小型磁偏转质谱计上位机软件的设计与实现

2013-12-04 01:02李泰国郭美如赵以德王亮肖玉华

真空与低温 2013年1期

李泰国，郭美如，赵以德，王亮，肖玉华

(兰州空间技术物理研究所，真空低温技术与物理重点实验室，甘肃兰州730000)

1 引言

小型磁偏转质谱计主要用于移动设备上或航天器上进行气体成分的定量分析。质谱计主要由物理部分，电控单元(下位机)，高压电源和质谱计上位机软件等组成［1］。质谱计上位机软件通过CAN总线［2］对质谱计的电控单元进行扫描控制，同时对数据信号进行采集、分析、处理和保存。质谱计下位机采用TI公司生产的32位浮点型高性能的DSP数字信号处理芯片作为主控芯片，与上位机软件通讯［3］采用双通道CAN总线，完成启动指令、质谱计试验数据和状态数据轮询指令的接收以及试验数据和状态数据输出等功能。质谱计数据采集原理如图1所示。

2 小型磁偏转质谱计上位机软件的设计

2.1 质谱计上位机软件系统架构与工作流程

上位机软件开始运行后，首先进行初始化设置。包括CAN总线协议帧格式设置、波特率设置、CAN报文滤波设置以及工作模式设置等。

图1 质谱计数据采集原理框图

在初始化设置完成后，上位机等待操作人员发送开机指令。下位机接收到上位机发送的间接指令，按照预先设置的流程开始工作。包括创建保存数据的文本文档、执行2秒一次的状态数据轮询以及1秒一次的试验数据轮询、将轮询到的原始数据保存到文本文档中。在程序运行到预设的时间后自动退出主线程，等待操作人员发送关机指令。

上位机软件中集成了对原始数据处理模块。通过文件对话框打开上位机采集的数据，采用约定的数据格式对数据进行解析，获得状态数据和试验数据并保存到相应的文本文档中。质谱计上位机软件工作流程图，如图2所示。

图2 质谱计上位机软件工作流程图

2.2 质谱计上位机与下位机通信协议

小型磁偏转质谱计上位机与下位机通信采用标准CAN总线。下位机控制器为SJA1000，接口芯片为PCA82C250。上位机通过周立功USBCAN－II接口卡与下位机通信。周立功CAN接口卡有针对于VC++编程环境的DLL(动态链接库)，在上位机软件实现过程中直接调用DLL的函数可以缩短软件的研制周期。CAN总线物理层协议和逻辑链路层协议符合CAN技术规范2.0A要求。应用层协议设计过程中考虑格式的检测、容错能力，以保证系统安全可靠，一个通信节点的时效不影响其他通信节点的通信。上位机软件中初始化CAN接口卡与安全关闭CAN接口卡的流程图如图3所示。

质谱计在通信过程中，首先由上位机通过CAN总线向下位机发送开机指令，下位机收到开机指令后开始工作。在工作过程中，上位机每1S通过CAN总线向下位机进行一次状态数据轮询，每2S进行一次试验数据轮询。下位机在收到轮询指令后通过CAN总线向上位机发送相应数据，上位机在接收到数据后按原始格式保存在文本文档中。质谱计通过CAN总线发送指令与接收数据的流程如图4所示。