藍(lán)牙技術(shù)在中子發(fā)生器控制臺中的應(yīng)用

周大立，張 洋，喬 雙

（東北師范大學(xué)物理學(xué)院，吉林 長春130024）

中子管是一種小型加速器中子源，它把離子源、加速系統(tǒng)、靶和氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)全部密封在陶瓷管內(nèi)，構(gòu)成結(jié)構(gòu)簡單緊湊、使用方便的電真空器件［1－2］.中子管加上高、中、低壓電源與電控部分構(gòu)成中子發(fā)生器，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、航天等多個科學(xué)研究領(lǐng)域［3］.中子發(fā)生器控制臺是專門為中子管設(shè)計的電源控制系統(tǒng)，控制臺主要由離子源、高壓源、儲存器三路電源組成，三路電源協(xié)調(diào)工作才能穩(wěn)定地產(chǎn)生中子.傳統(tǒng)的控制臺使用機械電位調(diào)節(jié)、電流表與電壓表監(jiān)測中子管工作情況.隨著科技不斷發(fā)展，藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)在多個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用.藍(lán)牙技術(shù)是一種開放的、短距離無線通信的技術(shù)，用于替代便攜或固定電子設(shè)備上使用的電纜或連線，采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點對點及點對多點通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段［4］.采用時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸，其數(shù)據(jù)速率為1Mb／s，滿足許多領(lǐng)域的使用要求.本文應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)將手機作為監(jiān)控終端，實現(xiàn)了對中子管的無線監(jiān)控，使中子發(fā)生器具有極大的操作和控制的靈活性，操作者只需在手機上進行簡單的操作即可實現(xiàn)對中子發(fā)生器的監(jiān)測和控制.而且具有語音提示報警功能，實時匯報中子管工作情況.該手機終端關(guān)閉之后，其他人員無法使用中子發(fā)生器，從而提高了中子發(fā)生器使用的安全性.

1 基于藍(lán)牙的中子發(fā)生器控制臺總體框圖結(jié)構(gòu)

Android手機通過藍(lán)牙將數(shù)據(jù)發(fā)送給藍(lán)牙模塊，主控制器接收藍(lán)牙模塊數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)離子源電路、高壓源電路和儲存器電路.與此同時，主控制器不斷地將AD 采樣得到的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙傳送到手機客戶端，總體框圖結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 總體框圖結(jié)構(gòu)

2 Android客戶端設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 Android客戶端的總體框架

基于Android的無線監(jiān)控客戶端總體結(jié)構(gòu)如圖2所示.通信模塊負(fù)責(zé)發(fā)送用戶的控制命令，并接收來自藍(lán)牙模塊（中子發(fā)生器控制臺）的命令數(shù)據(jù)，對命令進行解析，送入消息線程.Android客戶端監(jiān)控模塊接收到消息線程的消息后刷新相應(yīng)的View 控件，實現(xiàn)與中子發(fā)生器控制臺的互動.

圖2 Android客戶端總體結(jié)構(gòu)

2.2 Android客戶端界面設(shè)計

本軟件基于Android 2.2系統(tǒng)，使用Java語言開發(fā)，所用開發(fā)工具為Eclipse集成開發(fā)環(huán)境，Eclipse是一種優(yōu)秀的、免費的IDE，再配以多種插件，完全可以滿足從企業(yè)級Java應(yīng)用到手機終端Java程序的開發(fā)［5］.首先設(shè)計本系統(tǒng)手機終端的用戶界面，為操作方便，界面設(shè)計以簡潔為主.圖3為實現(xiàn)手機終端初始化以及連接控制臺的啟動界面.圖4為監(jiān)控界面.文本編輯框用于實時顯示中子管內(nèi)電流電壓情況.“＋”、“－”按鈕及單選按鈕用于調(diào)節(jié)儲存器、離子源、高壓源三路電源.

圖3 啟動界面

圖4 監(jiān)控界面

2.3 Android客戶端程序設(shè)計

2.3.1 通訊協(xié)議

本系統(tǒng)手機監(jiān)控終端與控制臺之間采用RFCOMM 協(xié)議進行通信，該協(xié)議是一種基于歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會ETSI07.10規(guī)程的串行線性仿真協(xié)議.擬定數(shù)據(jù)接收與發(fā)送協(xié)議見表1和2.

2.3.2 主程序設(shè)計

主程序主要實現(xiàn)檢測藍(lán)牙設(shè)備是否工作正常、設(shè)置藍(lán)牙與下位機連接、數(shù)據(jù)傳輸以及各功能按鈕.數(shù)據(jù)的接收是指接收下位機（中子發(fā)生器控制臺）發(fā)送過來的儲存器、離子源、高壓源電壓及電流值，并顯示在EditText（文本編輯框）內(nèi).數(shù)據(jù)的發(fā)送是指“＋”、“－”按鈕及單選按鈕用于調(diào)節(jié)儲存器、離子源、高壓源的值.軟件設(shè)計流程如圖5所示.

表1 Android客戶端接收數(shù)據(jù)協(xié)議

表2 Android客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)協(xié)議

圖5 監(jiān)控終端軟件設(shè)計流程圖

3 主控板藍(lán)牙功能的實現(xiàn)

3.1 硬件實現(xiàn)

主控制板核心控制芯片為TMS320F2812，它是TI公司的一款用于控制的高性能、多功能、高性價比的32位定點DSP芯片.

藍(lán)牙模塊選取HC－06從機模塊，該模塊采用CSR 主流藍(lán)牙芯片，遵循藍(lán)牙V2.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn).HC－06與TMS320F2812芯片連接如圖6所示.

圖6 硬件連接

3.2 軟件實現(xiàn)

下位機程序需要完成硬件電路的初始化，主要包括EV 初始化、AD 初始化和串口初始化.利用DSP串口通信功能，接收手機端發(fā)送來的命令，并將采樣電路的數(shù)據(jù)傳送給手機終端.使用DSP內(nèi)部串行通信接口SCI（SCI是一個雙線的異步串口）［6］.使用中斷方式接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，選取FIFO 模式下工作，減少CPU 開銷，調(diào)高了效率［6］.下位機軟件實現(xiàn)流程如圖7所示.

圖7 下位機軟件流程圖

4 結(jié)束語

本文利用智能手機作為中子發(fā)生器控制臺的監(jiān)控終端的實現(xiàn)方案，主控板只需增加藍(lán)牙通信模塊，用具有藍(lán)牙功能的手機取代了以往中子發(fā)生器控制臺的鍵盤和顯示器.手機客戶端軟件設(shè)計基于Android UI，設(shè)計清晰、簡潔，而且能融入界面提醒功能，方便用戶使用.實際測試表明，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠，中子發(fā)生器使用的安全性有了很大提高.充分說明藍(lán)牙無線通信技術(shù)在中子發(fā)生器控制臺上的應(yīng)用給客戶帶來更多的便利.

［1］喬亞華.中子管研究進展及應(yīng)用［J］.核電子學(xué)與探測技術(shù)，2008，28（6）：1134－1138.

［2］景士偉，高楊，喬雙，等.靶鈦膜處理對氘－氘及氘－氚中子管性能的影響［J］.東北師大學(xué)報：自然科學(xué)版，2013，45（1）：84－87.

［3］謝召醒，喬雙.軸對稱電場中氘離子運動軌跡的仿真研究［J］.東北師大學(xué)報：自然科學(xué)版，2013，45（1）：75－79.

［4］王東華.Android網(wǎng)絡(luò)開發(fā)與應(yīng)用實戰(zhàn)詳解［M］.北京：人民郵電出版社，2012：264－284.

［5］佘堃.Android嵌入式應(yīng)用開發(fā)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012：4－20.

［6］顧衛(wèi)鋼.手把手教你學(xué)DSP［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011：315－351.