電子探針波譜儀控制系統(tǒng)的研制

電子探針波譜儀控制系統(tǒng)的研制
摘要：本文介紹了電子探針波譜儀控制系統(tǒng)的開發(fā)背景、基 本分析原理和波譜儀控制系統(tǒng)的組成。利用單片機(jī)結(jié)合 CPLD 器件完成渡譜儀控制系統(tǒng)的底層設(shè)計(jì)；利用串行口完 成上、下位機(jī)的數(shù)據(jù)通訊：以Visual Basic為開發(fā)環(huán)境，結(jié)合 數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫引擎完成波譜儀控制系統(tǒng)的分析軟件。

1前言 近幾十年．我國先后購買大量的電子探針，對試 樣中微小區(qū)域(微米級)的化學(xué)組成進(jìn)行定性或定量 分析。雖然中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械研究所、中 國科學(xué)院北京儀器廠、南京江南光學(xué)儀器廠等單位都 研制過電子探針，但均沒有結(jié)果。轉(zhuǎn)速計(jì)| 水份計(jì)| 水份儀| 分析儀| 溶氧計(jì)| 電導(dǎo)度計(jì)| PH計(jì)| 酸堿計(jì)| 糖度計(jì)| 鹽度計(jì)| 酸堿度計(jì)| 電導(dǎo)計(jì)| 水分測定儀| 濁度計(jì)| 色度計(jì)| 粘度計(jì)| 折射計(jì)| 滴定儀| 密度計(jì)| 熱流計(jì)| 濃度計(jì)| 折射儀| 采樣儀| 然而進(jìn)口的電子探針 大都年代較遠(yuǎn)。加之微電子技術(shù)迅猛的發(fā)展，原來所 配備的控制計(jì)算機(jī)相繼被淘汰，一旦出現(xiàn)故障就很難 修復(fù)。而早期進(jìn)口的電子探針主機(jī)性能仍然很好，用 先進(jìn)的電子探針波譜儀控制系統(tǒng)代替原有的控制系 統(tǒng)迫在眉睫。 94年中國地質(zhì)大學(xué)曾在地礦部科技司的委托和 支持下完成了電子探針微機(jī)控制系統(tǒng)的研制。隨著電 子技術(shù)的不斷發(fā)展．這套控制系統(tǒng)暴露出一定的缺 點(diǎn)，例如操作仍然是使用面板上的按鈕進(jìn)行控制，基 于DOS系統(tǒng)的分析軟件人機(jī)交互性不夠完備等。本課 題就要對電子探針波譜儀控制系統(tǒng)做進(jìn)一步改進(jìn)，使 其成為更穩(wěn)定的，更方便的數(shù)字化控制系統(tǒng)。

2總體設(shè)計(jì) 在Windows平臺下開發(fā)的波譜儀控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 如圖1所示。該系統(tǒng)利用單片機(jī)結(jié)合CPLD器件完成 侯劍舒：碩士研究生 國家自然基金資助項(xiàng)目編號45903046 (武漢中國地質(zhì)大學(xué))侯劍舒 金星 Hou，Jianshu Jin，Xing 波譜儀控制系統(tǒng)底層控制。在Maxplus II平臺上使用 硬件描述語言VHDL描述邏輯關(guān)系、利用圖形編輯完 成CPLD硬件控制電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對各道譜儀和樣 品臺的位置控制。利用晶振產(chǎn)生合適頻率(1OOHZ)的 標(biāo)準(zhǔn)脈沖，提供CPLD所需的時(shí)鐘信號。CPLD器件主 要實(shí)現(xiàn)脈沖分配、脈沖寄存、信號多路選擇的功能。以 Visual Basic作為開發(fā)環(huán)境，結(jié)合數(shù)據(jù)庫、ADO、ODBC、 串行通信等技術(shù)，重新開發(fā)波譜儀控制系統(tǒng)使自動(dòng)控 制、定性分析、定量分析等功能得以在友好的界面下 實(shí)現(xiàn)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。

3硬件設(shè)計(jì)及相關(guān)軟件設(shè)計(jì) 波譜儀控制系統(tǒng)包括底層硬件和相關(guān)的通訊、控 制、分析軟件。波譜儀控制系統(tǒng)底層的硬件設(shè)計(jì)主要 是利用單片機(jī)和CPLD等器件實(shí)現(xiàn)。波譜儀控制系統(tǒng) 底層設(shè)計(jì)的相關(guān)軟件利用Visual Basic結(jié)合匯編語言 實(shí)現(xiàn)。 通過RS一232異步串行口將上位機(jī)與下位機(jī)相 連。通信部分硬件連接如圖2所示。使用握手聯(lián)絡(luò)方 式、半雙工通訊、十一位數(shù)據(jù)通訊傳輸模式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 傳輸。通訊時(shí)，PC機(jī)向下位機(jī)發(fā)送命令，下位機(jī)實(shí)時(shí) 的將所采集的吸收電流和計(jì)數(shù)結(jié)果等數(shù)據(jù)傳給上位 機(jī)．這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理后．記錄各道譜儀和樣品 臺的位置并實(shí)時(shí)顯示，更新。并對樣品臺和譜儀的位 置進(jìn)行控制。上位機(jī)還要分析處理所采集的定標(biāo)器上 含有試樣信息的數(shù)據(jù)，最終得到元素的濃度關(guān)系、完成 定量分析和定性分析。 囂I 集電流，計(jì)數(shù)檢查，設(shè)置加速 定量分析 析數(shù)據(jù)，參數(shù)查詢．分析結(jié)果顯示 定性分析I—一分析數(shù)據(jù)顯示結(jié)果 圖1波譜儀控制系統(tǒng) 傳感器與儀器儀衷 Pc機(jī)上使用Visual Basic進(jìn)行串口編程。vi8ual Basic中的MSCOMM控件的屬性與事件為Windows 程序提供了一個(gè)與串口打交道的接口，利用MSCOMM 控件提供的事件OnCommn屬性的改變，來導(dǎo)致不同 事件的發(fā)生。具體是在OnCommn事件中首先讀取 CommEvent的屬性，判斷是什么原因發(fā)生了串口事 件，以執(zhí)行不同的功能代碼。完成不同的串口通訊任 務(wù)，實(shí)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)的處理和數(shù)據(jù)的顯示 C4 VCC 罔2通信部分硬件連接圖 主要的功能命令字分別標(biāo)識以下幾種功能：設(shè)置 儀器狀態(tài)(S)，讀儀器狀態(tài)(R)，移動(dòng)譜儀樣品臺(M)，采 集X射線強(qiáng)度(P)，讀入吸收電流(I)。 自動(dòng)控制軟件主要包括儀器狀況、初始化及更 新；專業(yè)人員儀器管理；吸收電流、計(jì)數(shù)結(jié)果、x射線強(qiáng) 度顯示；加速電壓設(shè)置幾個(gè)部分。 波譜儀控制系統(tǒng)底層的硬件設(shè)計(jì)利用單片機(jī)和 CPLD器件實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)可編程邏輯芯片片選，采 集探針電流，譜儀計(jì)數(shù)結(jié)果等數(shù)據(jù)。進(jìn)行合理的消息 響應(yīng)完成總體控制部分。CPLD器件完成脈沖分配、脈 沖寄存、信號多路選擇、計(jì)數(shù)等功能模塊。選擇具有3 個(gè)EAB，每個(gè)2048字節(jié)的EPF10K。完成各個(gè)功能模 塊的設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)同時(shí)驅(qū)動(dòng)多臺步進(jìn)電機(jī)，存儲相關(guān)數(shù) 據(jù)并實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。使用這種方法減少了分立元件的 使用，除了少數(shù)的接口電路以外，各項(xiàng)功能都能在片 內(nèi)實(shí)現(xiàn)。