一種四極杆質譜儀CAN總線網絡系統的製作方法
2023-10-09 19:05:04
本實用新型屬於質譜儀領域，特別涉及一種四極杆質譜儀CAN總線網絡系統。
背景技術：
質譜儀是一種分離和檢測不同同位素的儀器，其原理是根據帶電粒子在電磁場中能夠偏轉的原理，按物質原子、分子或分子碎片的質量差異進行分離和檢測物質組成的一類儀器。
質譜儀主要由以下幾部分組成：樣品引入系統、離子源、接口部分、離子聚焦系統、質量分析器、檢測系統等。根據質量分析器的種類和原理不同，質譜儀可以分為磁偏轉式質譜儀、離子阱質譜儀(IT-MS)、飛行時間質譜儀(TOF-MS)、傅立葉變換離子迴旋共振質譜儀(FTICR-MS)和四極杆質譜儀(Q-MS)等。而其中，四極杆質譜儀是目前最成熟且應用最廣泛的一種。
隨著計算機硬體、軟體技術及集成電路技術的迅速發展，分布式控制系統，較之集中型計算機控制系統在適應範圍、可擴展性以及抗故障能力等方面展現出明顯的優越性，已經被越來越多地用在工業控制領域。CAN(Controller Area Network)控制器區域網做為典型的分布式控制系統被廣泛地應用於工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等領域。
目前市場上的四極杆質譜儀大多採用一主機多從機的通訊網絡，一切行為的發起必須通過計算機這個主機，各從機之間也必須通過主機來進行從機間通訊，因此，從機之間需要及時響應的緊急處理操作得不到實時執行，進而影響儀器的穩定性與可靠性；另外，由於四極質譜儀新功能的不斷開發，需要及時的進行功能模塊的更新，而現有的通訊網絡模式為適應模塊更新和新功能，無論在硬體上還是軟體上改動都比較大。
技術實現要素：
本實用新型的目的是提供一種能智能化管理、並提高四極杆質譜儀可靠性、穩定性和可擴展性的四極杆質譜儀CAN總線網絡系統。
為了實現上述目的，本實用新型提供了如下技術方案：
本實用新型提供一種四極杆質譜儀CAN總線網絡系統，該系統包括計算機單元1、透鏡電源單元2、真空採集單元3、固態光源控制單元4、CAN轉接板單元5、數據採集單元6、電控單元7、三維平臺單元8、流量控制單元9和連接各單元的CAN總線。
所述計算機單元1包括計算機和內置於計算機機箱內部的PCI轉CAN卡。
所述透鏡電源單元2、真空採集單元3、固態光源控制單元4、數據採集單元6、電控單元7、三維平臺單元8和流量控制單元9均包括帶有CAN控制器的微控制單元MCU和CAN收發器。
所述CAN轉接板單元5包括用於CAN總線連接的RJ-45接口和DB9型接口。
所述連接各單元的CAN總線包括超五類網線和串口線。
其中，計算機單元1的PCI轉CAN卡通過串口線與CAN轉接板單元5的DB9型接口連接；其他各個單元的CAN收發器通過超五類網線與CAN轉接板單元5的RJ-45接口連接，形成總線式的拓撲結構。
各個單元之間的CAN通信數據幀採用11bit識別符的標準幀，CAN通信速率選用250Kbit/s。
所述計算機單元1、數據採集單元6、透鏡電源單元2、電控單元7、真空採集單元3、固態光源控制單元4、三維平臺單元8和流量控制單元9的識別符按優先權從高到低依次為0、1、2、3、4、5、6、7。
該系統採用非破壞性仲裁技術。
與現有技術相比，本實用新型的有益效果在於：
本實用新型的四極杆質譜儀CAN網絡系統主要用於實現四極杆質譜儀上各節點之間的數據傳輸與交互，使應該及時響應的操作得到立即執行，提高儀器的可靠性；並且可以點對點、一點對多點及全局廣播式的傳輸數據；根據各節點的功能設置各節點相對應的優先級，採用非破壞性仲裁技術，有效避免了總線衝突；另外，還可以方便地增刪節點。通過上述功能實現對儀器的智能化管理，提高儀器的可靠性、穩定性和可擴展性。
附圖說明
圖1為本實用新型四極杆質譜儀CAN網絡系統的模塊示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本實用新型進行進一步說明。
本實用新型的四極杆質譜儀CAN總線網絡系統包括計算機單元1、透鏡電源單元2、真空採集單元3、固態光源控制單元4、CAN轉接板單元5、數據採集單元6、電控單元7、三維平臺單元8、流量控制單元9和連接各單元的CAN總線。
所述計算機單元1包括計算機和內置於計算機機箱內部的PCI轉CAN卡；
所述透鏡電源單元2、真空採集單元3、固態光源控制單元4、數據採集單元6、電控單元7、三維平臺單元8和流量控制單元9均包括帶有CAN控制器的微控制單元MCU和CAN收發器；
所述CAN轉接板單元5包括用於CAN總線連接的RJ-45接口和DB9型接口；
所述連接各單元的CAN總線包括超五類網線和串口線；
其中，計算機單元1的PCI轉CAN卡通過串口線與CAN轉接板單元5的DB9型接口連接；其他各個單元的CAN收發器通過超五類網線與CAN轉接板單元5的RJ-45接口連接，形成總線式的拓撲結構。
進一步地，各個單元之間的CAN通信數據幀採用11bit識別符的標準幀，CAN通信速率選用250Kbit/s。
計算機單元1、數據採集單元6、透鏡電源單元2、電控單元7、真空採集單元3、固態光源控制單元4、三維平臺單元8和流量控制單元9的識別符按優先權從高到低依次為0、1、2、3、4、5、6、7。設置計算機單元1的識別符為0，數據採集單元6的識別符為1，透鏡電源單元2的識別符為2，電控單元7的識別符為3，真空採集單元3的識別符為4，固態光源控制單元4的識別符為5，三維平臺單元8的識別符為6，流量控制單元9的識別符為7，CAN轉接板單元5作為物理接口的轉接板不設識別符。識別符值越小，所代表的優先級別越高。
本系統採用非破壞性仲裁技術，就是當兩個或兩個以上的不同識別符節點同時向總線發送數據的時候，優先級最高的就能直接發送，優先級低的就直接退回，等待空閒的時候再向總線發送數據。
進一步地，真空採集單元3和固態光源控制單元4之間有節點間通訊，真空採集單元3的功能是採集儀器的真控值，並進行儀器狀態指示；固態光源控制單元4由大功率器件組成，其功能是控制儀器的固態光源進行功率輸出，並根據負載變化自動調節功率輸出值。當真空採集單元3判斷到所採集的真控值低於閾值時，就要向固態光源控制單元4發出指令，使其立即關閉功率輸出，避免損害大功率器件。
進一步地，真空採集單元3和透鏡電源單元2之間有節點通訊，透鏡電源單元2的功能是向一組不鏽鋼透鏡系統加電壓並將器件上的實際電壓值進行採集，該不鏽鋼透鏡系統有11個部件組成，其上分別加有電壓，電壓值正值最大為2000V，負值最大為-4000V。當真空採集單元3判斷到所採集的真控值低於閾值時，就要向透鏡電源單元2發出指令，使其關閉電壓輸出，保護透鏡單元器件。
進一步地，流量控制單元9和固態光源控制單元4之間有節點間通訊，流量控制單元9的功能是檢測總氣體的壓力，並控制冷卻氣、輔助氣和載氣三路氣的輸出至固態光源控制單元4，當流量控制單元9檢測到總氣體壓力低於閾值時，需要向固態光源控制單元4發出指令，使其關閉功率輸出，避免損害大功率器件。
以上僅表達了本實用新型的部分實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本實用新型專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍。因此，本實用新型專利的保護範圍應以所附權利要求為準。