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器放在飛行器上面，在測量地區(qū)按照預(yù)先設(shè)計的側(cè)線和高度 對巖石和地層中天然放射性核素含量進(jìn)行測量。這種方法就是我們一般所說的航空伽瑪能 譜測量。該方法可以在地面難以進(jìn)行的地區(qū)連續(xù)地進(jìn)行測量。與地面伽瑪能譜測量相比， 具有速度快、效率高和成本低的特點。自然界有鈾系、釷系、錒系3個天然放射性系列，還有部分不成系列(如40K)的天 然放射性核素。測量時，在測區(qū)上空按照預(yù)先設(shè)計的測線、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 的計數(shù)率。在對各項本底及影響進(jìn)行處理后，再根據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)模型上測定的換算系數(shù)計算鈾、 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 供核輻射探測器的工作電壓。高壓電源提供核輻射探測器的工作電壓。前置放大器和可編 程運(yùn)算放大器對核輻射探測器的信號進(jìn)行放大。峰值保持電路當(dāng)峰值信號到來時發(fā)送峰值 到來信號并且對電信號的峰值進(jìn)行展寬。保證ADC電路獲得峰值信號。外部寄存器是譜線 數(shù)據(jù)存儲的單元，下位機(jī)將對應(yīng)幅值信號的計數(shù)率放入這個存儲單元中?，F(xiàn)在國內(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個串口節(jié)點，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)總線至少包括五個單晶體多道幅度分析器和一個ARM 控制器，其中，每個單晶體多道幅度分析器包括主控制器、核輻射探測器、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)接收到的命令對幅度分析器進(jìn)行調(diào)整；
核輻射探測器，將探測到的熒光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將電信號發(fā)送到前置放大 電路；前置放大電路，將接收到的電信號進(jìn)行放大；可控增益放大器，對接收到的核輻射信號進(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，對接收到的電信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)傳輸模塊，采用并行傳輸?shù)姆绞綄崿F(xiàn)譜線數(shù)據(jù)的存儲與讀取譜線數(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)點結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方 式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述本實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 CAN總線節(jié)點94和24個串口節(jié)點，其中4個既是CAN總線節(jié)點也是串口節(jié)點，而其他的20 個串口金額點都可以視作一個單晶體的多道幅度分析器。其中每個CAN總線節(jié)點94包括五 個單晶體多道幅度分析器和一個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下位機(jī)設(shè)備發(fā) 送相應(yīng)的命令，調(diào)整各個設(shè)備的步伐，其中，每個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、核輻射探測器20、前置放大電路30、兩個可控增益放大器40a和40b、 兩個峰值保持器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器的工作電源。作為航空能譜儀中的一個串口節(jié)點，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)核輻射探測器20探測到之后轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號經(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的時候，峰值信號保持器50 對峰值進(jìn)行保持，并且發(fā)出峰值到來信號，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器雙口 RAM80?？煽卦鲆娣糯笃靼?括有兩個，其中一個為低放大倍數(shù)的可控增益放大器1即40a，另一個為高放大倍數(shù)的可控 增益放大器2即40b，對于高能部分的，采用低放大倍數(shù)的放大器，對于低能部分的，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，一個是高能模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC60a，一個是低能模 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 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)前地地存儲單元。外部存儲器雙口 RAM被切分成多個區(qū)域之后，其段偏移地址由串口節(jié)點中的主控 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)點結(jié)構(gòu)，每個CAN節(jié)點下面有五個單晶體多 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) 點控制器和CAN總線節(jié)點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 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數(shù)率寫入到此段 偏移地址所指向的存儲單元。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 存儲的譜線數(shù)據(jù)。CAN總線節(jié)點控制器以上位機(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總線信號并 由CAN總線模塊通過CAN總線接口 94將信號輸入(RXD)上位機(jī)95。上位機(jī)將CAN信號通 過CAN轉(zhuǎn)PCI的方式讀取數(shù)據(jù)。本實施例以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)乃俣取Ｒ陨纤?，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，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個串口節(jié)點，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)總線至少包括五個單晶體多道幅度分析器和一個ARM控制器，其中，每個單晶體多道幅度分析器包括主控制器、核輻射探測器、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)接收到的命令對幅度分析器進(jìn)行調(diào)整；核輻射探測器，將探測到的熒光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將電信號發(fā)送到前置放大電路；前置放大電路，將接收到的電信號進(jìn)行放大；可控增益放大器，對接收到的核輻射信號進(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，對接收到的電信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 數(shù)據(jù)傳輸模塊，采用并行傳輸?shù)姆绞綄崿F(xiàn)譜線數(shù)據(jù)的存儲與讀取譜線數(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個串口節(jié)點中包括有四個既是CAN總線節(jié)點也是串口節(jié)點。
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，其中一個為低放大倍數(shù)的可控增益放大器，另一個為 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 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)點控制器將接收到的段偏移地址識別為不能讀取的數(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單晶體多道幅度分析器中包含的五個雙口 RAM中存儲的譜線數(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個串口節(jié)點構(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)總線至少包括五個單晶體多道幅度分析器和一個ARM控制器，其中，每個單晶體多道幅度分析器包括主控制器、核輻射探測器、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G05B19/418GK101799683SQ201010145728
公開日2010年8月11日 申請日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者曾國強(qiáng), 熊盛青, 葛良全, 谷懿, 賴萬昌 申請人:成都理工大學(xué)