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多通道数字化离子阱质谱仪测控系统研究

发布时间:2018-08-02 11:11
【摘要】:质谱仪是一种应用于物质分析、成分鉴定的高灵敏度分析仪器,在制药、食品安全、边防安检、航天技术等热点领域内得到广泛应用。随着中国经济的快速发展和行业科技水平的提高,很多领域对于质谱仪分析效率的要求已超过国内现有质谱仪所能达到的性能,因此,高通量的质谱仪成为当今质谱仪的主要发展方向。为实现多通道数字化离子阱质谱仪中多个质量分析通道的同时运行,提高质谱仪的质量分析效率,本文设计了一套基于ARM11微处理器S3C6410的测控系统通信控制主板。质谱仪对传输速率的要求较高,而高速数据传输会导致数据误码率的提升,本文对高速通信下的硬件稳定性与差错控制方法进行了研究,从硬件和软件两方面提出高速通信下系统可靠性的改善措施,以降低误码率。通过对高速网络信号完整性问题的仿真与分析,确定电路板层参数与高速信号反射、串扰、延迟现象之间的定量关系,提出并制作了一个支持多通道数字化离子阱、同时具有较高电路稳定性的嵌入式硬件系统。设计了嵌入式系统中总线通信与液晶屏显示的硬件驱动程序,完成测控系统中通信控制主板与信号发生模块、直流输出模块、数据采集模块间的数据传输,以及与计算机间的网络通信。针对测控系统高速数据通信中的数据流偏移和数据跳变问题,提出一种软件层面的差错控制方法。分析了不同循环冗余校验码在测控系统应用环境下的检错性能,选择最优生成多项式用以实现差错控制中的检错环节。设计了一种基于循环冗余校验码的查表式纠错方法,用以实现差错控制中的前向纠错,并对该方法的纠错性能进行了分析,证明该方法可在避免引入附加纠错码的情况下可有效提高通讯可靠性。本文实现的多通道数字化离子阱质谱仪测控系统通信控制主板,具备较高的电路稳定性,在数据通信过程中能够有效降低误码率,提高传输可靠性,可用于多通道数字化离子阱质谱仪的研发与集成。
[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.
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TH843

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本文编号:2159239

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