一種四極桿質(zhì)譜儀真空測量及控制系統的硬件電路設計

1、真空規外部電路

　　由于每一路真空規內部均有一個(gè)識別電阻，不同類(lèi)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(lái)測量識別電阻的端電壓，由此來(lái)實(shí)現真空規類(lèi)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(xiàn)。

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(diǎn)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。

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(jìn)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(chǎn)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A(yíng)RM 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(gè)雙通道的CAN 接口、5 個(gè)UART 接口、一個(gè)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(gè)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。

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(shí)鐘電路等。

圖5 LPC1788 外圍電路

4、CAN 通訊接口

　　鑒于CAN（Controller Area Network）總線(xiàn)在實(shí)時(shí)性、抗干擾能力及可擴展性等方面展現出的明顯優(yōu)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(fā)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(wú)需外加元件可直接使用;高低溫特性好，能滿(mǎn)足工業(yè)級產(chǎn)品技術(shù)要求。CAN 的通訊接口電路如圖6 所示。

圖6 CAN 通訊接口電路

5、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊

　　為了方便實(shí)驗人員實(shí)時(shí)監測與控制儀器的真空系統，本設計利用HM-TRP 系列無(wú)線(xiàn)數據收發(fā)模塊實(shí)現了真空系統的無(wú)線(xiàn)終端顯示。HM-TRP系列是一款低成本，高性能的FSK 無(wú)線(xiàn)透明數據收發(fā)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(dòng)完成通訊協(xié)議轉換和數據收發(fā)控制等特點(diǎn)。