专利名称：实现单色器与谱学显微镜通信的接口系统和方法
技术领域：
本发明主要涉及两种光学设备之间的接口，尤其涉及一种实现单色器与谱学显微镜通信的接口系统和方法。
背景技术：
EPICS (实验物理及工业控制系统)平台是一个基于网络的分布式控制系统，是世界上大型加速器等科学装置的免费控制软件，它源码公开，可自由下载，运行稳定、系统结构灵活、扩展性好，而且EPICS支持的硬件类型多达上百种，并提供良好的技术支持。上海光源首批7条光束线控制系统全部采用EPICS，建立起标准化的光束线控制系统，这样的系统在国际上也只有少数几个同步辐射装置上应用，在国内更是一项全新尝试。同步辐射广泛应用于基础科学研究和应用研究领域。同步辐射装置包括光束线站部分和实验站部分，光束线站部分主要采用单色器来获得不同能量值的单色X射线。通过转动单色器的两块晶体，改变其布拉格角度，将入射的白光变为出射时不同能量值的单色光。一定能量值的单色光对应于单色器的一个角度位置，当单色器转动到某一角度，就称其转动到某一能量点，该能量点对应的能量值称为单色器的能量值。实验站部分主要采用谱学显微镜来采集在不同能量X射线下的化学元素(比如铁元素)分布形态，即X光吸收谱。在例如样品的X光吸收谱实验中，需要谱学显微镜与单色器进行联动，即谱学显微镜采集完样品在某一能量值的X射线下的X光吸收谱后，需要设置单色器的能量值为下一个目标能量值，以采集样品在下一个能量值的X射线下的X光吸收谱，重复这样的步骤，直到采集完样品在所有目标能量值的X射线下的X光吸收谱。两个目标能量值之间的步长很小，比如0. 5eV (电子伏特)，如果目标能量值的范围在800eV到900eV之间，每隔0. 5eV的步长采集一次，则完成一个实验需要采集200次。如果仅靠手动来设置单色器的不同目标能量值，显然耗时耗力，效率低，而且还可能产生误差导致实验结果不精确。因此，需要设计一种实现谱学显微镜与单色器自动联动的方案，以满足实验需求。单色器包括单色器控制模块，谱学显微镜包括谱学显微镜控制模块。因此，需要提供一种通信接口，使谱学显微镜控制模块可以通过该接口向单色器控制模块发送控制信息，单色器控制模块又可以通过该接口向谱学显微镜控制模块发送反馈信息，从而实现谱学显微镜与单色器的数据交互。
发明内容
为了解决上述问题，本发明一方面提供一种实现单色器与谱学显微镜通信的接口系统及其方法，以实现单色器与谱学显微镜之间的自动联动。为实现上述目的，本发明一方面提供以下技术方案一种实现单色器与谱学显微镜通信的接口系统，所述单色器包括单色器控制模块，所述谱学显微镜包括谱学显微镜控制模块，其特征在于，所述接口系统包括依次连接在所述谱学显微镜控制模块与所述单色器控制模块之间的服务器模块和接口工具模块，其、中，所述服务器模块一方面接收所述谱学显微镜控制模块发送的控制信息，并通过所述接口工具模块将所述控制信息传送至所述单色器控制模块；另一方面通过所述接口工具模块接收所述单色器控制模块发送的反馈信息，并将所述反馈信息传送至所述谱学显微镜控制1吴块。进一步地，所述服务器模块包括依次连接在所述谱学显微镜控制模块与所述接口工具模块之间的EPICS硬IOC服务器和EPICS软IOC服务器， 其中，一方面，所述EPICS硬IOC服务器通过网络协议接收所述控制信息，并将所述控制信息记录在其生成的Motor记录中，再通过网络协议将所述Motor记录传送至所述EPICS软IOC服务器；所述EPICS软IOC服务器将所述Motor记录包含的所述控制信息记录在其生成的PV记录中，并通过所述接口工具模块将所述PV记录传送至所述单色器控制模块；另一方面，所述EPICS软IOC服务器通过所述接口工具模块接收所述反馈信息，并将所述反馈信息记录在所述PV记录中，再通过网络协议将所述PV记录传送至所述EPICS硬IOC服务器；所述EPICS硬IOC服务器将所述PV记录包含的所述反馈信息记录在所述Motor记录中，并通过所述网络协议将所述Motor记录传送至所述谱学显微镜控制模块。进一步地，所述EPICS硬IOC服务器设置在一 VME机箱中。本发明另一方面提供一种基于前述接口系统实现单色器与谱学显微镜通信的方法，其中，所述方法包括以下步骤步骤1，通过所述服务器模块接收所述谱学显微镜控制模块发送的控制信息，并通过所述接口工具模块将所述服务器模块接收的所述控制信息传送至所述单色器控制模块；步骤2，通过所述接口工具模块将所述单色器控制模块发送的反馈信息传送至所述服务器模块，并使所述服务器模块将所述反馈信息传送至所述谱学显微镜控制模块。前述一种实现单色器与谱学显微镜通信的方法，其中，所述步骤I进一步包括利用所述EPICS硬IOC服务器通过网络协议接收所述控制信息，并将所述控制信息记录在其生成的Motor记录中，再通过网络协议将所述Motor记录传送至所述EPICS软IOC服务器；利用所述EPICS软IOC服务器将所述Motor记录包含的所述控制信息记录在其生成的PV记录中，并通过所述接口工具模块将所述PV记录传送至所述单色器控制模块。前述一种实现单色器与谱学显微镜通信的方法，其中，所述步骤2进一步包括利用所述EPICS软IOC服务器通过所述接口工具模块接收所述反馈信息，并将所述反馈信息记录在所述PV记录中，再通过网络协议将所述PV记录传送至所述EPICS硬IOC服务器；利用所述EPICS硬IOC服务器将所述PV记录包含的所述反馈信息记录在所述Motor记录中，并通过所述网络协议将所述Motor记录传送至所述谱学显微镜控制模块。终上所述，通过本发明的实现单色器与谱学显微镜通信的接口系统和方法，使得谱学显微镜控制模块可以向单色器控制模块发送控制信息，同时单色器控制模块又可以向谱学显微镜控制模块发送反馈信息。从而实现了谱学显微镜与单色器之间的数据交互，使谱学显微镜和单色器可以自动联动。与谱学显微镜和单色器之间的手动联动相比，自动联动显然更加省时省力，而且工作效率更高，操作更加精确。
图I是本发明实现单色器与谱学显微镜通信的接口系统的原理框图；图2是本发明实现单色器与谱学显微镜通信的方法的流程图。
具体实施例方式下面根据附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。图I示出了根据本发明实现单色器与谱学显微镜通信的接口系统，其中单色器包括单色器控制模块101，谱学显微镜包括谱学显微镜控制模块104，该接口系统包括依次连接在单色器控制模块101与谱学显微镜控制模块104之间的接口工具模块102和服务器模 块 103。谱学显微镜控制模块104提供用于控制单色器(未示出)的控制信息，通过本发明的接口系统将该控制信息传送至单色器控制模块101，单色器控制模块101将该控制信息记录到其生成的对应的控制变量。其中，该控制信息主要包括控制或者读取单色器的相关物理变量(例如单色器的能量值)。与控制信息对应的控制变量包括物理参数回读变量(例如表示读取单色器的当前能量值的变量Energy)、物理参数设置变量(例如表示期望的单色器的目标能量值的变量EnergySet)和布尔控制变量(例如表示执行单色器转动到目标能量值的动作的变量EnergyGo，)。单色器控制模块101根据控制信息控制单色器并向谱学显微镜控制模块104发送反馈信息。该反馈信息也通过本发明的接口系统接传送至谱学显微镜控制模块104。其中，单色器控制模块101的软件开发环境基于LabVIEW开发环境。接口工具模块102 可以采用 LabVIEW/EPICS ShareMemory Interface 接口，LabVIEff/EPICS ShareMemory Interface接口为第三方软件,该软件可在网上自由下载,用于实现Labview和EPICS之间的数据交换。在本发明中主要作为单色器控制模块101和服务器模块103之间的数据交互通道。服务器模块103包括依次连接在接口工具模块102与谱学显微镜控制模块104之间的EPICS软IOC (输入输出控制器)服务器1031和EPICS硬IOC服务器1032。其中，EPICS硬IOC服务器1032生成Motor (马达)记录，EPICS软IOC服务器1031生成与Motor 记录相对应的PV (过程变量)记录。首先，EPICS硬IOC服务器1032通过网络CA (通道访问)协议接收谱学显微镜控制模块104发送的控制信息，并将该控制信息记录在其生成的Motor记录中，再通过网络CA协议将该Motor记录传送至EPICS软IOC服务器1031 ；EPICS软IOC服务器1031将该Motor记录包含的控制信息记录在其生成的PV记录中，并通过接口工具模块102将该PV记录传送至单色器控制模块101，单色器控制模块101将该PV记录包含的控制信息记录在其生成的控制变量中，并根据该控制信息来控制单色器。然后，单色器控制模块101向谱学显微镜控制模块104发送反馈信息。EPICS软IOC服务器1031通过接口工具模块102接收该反馈信息，并将该反馈信息记录在其生成的PV记录中，再通过网络CA协议将该PV记录传送至EPICS硬IOC服务器1032 ；EPICS硬IOC服务器1032将该PV记录包含的反馈信息记录在其生成的Motor记录中，并通过网络CA协议将该Motor记录传送至谱学显微镜控制模块104。其中，EPICS硬IOC服务器1032的硬件平台基于VME机箱3，软件平台基于VxWorks实时操作系统；单色器控制模块101、接口工具模块102和EPICS软IOC服务器1031的硬件平台都基于第一计算机I ;谱学显微镜控制模块104的硬件平台基于第二计算机2。图2示出了基于图I的接口系统实现单色器与谱学显微镜通信的方法，该方法的流程如下利用EPICS硬IOC服务器1032通过网络CA协议接收谱学显微镜控制模块104发送的控制信息，并将该控制信息记录在其生成的Motor记录中，再通过网络CA协议将该Motor记录传送至EPICS软IOC服务器1031。利用EPICS软IOC服务器1031将该Motor记录包含的控制信息记录在其生成的PV记录中，并通过接口工具模块102将该PV记录传送至单色器控制模块101。单色器控制模块101会将该PV记录包含的控制信息记录在其生成的控制变量中，并根据该控制信息来控制单色器，然后向谱学显微镜控制模块104发送 反馈信息。利用EPICS软IOC服务器1031通过接口工具模块102接收该反馈信息，并将该反馈信息记录在其生成的PV记录中，再通过网络CA协议将该PV记录传送至EPICS硬IOC服务器1032。利用EPICS硬IOC服务器1032将该PV记录包含的反馈信息记录在其生成的Motor记录中，并通过网络CA协议将该Motor记录传送至谱学显微镜控制模块104。例如，当谱学显微镜控制模块104发送的控制信息为读取单色器的当前能量值时，首先利用EPICS硬IOC服务器1032通过网络CA协议接收该控制信息，并将该控制信息记录在其生成的Motor记录中，该Motor记录预先设置为包括field(RDBL, 〃X08U1:MO:Energy:Al NPP MS〃)域的 Motor 记录。然后再通过网络 CA协议将该Motor记录传送至EPICS软IOC服务器1031，EPICS软IOC服务器1031将该Motor记录包含的控制信息记录在其生成的PV记录中，该PV记录预先设置为X08U1:0P:MO = Energy:Al。该PV记录再通过LabVIEW/EPICS ShareMemory Interface接口传送至单色器控制模块101，单色器控制模块101将该PV记录包含的控制信息记录在其预先生成的控制变量Energy中。由前面可知，Energy是一个物理参数回读变量,其表示读取单色器的当前能量值。所以单色器控制模块101根据该控制信息读取单色器的当前能量值并将读取到的当前能量值作为反馈信息发送。EPICS 软 IOC 服务器 1031 通过 LabVIEW/EPICS ShareMemory Interface 接口接收该反馈信息，并将该反馈信息记录在其生成的PV记录“X08Ul:0P:M0:Energy:AI”中，再通过网络CA协议将该PV记录传送至EPICS硬IOC服务器1032 ；EPICS硬IOC服务器1032将该PV记录包含的反馈信息记录在其生成的包括field(RDBL，"X08U1:MO:Energy:Al NPPMS")域的Motor记录中，并通过网络CA协议将该Motor记录传送至谱学显微镜控制模块104。应该理解，上面提到的Energy只是一个名称，当然可以用其它名称代替。以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。
权利要求
1.一种实现単色器与谱学显微镜通信的接ロ系统，所述单色器包括単色器控制模块，所述谱学显微镜包括谱学显微镜控制模块，其特征在干，所述接ロ系统包括依次连接在所述谱学显微镜控制模块与所述单色器控制模块之间的服务器模块和接ロ工具模块，其中， 所述服务器模块一方面接收所述谱学显微镜控制模块发送的控制信息，并通过所述接ロ工具模块将所述控制信息传送至所述单色器控制模块；另ー方面通过所述接ロ工具模块接收所述単色器控制模块发送的反馈信息，并将所述反馈信息传送至所述谱学显微镜控制模块。
2.如权利要求I所述的实现单色器与谱学显微镜通信的接ロ系统，其特征在于，所述服务器模块包括依次连接在所述谱学显微镜控制模块与所述接ロ工具模块之间的EPICS硬IOC服务器和EPICS软IOC服务器，其中， 一方面，所述EPICS硬IOC服务器通过网络协议接收所述控制信息，并将所述控制信息记录在其生成的Motor记录中，再通过网络协议将所述Motor记录传送至所述EPICS软IOC服务器；所述EPICS软IOC服务器将所述Motor记录包含的所述控制信息记录在其生成的PV记录中，并通过所述接ロ工具模块将所述PV记录传送至所述单色器控制模块； 另ー方面，所述EPICS软IOC服务器通过所述接ロ工具模块接收所述反馈信息，并将所述反馈信息记录在所述PV记录中，再通过网络协议将所述PV记录传送至所述EPICS硬IOC服务器；所述EPICS硬IOC服务器将所述PV记录包含的所述反馈信息记录在所述Motor记录中，并通过所述网络协议将所述Motor记录传送至所述谱学显微镜控制模块。
3.如权利要求2所述的实现单色器与谱学显微镜通信的接ロ系统，其特征在干，所述EPICS硬IOC服务器设置在一 VME机箱中。
4.ー种基于权利要求1-3所述的接ロ系统实现単色器与谱学显微镜通信的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤 步骤I，通过所述服务器模块接收所述谱学显微镜控制模块发送的控制信息，并通过所述接ロ工具模块将所述服务器模块接收的所述控制信息传送至所述单色器控制模块； 步骤2，通过所述接ロ工具模块将所述单色器控制模块发送的反馈信息传送至所述服务器模块，并使所述服务器模块将所述反馈信息传送至所述谱学显微镜控制模块。
5.如权利要求4所述的实现单色器与谱学显微镜通信的方法，其特征在于，所述步骤I进ー步包括 利用所述EPICS硬IOC服务器通过网络协议接收所述控制信息，并将所述控制信息记录在其生成的Motor记录中，再通过网络协议将所述Motor记录传送至所述EPICS软IOC服务器； 利用所述EPICS软IOC服务器将所述Motor记录包含的所述控制信息记录在其生成的PV记录中，并通过所述接ロ工具模块将所述PV记录传送至所述单色器控制模块。
6.如权利要求4所述的实现单色器与谱学显微镜通信的方法，其特征在于，所述步骤2进ー步包括 利用所述EPICS软IOC服务器通过所述接ロ工具模块接收所述反馈信息，并将所述反馈信息记录在所述PV记录中，再通过网络协议将所述PV记录传送至所述EPICS硬IOC服务器； 利用所述EPICS硬IOC服务器将所述PV记录包含的所述反馈信息记录在所述Motor记录中，并通过所述网络协议将所述Motor记录传送至所述谱学显微镜控制模块。
全文摘要
本发明提供一种实现单色器与谱学显微镜通信的接口系统和方法。所述单色器包括单色器控制模块，所述谱学显微镜包括谱学显微镜控制模块，其中所述接口系统包括依次连接在所述谱学显微镜控制模块与所述单色器控制模块之间的服务器模块和接口工具模块。所述服务器模块一方面接收所述谱学显微镜控制模块发送的控制信息，并通过所述接口工具模块将所述控制信息传送至所述单色器控制模块；另一方面通过所述接口工具模块接收所述单色器控制模块发送的反馈信息，并将所述反馈信息传送至所述谱学显微镜控制模块。从而，实现谱学显微镜控制模块与单色器控制模块之间的数据交互。
文档编号G05B19/418GK102681516SQ201210163250
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月22日 优先权日2012年5月22日
发明者刘平, 王勇, 郑丽芳 申请人:中国科学院上海应用物理研究所