【摘要】：質譜儀是一種應用于物質分析、成分鑒定的高靈敏度分析儀器,在制藥、食品安全、邊防安檢、航天技術等熱點領域內得到廣泛應用。隨著中國經濟的快速發(fā)展和行業(yè)科技水平的提高,很多領域對于質譜儀分析效率的要求已超過國內現有質譜儀所能達到的性能,因此,高通量的質譜儀成為當今質譜儀的主要發(fā)展方向。為實現多通道數字化離子阱質譜儀中多個質量分析通道的同時運行,提高質譜儀的質量分析效率,本文設計了一套基于ARM11微處理器S3C6410的測控系統(tǒng)通信控制主板。質譜儀對傳輸速率的要求較高,而高速數據傳輸會導致數據誤碼率的提升,本文對高速通信下的硬件穩(wěn)定性與差錯控制方法進行了研究,從硬件和軟件兩方面提出高速通信下系統(tǒng)可靠性的改善措施,以降低誤碼率。通過對高速網絡信號完整性問題的仿真與分析,確定電路板層參數與高速信號反射、串擾、延遲現象之間的定量關系,提出并制作了一個支持多通道數字化離子阱、同時具有較高電路穩(wěn)定性的嵌入式硬件系統(tǒng)。設計了嵌入式系統(tǒng)中總線通信與液晶屏顯示的硬件驅動程序,完成測控系統(tǒng)中通信控制主板與信號發(fā)生模塊、直流輸出模塊、數據采集模塊間的數據傳輸,以及與計算機間的網絡通信。針對測控系統(tǒng)高速數據通信中的數據流偏移和數據跳變問題,提出一種軟件層面的差錯控制方法。分析了不同循環(huán)冗余校驗碼在測控系統(tǒng)應用環(huán)境下的檢錯性能,選擇最優(yōu)生成多項式用以實現差錯控制中的檢錯環(huán)節(jié)。設計了一種基于循環(huán)冗余校驗碼的查表式糾錯方法,用以實現差錯控制中的前向糾錯,并對該方法的糾錯性能進行了分析,證明該方法可在避免引入附加糾錯碼的情況下可有效提高通訊可靠性。本文實現的多通道數字化離子阱質譜儀測控系統(tǒng)通信控制主板,具備較高的電路穩(wěn)定性,在數據通信過程中能夠有效降低誤碼率,提高傳輸可靠性,可用于多通道數字化離子阱質譜儀的研發(fā)與集成。
[Abstract]:Mass spectrometer is a kind of high sensitivity analytical instrument which is applied to material analysis and component identification. It is widely used in hot fields such as pharmacy, food safety, frontier security inspection, aerospace technology and so on. With the rapid development of Chinese economy and the improvement of science and technology, the analytical efficiency of mass spectrometers in many fields has exceeded the performance of existing mass spectrometers in China. High-throughput mass spectrometer has become the main developing direction of mass spectrometer. In order to realize the simultaneous operation of multiple quality analysis channels in the multichannel digital ion trap mass spectrometer and improve the quality analysis efficiency of the mass spectrometer, a communication control board of the measurement and control system based on ARM11 microprocessor S3C6410 is designed in this paper. Mass spectrometer requires high transmission rate, and high-speed data transmission will lead to the increase of data bit error rate. In this paper, the hardware stability and error control methods for high-speed communication are studied. In order to reduce the bit error rate (BER), the improvement measures of system reliability in high speed communication are put forward in terms of hardware and software. Based on the simulation and analysis of signal integrity in high-speed network, the quantitative relationship between circuit board layer parameters and high speed signal reflection, crosstalk and delay phenomena is determined. A digital ion trap supporting multi-channel is proposed and fabricated. At the same time, the embedded hardware system with high circuit stability. The hardware driver of bus communication and LCD display in embedded system is designed, and the data transmission between main board and signal generation module, DC output module and data acquisition module in the measurement and control system is completed. And network communication with computers. Aiming at the problem of data flow offset and data jump in high speed data communication of measurement and control system, a software level error control method is proposed. The error detection performance of different cyclic redundancy check codes in the environment of measurement and control system is analyzed, and the optimal generating polynomial is selected to realize the error detection in error control. An error correction method based on cyclic redundancy check code is designed to realize forward error correction in error control, and the error correction performance of this method is analyzed. It is proved that this method can effectively improve the communication reliability without introducing additional error-correcting codes. The communication control board of the multi-channel digital ion trap mass spectrometer in this paper has high circuit stability, which can effectively reduce the bit error rate and improve the transmission reliability in the process of data communication. It can be used in the development and integration of multichannel digital ion trap mass spectrometer.
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH843

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本文編號：2159239