基于以太网的低温等离子体测控系统基于以太网的低温等离子体测控系统

电压电流采样选用片外ADC122S051，其为双通道串行12位ADC，采样速率可达500kb／s，ADC的参考源采用REF3240，其提供4．096V参考电压。
电压通过1：500的分压电阻取样，得到待调理的前端电压为0～4V，电压信号首先通过跟随器，然后通过UAF42AP搭建的50Hz陷波器，之后通过opa2227搭建的有源2阶巴特沃兹滤波器滤波，该滤波器截止频率设为10Hz，再将滤波后的信号送到ADC的模拟输入通道1；电流信号则通过10Ω的取样电阻，得到0～2V待调理的前端电压，然后经过1级跟随，之后通过UAF42AP搭建的50Hz陷波器，然后经过2阶巴特沃兹滤波截止频率10Hz，再经过opa227放大2倍，然后经过一阶RC，之后送到ADC的模拟输入通道2。
设计采用DAC输出模拟电压，选用芯片为TLV5637，其为双通道SPI接口的10位DAC，DAC参考源选用2．5V基准的ADl582BRT，这样DAC的输
出范围为0～5V。
MCU通过SPI接口控制ADC和DAC，5根控制线通过一片ADUM1401和一片ADUM1201进行数字隔离。其中5V的隔离电源由隔离DC／DC芯片DCP0 505提供。

3 软件设计
系统软件设计包括节点软件以及上位机程序设计。考虑到程序设计的灵活性，在LM3S8962上移植了ucos-ii操作系统，因为要实现以太网通信，故移植了轻型TCP／IP协议栈LWIP。
3．1 节点程序设计
各个设备节点主要负责接收PC端上位机发送的控制命令，给出应答并进行相应操作，另外周期性地上传测量数据。
真空计节点：每隔100ms获取一次真空度，获取真空度是通过给真空计发送对应的RS485命令。然后将真空度上传给PC。
流量计节点：每隔100ms获取一次流量值，获取流量是通过给流量计发送对应的RS485命令，然后将流量值上传给PC。
直流高压电源节点：每隔1ms测量一次电压、电流值(快速采样以便在输出短路时迅速切断电源进行保护)，然后每隔100ms将电压、电流值上传给PC；变频器节点只需接收控制命令如电源开关、手自动、启停、设置频率等，不需要周期性上传数据。
3．2 上位机程序设计
PC端上位机主要给各个节点发送控制各个设备的控制命令；接收各个节点上传的数据包并解析，然后在上位机界面上显示出相关结果。由于各节点周期性(T=100ms)上传数据，在上位机开启一个1s的定时器，当定时时间到时，PC正常情况下会收到单独一个节点发送的10帧数据，将每秒收到的帧数显式出来，这样可以对网络通信状态进行监控。
PC端上位机与节点间以太网通信采用UDP协议。下图4为采用C#编写的上位机界面截图。

4 实验测试
将系统连接好后，给各个节点电路板上电，然后打开上位机界面就可以通过上位机界面控制各个设备了，并显示系统的运行状态。操作步骤如下：
(1)打开变频器电源，并设置为自动控制方式(即RS485命令控制)，设置变频器运行频率为40．0Hz，然后点击运行，这时变频器控制的真空泵开始运转抽真空，这时会发现真空室气压不断减小，设置的变频器频率越大，机械泵转速越快，抽真空速度越快，稳定时真空室压强就更低，压强可以低至0．1Pa(该真空计测量下限值)；变频器频率在实验中限定在20．0～60．0Hz范围内；
(2)当真空泵抽真空基本达到稳定后，打开流量计电源，设置为自动控制方式(即RS485命令控制)和阀控模式，然后可以设置工作气体流量值(0～100sccm)，设置流量后会发现真空室里压强会增加一些；
(3)当真空室气压稳定后打开直流高压电源，设置为自动控制方式(即通过DA输出模拟电压控制电源输出功率)，设置DA输出电压(范围0～500mV)，ADC采集的电压与电流也会显示出来(大约100ms刷新一次)；
操作中需要注意一点：在关掉设备时应该先关直流高压电源，再关变频器。这是因为如果先关变频器，机械泵停止抽真空，真空室气压很快就恢复为大气压，这会导致直流高压电源因为气压太大不能放电，这相当于直流高压电源空载，此时高压电源的输出电压会达到其最大值，这可能会损坏相关设备。上位机软件设计时考虑到了这一点，即在关闭变频器时先判断直流高压电源是否已关闭，若尚未关闭，则不关闭变频器并且弹出提示对话框。
实际测试发现该系统可以安全、稳定、可靠地运行，系统的实时性也满足使用要求。为了进一步提高系统实时性，可以考虑采用TDMA(时分多路复用访问)的轮询协议。