CIT-3000F 便攜式γ能譜儀軟件設(shè)計說明及流程圖

1、1. 項(xiàng)目情況簡介CIT-3000F便攜式Y(jié)能譜儀軟件是四川新先達(dá)測控技術(shù)有限公司專門為便攜式伽瑪能譜儀定制的配套的嵌入式軟件。該軟件集Y能譜數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理分析于一體，用戶可以完成Y能譜的原始數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)的高級處理、顯示以及建立數(shù)據(jù)分析模型并自動分析計算放射性核素含量與相應(yīng)比活度。同時，儀器分析參數(shù)、數(shù)據(jù)計算模型及用戶數(shù)據(jù)均以文件方式存儲于SD卡。圖1數(shù)據(jù)采集部分結(jié)構(gòu)框圖圖2CIT-3000F主控系統(tǒng)框圖2. 開發(fā)環(huán)境硬件平臺：Windows平臺計算機(jī)，C8051F060單片機(jī)，C8051F500單片機(jī)軟件平臺：KeiluVisionKeilC51是美國KeilSoftware公司出品的

2、51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有CIT-3000F便攜式Y(jié)能譜儀軟件設(shè)計說明及流程圖V3.05明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢；與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的

3、優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。KeilC51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。3. 軟件架構(gòu)CIT-3000F便攜式伽瑪能譜儀嵌入式軟件是以C8051F500嵌入式處理器為處理器硬件平臺，基于KeilC51編程實(shí)現(xiàn)的軟件，軟件主要功能包括：數(shù)據(jù)采集通訊模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)模型模塊，參數(shù)設(shè)置模塊，數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及數(shù)據(jù)分析模塊等。軟件架構(gòu)如圖1所示。圖3CIT-3000F便攜式伽瑪能譜儀軟件架構(gòu)圖4. 軟件功能實(shí)現(xiàn)CIT-3000F便攜式伽瑪能譜儀嵌入式軟件的功能主要分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、模型建立

4、、參數(shù)分析等功能模塊。數(shù)據(jù)處理模塊包括譜線數(shù)據(jù)的平滑處理、FFT數(shù)據(jù)濾波、高斯濾波；數(shù)據(jù)顯示模塊主要實(shí)現(xiàn)了譜線數(shù)據(jù)的實(shí)時、縮放比例顯示，測量時間顯示，測量狀態(tài)顯示，測量參數(shù)與結(jié)果顯示等；數(shù)學(xué)模型模型主要實(shí)現(xiàn)通過標(biāo)準(zhǔn)樣品放射性核素模型U、Th、K、0（本地模型）建立數(shù)學(xué)分析模型，并通過已建立的數(shù)學(xué)分析模型分析出未知樣品中的放射性核素的含量以及相應(yīng)比活度；參數(shù)設(shè)置主要完成測量參數(shù)如測量時間、測量道范圍、能量刻度等功能。數(shù)據(jù)分析模塊主要基于建立的數(shù)學(xué)模型模塊完成對已采集到的能譜數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，獲得分析結(jié)果；結(jié)果輸出模塊是完成數(shù)據(jù)保存成文件，完成分析數(shù)據(jù)與結(jié)果的SD卡存儲功能。數(shù)據(jù)通訊模塊是基于自定

5、義“握手”協(xié)議建立嵌入式軟件與多道數(shù)據(jù)采集板卡的“無縫”聯(lián)結(jié)，完成數(shù)據(jù)采集功能。數(shù)據(jù)通訊采用高可靠的CAN總線實(shí)現(xiàn)，直接采用C8051F060的CAN接口與數(shù)據(jù)采集板C8051F500的CAN接口實(shí)現(xiàn)多道脈沖數(shù)據(jù)的交換。CAN通訊協(xié)議：控制命令幀格式AA55CMD1CMD2CMD3000000CMD1=0x52CMD2=AMPHCMD2=AMPL設(shè)置增益CMD1=0x53CMD2=SetTimeCMD2=0X00設(shè)置時間，啟動測量CMD1=0x54CMD2=0X00CMD2=0X00讀取譜數(shù)據(jù)應(yīng)答指令幀格式D1D2D3D4D5D6D7D8命令應(yīng)答幀AA55FFFFFFFFFFFF時間應(yīng)答幀Ti

6、meHTimeLC1C2C3C40000數(shù)據(jù)應(yīng)答幀CH1HCH1LCH2HCH2LCH3HCH3LCH4HCH4L一次完整的譜數(shù)據(jù)包括一個時間應(yīng)答幀64個數(shù)據(jù)應(yīng)答幀，構(gòu)成一條完整的256道丫能譜。5. 安全保密為了提高軟件的可靠性與安全性，本軟件采用了雙線程及雙緩沖技術(shù)，經(jīng)多年的測試發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信可靠，數(shù)據(jù)出錯率幾乎為0，軟件出錯率極低。6. 程序說明一級功能測試控制、參數(shù)設(shè)置、計算結(jié)果、數(shù)據(jù)管理。二級功能開始測量、設(shè)置測量道、設(shè)置定量分析模型參數(shù)定量計算、保存譜數(shù)據(jù)及計算結(jié)果。主線程主要包括數(shù)據(jù)的處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)學(xué)模型建立、參數(shù)設(shè)置以及結(jié)果分析。次線程主要完成數(shù)據(jù)采集功能。6.1 數(shù)據(jù)處理說

7、明數(shù)據(jù)的處理模塊主要包括譜線數(shù)據(jù)的5點(diǎn)平滑處理和FFT濾波、高斯濾波。6.2 平滑處理：為了減少能譜測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計漲落影響，同時又要保留最重要的特征，可對數(shù)據(jù)采用光滑技術(shù)，以利于尋找譜峰或判別譜峰的準(zhǔn)確位置，常用的平滑(光滑)算法為二次多項(xiàng)式五點(diǎn)平滑算法。計算公式如下所示：yi=(-3yi-2+12yi-1+17yi+12yi+1-3yi+2)/35其實(shí)際是采集的放射性能譜數(shù)據(jù)滿足高斯分布的規(guī)律，該方程就是高斯方程通過左右兩邊共5點(diǎn)進(jìn)行高斯擬合出該點(diǎn)的數(shù)據(jù)值，從而消除噪聲或其他不穩(wěn)定因素引起的漲落現(xiàn)象，提供數(shù)據(jù)分析的穩(wěn)定性。一般進(jìn)行一、二次平滑處理，便能收到良好效果。6.3 數(shù)據(jù)處理高斯型波形

8、類似無限寬尖頂脈沖的特征，同時脈沖頂部比較平坦，彈道虧損小，所以，濾波成形一般以成形為高斯型或準(zhǔn)高斯型波形為目標(biāo)。數(shù)字高斯濾波器是基于基爾霍夫電流定律提出的，計算公式如下所示：2Xn+(2K2+K)DYn-1-K2DYn-2Yn=K2+K+1核脈沖信號經(jīng)數(shù)字高斯濾波器處理后具有良好的信噪比，調(diào)節(jié)濾波成形參數(shù)可以得到合適的高斯波形，適用于核數(shù)據(jù)的實(shí)時處理。6.4 數(shù)據(jù)輸出經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)會放在另一個緩存區(qū)域(雙緩沖技術(shù))，緩存區(qū)域大小為2048B。6.5 數(shù)據(jù)顯示的說明數(shù)據(jù)顯示模塊主要實(shí)現(xiàn)了譜線數(shù)據(jù)的實(shí)時、縮放比例顯示，測量時間顯示，測量狀態(tài)顯示，測量參數(shù)設(shè)置顯示，測量數(shù)據(jù)保存顯示，特征峰顯示，

9、測量元素顯示，峰面積顯示，測量元素含量顯示等。6.6 數(shù)據(jù)顯示程序?qū)y量得到的譜數(shù)據(jù)通過畫圖函數(shù)在窗口進(jìn)行實(shí)時繪圖，同時提供譜線顯示縮放功能，方便用戶選擇感興趣區(qū)域進(jìn)行分析；程序集成了元素數(shù)據(jù)庫，通過測量元素特征峰能量的比較，根據(jù)測量結(jié)果顯示對應(yīng)元素；測量數(shù)據(jù)可以通過程序保存命令實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存，保存格式txt、csv可選；線性本底法、柯沃爾峰面積法、沃森峰面積法等峰面積算法實(shí)現(xiàn)元素準(zhǔn)確定量分析。6.7 數(shù)學(xué)模型的說明模型建立主要實(shí)現(xiàn)通過標(biāo)準(zhǔn)樣品放射性核素模型U、Th、K、0（本地模型）建立數(shù)學(xué)分析模型，并通過已建立的數(shù)學(xué)分析模型分析出未知樣品中的放射性核素的含量以及相應(yīng)比活度。6.8 參數(shù)設(shè)置的說明參數(shù)設(shè)置主要完成測量參數(shù)如測量時間、測量道范圍、能量刻度等功能。根據(jù)測量樣品的放射性強(qiáng)度可以選擇合適的測量時間；針對不同能量范圍的樣品，用戶可設(shè)置測量道的范圍；儀器的標(biāo)定可以通過兩種及以上標(biāo)準(zhǔn)元素實(shí)現(xiàn)線性能量刻度或非線性能量刻度。6.9 結(jié)果分析的說明結(jié)果輸出模塊是完成對用戶數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)以及分析結(jié)果以文件的形式存儲在SD卡中。6.10 數(shù)據(jù)采集的說明數(shù)