系統框圖如圖1所示，由氣動裝置、光電檢測、人機接口等幾個模塊組成。其中，氣動裝置用于輸送樣品進出反應堆；光電檢測模塊用于檢測樣品進、出反應堆的狀態。其工作過程為：計算機或單片機輸入輻照參數，啟動氣動裝置的控制閥門，送樣品進入反應堆，當在管道內快速運行的樣品通過安裝在反應堆水平孔道入口處的傳感器時，傳感器模塊檢測輸出一個低電平信號觸發單片機外部中斷" title="外部中斷">外部中斷，使定時器開始樣品輻照倒計時。當倒計時時間到，打開控制樣品離開反應堆的閥門，使氣流換向閥門工作，樣品出堆。當樣品離開反應堆時，單片機開始對該樣品的冷卻時間進行計時，直到該樣品開始γ能譜測量，同時間隔一段時間送下一個樣品進入反應堆照射。系統由計算機進行主控制，自動保存樣品進入反應堆和離開反應堆的時刻以及冷卻時間。
1.1 氣動裝置控制模塊
　　本模塊是樣品進出反應堆的核心。采用壓力可調的空氣壓縮機作為氣源，4kg/cm2的壓力作為樣品（樣品是裝在一個特制的小盒子里面，稱為“跑兔”）在傳送管道中來回傳送的動力，氣源送氣和氣流換向由電磁閥來實現，然后通過聚乙烯管通向反應堆堆芯。為了實現樣品的自動輻照完成一系列的機械動作，設計了六個電磁閥，使之通過按照一定的氣流送氣和換向使“跑兔”排隊進、出反應堆。六個電磁閥用單片機控制，單個電磁閥控制電路如圖2所示。單片機選通譯碼器74LS138的Y1～Y6，用于控制繼電器的工作狀態，例如當選通Y3時，信號經過驅動器7407和光電隔離器TLP521-2來控制繼電器， 繼而控制電磁閥，實現氣流換向。此控制電路中的光耦隔離增加了系統的抗干擾性能，也起到保護作用。

1.2 光電檢測模塊
　　光電傳感器" title="光電傳感器">光電傳感器是采用光電元件作為檢測的元件，首先把被測量的變化轉變為信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優點，而且傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，體積小^[4]。
　　在本系統中，準確檢測到在管道中來回跑動的“跑兔”是控制的基礎。根據反應堆樣品輻照的特殊性，所設計的“跑兔”是長為4cm、外徑為1.8cm的不透明的使用聚酰亞胺材料制成的圓柱形盒；管道是內直徑為2.0cm的聚乙烯管道，為半透明；“跑兔”在管道中運行的最大速度約為30m/s。因此可以計算出傳感器至少需要1.33ms的響應時間，才能檢測到在管道中運行的“跑兔”。考慮多種因素，選用了韓國Autonics公司生產的型號為BUD-30S的光電傳感器，此傳感器探測距離為30mm，可探測直徑不小于1.5mm的不透明物體，響應時間最大為1ms，并且靈敏度可以調整。BUD-30S的控制輸出線路如圖3所示。
　　在實際中，使用了四個光電檢測，其中一個安裝在反應堆水平孔道入口，用單片機外部中斷0檢測，用于判斷“跑兔”是進堆還是離堆；另外三個分別安裝在傳送管道各關鍵位置，單片機用查詢方式檢測“跑兔”在管道中運行的狀態。安裝在反應堆水平孔道入口的傳感器檢測電路如圖4所示。

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1.3 人機接口設備
　　單片機的外圍接口設備主要包括鍵盤、LCD、串口" title="串口">串口電路等。鍵盤采用標準4×4鍵盤，分別表示0～9(數字鍵)、F1～F3 (功能鍵)和F4～F6(閥門組合鍵)，與點陣圖形液晶顯示模塊VP2001配合實現人機對話，用戶通過界面的提示實現輻照參數設置、輻照時間和冷卻時間動態顯示、“跑兔”位置查詢等功能。VP2001與單片機采用直接連接的硬件方法, 即將液晶顯示模塊的接口作為存儲器或I/O設備直接掛在計算機總線上,計算機以訪問存儲器或I/O設備的方式控制液晶顯示模塊的工作。
　　與PC機通信采用RS-232串口通信。微機串口通常采用RS-232電平，而單片機串口是TTL或CMOS電平，二者不兼容。所以，接口必須做電平轉換處理。在此，采用的是MAXIM公司的MAX232。單片機串行口的TXD、RXD 和GND經電平轉換后分別與微機的RXD、TXD和SG端相連。
2 軟件設計
　　系統軟件主要由主程序模塊、外部中斷模塊、串行通信程序等部分組成。在此主要介紹外部中斷模塊和計算機串口控制軟件的設計。
2.1外部中斷程序設計
　　外部中斷0程序用于判斷“跑兔”是進入反應堆還是離開反應堆，再根據這個判斷啟動相應的定時控制程序。其流程圖如圖5所示。

2.2 計算機串口程序設計
　　本系統串行通信程序包括兩方面：P89C669單片機的通信程序和PC機的通信程序。計算機作為自動控制的終端，要向單片機傳送輻照參數以及樣品λ能譜測量的消息等；單片機則要向計算機傳輸樣品在輻照過程中的信息，包括樣品的進堆時刻、出堆時刻、樣品編號、樣品的冷卻時間等。在編寫程序之前，約定其通信協議如下：串行通信波特率為9600bps；PC機用串口1，P89C669用串口0（第1個串口）；雙方均采用串行口方式1，1位停止位，8位數據位，無校驗位；數據的通信采用累加和校驗的方法，每傳送一組數據，校驗一次累加和是否正確,正確則回送00H,否則回送FFH；通信中，數據接收采用中斷方式，發送采用查詢方式。
　　利用面向對象的編程方法編寫PC機串口程序, 使用Visual C++6.0編程工具，用一個CSerialPort 類封裝了串口操作的相關函數和方法。CserialPort類是Remon Spekreijse 寫的一個串口類，是一個簡單而強大的多線程串口編程工具^[5]。程序編寫步驟如下：
　　(1)首先利用MFC AppWizard(exe)建立一個MFC應用程序。
　　(2)然后添加類文件。將SerialPort.h 和SerialPort.cpp 兩個類文件復制到工程文件夾中，用Project－Add to Project－Files命令將上述兩個文件加入工程。并在NAADlg. 　　h中將頭文件SerialPort.h 說明: #include“SerialPort.h”。
　　(3)進行串口初始化。調用初始化函數InitPort( )和串口通信監測線程函數StartMonitoring( )。
　　(4)通過串口發送字符調用函數WriteToPort( )。
　　(5)在NAADlg.cpp中人工加入函數，實現串口數據接收。人工增加串口消息響應函數： NAACOMM (WPARAM ch，LPARAM port)，每當串口接收緩沖區內有一個字符時,就會產生一個　WM_COMM_RXCHAR 消息，所以可以添加WM_COMM_RXCHAR消息(串口接收緩沖區內有一個字符)的響應函數：NAACOMM(WPARAM ch，LPARAM port)，讀入接收緩沖區的數據。
3 系統特點及結論
3.1 特點
　　該系統結構簡單，操作方便，安全可靠，工作人員可以遠離帶有輻射的樣品，在計算機終端進行控制，避免了放射性，同時也可在樣品操作室用鍵盤配合LCD進行控制和處理。計算機串口軟件控制運行界面如圖6所示。