CN101799683A - 一种基于can总线的大晶体阵列航空能谱仪系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于CAN总线的大晶体阵列航空能谱仪系统，所述系统包括：至少四路CAN数据总线和24个串口节点构成，所述四路CAN数据总线通过一CAN总线接口与PC机连接；所述每路CAN数据总线至少包括五个单晶体多道幅度分析器和一个ARM控制器，其中，每个单晶体多道幅度分析器包括主控制器、核辐射探测器、前置放大电路、可控增益放大器、峰值保持器、模数转换器ADC处理单元及数据传输模块。本发明采用CAN总线作为航空能谱仪的数据传输总线，以串口作为命令总线，且设计了基于CAN总线的航空能谱仪的并行数据传输方式。

Description

一种基于CAN总线的大晶体阵列航空能谱仪系统
技术领域
本发明涉及一种大晶体阵列航空能谱仪系统，尤其涉及一种基于CAN总线的大晶体阵列航空能谱仪系统。
背景技术
将航空能谱仪和探测器放在飞行器上面，在测量地区按照预先设计的侧线和高度对岩石和地层中天然放射性核素含量进行测量。这种方法就是我们一般所说的航空伽玛能谱测量。该方法可以在地面难以进行的地区连续地进行测量。与地面伽玛能谱测量相比，具有速度快、效率高和成本低的特点。
自然界有铀系、钍系、锕系3个天然放射性系列，还有部分不成系列(如40K)的天然放射性核素。测量时，在测区上空按照预先设计的测线、高度和设定的谱段记录岩石和地层中天然放射性核素岩石或矿石特征谱：铀(21483Bi的1.76MeV的γ谱)、钍(20881T1的2.62MeV的γ谱)和钾(4019K的1.46MeV的γ谱)，以及γ能谱仪中总道的γ总量的计数率。在对各项本底及影响进行处理后，再根据在标准模型上测定的换算系数计算铀、钍、钾在矿(岩)石中的含量。
航空能谱仪系统通常包含晶体阵列，核辐射探测器，电源，前置放大器，峰值保持器，ADC转化电路，外部寄存器，逻辑控制电路，数据传输以及上位机系统组成。高压电源提供核辐射探测器的工作电压。高压电源提供核辐射探测器的工作电压。前置放大器和可编程运算放大器对核辐射探测器的信号进行放大。峰值保持电路当峰值信号到来时发送峰值到来信号并且对电信号的峰值进行展宽。保证ADC电路获得峰值信号。外部寄存器是谱线数据存储的单元，下位机将对应幅值信号的计数率放入这个存储单元中。
现在国内使用的航空能谱仪多为256道或者为512道，晶体数一般最多为16条。多采用RS232(1200～19200波特率)，IEEE488，INTEL8255和CENTRONICS8位作为与上位机接口的方式。
发明内容
为解决上述中存在的问题与缺陷，本发明提供了一种基于CAN总线的大晶体阵列航空能谱仪系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明所涉及的一种基于CAN总线的大晶体阵列航空能谱仪系统，包括：
至少四路CAN数据总线和24个串口节点，所述四路CAN数据总线通过一CAN总线接口与PC机连接；所述每路CAN数据总线至少包括五个单晶体多道幅度分析器和一个ARM控制器，其中，每个单晶体多道幅度分析器包括主控制器、核辐射探测器、前置放大电路、可控增益放大器、峰值保持器、模数转换器ADC处理单元及数据传输模块。
主控制器，控制高压电源提供核辐射探测器的工作电源，并接收PC机发送的命令，然后根据接收到的命令对幅度分析器进行调整；
核辐射探测器，将探测到的荧光信号转换为电信号，并将电信号发送到前置放大电路；
前置放大电路，将接收到的电信号进行放大；
可控增益放大器，对接收到的核辐射信号进行不同倍数的放大，并将放大的不同倍数的核辐射信号通过不同的峰值保持器传送到模数转换器ADC处理单元；
模数转换器ADC处理单元，对接收到的电信号进行模数转换；
数据传输模块，采用并行传输的方式实现谱线数据的存储与读取谱线数据的连接。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
本发明以CAN总线用作数据总线，串口作为命令收发总线采用了并行传输模式提高了系统的传输的速度。
附图说明
图1是基于CAN总线的大晶体阵列航空能谱仪系统结构图；
图2是航空能谱仪的单晶体多道幅度分析器；
图3是航空能谱仪的CAN总线节点结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述：
本实施例提供了一种基于CAN总线的大晶体阵列航空能谱仪系统。
参见图1，为基于CAN总线的大晶体阵列航空能谱仪系统结构，该结构包括：4个CAN总线节点94和24个串口节点，其中4个既是CAN总线节点也是串口节点，而其他的20个串口金额点都可以视作一个单晶体的多道幅度分析器。其中每个CAN总线节点94包括五个单晶体多道幅度分析器和一个RAM控制器，并且将RAM作为主控制器。在航空能谱系统中，CAN总线被定义为数据总线，通过CAN总线协理之后的能谱数据都是通过CAN总线传递给上位PC机，而串口作为系统的命令收发总线，通过共有命令和特定命令对下位机设备发送相应的命令，调整各个设备的步伐，其中，每个单晶体多道分析器包括主控制器90、高压电源模块91、晶体10、核辐射探测器20、前置放大电路30、两个可控增益放大器40a和40b、两个峰值保持器50、高低位模数转换器ADC60a和60b及并行传输模块。
参见图2，为航空能谱仪的单晶体多道幅度分析器的结构，主控制器控制可控高压电源提供核幅射探测器的工作电源。作为航空能谱仪中的一个串口节点，主控制器90为mage128控制器接受来自上位机的命令，根据命令对幅度分析器做出调整。当入射射线经过晶体10产生荧光，经核辐射探测器20探测到之后转换为电信号，该电信号经过前置放大器30后与参考电压进行比较，当大于参考电压且判断为峰值信号的时候，峰值信号保持器50对峰值进行保持，并且发出峰值到来信号，ADC开始转换。转换的值直接由并行传输模块中的逻辑控制电路CPLD70获取并且运算之后存入外部存储器双口RAM80。可控增益放大器包括有两个，其中一个为低放大倍数的可控增益放大器1即40a，另一个为高放大倍数的可控增益放大器2即40b，对于高能部分的，采用低放大倍数的放大器，对于低能部分的，采用高能放大倍数的放大器，通过各自的模数转换器ADC进行转换之后，获得高能和低能的两条核辐射谱线数据。模数转换器ADC包括两个，一个是高能模数转换器ADC60a，一个是低能模数转换器ADC60b，通过高低位ADC将核辐射谱线数据转换之后，获得高能和低能两条核辐射谱线数据。模数转换器ADC转换完毕之后，以中断的方式通知逻辑控制电路CPLD将ADC转换得到的数据读入内存。CPLD以读入的数据和当前主控制器的段偏移地址读取外部存储器双口RAM80中的数据，进行加1操作之后，将数据写入到当前地地存储单元。
外部存储器双口RAM被切分成多个区域之后，其段偏移地址由串口节点中的主控制器给出。而在航空能谱仪中，上位机通过串口以广播的方式将段偏移地址发送给单晶体多道幅度分析器主控制器，当主控制器收到段偏移地址后，以此数据作为双目EAM控制器的段地址，控制段偏移。
参见图3，为航空能谱仪的CAN总线节点结构，每个CAN节点下面有五个单晶体多道幅度分析器。主机通过广播的方式将当前段偏移地址发送(输出TXD)给下位机，串口节点控制器和CAN总线节点控制器收到此段偏移地址之后，分别进行如下的操作，串口节点控制器得到当前段偏移地址之后，将单晶体多能谱的并行幅度分析器的计数率写入到此段偏移地址所指向的存储单元。CAN总线控制器93收到此段偏移地址之后，将此段偏移地址识别为不能读取的数据段，而将此段偏移地址减1操作之后，以此作为地址读写双口RAM中存储的谱线数据。CAN总线节点控制器以上位机发送来的段偏移减1之后的地址作为读取双口RAM9-11为地址，低位地址取零，以此作为起始地址读取五个双口RAM的谱数据。采用轮询的方式读取数据，将所得的经过工业ARM控制器92协理之后，转换为CAN总线信号并由CAN总线模块通过CAN总线接口94将信号输入(RXD)上位机95。上位机将CAN信号通过CAN转PCI的方式读取数据。
本实施例以CAN总线用作数据总线，串口作为命令收发总线采用了并行传输模式提高了系统的传输的速度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于CAN总线的大晶体阵列航空能谱仪系统，其特征在于，所述系统包括：至少四路CAN数据总线和24个串口节点，所述四路CAN数据总线通过一CAN总线接口与PC机连接；所述每路CAN数据总线至少包括五个单晶体多道幅度分析器和一个ARM控制器，其中，每个单晶体多道幅度分析器包括主控制器、核辐射探测器、前置放大电路、可控增益放大器、峰值保持器、模数转换器ADC处理单元及数据传输模块。
2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的大晶体阵列航空能谱仪系统，其特征在于，其小
主控制器，控制高压电源提供核辐射探测器的工作电源，并接收PC机发送的命令，然后根据接收到的命令对幅度分析器进行调整；
核辐射探测器，将探测到的荧光信号转换为电信号，并将电信号发送到前置放大电路；
前置放大电路，将接收到的电信号进行放大；
可控增益放大器，对接收到的核辐射信号进行不同倍数的放大，并将放大的不同倍数的核辐射信号通过不同的峰值保持器传送到模数转换器ADC处理单元；
模数转换器ADC处理单元，对接收到的电信号进行模数转换；
数据传输模块，采用并行传输的方式实现谱线数据的存储与读取谱线数据的连接。
3.根据权利要求1所述的基于CAN总线的大晶体阵列航空能谱仪系统，其特征在于，所述24个串口节点中包括有四个既是CAN总线节点也是串口节点。
4.根据权利要求1或2所述的基于CAN总线的大晶体阵列航空能谱仪系统，其特征在于，所述可控增益放大器包括有两个，其中一个为低放大倍数的可控增益放大器，另一个为高放大倍数的可控增益放大器。
5.根据权利要求1或2所述的基于CAN总线的大晶体阵列航空能谱仪系统，其特征在于，所述模数转换器ADC处理单元包括高位模数转换器ADC和低位模数转换器ADC。
6.根据权利要求2所述的基于CAN总线的大晶体阵列航空能谱仪系统，其特征在于，所述数据传输模块包括逻辑控制电路CPLD和外部存储器双口RAM，其中CPLD接收ADC处理单元以中断方式发送来的数据，并将该数据读入到外部存储器双口RAM中。
7.根据权利要求1所述的基于CAN总线的大晶体阵列航空能谱仪系统，其特征在于，所述PC机通过广播的方式将当前段偏移地址发送给主控制器、CAN总线控制器及CAN总线节点控制器。
8.根据权利要求6或7所述的基于CAN总线的大晶体阵列航空能谱仪系统，其特征在于，所述逻辑控制电路CPLD通过读入的数据和当前主控制器的段偏移地址读取外部存储器双口RAM中的数据，然后将段偏移地址进行加1操作后，将数据写入到当前地址的存储单元。
9.根据权利要求7所述的基于CAN总线的大晶体阵列航空能谱仪系统，其特征在于，所述CAN总线节点控制器将接收到的段偏移地址识别为不能读取的数据段，并将该数据段减1后的地址进行读写外部存储器双口RAM中的谱线数据。
10.根据权利要求7所述的基于CAN总线的大晶体阵列航空能谱仪系统，其特征在于，所述CAN总线节点控制器将接收到的段偏移地址减1后的地址作为读取双口RAM的9-11位地址，并以低位作为起始地址读取五个单晶体多道幅度分析器中包含的五个双口RAM中存储的谱线数据。
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