專利名稱：一種基于can總線的大晶體陣列航空能譜儀系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大晶體陣列航空能譜儀系統(tǒng)，尤其涉及一種基于CAN總線的大晶 體陣列航空能譜儀系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
將航空能譜儀和探測(cè)器放在飛行器上面，在測(cè)量地區(qū)按照預(yù)先設(shè)計(jì)的側(cè)線和高度 對(duì)巖石和地層中天然放射性核素含量進(jìn)行測(cè)量。這種方法就是我們一般所說的航空伽瑪能 譜測(cè)量。該方法可以在地面難以進(jìn)行的地區(qū)連續(xù)地進(jìn)行測(cè)量。與地面伽瑪能譜測(cè)量相比， 具有速度快、效率高和成本低的特點(diǎn)。自然界有鈾系、釷系、錒系3個(gè)天然放射性系列，還有部分不成系列(如40K)的天 然放射性核素。測(cè)量時(shí)，在測(cè)區(qū)上空按照預(yù)先設(shè)計(jì)的測(cè)線、高度和設(shè)定的譜段記錄巖石和地 層中天然放射性核素巖石或礦石特征譜鈾(21483Bi的1. 76MeV的Y譜)、釷(20881T1 的2. 62MeV的Y譜)和鉀(4019K的1. 46MeV的Y譜)，以及Y能譜儀中總道的Y總量 的計(jì)數(shù)率。在對(duì)各項(xiàng)本底及影響進(jìn)行處理后，再根據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)模型上測(cè)定的換算系數(shù)計(jì)算鈾、 釷、鉀在礦(巖)石中的含量。航空能譜儀系統(tǒng)通常包含晶體陣列，核輻射探測(cè)器，電源，前置放大器，峰值保持 器，ADC轉(zhuǎn)化電路，外部寄存器，邏輯控制電路，數(shù)據(jù)傳輸以及上位機(jī)系統(tǒng)組成。高壓電源提 供核輻射探測(cè)器的工作電壓。高壓電源提供核輻射探測(cè)器的工作電壓。前置放大器和可編 程運(yùn)算放大器對(duì)核輻射探測(cè)器的信號(hào)進(jìn)行放大。峰值保持電路當(dāng)峰值信號(hào)到來時(shí)發(fā)送峰值 到來信號(hào)并且對(duì)電信號(hào)的峰值進(jìn)行展寬。保證ADC電路獲得峰值信號(hào)。外部寄存器是譜線 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的單元，下位機(jī)將對(duì)應(yīng)幅值信號(hào)的計(jì)數(shù)率放入這個(gè)存儲(chǔ)單元中?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)使用的航空能譜儀多為256道或者為512道，晶體數(shù)一般最多為16條。 多采用 RS232(1200 19200 波特率)，IEEE488，INTEL8255 和 CENTR0NICS8 位作為與上位 機(jī)接口的方式。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述中存在的問題與缺陷，本發(fā)明提供了一種基于CAN總線的大晶體陣列 航空能譜儀系統(tǒng)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明所涉及的一種基于CAN總線的大晶體陣列航空能譜儀系統(tǒng)，包括至少四路CAN數(shù)據(jù)總線和24個(gè)串口節(jié)點(diǎn)，所述四路CAN數(shù)據(jù)總線通過一 CAN總線 接口與PC機(jī)連接；所述每路CAN數(shù)據(jù)總線至少包括五個(gè)單晶體多道幅度分析器和一個(gè)ARM 控制器，其中，每個(gè)單晶體多道幅度分析器包括主控制器、核輻射探測(cè)器、前置放大電路、可 控增益放大器、峰值保持器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC處理單元及數(shù)據(jù)傳輸模塊。主控制器，控制高壓電源提供核輻射探測(cè)器的工作電源，并接收PC機(jī)發(fā)送的命 令，然后根據(jù)接收到的命令對(duì)幅度分析器進(jìn)行調(diào)整；
核輻射探測(cè)器，將探測(cè)到的熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將電信號(hào)發(fā)送到前置放大 電路；前置放大電路，將接收到的電信號(hào)進(jìn)行放大；可控增益放大器，對(duì)接收到的核輻射信號(hào)進(jìn)行不同倍數(shù)的放大，并將放大的不同 倍數(shù)的核輻射信號(hào)通過不同的峰值保持器傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC處理單元；模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC處理單元，對(duì)接收到的電信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)傳輸模塊，采用并行傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)譜線數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與讀取譜線數(shù)據(jù)的連接。本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是本發(fā)明以CAN總線用作數(shù)據(jù)總線，串口作為命令收發(fā)總線采用了并行傳輸模式提 高了系統(tǒng)的傳輸?shù)乃俣取?br>

圖1是基于CAN總線的大晶體陣列航空能譜儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是航空能譜儀的單晶體多道幅度分析器；圖3是航空能譜儀的CAN總線節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方 式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述本實(shí)施例提供了一種基于CAN總線的大晶體陣列航空能譜儀系統(tǒng)。參見圖1，為基于CAN總線的大晶體陣列航空能譜儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括4個(gè) CAN總線節(jié)點(diǎn)94和24個(gè)串口節(jié)點(diǎn)，其中4個(gè)既是CAN總線節(jié)點(diǎn)也是串口節(jié)點(diǎn)，而其他的20 個(gè)串口金額點(diǎn)都可以視作一個(gè)單晶體的多道幅度分析器。其中每個(gè)CAN總線節(jié)點(diǎn)94包括五 個(gè)單晶體多道幅度分析器和一個(gè)RAM控制器，并且將RAM作為主控制器。在航空能譜系統(tǒng) 中，CAN總線被定義為數(shù)據(jù)總線，通過CAN總線協(xié)理之后的能譜數(shù)據(jù)都是通過CAN總線傳遞 給上位PC機(jī)，而串口作為系統(tǒng)的命令收發(fā)總線，通過共有命令和特定命令對(duì)下位機(jī)設(shè)備發(fā) 送相應(yīng)的命令，調(diào)整各個(gè)設(shè)備的步伐，其中，每個(gè)單晶體多道分析器包括主控制器90、高壓 電源模塊91、晶體10、核輻射探測(cè)器20、前置放大電路30、兩個(gè)可控增益放大器40a和40b、 兩個(gè)峰值保持器50、高低位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC60a和60b及并行傳輸模塊。參見圖2，為航空能譜儀的單晶體多道幅度分析器的結(jié)構(gòu)，主控制器控制可控高壓 電源提供核幅射探測(cè)器的工作電源。作為航空能譜儀中的一個(gè)串口節(jié)點(diǎn)，主控制器90為 magel28控制器接受來自上位機(jī)的命令，根據(jù)命令對(duì)幅度分析器做出調(diào)整。當(dāng)入射射線經(jīng)過 晶體10產(chǎn)生熒光，經(jīng)核輻射探測(cè)器20探測(cè)到之后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該電信號(hào)經(jīng)過前置放大器 30后與參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)大于參考電壓且判斷為峰值信號(hào)的時(shí)候，峰值信號(hào)保持器50 對(duì)峰值進(jìn)行保持，并且發(fā)出峰值到來信號(hào)，ADC開始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換的值直接由并行傳輸模塊中 的邏輯控制電路CPLD70獲取并且運(yùn)算之后存入外部存儲(chǔ)器雙口 RAM80?？煽卦鲆娣糯笃靼?括有兩個(gè)，其中一個(gè)為低放大倍數(shù)的可控增益放大器1即40a，另一個(gè)為高放大倍數(shù)的可控 增益放大器2即40b，對(duì)于高能部分的，采用低放大倍數(shù)的放大器，對(duì)于低能部分的，采用高能放大倍數(shù)的放大器，通過各自的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換之后，獲得高能和低能的兩條 核輻射譜線數(shù)據(jù)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC包括兩個(gè)，一個(gè)是高能模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC60a，一個(gè)是低能模 數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC60b，通過高低位ADC將核輻射譜線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之后，獲得高能和低能兩條核輻 射譜線數(shù)據(jù)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC轉(zhuǎn)換完畢之后，以中斷的方式通知邏輯控制電路CPLD將ADC 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存。CPLD以讀入的數(shù)據(jù)和當(dāng)前主控制器的段偏移地址讀取外部存儲(chǔ) 器雙口 RAM80中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行加1操作之后，將數(shù)據(jù)寫入到當(dāng)前地地存儲(chǔ)單元。外部存儲(chǔ)器雙口 RAM被切分成多個(gè)區(qū)域之后，其段偏移地址由串口節(jié)點(diǎn)中的主控 制器給出。而在航空能譜儀中，上位機(jī)通過串口以廣播的方式將段偏移地址發(fā)送給單晶體 多道幅度分析器主控制器，當(dāng)主控制器收到段偏移地址后，以此數(shù)據(jù)作為雙目EAM控制器 的段地址，控制段偏移。參見圖3，為航空能譜儀的CAN總線節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)下面有五個(gè)單晶體多 道幅度分析器。主機(jī)通過廣播的方式將當(dāng)前段偏移地址發(fā)送(輸出TXD)給下位機(jī)，串口節(jié) 點(diǎn)控制器和CAN總線節(jié)點(diǎn)控制器收到此段偏移地址之后，分別進(jìn)行如下的操作，串口節(jié)點(diǎn) 控制器得到當(dāng)前段偏移地址之后，將單晶體多能譜的并行幅度分析器的計(jì)數(shù)率寫入到此段 偏移地址所指向的存儲(chǔ)單元。CAN總線控制器93收到此段偏移地址之后，將此段偏移地址 識(shí)別為不能讀取的數(shù)據(jù)段，而將此段偏移地址減1操作之后，以此作為地址讀寫雙口 RAM中 存儲(chǔ)的譜線數(shù)據(jù)。CAN總線節(jié)點(diǎn)控制器以上位機(jī)發(fā)送來的段偏移減1之后的地址作為讀取 雙口 RAM9-11為地址，低位地址取零，以此作為起始地址讀取五個(gè)雙口 RAM的譜數(shù)據(jù)。采用 輪詢的方式讀取數(shù)據(jù)，將所得的經(jīng)過工業(yè)ARM控制器92協(xié)理之后，轉(zhuǎn)換為CAN總線信號(hào)并 由CAN總線模塊通過CAN總線接口 94將信號(hào)輸入(RXD)上位機(jī)95。上位機(jī)將CAN信號(hào)通 過CAN轉(zhuǎn)PCI的方式讀取數(shù)據(jù)。本實(shí)施例以CAN總線用作數(shù)據(jù)總線，串口作為命令收發(fā)總線采用了并行傳輸模式 提高了系統(tǒng)的傳輸?shù)乃俣?。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍 為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種基于CAN總線的大晶體陣列航空能譜儀系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括至少四路CAN數(shù)據(jù)總線和24個(gè)串口節(jié)點(diǎn)，所述四路CAN數(shù)據(jù)總線通過一CAN總線接口與PC機(jī)連接；所述每路CAN數(shù)據(jù)總線至少包括五個(gè)單晶體多道幅度分析器和一個(gè)ARM控制器，其中，每個(gè)單晶體多道幅度分析器包括主控制器、核輻射探測(cè)器、前置放大電路、可控增益放大器、峰值保持器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC處理單元及數(shù)據(jù)傳輸模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的大晶體陣列航空能譜儀系統(tǒng)，其特征在于，其主控制器，控制高壓電源提供核輻射探測(cè)器的工作電源，并接收PC機(jī)發(fā)送的命令，然 后根據(jù)接收到的命令對(duì)幅度分析器進(jìn)行調(diào)整；核輻射探測(cè)器，將探測(cè)到的熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將電信號(hào)發(fā)送到前置放大電路；前置放大電路，將接收到的電信號(hào)進(jìn)行放大；可控增益放大器，對(duì)接收到的核輻射信號(hào)進(jìn)行不同倍數(shù)的放大，并將放大的不同倍數(shù) 的核輻射信號(hào)通過不同的峰值保持器傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC處理單元； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC處理單元，對(duì)接收到的電信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 數(shù)據(jù)傳輸模塊，采用并行傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)譜線數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與讀取譜線數(shù)據(jù)的連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的大晶體陣列航空能譜儀系統(tǒng)，其特征在于，所 述24個(gè)串口節(jié)點(diǎn)中包括有四個(gè)既是CAN總線節(jié)點(diǎn)也是串口節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于CAN總線的大晶體陣列航空能譜儀系統(tǒng)，其特征在 于，所述可控增益放大器包括有兩個(gè)，其中一個(gè)為低放大倍數(shù)的可控增益放大器，另一個(gè)為 高放大倍數(shù)的可控增益放大器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于CAN總線的大晶體陣列航空能譜儀系統(tǒng)，其特征在 于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC處理單元包括高位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和低位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于CAN總線的大晶體陣列航空能譜儀系統(tǒng)，其特征在于，所 述數(shù)據(jù)傳輸模塊包括邏輯控制電路CPLD和外部存儲(chǔ)器雙口 RAM，其中CPLD接收ADC處理單 元以中斷方式發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)讀入到外部存儲(chǔ)器雙口 RAM中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的大晶體陣列航空能譜儀系統(tǒng)，其特征在于，所 述PC機(jī)通過廣播的方式將當(dāng)前段偏移地址發(fā)送給主控制器、CAN總線控制器及CAN總線節(jié) 點(diǎn)控制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的基于CAN總線的大晶體陣列航空能譜儀系統(tǒng)，其特征在 于，所述邏輯控制電路CPLD通過讀入的數(shù)據(jù)和當(dāng)前主控制器的段偏移地址讀取外部存儲(chǔ) 器雙口 RAM中的數(shù)據(jù)，然后將段偏移地址進(jìn)行加1操作后，將數(shù)據(jù)寫入到當(dāng)前地址的存儲(chǔ)單兀。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于CAN總線的大晶體陣列航空能譜儀系統(tǒng)，其特征在于，所 述CAN總線節(jié)點(diǎn)控制器將接收到的段偏移地址識(shí)別為不能讀取的數(shù)據(jù)段，并將該數(shù)據(jù)段減 1后的地址進(jìn)行讀寫外部存儲(chǔ)器雙口 RAM中的譜線數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于CAN總線的大晶體陣列航空能譜儀系統(tǒng)，其特征在于， 所述CAN總線節(jié)點(diǎn)控制器將接收到的段偏移地址減1后的地址作為讀取雙口 RAM的9-11 位地址，并以低位作為起始地址讀取五個(gè)單晶體多道幅度分析器中包含的五個(gè)雙口 RAM中存儲(chǔ)的譜線數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于CAN總線的大晶體陣列航空能譜儀系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少四路CAN數(shù)據(jù)總線和24個(gè)串口節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，所述四路CAN數(shù)據(jù)總線通過一CAN總線接口與PC機(jī)連接；所述每路CAN數(shù)據(jù)總線至少包括五個(gè)單晶體多道幅度分析器和一個(gè)ARM控制器，其中，每個(gè)單晶體多道幅度分析器包括主控制器、核輻射探測(cè)器、前置放大電路、可控增益放大器、峰值保持器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC處理單元及數(shù)據(jù)傳輸模塊。本發(fā)明采用CAN總線作為航空能譜儀的數(shù)據(jù)傳輸總線，以串口作為命令總線，且設(shè)計(jì)了基于CAN總線的航空能譜儀的并行數(shù)據(jù)傳輸方式。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101799683SQ201010145728
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者曾國(guó)強(qiáng), 熊盛青, 葛良全, 谷懿, 賴萬昌 申請(qǐng)人:成都理工大學(xué)