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一種四極桿質譜儀真空測量及控制系統的硬件電路設計

來源:真空技術網(www.sakcw.tw)鋼研納克檢測技術有限公司 作者:李凱

1、真空規外部電路

  由于每一路真空規內部均有一個識別電阻,不同類型的真空規,內部識別電阻阻值不同,其中皮拉尼規為27K,潘寧規為100K,據此,本系統設計了電路來測量識別電阻的端電壓,由此來實現真空規類型的識別。另外,根據真空規的物理接口,電路輸入端采用RJ-45 型接口作為信號和電源的傳輸線。

2、ADC 采集電路

  ADC 采集電路用于采集真空規輸出信號及端電壓,共6 路信號,電壓范圍為0V~10V,為了方便設計,選用多通道集成的芯片AD7327,它的主要特點有:500KSPS 的吞吐率,軟件可選擇的輸入范圍(±10V,±5V,±2.5V,0V 到10V),8路可選擇的模擬輸入通道,硬件可設計成單端、差分、偽差分模擬輸入,17mW 的低功耗,內部2.5V 參考等。內部功能框圖如圖3 所示。

一種四極桿質譜儀真空測量及控制系統的硬件電路設計

圖3 AD7327 功能框圖

  ADC 采集電路的硬件電路圖如圖4 所示。其中前級處理電路選用OPA2277 芯片,對真空規輸出信號進行電壓跟隨, 輸出至AD7327 芯片,AD7327 的基準電壓采用外部芯片ADR431 產生。

3、ARM 微控制器

  ARM 微控制器選用了NXP 公司的LPC1788芯片, 該芯片是基于ARM Cortex-M3 的微控制器,操作頻率可以高達120MHz,它的外設組件包括高達512kB 的Flash 存儲器、高達96kB 的數據存儲器、4kB 的EEPROM、一個雙通道的CAN 接口、5 個UART 接口、一個帶獨立電池電源和事件監控器/記錄器的超低功耗RTC、多達165 個通用I/O引腳等,用于處理要求高集成度和低功耗的嵌入式應用。

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圖4 ADC 采集電路

  LPC1788 芯片的外圍電路如圖5 所示。主要包括JTAG 電路、復位電路和時鐘電路等。

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圖5 LPC1788 外圍電路

4、CAN 通訊接口

  鑒于CAN(Controller Area Network)總線在實時性、抗干擾能力及可擴展性等方面展現出的明顯優越性,LPC1788 采用CAN 通訊接口與上位機通訊。LPC1788 內部自帶CAN 控制器。CAN 收發器選用了廣州致遠電子有限公司的CTM1050D模塊,該模塊通訊速率高達1Mbps;隔離電壓:DC2500V;電磁輻射EME 極低;電磁抗干擾EMI性極高;無需外加元件可直接使用;高低溫特性好,能滿足工業級產品技術要求。CAN 的通訊接口電路如圖6 所示。

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圖6 CAN 通訊接口電路

5、無線傳輸模塊

  為了方便實驗人員實時監測與控制儀器的真空系統,本設計利用HM-TRP 系列無線數據收發模塊實現了真空系統的無線終端顯示。HM-TRP系列是一款低成本,高性能的FSK 無線透明數據收發模塊,可工作在433/470/868/915MHz ISM 頻段,具有尺寸小,功率大,靈敏度高,傳輸距離遠,通訊速率高,內部自動完成通訊協議轉換和數據收發控制等特點。

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