小型磁偏转质谱计上位机软件的设计与实现

　　在小型磁偏转质谱计的调试过程中，需要由质谱计上位机软件向下位机发送间接指令并实现扫描控制和对离子流的采集、处理、存储和分析。基于此，本文采用面向对象的程序设计方法，在VC++ 6. 0 环境下对质谱计的上机位机软件进行设计与实现。质谱计上位机软件通过CAN(Controller Area Network) 总线与质谱计下位机进行通信，实现对下位机的控制和数据处理。利用质谱计上位机软件可以替代大量冗杂的人工处理数据的工作，而且可以数据实时采集存储，可以进行随时再现、分析、从中获得有用的数据，避免数据的丢失。调试结果表明，质谱计上位机软件设计正确，具有很强的工程实用性。

1、引言

　　小型磁偏转质谱计主要用于移动设备上或航天器上进行气体成分的定量分析。质谱计主要由物理部分，电控单元( 下位机) ，高压电源和质谱计上位机软件等组成^[1]。质谱计上位机软件通过CAN 总线^[2]对质谱计的电控单元进行扫描控制，同时对数据信号进行采集、分析、处理和保存。质谱计下位机采用TI 公司生产的32 位浮点型高性能的DSP 数字信号处理芯片作为主控芯片，与上位机软件通讯^[3]采用双通道CAN 总线，完成启动指令、质谱计试验数据和状态数据轮询指令的接收以及试验数据和状态数据输出等功能。质谱计数据采集原理如图1 所示。

2、小型磁偏转质谱计上位机软件的设计

2.1、质谱计上位机软件系统架构与工作流程

　　上位机软件开始运行后，首先进行初始化设置。包括CAN 总线协议帧格式设置、波特率设置、CAN 报文滤波设置以及工作模式设置等。

图1 质谱计数据采集原理框图

　　在初始化设置完成后，上位机等待操作人员发送开机指令。下位机接收到上位机发送的间接指令，按照预先设置的流程开始工作。包括创建保存数据的文本文档、执行2 秒一次的状态数据轮询以及1 秒一次的试验数据轮询、将轮询到的原始数据保存到文本文档中。在程序运行到预设的时间后自动退出主线程，等待操作人员发送关机指令。

　　上位机软件中集成了对原始数据处理模块。通过文件对话框打开上位机采集的数据，采用约定的数据格式对数据进行解析，获得状态数据和试验数据并保存到相应的文本文档中。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)公布质谱计上位机软件工作流程图，如图2 所示。

图2 质谱计上位机软件工作流程图

2.2、质谱计上位机与下位机通信协议

　　小型磁偏转质谱计上位机与下位机通信采用标准CAN 总线。下位机控制器为SJA1000，接口芯片为PCA82C250。上位机通过周立功USBCAN - II 接口卡与下位机通信。周立功CAN接口卡有针对于VC + + 编程环境的DLL( 动态链接库) ，在上位机软件实现过程中直接调用DLL 的函数可以缩短软件的研制周期。CAN 总线物理层协议和逻辑链路层协议符合CAN 技术规范2. 0A 要求。应用层协议设计过程中考虑格式的检测、容错能力，以保证系统安全可靠，一个通信节点的时效不影响其他通信节点的通信。上位机软件中初始化CAN 接口卡与安全关闭CAN 接口卡的流程图如图3 所示。

图3 初始化与安全关闭CAN 接口卡流程图