А.Г.Мясников, А.А.Беляев, Д.В.Калинин, А.И.Акулин
НИИ ядерной физики МГУ, Москва
Лабораторные работы по современным курсам атомной и ядерной физики могут включать в себя достаточно сложные экспериментальные установки, требующие квалифицированного обслуживания в ходе эксплуатации. В то же время развитие цифровой электроники позволяет сравнительно просто реализовать те же самые функциональные возможности, используя встраиваемые микроконтроллеры и управляющие микро-ЭВМ. С другой стороны, использование подобной достаточно объемной и неочевидной информации требует применения ЭВМ и специально разработанных программ для обработки и отображения. В ряде задач требуется и управление параметрами установки.
В рассматриваемой работе описан пример реализации экспериментальной установки для нескольких задач ядерного практикума физического факультета МГУ на базе современного оборудования, применяемого для автоматизации эксперимента.
Разработанная аппаратура состоит из одного или нескольких детекторных модулей, управляющей микроЭВМ и сервера контроля доступа. Детекторные модули подключаются непосредственно к детекторам, входящим в состав экспериментальной установки, и выполняют функции усиления сигналов, преобразования их в цифровой вид и накопления. Детекторные блоки взаимодействуют с управляющей микроЭВМ, используя коммуникационный порт RS485 и специально разработанный протокол MCP (Microcontroller Communication Protocol), обеспечивающий контроль за целостностью данных и подтверждения в ходе передачи.
Управляющая микроЭВМ разработана на базе процессора Motorola 68020EN360 и работает под упралением ОС реального времени RTEMS v.3.6.0. Поддерживаются протоколы MCP (для связи с детекторными модулями) и TCP/IP (для связи с сервером контроля доступа). К одной микроЭВМ может быть подключено несколько экспериментальных установок. На микроЭВМ возложены функции опроса и управления детекторными блоками, преобразования данных и взаимодействие с сервером доступа. Протоколы прикладного уровня позволяют при необходимости осуществлять доступ к данным по протоколам TCP/IP из прикладных программ обработки экспериментальных данных. При этом использование стандартного набора протоколов TCP/IP позволяет упростить и ускорить процесс разработки прикладных программ обработки экспериментальных данных, и, в принципе, реализовать возможность удаленного доступа к управляющей микроЭВМ по сети Интернет.
Сервер контроля доступа разработан как набор программ, исполняемых на PC-совместимом компьютере под управлением ОС FreeBSD. На сервер возложены функции контроля и разграничения доступа к экспериментальным установкам, аутентификации доступа, протоколирования и сохранения результатов работы учащихся, администрирование системы. Доступ к данным может осуществляться как через Интернет, используя стандартный Web-браузер, так и с помощью прикладных программ для обработки данных.
Использование Web-интерфейса для доступа к данным и управления позволяет с минимальными затратами реализовать возможность представления задач практикума в сети Интернет, что может быть актуально для некоторых установок с дорогостоящей или уникальной экспериментальной аппаратурой (например, радиоактивные источники).