一種可遠(yuǎn)程控制的熒光光譜測(cè)量?jī)x的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001 ] 本發(fā)明屬于光譜測(cè)量與分析領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
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[0002]光譜測(cè)量?jī)x是利用物質(zhì)對(duì)光的選擇吸收現(xiàn)象進(jìn)行物質(zhì)的定性和定量分析的光電式分析儀器。它具有極高的分析靈敏度，成為痕量高分子化合物、生物物質(zhì)檢測(cè)的最佳分析手段，在越來(lái)越多的領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。傳統(tǒng)光譜儀一般由AD轉(zhuǎn)換模塊、電機(jī)控制模塊、電源模塊、串口模塊、光源控制模塊等組成，隨著芯片技術(shù)的發(fā)展和實(shí)際需要的提高，現(xiàn)代的光譜儀又增加了 LCD顯示模塊。但傳統(tǒng)光譜儀在需要人直接干預(yù)，在應(yīng)用方面還存在一些限制，如無(wú)法在惡劣的環(huán)境中實(shí)時(shí)控制，采集數(shù)據(jù)無(wú)法及時(shí)共享，一些用串口作為傳輸接口的流量限制等。現(xiàn)有的光譜測(cè)量?jī)x下位機(jī)控制芯片普遍采用單片機(jī)、FPGA或DSP。這些控制芯片需要編制專(zhuān)門(mén)的底層程序，與外部的接口也需要開(kāi)發(fā)者自己定義，沒(méi)有通用的規(guī)范和協(xié)議，給進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)和推廣使用帶來(lái)不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明的目的是擴(kuò)展光譜儀的網(wǎng)絡(luò)通信功能，能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制光譜測(cè)量?jī)x完成原測(cè)量?jī)x的所有功能。
[0004]本發(fā)明給出的熒光光譜測(cè)量?jī)x的底層控制芯片采用AIM11，其特征在于該芯片可以運(yùn)行操作系統(tǒng)，不需要開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)最底層的程序。連接在AIM11上的網(wǎng)絡(luò)通信接口包括網(wǎng)絡(luò)接口芯片、網(wǎng)絡(luò)邏輯電平變換器和網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路物理接口。網(wǎng)絡(luò)接口芯片實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)物理層和介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)層的功能，包括MAC地址識(shí)別、數(shù)據(jù)幀的組裝/拆分與收發(fā)、CRC編碼校驗(yàn)、輸出脈沖成型、接受噪聲抑制、超時(shí)重傳等功能。網(wǎng)絡(luò)邏輯電平變換器能夠耦合信號(hào)電平，增強(qiáng)信號(hào)，使其傳輸距離更遠(yuǎn)，隔離芯片端與外部端，使其抗干擾能力大大增強(qiáng)。網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路物理接口提供內(nèi)外信息傳輸?shù)耐ǖ?。在遠(yuǎn)程控制程序中，使用基于TCP的并發(fā)式C/S模型。使用TCP協(xié)議能夠通過(guò)序列號(hào)和校驗(yàn)和來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，采用并發(fā)式服務(wù)器，能夠讓服務(wù)器同一時(shí)刻響應(yīng)多個(gè)客戶(hù)端的要求。
[0005]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:光譜儀器加上網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)后，能夠使傳輸流量加大，傳輸速度更快；能夠接收其他主機(jī)發(fā)來(lái)的信息請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制光譜儀的運(yùn)行，遠(yuǎn)程檢測(cè)光譜儀的運(yùn)行狀態(tài)、遠(yuǎn)程維護(hù)光譜儀、光譜數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸；能夠擴(kuò)大光譜儀的適用范圍，增強(qiáng)光譜儀對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。
【附圖說(shuō)明】
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[0006]圖1光譜儀遠(yuǎn)程控制模型
[0007]圖2光譜測(cè)量?jī)x的硬件連接
[0008]圖3服務(wù)器/客戶(hù)端編程模型
[0009]圖4光譜儀端解析數(shù)據(jù)功能流程圖
[0010]圖5光譜儀端步進(jìn)電機(jī)控制流程圖
[0011]圖6下傳以太網(wǎng)通信協(xié)議幀數(shù)據(jù)部分格式定義
[0012]圖7上傳以太網(wǎng)通信協(xié)議幀數(shù)據(jù)部分格式定義
[0013]圖8控制功能定義【具體實(shí)施方式】:
[0014]下面對(duì)按照本發(fā)明工作原理實(shí)現(xiàn)的具體硬件和軟件作具體描述。
[0015]由圖1可知，可遠(yuǎn)程控制的光譜儀是在原來(lái)光譜儀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，嵌入了網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)2。
[0016]原光譜儀至少應(yīng)具有電源模塊、電機(jī)控制模塊、信號(hào)采集模塊、存儲(chǔ)模塊和主控制器，并且主控制器采用s3c6410，它具有豐富的資源，能夠運(yùn)行操作系統(tǒng)。嵌入的網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)包括網(wǎng)絡(luò)芯片DM9000，網(wǎng)絡(luò)邏輯電平變換器H1101，網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路物理接口 RJ-45，具體的電路連接如圖2所示。遠(yuǎn)程信息通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)送入RJ-45插座4，然后網(wǎng)絡(luò)邏輯電平變換器3耦合信號(hào)，再經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口芯片2的MAC地址識(shí)別、數(shù)據(jù)幀的組裝/拆分與收發(fā)、CRC編碼校驗(yàn)等，最后送入主控制器1。
[0017]網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)是我們能夠使用網(wǎng)卡的基礎(chǔ)，因?yàn)镈M9000芯片的良好性能及它的廣泛使用，因此在大多數(shù)操作系統(tǒng)內(nèi)核中都有DM9000驅(qū)動(dòng)的編寫(xiě)。因此我們無(wú)需從頭開(kāi)始編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)，只需在操作系統(tǒng)中配置即可。熒光光譜儀所使用的操作系統(tǒng)內(nèi)核為linux-2.6.39。配置步驟如下:
[0018]1)使用命令make menuconfig，打開(kāi)操作系統(tǒng)內(nèi)核配置窗口。
[0019]2)在[Device Drivers]子菜單中選擇:
[0020][*]Network device support--->
[0021]在[DeviceDrivers] | [Network device support]中選擇:
[0022][*]Ethernet(10or100Mbit)---)
[0023]在[DeviceDrivers]|[Network device support]|[Ethernet(lOorlOOMbit)]中選擇:
[0024]<*>DM9000support
[0025]對(duì)于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，僅僅有網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)是不夠的。信息在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，需要網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的支持。Linux內(nèi)核為用戶(hù)提供了完善而強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的各部分，內(nèi)核中均已包括，我們只需按照自己的需要配置。網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的配置按照以下步驟進(jìn)行:
[0026]1)使用命令make menuconfig，打開(kāi)配置窗口。
[0027]2)在配置主菜單中選中:
[0028][*] Networking support---->
[0029]進(jìn)入[Networkingsupport] | [Networking opt1ns]子菜單，選擇以下三個(gè)選項(xiàng):
[0030]<*>Packet socket
[0031]<*>Unix domain sockets
[0032][*]TCP/IP networking
[0033]伴隨著[TCP/IP networking]被選中，下面這些選項(xiàng)會(huì)自動(dòng)被選擇。
[0034][*] IP-multicasting
[0035][*]IP:kernel level autoconfigurat1n
[0036][*] IP:DHCP support
[0037][*] IP:B00TP support
[0038]<*>IP:1Psec transport mode(NEW)
[0039]<*>IP:1Psec tunnel mode(NEW)
[0040]<*>IP:1Psec BEET mode(NEW)
[0041 ] <*>INET:socket monitoring interface(NEW)
[0042]在遠(yuǎn)程控制程序中，使用基于TCP的并發(fā)式C/S模型。光譜儀內(nèi)置程序的編程模型如圖3所示。流程為:a創(chuàng)建一個(gè)socket ；b將該socket與本機(jī)地址/端口號(hào)捆綁；c在監(jiān)聽(tīng)端口上監(jiān)聽(tīng)客戶(hù)機(jī)的連接請(qǐng)求；d當(dāng)accept捕捉到一個(gè)連接請(qǐng)求時(shí)，就建立連接線(xiàn)路并返回一個(gè)新的通信文件描述符；e父進(jìn)程創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，父進(jìn)程關(guān)閉通信文件描述符并繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)端口上其他客戶(hù)機(jī)的連接請(qǐng)求；f子進(jìn)程通過(guò)通信文件描述符與客戶(hù)機(jī)進(jìn)行通信，通信結(jié)束后終止子進(jìn)程并關(guān)閉通信文件描述符。
[0043]當(dāng)客戶(hù)端和光譜儀通訊時(shí)，首先connect ()建立連接，然后客戶(hù)端按照通訊協(xié)議通過(guò)sendO向光譜儀發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，光譜儀通過(guò)recvO接收數(shù)據(jù)。當(dāng)接收到數(shù)據(jù)時(shí)，光譜儀提取傳數(shù)據(jù)中的控制量類(lèi)型，判斷控制類(lèi)型是屬于光電倍增管電壓控制，電機(jī)控制，信號(hào)采集還是模擬信號(hào)處理，然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的控制；如果以上控制類(lèi)型都不是，就上客戶(hù)端返回輸入錯(cuò)誤的提示，具體流程如圖4所示。如果收到的數(shù)據(jù)類(lèi)型是對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制，光譜儀提取數(shù)據(jù)域中的電機(jī)控制部分，然后分析是對(duì)哪一個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，判斷出要控制的步進(jìn)電機(jī)后，再對(duì)步進(jìn)電機(jī)的功能進(jìn)行判斷，是控制它的復(fù)位、掃描、還是檢查，功能完成后，向客戶(hù)端返回功能完成的狀態(tài)；如果以上都不是，則向客戶(hù)端返回輸入錯(cuò)誤的提示，具體流程如圖5所示。
[0044]圖6、圖7和圖8是光譜儀和遠(yuǎn)程端相互傳送數(shù)據(jù)的通訊協(xié)議。由圖中可知通信協(xié)議幀主要包括以下幾個(gè)域:幀起始域、控制量類(lèi)型域/數(shù)據(jù)類(lèi)型域、數(shù)據(jù)域、校驗(yàn)碼等。控制量類(lèi)型/數(shù)據(jù)類(lèi)型、電機(jī)號(hào)采用BCD碼，采用BCD碼的優(yōu)點(diǎn)是編碼直觀，易于理解；其他幀域采用16進(jìn)制編碼。通信協(xié)議是對(duì)遠(yuǎn)程客戶(hù)端和光譜儀之間相互通信過(guò)程及數(shù)據(jù)格式進(jìn)行約束的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，通信雙方必須嚴(yán)格按照規(guī)定的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，才能保證通信順暢。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可遠(yuǎn)程控制的熒光光譜測(cè)量?jī)x器，包括主控制器和遠(yuǎn)程客戶(hù)端，其特征在于，還包括嵌入的網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信；所述的網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)包括網(wǎng)絡(luò)接口芯片、網(wǎng)絡(luò)邏輯電平變換器、網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路物理接口 ；采集到的遠(yuǎn)程信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)邏輯電平變換器耦合信號(hào)，再經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口芯片的MAC地址識(shí)別、數(shù)據(jù)幀的組裝/拆分與收發(fā)、CRC編碼校驗(yàn)，最后送入主控制器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述熒光光譜測(cè)量?jī)x器，其特征在于其中的網(wǎng)絡(luò)通信使用基于TCP協(xié)議的并發(fā)式C/S模式。
【專(zhuān)利摘要】一種可遠(yuǎn)程控制的熒光光譜測(cè)量?jī)x，包括能夠獨(dú)自運(yùn)行操作系統(tǒng)的光譜儀、嵌入的網(wǎng)絡(luò)通信硬件和網(wǎng)絡(luò)操作應(yīng)用程序。其中網(wǎng)絡(luò)通信硬件包括網(wǎng)絡(luò)控制芯片，網(wǎng)絡(luò)通信邏輯電平變換器和網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路插座，網(wǎng)絡(luò)操作應(yīng)用程序采用基于TCP/IP的并發(fā)C/S模式，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器可以同時(shí)處理多個(gè)客戶(hù)端請(qǐng)求。本發(fā)明可以遠(yuǎn)程控制光譜儀的運(yùn)行、遠(yuǎn)程檢測(cè)光譜儀的運(yùn)行狀態(tài)、遠(yuǎn)程維護(hù)光譜儀、光譜數(shù)據(jù)也可遠(yuǎn)程傳輸，在光譜測(cè)量領(lǐng)域有重要應(yīng)用。
【IPC分類(lèi)】H04L29/06, H04L29/08, H04L1/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105376298
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510610967
【發(fā)明人】孫杰, 鄭龍洋, 吳海強(qiáng)
【申請(qǐng)人】天津理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年9月17日