CN204557186U - 一种真空部件的控制电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种真空部件的控制电路，是由ARM控制器分别连接键盘、上位机、液晶显示器，ARM控制器经光耦隔离模块分别连接阀门1-n，ARM控制器经电平转换模块经RS485分别与真空部件485连接，ARM控制器经GM8125串口扩展模块a、GM8125串口扩展模块b和GM8125串口扩展模块c及RS232分别与真空部件232连接构成。控制电路可与上位机进行信息交互，还可以独立控制真空部件，实时获得各真空部件的工作状况并显示。真空部件设计为可插拔式，根据需求对控制的真空部件进行组合，增加了调试灵活性。提高了真空控制的可靠性与稳定性。解决了二次离子质谱仪对于不同真空部件的手动控制问题。为质谱仪的高真空环境提供了双重保障，对真空部件提供了有效保护。

Description

一种真空部件的控制电路
技术领域：
本实用新型涉及一种质谱仪的控制电路，尤其是二次离子质谱仪中的真空部件的控制电路。
背景技术：
质谱仪是用于分离和检测不同同位素的仪器，通常由离子源、质量分析器和离子检测器组成，然而离子源、质量分析器以及离子检测器都需要在真空的前提下工作，对样品进行电离、并使离子在磁场或电场中运动，因此真空控制系统在整个仪器中占有重要地位。真空控制部件主要包括分子泵、机械泵、低真空规和高真空规等，通过对真空部件以及阀门进行控制即可实现质谱仪真空腔体的抽真空作业。在真空控制系统中，真空部件主要采用串口通讯方式，因此需要对控制电路串口进行扩展。
现有多数质谱仪都已经实现了真空控制器系统的自动化，质谱仪的上位机通过总线对真空部件直接传送控制指令，但是，多缺少应急真空控制设备以应对上位机控制失效等紧急情况。以二次离子质谱仪为例，二次离子质谱仪在实验过程中，上位机总线板卡进行数据的读写与传输，当上位机出现故障时，错误指令将直接送至真空部件，极易将真空部件如分子泵等昂贵器件损坏，因此需要有可应急的独立控制模块对于真空系统进行控制。
CN 203644032 U公开了“一种串口扩展器电路”，包括一单片机、一串口扩展芯片、一印刷电路板以及一插针电路，所述单片机与串口扩展芯片之间通过所述印刷电路板连接，所述串口扩展芯片设有1个母串口COM和7个子串口COM0～COM6，所述插针电路从外部可控制地在第一工作模式和第二工作模式之间切换：第一工作模式下，所述插针电路连接所述单片机和一上位机使其直接通信；第二工作模式下，所述插针电路连接上位机与串口扩展芯片的子串口COM0以及单片机与串口扩展芯片的母串口COM；所述串口扩展芯片的子串口COM1～COM6分别与6个下位机连接，下位机采集的数据通过所述子串口COM1～COM6传输至单片机，并通过子串口COM0转发至上位机。但其只能与上位机进行通讯，不具备手动控制设备的功能，当上位机出现故障时，上位机与下位机的实时通讯则将被切断。
CN203616752U公开了一种“串口扩展装置”其包括R232接口模块、串口扩展模块和微控制芯片模块，所述R232接口模块与计算机主机串口相连，所述串口扩展模块与所述R232接口模块相连、并用于将一个母串口扩展为多个子串口，所述微控制芯片模块控制串口扩展模块，在所述微控制芯片模块上设有按键，通过按键控制微控制芯片发出信号给串口扩展模块从而实现计算机主机串口连接至各子串口的切换。通过GM8125扩展芯片对微处理器串口进行扩展，通过按键控制实现计算机主机串口连接至各子串口的切换，这种方式不能实时接受各路信号不利于应急处理。
CN103870428A，公开了一种“微处理器的串口扩展器”包括串口信号扩展模块、电平转换模块及第一至第四串口接口；其中所述电平转换模块的输入端与串口信号扩展模块的输出端电连接，所述第一至第四串口接口分别与电平转换模块的四个输出端电连接，所述串口信号扩展模块的TTL输入端与微处理器的TTL电平的串口电连接，串口信号扩展模块的两个片选输入端分别与微处理器的两个片选信号串口电连接。其缺乏与上位机的连接，只为简单的串口扩展装置，不能独立用于真空串口控制功能。
发明内容
本实用新型的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种即能与上位机信息交互，还能独立控制真空部件的一种真空部件的控制电路
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种真空部件的控制电路，是由ARM控制器分别连接键盘、上位机、液晶显示器，ARM控制器经光耦隔离模块分别连接阀门1、阀门2……阀门n，ARM控制器经电平转换模块经RS485-1、RS485-2……RS485-m分别与真空部件485-1、真空部件485-2……真空部件485-m连接，ARM控制器分别连接GM8125串口扩展模块a、GM8125串口扩展模块b和GM8125串口扩展模块c，GM8125串口扩展模块a经RS232电平转换模块和RS232-1、RS232-2……RS232-5分别连接真空部件232-1、真空部件232-2……真空部件232-5，GM8125串口扩展模块b经RS232电平转换模块和RS232-6、RS232-7……RS232-10分别连接真空部件232-6、真空部件232-6……真空部件232-10，GM8125串口扩展模块c经RS232电平转换模块和RS232-11、RS232-12……RS232-15分别连接真空部件232-11、真空部件232-12……真空部件232-15构成。
所述的真空部件485-1、真空部件485-2……和真空部件485-m为质谱仪真空腔体中具有RS485通信串口的低真空规、高真空规、分子泵以及机械泵中的任何一种；所述的真空部件232-1、真空部件232-2……真空部件232-15为质谱仪真空腔体中具有RS232通信串口的低真空规、高真空规、分子泵以及机械泵中的任何一种。
有益效果：控制电路可与上位机进行信息交互，还可以独立控制真空部件，实时获得各真空部件的工作状况并显示。上位机将控制信息传送至微控制器，然后由微控制器传送指令至真空部件。在上位机出现故障时，控制电路可实现独立手动控制真空部件正常运行，通过人机交互界面实时获取各控件运行状态。控制电路可灵活扩展串口，包括插拔式设计的无地址独立串口以及可级联串口，适用于各种串口通信的真空部件。真空部件设计为可插拔式，根据需求对控制的真空部件进行组合，在调试过程中增加了灵活性。并且当上位机出现问题时，微控制器可通过手动设置参数控制真空腔体工作，该设计提高了真空控制的可靠性与稳定性。解决了质谱仪尤其二次离子质谱仪对于不同真空部件的手动控制电路。为质谱仪的高真空环境提供了双重保障，对真空部件提供了有效保护。
附图说明：
图1是一种真空部件的控制电路的结构框图
图2是附图1的串口扩展芯片管脚电路连接图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明：
一种真空部件的串口扩展控制装置，通过上位机向微控制器发送控制器指令，通过微控制器同时连接多个真空部件进行调试，同时可连接任何具有RS232或RS485的高真空规、低真空规、分子泵和机械泵等真空腔体内用于抽真空的部件。
如图1所示，真空部件控制电路包括ARM控制器、串口扩展芯片、触摸屏、键盘、光耦隔离、串口电平转换电路以及印刷电路板。真空部件控制电路由液晶显示器连接到ARM控制器、键盘连接ARM控制器、I/O光耦隔离与ARM控制器连接、GM8125串口扩展模块与ARM控制器连接、阀门通过光耦隔离与ARM控制器IO控制口连接、上位机及真空部件串口通过电平转换芯片与串口扩展芯片连接构成。
键盘与液晶显示器主要用于人机交互，输入并显示控制器信息，同时也可读取真空腔体的反馈数据，实时显示真空部件的状态信息。
I/O光耦隔离模块主要用于信号隔离，其连接真空腔体间的阀门，在控制阀门开关的过程中主要防止低压控制电路与外部高压阀门之间的干扰。
阀门与质谱仪中的各个真空腔体进行连接，用于控制气体的通断。
ARM控制器采用STM32F103最小系统，包括去耦合电路、电源电路、晶振电路、蜂鸣器报警电路、触摸屏接口电路以及USB下载电路。STM32F103控制器具有5个USART串口。
串口扩展芯片采用GM8125芯片，该芯片具有1个母串口COM0和5个子串口COM1～COM5。
在上述控制电路中，STM32的PF1～8分别对应连接键盘，PE0、PE1、PB3～PB9、G10、G13、G14作为阀门控制IO连接至光耦隔离电路。STM32的USART1预置串口作为RS485通信串口连接至RS485电平转换芯片，其余485通信串口通过级联的方式连接至RS485电平转换芯片。STM32的USART2～4预置串口则分别连接至串口扩展芯片GM8125-a、GM8125-b、GM8125-c的母串口。
串口扩展芯片的子串口COM1～COM5均分别与5个真空控制部件连接，控制部件采集的数据通过所述子串口COM1～COM5传输至ARM控制器，ARM控制器将处理后的数据通过预置串口USART5转发至上位机。
串口扩展芯片采用GM8125芯片，所述STM32控制器的双向I/O口与该GM8125芯片的模式选择端口(MS)、复位端口(RST)、接受子通道地址口(SRADD0～2)和发送子通道地址口(STADD0～2)连接，其中：STM32控制器的PA0连接至GM8125-a扩展芯片的MS，PA4～PA5连接至GM8125-a扩展芯片STADD0～2，PA7、PB0、PC4连接至GM8125-a扩展芯片的SRADD0～2,PC5连接至GM8125-a扩展芯片的RST。GM8125-b扩展芯片的MS连接至STM32的IO口PB1，STM32控制器的PF11～13连接至GM8125-b的STADD0～2，PF14、PF15、PG0连接至GM8125-b的SRADD0～2，PG1连接GM8125-b的RST端口。GM8125-c的MS端口连接至STM32的PG6口，STM32的PG3～5连接GM8125-c的STADD0～2，PD11～PD13连接GM8125-c的SRADD0～2,PG2连接至GM8125-c的RST端口。
STM32控制器的USART1预置串口的数据发送端口PA9与RS485电平转换芯片数据输入端口连接，数据接收端口PA10与RS485电平转换芯片的数据发送端口连接。STM32控制器的USART2预置串口的数据发送端口PA2连接至GM8125-a扩展芯片的母串口数据接收端口RXD0，数据接受端口PA3连接至GM8125-a扩展芯片的母串口数据发送端口TXD0。STM32控制器的USART3预置串口的数据发送端口PB10连接至GM8125-b扩展芯片的母串口数据接收端口RXD0，数据接受端口PB11连接至GM8125-b扩展芯片的母串口数据发送端口TXD0。STM32控制器的USART4预置串口的数据发送端口PC10连接至GM8125-c扩展芯片的母串口数据接收端口RXD0，数据接受端口PC11连接至GM8125-c扩展芯片的母串口数据发送端口TXD0。STM32控制器的USART5预置串口则与上位机连接。
串口扩展芯片其每个子串口均由TXD数据发送端口与RXD数据接收端口组成，将控制部件如分子泵、真空规等串口通过电平转换芯片连接至子串口即可进行数据交互。本实用新型设置了可级联的串口的同时扩展了无地址独立串口，适于连接真空泵、分子泵、机械泵等独立真空部件。每个无地址独立串口扩展均以可插拔的形式连接的，串口需求少时，可将多余接口作为普通控制IO。
所述真空部件端口分为真空部件485和真空部件232两类，真空部件485为质谱仪真空腔体中的具有RS485通信串口的低真空规、高真空规、分子泵以及机械泵中的任何一种，真空部件232为质谱仪真空腔体中的具有RS232通信串口的低真空规、高真空规、分子泵以及机械泵中的任何一种。以二次离子质谱仪为例，二次离子质谱仪中需要控制的具有RS485通信串口的8路机械泵分别连接至真空部件485-1、真空部件485-2、真空部件485-3直至真空部件485-8，具有RS232通信串口的4路低真空规连接至真空部件232-1～真空部件232-4，具有RS232通信串口的4路高真空规连接至真空部件232-5～真空部件232-8，具有RS232通信串口的4路分子泵连接至真空部件232-9～真空部件232-12。真空部件的编号不代表其先后顺序或者优先等级，在同类型串口中均可连接。
以二次离子质谱仪为例，二次离子质谱仪的上位机总线板卡进行数据的读写,通过串口对控制电路实时进行信息交互，对上位机正常工作时，该控制电路作为控制指令的中转站，从上位机获取控制指令并将控制指令传达至真空部件。当上位机出现故障时，控制电路发出警报通知用户。此时，控制电路作为独立的真空控制装置。用户通过键盘与液晶显示器可实现仪器工作状态的设定和实时观测，通过调取控制器中缓存的数据，对真空部件设置正确指令，使得真空部件正常运行予以保证二次离子质谱仪的高真空环境以及实现对仪器关键部件的保护。真空部件的具体控制流程应依据所服务的质谱仪进行设定。

Claims (2)

1.一种真空部件的控制电路，其特征在于：是由ARM控制器分别连接键盘、上位机、液晶显示器，ARM控制器经光耦隔离模块分别连接阀门 Ⅰ(1)、阀门Ⅱ(2)……阀门N(n)，ARM控制器经RS232电平转换模块经RS485-1、RS485-2……RS485-m分别与真空部件485-1、真空部件485-2……真空部件485-m连接，ARM控制器分别连接GM8125串口扩展模块a、GM8125串口扩展模块b和GM8125串口扩展模块c，GM8125串口扩展模块a经RS232电平转换模块和RS232-1、RS232-2……RS232-5分别连接真空部件232-1、真空部件232-2……真空部件232-5，GM8125串口扩展模块b经RS232电平转换模块和RS232-6、RS232-7……RS232-10分别连接真空部件232-6、真空部件232-7……真空部件232-10，GM8125串口扩展模块c经RS232电平转换模块和RS232-11、RS232-12……RS232-15分别连接真空部件232-11、真空部件232-12……真空部件232-15构成。
2.按照权利要求1所述的真空部件的控制电路，其特征在于：所述的真空部件485-1、真空部件485-2……和真空部件485-m为质谱仪真空腔体中具有RS485通信串口的低真空规、高真空规、分子泵以及机械泵中的任何一种；所述的真空部件232-1、真空部件232-2……真空部件232-15为质谱仪真空腔体中具有RS232通信串口的低真空规、高真空规、分子泵以及机械泵中的任何一种。
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