BESⅢ超导磁体数据采集系统的设计与实现

【摘要】：本课题是在北京正负电子对撞机/北京谱仪升级改造国家重大科学项目的背景下,设计与实现BESIII超导磁体数据采集系统。该数据采集系统为BESIII超导磁体运行状态分析以及磁体失超分析提供数字接口,为超导磁体的安全运行提供有力保障。 本文在简要分析设计要求的基础上,提出了基于CAN-bus的分布式数据采集系统架构,设计出基于S3C44BOX微处理器和uClinux操作系统的CAN2Ethernet嵌入式网关,连接CAN-bus和以太网,并最终将采集的数据传到以太网上的控制计算机。根据BESIII超导磁体数据采集的特点和要求,制定了一套简单有效的CAN总线用户层协议。该协议从CAN节点规模和数据帧类型上来说都是可扩展的。 在硬件电路设计部分,首先介绍了超导线圈和电流引线电压信号以及拉力传感器信号、应力应变传感器信号、位移传感器信号的前端处理电路,然后介绍了基于SST89E564RD单片机的数据采集节点电路;在CAN2Ethernet网关电路设计中介绍了S3C44BOX微处理器的存储接口、以太网接口和CAN-bus接口,并描述了CAN总线控制器SJA1000控制逻辑的VHDL语言实现。 在数据采集节点软件设计中介绍了模拟电压的AD转换、数据的存储和CAN节点通信程序;在CAN2Ethernet嵌入式网关软件设计中介绍了交叉编译环境的建立、BootLoader的分析和移植、uClinux操作系统的配置和编译、CAN-bus设备驱动程序开发和应用程序开发。 论文最后给出了性能测试结果并对全文进行了总结。