一种四极杆质谱仪真空测量及控制系统的硬件电路设计

1、真空规外部电路

　　由于每一路真空规内部均有一个识别电阻，不同类型的真空规，内部识别电阻阻值不同，其中皮拉尼规为27K，潘宁规为100K，据此，本系统设计了电路来测量识别电阻的端电压，由此来实现真空规类型的识别。另外，根据真空规的物理接口，电路输入端采用RJ-45 型接口作为信号和电源的传输线。

2、ADC 采集电路

　　ADC 采集电路用于采集真空规输出信号及端电压，共6 路信号，电压范围为0V~10V，为了方便设计，选用多通道集成的芯片AD7327，它的主要特点有：500KSPS 的吞吐率，软件可选择的输入范围(±10V，±5V，±2.5V，0V 到10V)，8路可选择的模拟输入通道，硬件可设计成单端、差分、伪差分模拟输入，17mW 的低功耗，内部2.5V 参考等。内部功能框图如图3 所示。

图3 AD7327 功能框图

　　ADC 采集电路的硬件电路图如图4 所示。其中前级处理电路选用OPA2277 芯片，对真空规输出信号进行电压跟随， 输出至AD7327 芯片，AD7327 的基准电压采用外部芯片ADR431 产生。

3、ARM 微控制器

　　ARM 微控制器选用了NXP 公司的LPC1788芯片， 该芯片是基于ARM Cortex-M3 的微控制器，操作频率可以高达120MHz，它的外设组件包括高达512kB 的Flash 存储器、高达96kB 的数据存储器、4kB 的EEPROM、一个双通道的CAN 接口、5 个UART 接口、一个带独立电池电源和事件监控器/记录器的超低功耗RTC、多达165 个通用I/O引脚等，用于处理要求高集成度和低功耗的嵌入式应用。

图4 ADC 采集电路

　　LPC1788 芯片的外围电路如图5 所示。主要包括JTAG 电路、复位电路和时钟电路等。

图5 LPC1788 外围电路

4、CAN 通讯接口

　　鉴于CAN（Controller Area Network）总线在实时性、抗干扰能力及可扩展性等方面展现出的明显优越性，LPC1788 采用CAN 通讯接口与上位机通讯。LPC1788 内部自带CAN 控制器。CAN 收发器选用了广州致远电子有限公司的CTM1050D模块，该模块通讯速率高达1Mbps;隔离电压：DC2500V；电磁辐射EME 极低;电磁抗干扰EMI性极高;无需外加元件可直接使用;高低温特性好，能满足工业级产品技术要求。CAN 的通讯接口电路如图6 所示。

图6 CAN 通讯接口电路

5、无线传输模块

　　为了方便实验人员实时监测与控制仪器的真空系统，本设计利用HM-TRP 系列无线数据收发模块实现了真空系统的无线终端显示。HM-TRP系列是一款低成本，高性能的FSK 无线透明数据收发模块，可工作在433/470/868/915MHz ISM 频段，具有尺寸小，功率大，灵敏度高，传输距离远，通讯速率高，内部自动完成通讯协议转换和数据收发控制等特点。