系統(tǒng)框圖如圖1所示，由氣動裝置、光電檢測、人機接口等幾個模塊組成。其中，氣動裝置用于輸送樣品進出反應(yīng)堆；光電檢測模塊用于檢測樣品進、出反應(yīng)堆的狀態(tài)。其工作過程為：計算機或單片機輸入輻照參數(shù)，啟動氣動裝置的控制閥門，送樣品進入反應(yīng)堆，當在管道內(nèi)快速運行的樣品通過安裝在反應(yīng)堆水平孔道入口處的傳感器時，傳感器模塊檢測輸出一個低電平信號觸發(fā)單片機外部中斷" title="外部中斷">外部中斷，使定時器開始樣品輻照倒計時。當?shù)褂嫊r時間到，打開控制樣品離開反應(yīng)堆的閥門，使氣流換向閥門工作，樣品出堆。當樣品離開反應(yīng)堆時，單片機開始對該樣品的冷卻時間進行計時，直到該樣品開始γ能譜測量，同時間隔一段時間送下一個樣品進入反應(yīng)堆照射。系統(tǒng)由計算機進行主控制，自動保存樣品進入反應(yīng)堆和離開反應(yīng)堆的時刻以及冷卻時間。
1.1 氣動裝置控制模塊
　　本模塊是樣品進出反應(yīng)堆的核心。采用壓力可調(diào)的空氣壓縮機作為氣源，4kg/cm2的壓力作為樣品（樣品是裝在一個特制的小盒子里面，稱為“跑兔”）在傳送管道中來回傳送的動力，氣源送氣和氣流換向由電磁閥來實現(xiàn)，然后通過聚乙烯管通向反應(yīng)堆堆芯。為了實現(xiàn)樣品的自動輻照完成一系列的機械動作，設(shè)計了六個電磁閥，使之通過按照一定的氣流送氣和換向使“跑兔”排隊進、出反應(yīng)堆。六個電磁閥用單片機控制，單個電磁閥控制電路如圖2所示。單片機選通譯碼器74LS138的Y1～Y6，用于控制繼電器的工作狀態(tài)，例如當選通Y3時，信號經(jīng)過驅(qū)動器7407和光電隔離器TLP521-2來控制繼電器， 繼而控制電磁閥，實現(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，也起到保護作用。

1.2 光電檢測模塊
　　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的元件，首先把被測量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘柕淖兓?，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。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。光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點，而且傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，體積小^[4]。
　　在本系統(tǒng)中，準確檢測到在管道中來回跑動的“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)計的“跑兔”是長為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”在管道中運行的最大速度約為30m/s。因此可以計算出傳感器至少需要1.33ms的響應(yīng)時間，才能檢測到在管道中運行的“跑兔”?？紤]多種因素，選用了韓國Autonics公司生產(chǎn)的型號為BUD-30S的光電傳感器，此傳感器探測距離為30mm，可探測直徑不小于1.5mm的不透明物體，響應(yīng)時間最大為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。
　　在實際中，使用了四個光電檢測，其中一個安裝在反應(yīng)堆水平孔道入口，用單片機外部中斷0檢測，用于判斷“跑兔”是進堆還是離堆；另外三個分別安裝在傳送管道各關(guān)鍵位置，單片機用查詢方式檢測“跑兔”在管道中運行的狀態(tài)。安裝在反應(yīng)堆水平孔道入口的傳感器檢測電路如圖4所示。

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1.3 人機接口設(shè)備
　　單片機的外圍接口設(shè)備主要包括鍵盤、LCD、串口" title="串口">串口電路等。鍵盤采用標準4×4鍵盤，分別表示0～9(數(shù)字鍵)、F1～F3 (功能鍵)和F4～F6(閥門組合鍵)，與點陣圖形液晶顯示模塊VP2001配合實現(xiàn)人機對話，用戶通過界面的提示實現(xiàn)輻照參數(shù)設(shè)置、輻照時間和冷卻時間動態(tài)顯示、“跑兔”位置查詢等功能。VP2001與單片機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器或I/O設(shè)備直接掛在計算機總線上,計算機以訪問存儲器或I/O設(shè)備的方式控制液晶顯示模塊的工作。
　　與PC機通信采用RS-232串口通信。微機串口通常采用RS-232電平，而單片機串口是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。單片機串行口的TXD、RXD 和GND經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后分別與微機的RXD、TXD和SG端相連。
2 軟件設(shè)計
　　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算機串口控制軟件的設(shè)計。
2.1外部中斷程序設(shè)計
　　外部中斷0程序用于判斷“跑兔”是進入反應(yīng)堆還是離開反應(yīng)堆，再根據(jù)這個判斷啟動相應(yīng)的定時控制程序。其流程圖如圖5所示。

2.2 計算機串口程序設(shè)計
　　本系統(tǒng)串行通信程序包括兩方面：P89C669單片機的通信程序和PC機的通信程序。計算機作為自動控制的終端，要向單片機傳送輻照參數(shù)以及樣品λ能譜測量的消息等；單片機則要向計算機傳輸樣品在輻照過程中的信息，包括樣品的進堆時刻、出堆時刻、樣品編號、樣品的冷卻時間等。在編寫程序之前，約定其通信協(xié)議如下：串行通信波特率為9600bps；PC機用串口1，P89C669用串口0（第1個串口）；雙方均采用串行口方式1，1位停止位，8位數(shù)據(jù)位，無校驗位；數(shù)據(jù)的通信采用累加和校驗的方法，每傳送一組數(shù)據(jù)，校驗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帉慞C機串口程序, 使用Visual C++6.0編程工具，用一個CSerialPort 類封裝了串口操作的相關(guān)函數(shù)和方法。CserialPort類是Remon Spekreijse 寫的一個串口類，是一個簡單而強大的多線程串口編程工具^[5]。程序編寫步驟如下：
　　(1)首先利用MFC AppWizard(exe)建立一個MFC應(yīng)用程序。
　　(2)然后添加類文件。將SerialPort.h 和SerialPort.cpp 兩個類文件復(fù)制到工程文件夾中，用Project－Add to Project－Files命令將上述兩個文件加入工程。并在NAADlg. 　　h中將頭文件SerialPort.h 說明: #include“SerialPort.h”。
　　(3)進行串口初始化。調(diào)用初始化函數(shù)InitPort( )和串口通信監(jiān)測線程函數(shù)StartMonitoring( )。
　　(4)通過串口發(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)，每當串口接收緩沖區(qū)內(nèi)有一個字符時,就會產(chǎn)生一個　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)特點及結(jié)論
3.1 特點
　　該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，安全可靠，工作人員可以遠離帶有輻射的樣品，在計算機終端進行控制，避免了放射性，同時也可在樣品操作室用鍵盤配合LCD進行控制和處理。計算機串口軟件控制運行界面如圖6所示。