离子迁移谱仪嵌入式系统的设计

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1、离子迁移谱仪嵌入式系统的设计

2、第1...lun长的迁移区域中，可获得5～20ms的迁移时间。在系统中，迁移区的长度约为7cm，每25ms开启离子门信号一次。因此，以25ms为采样周期，采样离子输出信号，由此可得时间／电流二维关系波形图，称之为等离子图，其时间轴长度为25ms,其中必包含至少一个波峰（即强电流）。　　　　由上述基本原理，该系统的工作原理如下：通过细节匹配，对离化后物质的等离子图的波峰位置（即物质的迁移时间）的提取来鉴定物质的具体成分。系统具体的原理框图如图2所示。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg

3、(this)">　　　　　　等离子图处理：去除等离子图中的干扰（如离子门开启和关闭时电压脉冲所造成的噪声），主要采用滤波技术，使其显现为一幅清晰的点线图，从而可以正确的提取出等离子图中的波峰位置。对等离子图的正确处理，将直接影响到检测结果的准确性，具有重要意义。　　　　数据库的建立：就已知样品，对其等离子图正确处理之后，提取出它的特征点，即波峰位置，连同它的名称、峰值一并存入数据库（存放于FLASH中），作为比对模板。　　　　由于物质的迁移时间还受大气压、温度等的影响，在实际比对过程中，还需对数据库中取出来的比对模板进行校正，并就一定的匹配条件进行比对。　　2　系统定制　

4、　2．1　嵌入式处理器的选择　　　　由于系统工作时，处理器承担着大量的计算分析任务，因此，对处理器的性能有较高的要求（大于50Mbps），并须内置一定容量的缓存。另外，处理器要与大量外设相连，要求它有丰富的片内资源，同时内置一些常见接口。比较市场上各个主流产品，选择三星公司的S3C44B0X。该嵌入式微处理器有如下特点：内核是带有8K缓存的ARM7TDMI，工作主频可达66MHz，有专用JTAG调试端口；内置LCD控制器、DMA控制器、串口、定时器、10位AD转换器、实时RTC、看门狗电路等；具有外部存储器（FP／EDO／SDRAM）相连的接口，支持IIS和IIC接口；售

5、价仅为8美元，具有较高的性价比。　　2．2　嵌入式RTOS的选择　　　　离子迁移谱仪嵌入式系统，对容量和速度要求较高，不仅要实时数据处理，还要对多个参数进行控制，单任务环境已不适应它的需求，必须采用多任务体制来提高系统的实时性。为了保证系统的可靠性，提高开发效率，缩短开发周期，需要在嵌入式处理器上运行嵌入式实时操作系统，形成完整的系统平台。为此，选择嵌入式实时操作系统NucleusPLUS。其95％的代码是用ANSIC写成的，非常便于移植并支持大多数类型的处理器。在典型的目标环境中，NucleusPLUS核心代码区一般不超过20K字节大小，内核规模非常小。并且，Nucle

6、usPLUS采用了软件组件的方法，其组件包括任务控制、内存管理、任务间通信、任务的同步与互斥、中断管理、定时器I／O驱动等。通过这些组件，在离子迁移谱仪系统中，NucleusPLUS可以完成以下功能：建立起软件系统和硬件系统之间的连接；响应系统外部事件；协调系统各个任务模块之间的调度。　　2．3　系统硬件结构设计　　　　（1）系统组成。如图3所示，以5个按键作为输入接口，完成查询、信息切换、简单设置等功能，以250×160的黑白LCD屏实时显示当前操作状态、信息等。其中驱动采样板的主要功能是电流驱动采样离子迁移管的离子信号，同时对温度传感器、气压传感器等采样的模拟量起放大

7、作用；高压发生模块通向离子迁移管，使其产生高压电场，从而保证物质分子充分离化。500)this.style.ouseg(this)">　　　　（2）CPU主控模块。CPU主控模块是离子质谱仪的心脏部分，它的组成框图如图4所示。CPU主控模块主要完成下面3个任务：　　　　1）实时地管理和监控系统中的所有设备。系统有大量的实时控制要求，例如离子管上温度的恒定控制；维持气路的恒定流量；还包括对系统中的高压电源、整机电流、整机温度、试纸状态、按键等实时跟踪和控制。　　　　2）人机操作界面。CPU要完成大量的菜单图形显示任务，并根据用户所下达的指令，完成相应的操作任务，同时将结果、

8、状态显示于屏上。500)this.style.ouseg(this)">　　　　3）完成对离子信号的采样、等离子图显示和计算分析任务。　　　　（3）离子信号采样。离子信号的采集是系统的关键之一，经滤波整形后的离子信号通过模数转化，被处理器存储到SDRAM中。然而，对离子信号的数字化除了在量化精度、模数转化时间方面有较高要求外，同时还对采样的时间间隔有着严格要求，这利用处理器内部的通用定时器是无法完成的，往往需要特定的逻辑器件来完成这部分功能，这部分电路由可编程器件来实现。另外，离子信号采样量较大，在被采样到SDRAM的过程中，