также различные организационнотехнических мероприятия ,. Благодаря работе таких организаций как МКРЗ, МАГАТЭ, а также законам и внутренним программам каждого государства относительно потребления радиоактивных ресурсов, экологическая среда планеты, в той или иной степени, находится в безопасности. МУ по определению индивидуальных эффективных и эквивалентных доз и организации контроля профессионального облучения в контролируемых условиях обращения с источниками излучения. Общие требования МУ 2. МУ по дозиметрическому контролю внешнего профессионального облучения. Общие требования МУ 2.