电子探针波谱仪控制系统的研制

　　1 前言

　　近几十年, 我国先后购买大量的电子探针, 对试样中微小区域( 微米级) 的化学组成进行定性或定量分析。虽然中国科学院长春光学精密机械研究所、中国科学院北京仪器厂、南京江南光学仪器厂等单位都研制过电子探针,但均没有结果。然而进口的电子探针大都年代较远。加之微电子技术迅猛的发展, 原来所配备的控制计算机相继被淘汰, 一旦出现故障就很难修复。而早期进口的电子探针主机性能仍然很好, 用先进的电子探针波谱仪控制系统代替原有的控制系统迫在眉睫。

　　94 年中国地质大学曾在地矿部科技司的委托和支持下完成了电子探针微机控制系统的研制。随着电子技术的不断发展, 这套控制系统暴露出一定的缺点, 例如操作仍然是使用面板上的按钮进行控制, 基于 DOS 系统的分析软件人机交互性不够完备等。本课题就要对电子探针波谱仪控制系统做进一步改进, 使其成为更稳定的, 更方便的数字化控制系统。

　　2 总体设计

　　在Windows 平台下开发的波谱仪控制系统结构如图1 所示。该系统利用单片机结合 CPLD 器件完成波谱仪控制系统底层控制。在 Maxplus II 平台上使用硬件描述语言 VHDL 描述逻辑关系、利用图形编辑完成 CPLD 硬件控制电路的设计, 实现对各道谱仪和样品台的位置控制。利用晶振产生合适频率(100HZ) 的标准脉冲, 提供 CPLD 所需的时钟信号。CPLD 器件主要实现脉冲分配、脉冲寄存、信号多路选择的功能。以Visual Basic 作为开发环境, 结合数据库、ADO、ODBC、串行通信等技术, 重新开发波谱仪控制系统使自动控制、定性分析、定量分析等功能得以在友好的界面下实现, 并实现数据的共享。

　　3 硬件设计及相关软件设计

　　波谱仪控制系统包括底层硬件和相关的通讯、控制、分析软件。波谱仪控制系统底层的硬件设计主要是利用单片机和 CPLD 等器件实现。波谱仪控制系统底层设计的相关软件利用Visual Basic 结合汇编语言实现。

　　通过RS- 232 异步串行口将上位机与下位机相连。通信部分硬件连接如图2 所示。使用握手联络方式、半双工通讯、十一位数据通讯传输模式, 实现数据传输。通讯时, PC 机向下位机发送命令, 下位机实时的将所采集的吸收电流和计数结果等数据传给上位机, 这些数据进行计算处理后, 记录各道谱仪和样品台的位置并实时显示, 更新, 并对样品台和谱仪的位置进行控制。上位机还要分析处理所采集的定标器上含有试样信息的数据,最终得到元素的浓度关系、完成定量分析和定性分析。

　　PC机上使用Visual Basic 进行串口编程。VisualBasic 中的MSCOMM 控件的属性与事件为 Windows程序提供了一个与串口打交道的接口, 利用 MSCOMM控件提供的事件 OnCommn 属性的改变, 来导致不同事件的发生。具体是在 OnCommn 事件中首先读取CommEvent 的属性, 判断是什么原因发生了串口事件, 以执行不同的功能代码。完成不同的串口通讯任务, 实现接收数据的处理和数据的显示。