Disseny d'un programari de control per aplicacions basades en oscil·ladors digitals polsats (pdo)

Abstract

[ANGLÈS] Nowadays the micro and nanotechnologies investigation group has three kinds of resonators technologies based in MEMS (micro-electro-mechanical devices) technology which are thermoelectric, electrostatic and piezoelectric. These devices are controlled through a PDO system (pulsed digital oscillator) which manages the excitation and sensing in order to achieve their oscillation. We have got a hardware interface for implementing the PDO in these devices. These interfaces are commanded by a PC in such way the configuration parameters and PDO data are sent and received. For each device these interfaces are different like the low level program it is. The project goal is to route the need of unifying the MEMS control interfaces and its commanding program. To achieve it the Altera DE2 board is chosen to be used in all interfaces and also it is proposed an unique Java software to command them. First of all, the piezoelectric device interface is adapted to DE2 board to give it the maximum functionalities reaching the best interaction with the program to develop. The program will be also adapted to Picosat interface which is developed for the 3Cat-1 project, it manages a thermoelectric MEMS. This way it will be handled for the same software. A graphic Java program is developed to interact with four interfaces, which are electrostatic, piezoelectric and two different thermoelectric ones. The management of piezoelectric interface and Picosat are implemented in the program. Moreover, the program is arranged to implement, in an easy way, the control of the other interfaces when they would be ready, so all the Java windows and classes are taken in account to achieve it. This program has five main functions. It allows the user to select the MEMS to work with. It configures and manages the RS-232 port. It lets to read and to send the configuration of PDO and conditioning board. It manages the received data and system configuration files path. At last it allows starting and stopping the PDO, receiving and saving the data and also plotting it. Finally the program functionality is tested with both implemented interfaces. In the piezoelectric tests the MEMS is VHDL described inside DE2 whereas the Picosat tests are done inside the vacuum chamber located in the cleanroom.

[CASTELLÀ] Hoy en día el grupo de investigación de micro y nanotecnologías (MNT) dispone de tres tipologías de resonadores basados en tecnología MEMS, los termoeléctricos, los electroestáticos y los piezoeléctricos. Estos dispositivos se controlan mediante un sistema PDO (osciladores digitales pulsados) que gestionan la excitación y el censado para conseguir su oscilación. Por estos motivos se dispone de una interface hardware en la cual se implementa el PDO. Esta interface se comanda mediante un PC de tal forma que se envían los parámetros de configuración i se reciben los datos obtenidos del PDO. Para cada dispositivo la interface es distinta, como también lo es el programa de bajo nivel que la comanda. El objetivo del trabajo es encauzar la necesidad de unificar las interfaces de control de les dispositivos MEMS y el programa que las comanda. Por este motivo se decide utilizar la palca DE2 d’Altera para todas las interfaces y realizar un único programa en Java que las comande. Primeramente se adapta la interface de los dispositivos piezoeléctricos a la placa DE2 para dotarla de las máximas funcionalidades en el momento de interactuar con el programa a desarrollar. El programa también se adaptará a la interface Picosat, desarrollada en el proyecto 3Cat-1, la cual gestiona un MEMS termoeléctrico. De esta forma se gestionará con el mismo software. Se desarrolla un programa Java en formato gráfico preparado para interactuar con cuatro interfaces, las cuales gestionan los MEMS electrostáticos, piezoeléctricos y dos de ellas los termoeléctricos. Se implementa la gestión de las interfaces piezoeléctricas y del Picosat. El programa queda preparado para que de forma simple se pueda implementar el control de las otras interfaces cuando estén desarrolladas, ya que se implementan las ventanas y clases correspondientes. Este programa consta de cinco funciones principales. Permite la elección del MEMS con el que queremos trabajar. Se encarga de la configuración y gestión del puerto RS-232. Permite leer y enviar la configuración del PDO y la placa de adecuación. Gestiona la localización de los archivos donde se guardan los datos recibidos y la configuración del sistema. Y, como último, permite arrancar y parar el PDO, recibir y guardar sus datos así como verlos representados gráficamente. Finalmente se verifica el correcto funcionamiento del programa gestionando las dos interfaces. La piezoeléctrica, donde el dispositivo MEMS está simulado en una descripción VHLD, y el Picosat, el cual se ensaya dentro la cámara de vacío de la sala blanca.

[CATALÀ] Actualment el grup d’investigació de micro i nanotecnologies (MNT) disposa de tres tipologies de ressonadors basats en tecnologia MEMS, els termoelèctrics, els electrostàtics i els piezoelèctrics. Aquests dispositius es controlen mitjançant un sistema PDO (oscil•ladors digitals polsats) el qual en gestiona l’excitació i el sensat per tal d’aconseguir-ne la seva oscil•lació. Per aquests dispositius es disposa d’una interfície hardware en la qual s’hi implementa el PDO. Aquesta interfície es comanda mitjançant un PC de tal manera que s’envien els paràmetres de configuració i es reben les dades obtingudes del PDO. Per cada dispositiu la interfície és diferent, com també ho és el programa de baix nivell que la comanda. L’objectiu d’aquest treball és encaminar la necessitat d’unificar les interfícies de control dels dispositius MEMS i el seu programa de comandament. Per aquest motiu es decideix utilitzar la placa DE2 d’Altera per totes les interfícies i realitzar un únic programari en Java que les comandi. Primerament s’adapta la interfície dels dispositius piezoelèctrics a la placa DE2 per tal de dotar-la de les màximes funcionalitats a l’hora d’interactuar amb el programa a desenvolupar. El programa també s’adaptarà a la interfície anomenada Picosat, desenvolupada en el projecte 3Cat-1, la qual gestiona MEMS termoelèctrics. D’aquesta forma es gestionarà amb el mateix programari. Es desenvolupa un programa Java en format gràfic preparat per interactuar amb quatre interfícies, les quals gestionen els MEMS electrostàtics, piezoelèctrics i dues d’elles els termoelèctrics. S’implementa la gestió de la interfície piezoelèctrica i del Picosat. El programa queda preparat perquè de forma senzilla es pugui implementar el control de les altres interfícies quan estiguin desenvolupades, ja que s’hi implementen les finestres i classes corresponents. Aquest programa consta de cinc funcions principals. Permet l’elecció del MEMS amb el qual volem treballar. S’encarrega de la configuració i gestió del port RS-232. Permet llegir i enviar la configuració del PDO i de la placa d’adequació. Gestiona la localització dels arxius on es guardaran les dades rebudes i la configuració del sistema. I, com a últim, permet arrencar i parar el PDO, rebre’n i guardar-ne les dades, així com veure-les representades en format gràfic. Finalment es verifica el correcte funcionament del programa gestionant les dues interfícies. La piezoelèctrica, on el dispositiu MEMS està simulat mitjançant una descripció VHDL, i el Picosat, el qual s’assaja dins la càmera de buit de la sala blanca.