藍牙技術在中子發生器控制臺中的應用

周大立，張 洋，喬 雙

（東北師范大學物理學院，吉林 長春130024）

中子管是一種小型加速器中子源，它把離子源、加速系統、靶和氣壓調節系統全部密封在陶瓷管內，構成結構簡單緊湊、使用方便的電真空器件［1－2］.中子管加上高、中、低壓電源與電控部分構成中子發生器，可廣泛應用于工業、農業、國防、航天等多個科學研究領域［3］.中子發生器控制臺是專門為中子管設計的電源控制系統，控制臺主要由離子源、高壓源、儲存器三路電源組成，三路電源協調工作才能穩定地產生中子.傳統的控制臺使用機械電位調節、電流表與電壓表監測中子管工作情況.隨著科技不斷發展，藍牙技術已經在多個領域得到了廣泛的應用.藍牙技術是一種開放的、短距離無線通信的技術，用于替代便攜或固定電子設備上使用的電纜或連線，采用分散式網絡結構以及快跳頻和短包技術，支持點對點及點對多點通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工業、科學、醫學）頻段［4］.采用時分雙工傳輸方案實現全雙工傳輸，其數據速率為1Mb／s，滿足許多領域的使用要求.本文應用藍牙技術將手機作為監控終端，實現了對中子管的無線監控，使中子發生器具有極大的操作和控制的靈活性，操作者只需在手機上進行簡單的操作即可實現對中子發生器的監測和控制.而且具有語音提示報警功能，實時匯報中子管工作情況.該手機終端關閉之后，其他人員無法使用中子發生器，從而提高了中子發生器使用的安全性.

1 基于藍牙的中子發生器控制臺總體框圖結構

Android手機通過藍牙將數據發送給藍牙模塊，主控制器接收藍牙模塊數據，調節離子源電路、高壓源電路和儲存器電路.與此同時，主控制器不斷地將AD 采樣得到的數據通過藍牙傳送到手機客戶端，總體框圖結構如圖1所示.

圖1 總體框圖結構

2 Android客戶端設計與實現

2.1 Android客戶端的總體框架

基于Android的無線監控客戶端總體結構如圖2所示.通信模塊負責發送用戶的控制命令，并接收來自藍牙模塊（中子發生器控制臺）的命令數據，對命令進行解析，送入消息線程.Android客戶端監控模塊接收到消息線程的消息后刷新相應的View 控件，實現與中子發生器控制臺的互動.

圖2 Android客戶端總體結構

2.2 Android客戶端界面設計

本軟件基于Android 2.2系統，使用Java語言開發，所用開發工具為Eclipse集成開發環境，Eclipse是一種優秀的、免費的IDE，再配以多種插件，完全可以滿足從企業級Java應用到手機終端Java程序的開發［5］.首先設計本系統手機終端的用戶界面，為操作方便，界面設計以簡潔為主.圖3為實現手機終端初始化以及連接控制臺的啟動界面.圖4為監控界面.文本編輯框用于實時顯示中子管內電流電壓情況.“＋”、“－”按鈕及單選按鈕用于調節儲存器、離子源、高壓源三路電源.

圖3 啟動界面

圖4 監控界面

2.3 Android客戶端程序設計

2.3.1 通訊協議

本系統手機監控終端與控制臺之間采用RFCOMM 協議進行通信，該協議是一種基于歐洲電信標準協會ETSI07.10規程的串行線性仿真協議.擬定數據接收與發送協議見表1和2.

2.3.2 主程序設計

主程序主要實現檢測藍牙設備是否工作正常、設置藍牙與下位機連接、數據傳輸以及各功能按鈕.數據的接收是指接收下位機（中子發生器控制臺）發送過來的儲存器、離子源、高壓源電壓及電流值，并顯示在EditText（文本編輯框）內.數據的發送是指“＋”、“－”按鈕及單選按鈕用于調節儲存器、離子源、高壓源的值.軟件設計流程如圖5所示.

表1 Android客戶端接收數據協議

表2 Android客戶端發送數據協議

圖5 監控終端軟件設計流程圖

3 主控板藍牙功能的實現

3.1 硬件實現

主控制板核心控制芯片為TMS320F2812，它是TI公司的一款用于控制的高性能、多功能、高性價比的32位定點DSP芯片.

藍牙模塊選取HC－06從機模塊，該模塊采用CSR 主流藍牙芯片，遵循藍牙V2.0協議標準.HC－06與TMS320F2812芯片連接如圖6所示.

圖6 硬件連接

3.2 軟件實現

下位機程序需要完成硬件電路的初始化，主要包括EV 初始化、AD 初始化和串口初始化.利用DSP串口通信功能，接收手機端發送來的命令，并將采樣電路的數據傳送給手機終端.使用DSP內部串行通信接口SCI（SCI是一個雙線的異步串口）［6］.使用中斷方式接收和發送數據，選取FIFO 模式下工作，減少CPU 開銷，調高了效率［6］.下位機軟件實現流程如圖7所示.

圖7 下位機軟件流程圖

4 結束語

本文利用智能手機作為中子發生器控制臺的監控終端的實現方案，主控板只需增加藍牙通信模塊，用具有藍牙功能的手機取代了以往中子發生器控制臺的鍵盤和顯示器.手機客戶端軟件設計基于Android UI，設計清晰、簡潔，而且能融入界面提醒功能，方便用戶使用.實際測試表明，數據傳輸穩定可靠，中子發生器使用的安全性有了很大提高.充分說明藍牙無線通信技術在中子發生器控制臺上的應用給客戶帶來更多的便利.

［1］喬亞華.中子管研究進展及應用［J］.核電子學與探測技術，2008，28（6）：1134－1138.

［2］景士偉，高楊，喬雙，等.靶鈦膜處理對氘－氘及氘－氚中子管性能的影響［J］.東北師大學報：自然科學版，2013，45（1）：84－87.

［3］謝召醒，喬雙.軸對稱電場中氘離子運動軌跡的仿真研究［J］.東北師大學報：自然科學版，2013，45（1）：75－79.

［4］王東華.Android網絡開發與應用實戰詳解［M］.北京：人民郵電出版社，2012：264－284.

［5］佘堃.Android嵌入式應用開發［M］.北京：電子工業出版社，2012：4－20.

［6］顧衛鋼.手把手教你學DSP［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2011：315－351.