基于MSP430F149的控制模塊VAC400的真空控制系統(tǒng)的設(shè)計

引言

國家“九五”重大科學工程項目HIRFL-CSR（蘭州重離子加速器冷卻儲存環(huán)工程）主環(huán)真空系統(tǒng)全線非標部件和標準設(shè)備的安裝、檢漏在2004年初已經(jīng)完成，經(jīng)烘烤后真空度達到10-11mbar的超高真空環(huán)境。放置于加速器注入線和主環(huán)真空腔體和束運線上的各類高/低真空泵達幾百個, 需要檢測和控制的真空計和高真空電源也近百個, 為了實現(xiàn)遠程開/關(guān)各種真空計和高真空電源，定時檢測真空計讀數(shù)和狀態(tài)，并需要為中央控制中心提供異常（定值點越界）報警和提示。運行時, 超高真空系統(tǒng)任何一處束流線發(fā)生真空故障就會造成束流丟失、儀器設(shè)備損壞、加速器停運的嚴重后果。因此加速器必須具有響應(yīng)快速、安全可靠的真空保護與控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件組成

本控制系統(tǒng)的核心是自主設(shè)計的可以兼容各種真空計,真空泵和高真空電源要求的基于MSP430F149的控制模塊VAC400。每個模塊連接一臺或多臺真空計或真空泵，用來采集它們的模擬/數(shù)字量和狀態(tài)碼，數(shù)據(jù)經(jīng)RS-485串行總線上傳到中央控制機進行在線監(jiān)視/顯示，并把中央控制機發(fā)送來的測控命令直接作用于真空計，電源或電磁閥，完成巡檢測控。每個VAC400都有一個唯一的標識碼（或地址），每個RS-485線上最多可以連接32個VAC400模塊, 每次通信周期中，只容許一個下位機與上位機通訊，通訊連接采用握手方式, ADC采集的數(shù)據(jù)不斷自動更新并發(fā)送給上位機讀出顯示。VAC400與真空計通信速率為 9600bps。INTRANET用戶通過訪問上位機來實現(xiàn)對特定真空計特定功能的操作。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件的設(shè)計關(guān)鍵是要針對不同的控制對象真空計IM520，真空計IT23和真空泵GST-03L這些不同儀器設(shè)備自身的控制命令進行設(shè)計，而且需要輸出與被控儀器實際顯示的數(shù)據(jù)類型和單位相一致的結(jié)果。同時當中央控制中心發(fā)出本設(shè)備其他操作命令或者其他設(shè)備的操作命令時，需能產(chǎn)生中斷執(zhí)行，并獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。針對不同的被控設(shè)備，我們改變相應(yīng)的主函數(shù)部分注入模塊，從而實現(xiàn)了復雜多變的系統(tǒng)任務(wù)。

2.1 真空計IM520控制部分程序

系統(tǒng)需獲取真空計IM520的真空值數(shù)據(jù)，而真空值與電壓值成復雜的函數(shù)關(guān)系，由于MSP430無法實現(xiàn)復雜函數(shù)的計算，所以用 MSP430只顯示電壓值，后續(xù)轉(zhuǎn)換需要用其他軟件設(shè)計。MSP430的ADC寄存器可顯示十六進制整數(shù)，人機交互界面需要直觀的帶三位小數(shù)的十進制浮點數(shù)的電壓值，下面的ADC函數(shù)就是實現(xiàn)這一功能：

void ADC（void）

｛ unsigned tra[4]; int j;

TXBUF1=ADDRESS; //輸出模塊名稱并在其后加“;”和空格

while （（UTCTL1&0x01）==0）;

TXBUF1=58;

while （（UTCTL1&0x01）==0）;

TXBUF1=‘ ‘;

while （（UTCTL1&0x01）==0）;

if（Buffer[2]==‘r‘）//判斷是否輸入讀取 ADC數(shù)據(jù)的命令

｛

for（i=0;i<4;i++）

｛ ADC12CTL0 &=～ 0x02;//在進行設(shè)置時首先復位ADC的轉(zhuǎn)換使能

ADvalue[i]=ADC12MEM[i]; //讀取數(shù)據(jù)

/＊將讀取的十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成輸出三位小數(shù)的十進制浮點數(shù)＊/

tra[i]=ADvalue[i]＊10000.00/4095.00;

ADbit[0]=tra[i]%10;

ADbit[1]=（tra[i]/10）%10;

ADbit[2]=（tra[i]/100）%10;

ADbit[3]=22;

ADbit[4]=（tra[i]/1000）%10;

/＊循環(huán)輸出ADC12MEMx里的數(shù)據(jù)＊/

for（j=4;j>=0;j——）

｛

TXBUF1=Hex2ASCII（ADbit[j]）;

while （（UTCTL1&0x01）==0）;

｝

TXBUF1=‘ ‘; //輸出空格與下一組 ADC數(shù)據(jù)相間隔

while （（UTCTL1&0x01）==0）;

｝

TXBUF1=13; //顯示數(shù)據(jù)之后換行，執(zhí)行下一次循環(huán)顯示

while （（UTCTL1&0x01）==0）;

ADC12CTL0 |= 0x02; ｝ // 使能ADC轉(zhuǎn)換

｝

真空計監(jiān)視的真空設(shè)備的數(shù)據(jù)需要自動傳送給中央控制中心，以便實現(xiàn)實時監(jiān)控。下面程序部分實現(xiàn)以MSP430 F149為核心的控制模塊自動將數(shù)據(jù)傳送給遠控的計算機。

void main（void）

｛ int i=0,j=0;

WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD; //停止看門狗

_EINT（）; //開總中斷

Init（）; //對ADC進行初始化

ADC12CTL0 |= 0x01; //開始轉(zhuǎn)換

while（1）

｛ P4OUT &=～0xC0; //指示發(fā)光二極管熄滅

display: stop1=0; //goto 循環(huán)結(jié)構(gòu)入口

delay（0xFFFF）; //延時程序調(diào)用

if（stop1==0）

｛ IE2 &= ～URXIE1; //停止USART1 RX中斷 P3OUT |=0x01;

ADC（）; //調(diào)用ADC 函數(shù)

Buffer[2]=‘r‘; //真空計IM520讀取數(shù)據(jù)命令中一個區(qū)別于其他任務(wù)

命令的關(guān)鍵字符

delay（0x1FFF）;

ADC（）;

Buffer[2]=‘r‘;

IE2 |= URXIE1; //使能USART1 RX中斷

P3OUT &=～0x01;

｝

else goto display; ｝

｝

2.2 真空計IT23控制部分程序

真空計COMBIVAC IT23型是三路真空規(guī)輸入，前面板或RS-232C（9芯D型口9600bps）接口控制與數(shù)據(jù)讀出。前面板LCD顯示四項內(nèi)容：Torr，Micron, Pa和mbar。并且需要遠程控制機輸入“uni w mbar or Torr or Pa or Micron”操作命令進行在線轉(zhuǎn)換讀出各種類型的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

void main（void）

｛ char IT[4][15]=｛"uni w mbar\0","mes 1\0","mes 2\0","mes 3\0"｝; //真空計IT23 操作命令

int i=0,j=0;

/…同真空計IM520控制部分程序…/

display: delay（0x1FFFF）;

if（stop1==0）

｛ IE2 &= ～URXIE1;

P3OUT |=0x01;

for（j=0;j<5;j++） //循環(huán)執(zhí)行操作命令并顯示數(shù)據(jù)

｛

for（i=0;IT[j][i]!=‘\0‘;i++）

｛ Buffer[2]=‘w‘;

OperateIT23（）;

TXBUF0 =IT[j][i];

while （（UTCTL0&0x01）==0）;

｝

/…同真空計IM520控制部分程序…/

else goto display; ｝

｝

3 結(jié)語

運行表明，基于MSP430F149的真空控制系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)具有很好的精確度和穩(wěn)定性，較好地完成了真空設(shè)備的實時監(jiān)控和顯示任務(wù)。由于該系統(tǒng)低成本，高速度，低功耗，高精度等優(yōu)點，同時可以應(yīng)用于安全防護檢測，門禁互鎖聯(lián)動和水電檢測系統(tǒng)等領(lǐng)域。