系統(tǒng)框圖如圖1所示,，由氣動(dòng)裝置、光電檢測(cè),、人機(jī)接口等幾個(gè)模塊組成,。其中，氣動(dòng)裝置用于輸送樣品進(jìn)出反應(yīng)堆,；光電檢測(cè)模塊用于檢測(cè)樣品進(jìn),、出反應(yīng)堆的狀態(tài)。其工作過(guò)程為：計(jì)算機(jī)或單片機(jī)輸入輻照參數(shù),，啟動(dòng)氣動(dòng)裝置的控制閥門(mén),，送樣品進(jìn)入反應(yīng)堆,，當(dāng)在管道內(nèi)快速運(yùn)行的樣品通過(guò)安裝在反應(yīng)堆水平孔道入口處的傳感器時(shí)，傳感器模塊檢測(cè)輸出一個(gè)低電平信號(hào)觸發(fā)單片機(jī)外部中斷" title="外部中斷">外部中斷,，使定時(shí)器開(kāi)始樣品輻照倒計(jì)時(shí),。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)時(shí)間到，打開(kāi)控制樣品離開(kāi)反應(yīng)堆的閥門(mén),，使氣流換向閥門(mén)工作,，樣品出堆。當(dāng)樣品離開(kāi)反應(yīng)堆時(shí),，單片機(jī)開(kāi)始對(duì)該樣品的冷卻時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí),，直到該樣品開(kāi)始γ能譜測(cè)量，同時(shí)間隔一段時(shí)間送下一個(gè)樣品進(jìn)入反應(yīng)堆照射,。系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行主控制,，自動(dòng)保存樣品進(jìn)入反應(yīng)堆和離開(kāi)反應(yīng)堆的時(shí)刻以及冷卻時(shí)間。
1.1 氣動(dòng)裝置控制模塊
　　本模塊是樣品進(jìn)出反應(yīng)堆的核心,。采用壓力可調(diào)的空氣壓縮機(jī)作為氣源,，4kg/cm2的壓力作為樣品（樣品是裝在一個(gè)特制的小盒子里面，稱為“跑兔”）在傳送管道中來(lái)回傳送的動(dòng)力,，氣源送氣和氣流換向由電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn),，然后通過(guò)聚乙烯管通向反應(yīng)堆堆芯。為了實(shí)現(xiàn)樣品的自動(dòng)輻照完成一系列的機(jī)械動(dòng)作,，設(shè)計(jì)了六個(gè)電磁閥,，使之通過(guò)按照一定的氣流送氣和換向使“跑兔”排隊(duì)進(jìn)、出反應(yīng)堆,。六個(gè)電磁閥用單片機(jī)控制,，單個(gè)電磁閥控制電路如圖2所示。單片機(jī)選通譯碼器74LS138的Y1～Y6,，用于控制繼電器的工作狀態(tài),，例如當(dāng)選通Y3時(shí)，信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器7407和光電隔離器TLP521-2來(lái)控制繼電器,， 繼而控制電磁閥,，實(shí)現(xiàn)氣流換向。此控制電路中的光耦隔離增加了系統(tǒng)的抗干擾性能,，也起到保護(hù)作用,。

1.2 光電檢測(cè)模塊
　　光電傳感器" title="光電傳感器">光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)的元件，首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)的變化,，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測(cè)方法具有精度高,、反應(yīng)快,、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，形式靈活多樣,，體積小^[4]。
　　在本系統(tǒng)中,，準(zhǔn)確檢測(cè)到在管道中來(lái)回跑動(dòng)的“跑兔”是控制的基礎(chǔ),。根據(jù)反應(yīng)堆樣品輻照的特殊性，所設(shè)計(jì)的“跑兔”是長(zhǎng)為4cm,、外徑為1.8cm的不透明的使用聚酰亞胺材料制成的圓柱形盒,；管道是內(nèi)直徑為2.0cm的聚乙烯管道，為半透明,；“跑兔”在管道中運(yùn)行的最大速度約為30m/s,。因此可以計(jì)算出傳感器至少需要1.33ms的響應(yīng)時(shí)間，才能檢測(cè)到在管道中運(yùn)行的“跑兔”,?？紤]多種因素，選用了韓國(guó)Autonics公司生產(chǎn)的型號(hào)為BUD-30S的光電傳感器,，此傳感器探測(cè)距離為30mm,，可探測(cè)直徑不小于1.5mm的不透明物體，響應(yīng)時(shí)間最大為1ms,，并且靈敏度可以調(diào)整,。BUD-30S的控制輸出線路如圖3所示。
　　在實(shí)際中,，使用了四個(gè)光電檢測(cè),，其中一個(gè)安裝在反應(yīng)堆水平孔道入口，用單片機(jī)外部中斷0檢測(cè),，用于判斷“跑兔”是進(jìn)堆還是離堆,；另外三個(gè)分別安裝在傳送管道各關(guān)鍵位置，單片機(jī)用查詢方式檢測(cè)“跑兔”在管道中運(yùn)行的狀態(tài),。安裝在反應(yīng)堆水平孔道入口的傳感器檢測(cè)電路如圖4所示,。

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1.3 人機(jī)接口設(shè)備
　　單片機(jī)的外圍接口設(shè)備主要包括鍵盤(pán)、LCD,、串口" title="串口">串口電路等,。鍵盤(pán)采用標(biāo)準(zhǔn)4×4鍵盤(pán)，分別表示0～9(數(shù)字鍵),、F1～F3 (功能鍵)和F4～F6(閥門(mén)組合鍵)，與點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊VP2001配合實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話,，用戶通過(guò)界面的提示實(shí)現(xiàn)輻照參數(shù)設(shè)置,、輻照時(shí)間和冷卻時(shí)間動(dòng)態(tài)顯示,、“跑兔”位置查詢等功能。VP2001與單片機(jī)采用直接連接的硬件方法, 即將液晶顯示模塊的接口作為存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備直接掛在計(jì)算機(jī)總線上,計(jì)算機(jī)以訪問(wèn)存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備的方式控制液晶顯示模塊的工作,。
　　與PC機(jī)通信采用RS-232串口通信,。微機(jī)串口通常采用RS-232電平，而單片機(jī)串口是TTL或CMOS電平,，二者不兼容,。所以，接口必須做電平轉(zhuǎn)換處理,。在此,，采用的是MAXIM公司的MAX232。單片機(jī)串行口的TXD,、RXD 和GND經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后分別與微機(jī)的RXD,、TXD和SG端相連。
2 軟件設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)軟件主要由主程序模塊,、外部中斷模塊,、串行通信程序等部分組成。在此主要介紹外部中斷模塊和計(jì)算機(jī)串口控制軟件的設(shè)計(jì),。
2.1外部中斷程序設(shè)計(jì)
　　外部中斷0程序用于判斷“跑兔”是進(jìn)入反應(yīng)堆還是離開(kāi)反應(yīng)堆,，再根據(jù)這個(gè)判斷啟動(dòng)相應(yīng)的定時(shí)控制程序。其流程圖如圖5所示,。

2.2 計(jì)算機(jī)串口程序設(shè)計(jì)
　　本系統(tǒng)串行通信程序包括兩方面：P89C669單片機(jī)的通信程序和PC機(jī)的通信程序,。計(jì)算機(jī)作為自動(dòng)控制的終端，要向單片機(jī)傳送輻照參數(shù)以及樣品λ能譜測(cè)量的消息等,；單片機(jī)則要向計(jì)算機(jī)傳輸樣品在輻照過(guò)程中的信息,，包括樣品的進(jìn)堆時(shí)刻、出堆時(shí)刻,、樣品編號(hào),、樣品的冷卻時(shí)間等。在編寫(xiě)程序之前,，約定其通信協(xié)議如下：串行通信波特率為9600bps,；PC機(jī)用串口1，P89C669用串口0（第1個(gè)串口）,；雙方均采用串行口方式1,，1位停止位，8位數(shù)據(jù)位,，無(wú)校驗(yàn)位,；數(shù)據(jù)的通信采用累加和校驗(yàn)的方法，每傳送一組數(shù)據(jù)，校驗(yàn)一次累加和是否正確,正確則回送00H,否則回送FFH,；通信中,，數(shù)據(jù)接收采用中斷方式，發(fā)送采用查詢方式,。
　　利用面向?qū)ο蟮木幊谭椒ň帉?xiě)PC機(jī)串口程序, 使用Visual C++6.0編程工具,，用一個(gè)CSerialPort 類封裝了串口操作的相關(guān)函數(shù)和方法。CserialPort類是Remon Spekreijse 寫(xiě)的一個(gè)串口類,，是一個(gè)簡(jiǎn)單而強(qiáng)大的多線程串口編程工具^[5],。程序編寫(xiě)步驟如下：
　　(1)首先利用MFC AppWizard(exe)建立一個(gè)MFC應(yīng)用程序。
　　(2)然后添加類文件,。將SerialPort.h 和SerialPort.cpp 兩個(gè)類文件復(fù)制到工程文件夾中,，用Project－Add to Project－Files命令將上述兩個(gè)文件加入工程。并在NAADlg. 　　h中將頭文件SerialPort.h 說(shuō)明: #include“SerialPort.h”,。
　　(3)進(jìn)行串口初始化,。調(diào)用初始化函數(shù)InitPort( )和串口通信監(jiān)測(cè)線程函數(shù)StartMonitoring( )。
　　(4)通過(guò)串口發(fā)送字符調(diào)用函數(shù)WriteToPort( ),。
　　(5)在NAADlg.cpp中人工加入函數(shù),，實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)接收。人工增加串口消息響應(yīng)函數(shù)： NAACOMM (WPARAM ch,，LPARAM port),，每當(dāng)串口接收緩沖區(qū)內(nèi)有一個(gè)字符時(shí),就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)　WM_COMM_RXCHAR 消息，所以可以添加WM_COMM_RXCHAR消息(串口接收緩沖區(qū)內(nèi)有一個(gè)字符)的響應(yīng)函數(shù)：NAACOMM(WPARAM ch,，LPARAM port),，讀入接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。
3 系統(tǒng)特點(diǎn)及結(jié)論
3.1 特點(diǎn)
　　該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，操作方便,，安全可靠，工作人員可以遠(yuǎn)離帶有輻射的樣品,，在計(jì)算機(jī)終端進(jìn)行控制,，避免了放射性，同時(shí)也可在樣品操作室用鍵盤(pán)配合LCD進(jìn)行控制和處理,。計(jì)算機(jī)串口軟件控制運(yùn)行界面如圖6所示,。