系统框图如图1所示，由气动装置、光电检测、人机接口等几个模块组成。其中，气动装置用于输送样品进出反应堆；光电检测模块用于检测样品进、出反应堆的状态。其工作过程为：计算机或单片机输入辐照参数，启动气动装置的控制阀门，送样品进入反应堆，当在管道内快速运行的样品通过安装在反应堆水平孔道入口处的传感器时，传感器模块检测输出一个低电平信号触发单片机外部中断" title="外部中断">外部中断，使定时器开始样品辐照倒计时。当倒计时时间到，打开控制样品离开反应堆的阀门，使气流换向阀门工作，样品出堆。当样品离开反应堆时，单片机开始对该样品的冷却时间进行计时，直到该样品开始γ能谱测量，同时间隔一段时间送下一个样品进入反应堆照射。系统由计算机进行主控制，自动保存样品进入反应堆和离开反应堆的时刻以及冷却时间。
1.1 气动装置控制模块
　　本模块是样品进出反应堆的核心。采用压力可调的空气压缩机作为气源，4kg/cm2的压力作为样品（样品是装在一个特制的小盒子里面，称为“跑兔”）在传送管道中来回传送的动力，气源送气和气流换向由电磁阀来实现，然后通过聚乙烯管通向反应堆堆芯。为了实现样品的自动辐照完成一系列的机械动作，设计了六个电磁阀，使之通过按照一定的气流送气和换向使“跑兔”排队进、出反应堆。六个电磁阀用单片机控制，单个电磁阀控制电路如图2所示。单片机选通译码器74LS138的Y1～Y6，用于控制继电器的工作状态，例如当选通Y3时，信号经过驱动器7407和光电隔离器TLP521-2来控制继电器， 继而控制电磁阀，实现气流换向。此控制电路中的光耦隔离增加了系统的抗干扰性能，也起到保护作用。

1.2 光电检测模块
　　光电传感器" title="光电传感器">光电传感器是采用光电元件作为检测的元件，首先把被测量的变化转变为信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小^[4]。
　　在本系统中，准确检测到在管道中来回跑动的“跑兔”是控制的基础。根据反应堆样品辐照的特殊性，所设计的“跑兔”是长为4cm、外径为1.8cm的不透明的使用聚酰亚胺材料制成的圆柱形盒；管道是内直径为2.0cm的聚乙烯管道，为半透明；“跑兔”在管道中运行的最大速度约为30m/s。因此可以计算出传感器至少需要1.33ms的响应时间，才能检测到在管道中运行的“跑兔”。考虑多种因素，选用了韩国Autonics公司生产的型号为BUD-30S的光电传感器，此传感器探测距离为30mm，可探测直径不小于1.5mm的不透明物体，响应时间最大为1ms，并且灵敏度可以调整。BUD-30S的控制输出线路如图3所示。
　　在实际中，使用了四个光电检测，其中一个安装在反应堆水平孔道入口，用单片机外部中断0检测，用于判断“跑兔”是进堆还是离堆；另外三个分别安装在传送管道各关键位置，单片机用查询方式检测“跑兔”在管道中运行的状态。安装在反应堆水平孔道入口的传感器检测电路如图4所示。

1.3 人机接口设备
　　单片机的外围接口设备主要包括键盘、LCD、串口" title="串口">串口电路等。键盘采用标准4×4键盘，分别表示0～9(数字键)、F1～F3 (功能键)和F4～F6(阀门组合键)，与点阵图形液晶显示模块VP2001配合实现人机对话，用户通过界面的提示实现辐照参数设置、辐照时间和冷却时间动态显示、“跑兔”位置查询等功能。VP2001与单片机采用直接连接的硬件方法, 即将液晶显示模块的接口作为存储器或I/O设备直接挂在计算机总线上,计算机以访问存储器或I/O设备的方式控制液晶显示模块的工作。
　　与PC机通信采用RS-232串口通信。微机串口通常采用RS-232电平，而单片机串口是TTL或CMOS电平，二者不兼容。所以，接口必须做电平转换处理。在此，采用的是MAXIM公司的MAX232。单片机串行口的TXD、RXD 和GND经电平转换后分别与微机的RXD、TXD和SG端相连。
2 软件设计
　　系统软件主要由主程序模块、外部中断模块、串行通信程序等部分组成。在此主要介绍外部中断模块和计算机串口控制软件的设计。
2.1外部中断程序设计
　　外部中断0程序用于判断“跑兔”是进入反应堆还是离开反应堆，再根据这个判断启动相应的定时控制程序。其流程图如图5所示。

2.2 计算机串口程序设计
　　本系统串行通信程序包括两方面：P89C669单片机的通信程序和PC机的通信程序。计算机作为自动控制的终端，要向单片机传送辐照参数以及样品λ能谱测量的消息等；单片机则要向计算机传输样品在辐照过程中的信息，包括样品的进堆时刻、出堆时刻、样品编号、样品的冷却时间等。在编写程序之前，约定其通信协议如下：串行通信波特率为9600bps；PC机用串口1，P89C669用串口0（第1个串口）；双方均采用串行口方式1，1位停止位，8位数据位，无校验位；数据的通信采用累加和校验的方法，每传送一组数据，校验一次累加和是否正确,正确则回送00H,否则回送FFH；通信中，数据接收采用中断方式，发送采用查询方式。
　　利用面向对象的编程方法编写PC机串口程序, 使用Visual C++6.0编程工具，用一个CSerialPort 类封装了串口操作的相关函数和方法。CserialPort类是Remon Spekreijse 写的一个串口类，是一个简单而强大的多线程串口编程工具^[5]。程序编写步骤如下：
　　(1)首先利用MFC AppWizard(exe)建立一个MFC应用程序。
　　(2)然后添加类文件。将SerialPort.h 和SerialPort.cpp 两个类文件复制到工程文件夹中，用Project－Add to Project－Files命令将上述两个文件加入工程。并在NAADlg. 　　h中将头文件SerialPort.h 说明: #include“SerialPort.h”。
　　(3)进行串口初始化。调用初始化函数InitPort( )和串口通信监测线程函数StartMonitoring( )。
　　(4)通过串口发送字符调用函数WriteToPort( )。
　　(5)在NAADlg.cpp中人工加入函数，实现串口数据接收。人工增加串口消息响应函数： NAACOMM (WPARAM ch，LPARAM port)，每当串口接收缓冲区内有一个字符时,就会产生一个　WM_COMM_RXCHAR 消息，所以可以添加WM_COMM_RXCHAR消息(串口接收缓冲区内有一个字符)的响应函数：NAACOMM(WPARAM ch，LPARAM port)，读入接收缓冲区的数据。
3 系统特点及结论
3.1 特点
　　该系统结构简单，操作方便，安全可靠，工作人员可以远离带有辐射的样品，在计算机终端进行控制，避免了放射性，同时也可在样品操作室用键盘配合LCD进行控制和处理。计算机串口软件控制运行界面如图6所示。