蓝牙技术在中子发生器控制台中的应用

周大立，张 洋，乔 双

（东北师范大学物理学院，吉林 长春130024）

中子管是一种小型加速器中子源，它把离子源、加速系统、靶和气压调节系统全部密封在陶瓷管内，构成结构简单紧凑、使用方便的电真空器件［1－2］.中子管加上高、中、低压电源与电控部分构成中子发生器，可广泛应用于工业、农业、国防、航天等多个科学研究领域［3］.中子发生器控制台是专门为中子管设计的电源控制系统，控制台主要由离子源、高压源、储存器三路电源组成，三路电源协调工作才能稳定地产生中子.传统的控制台使用机械电位调节、电流表与电压表监测中子管工作情况.随着科技不断发展，蓝牙技术已经在多个领域得到了广泛的应用.蓝牙技术是一种开放的、短距离无线通信的技术，用于替代便携或固定电子设备上使用的电缆或连线，采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段［4］.采用时分双工传输方案实现全双工传输，其数据速率为1Mb／s，满足许多领域的使用要求.本文应用蓝牙技术将手机作为监控终端，实现了对中子管的无线监控，使中子发生器具有极大的操作和控制的灵活性，操作者只需在手机上进行简单的操作即可实现对中子发生器的监测和控制.而且具有语音提示报警功能，实时汇报中子管工作情况.该手机终端关闭之后，其他人员无法使用中子发生器，从而提高了中子发生器使用的安全性.

1 基于蓝牙的中子发生器控制台总体框图结构

Android手机通过蓝牙将数据发送给蓝牙模块，主控制器接收蓝牙模块数据，调节离子源电路、高压源电路和储存器电路.与此同时，主控制器不断地将AD 采样得到的数据通过蓝牙传送到手机客户端，总体框图结构如图1所示.

图1 总体框图结构

2 Android客户端设计与实现

2.1 Android客户端的总体框架

基于Android的无线监控客户端总体结构如图2所示.通信模块负责发送用户的控制命令，并接收来自蓝牙模块（中子发生器控制台）的命令数据，对命令进行解析，送入消息线程.Android客户端监控模块接收到消息线程的消息后刷新相应的View 控件，实现与中子发生器控制台的互动.

图2 Android客户端总体结构

2.2 Android客户端界面设计

本软件基于Android 2.2系统，使用Java语言开发，所用开发工具为Eclipse集成开发环境，Eclipse是一种优秀的、免费的IDE，再配以多种插件，完全可以满足从企业级Java应用到手机终端Java程序的开发［5］.首先设计本系统手机终端的用户界面，为操作方便，界面设计以简洁为主.图3为实现手机终端初始化以及连接控制台的启动界面.图4为监控界面.文本编辑框用于实时显示中子管内电流电压情况.“＋”、“－”按钮及单选按钮用于调节储存器、离子源、高压源三路电源.

图3 启动界面

图4 监控界面

2.3 Android客户端程序设计

2.3.1 通讯协议

本系统手机监控终端与控制台之间采用RFCOMM 协议进行通信，该协议是一种基于欧洲电信标准协会ETSI07.10规程的串行线性仿真协议.拟定数据接收与发送协议见表1和2.

2.3.2 主程序设计

主程序主要实现检测蓝牙设备是否工作正常、设置蓝牙与下位机连接、数据传输以及各功能按钮.数据的接收是指接收下位机（中子发生器控制台）发送过来的储存器、离子源、高压源电压及电流值，并显示在EditText（文本编辑框）内.数据的发送是指“＋”、“－”按钮及单选按钮用于调节储存器、离子源、高压源的值.软件设计流程如图5所示.

表1 Android客户端接收数据协议

表2 Android客户端发送数据协议

图5 监控终端软件设计流程图

3 主控板蓝牙功能的实现

3.1 硬件实现

主控制板核心控制芯片为TMS320F2812，它是TI公司的一款用于控制的高性能、多功能、高性价比的32位定点DSP芯片.

蓝牙模块选取HC－06从机模块，该模块采用CSR 主流蓝牙芯片，遵循蓝牙V2.0协议标准.HC－06与TMS320F2812芯片连接如图6所示.

图6 硬件连接

3.2 软件实现

下位机程序需要完成硬件电路的初始化，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，接收手机端发送来的命令，并将采样电路的数据传送给手机终端.使用DSP内部串行通信接口SCI（SCI是一个双线的异步串口）［6］.使用中断方式接收和发送数据，选取FIFO 模式下工作，减少CPU 开销，调高了效率［6］.下位机软件实现流程如图7所示.

图7 下位机软件流程图

4 结束语

本文利用智能手机作为中子发生器控制台的监控终端的实现方案，主控板只需增加蓝牙通信模块，用具有蓝牙功能的手机取代了以往中子发生器控制台的键盘和显示器.手机客户端软件设计基于Android UI，设计清晰、简洁，而且能融入界面提醒功能，方便用户使用.实际测试表明，数据传输稳定可靠，中子发生器使用的安全性有了很大提高.充分说明蓝牙无线通信技术在中子发生器控制台上的应用给客户带来更多的便利.

［1］乔亚华.中子管研究进展及应用［J］.核电子学与探测技术，2008，28（6）：1134－1138.

［2］景士伟，高杨，乔双，等.靶钛膜处理对氘－氘及氘－氚中子管性能的影响［J］.东北师大学报：自然科学版，2013，45（1）：84－87.

［3］谢召醒，乔双.轴对称电场中氘离子运动轨迹的仿真研究［J］.东北师大学报：自然科学版，2013，45（1）：75－79.

［4］王东华.Android网络开发与应用实战详解［M］.北京：人民邮电出版社，2012：264－284.

［5］佘堃.Android嵌入式应用开发［M］.北京：电子工业出版社，2012：4－20.

［6］顾卫钢.手把手教你学DSP［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2011：315－351.