工業(yè)CT用駐波電子直線加速器測試系統(tǒng)的研制
上位機不能直接對加速器施加控制信號,需要將控制信號值傳入控制器,通過控制器進行相應(yīng)處理后,再對加速器進行控制。本測試系統(tǒng)采用RS-232進行通信(長距離通信可改用RS-422協(xié)議)。
3 控制器
加速器的急停、電源、開機等功能直接通過航空插頭接在控制器上實現(xiàn),通過控制器上的相關(guān)按鈕即可控制加速器的低預(yù)熱過程、高預(yù)熱過程、是否出束、是否截斷加速器電源等功能。另外,加速器的“使能控制”、“同步信號”等時序控制需要由控制器經(jīng)計算處理后對加速器進行控制。
3.1 控制器硬件設(shè)計
根據(jù)測試系統(tǒng)設(shè)計的需要,控制器應(yīng)設(shè)計與上位機通信的接口、參數(shù)模式及數(shù)值輸入接口、顯示接口??紤]到抗干擾設(shè)計的需要,確定控制器硬件電路由以下5個模塊構(gòu)成:通信模塊、顯示模塊、控制模塊、光隔離模塊及按鍵處理模塊。下面介紹控制模塊和光隔離模塊的設(shè)計。
(1)控制模塊:基于對單片機性能與價格以及控制柜系統(tǒng)對于單片機要求的考慮,選用AT89C52芯片。設(shè)計優(yōu)點:單片機價格便宜,所需功能都能實現(xiàn),性價比高。設(shè)計缺點:單片機為串行處理,不能很好地滿足對執(zhí)行效率要求較高的系統(tǒng)。
(2)光隔離模塊:控制側(cè)接口電源采用獨立5 V電源,控制柜和加速器之間的信號采用速度為1Mb/s的光耦合差分器件6N136進行連接;采用5 V的26LS32器件完成差分信號形式的輸入/輸出。如圖4所示。
3.2 控制器軟件設(shè)計
采用C語言進行控制器軟件程序的編寫,它移植性好,在擴充系統(tǒng)時可以很快移植運行于UNIX操作系統(tǒng)。主要由主程序模塊、LCD顯示模塊、串口模塊、按鍵處理模塊及波形發(fā)生模塊組成。
主程序控制系統(tǒng)主要功能,單片機各部分的功能都在相應(yīng)子程序中實現(xiàn)。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性以及不影響控制器其他部分程序的運行,串口以及波形發(fā)生均采用中斷方式實現(xiàn)。
3.3 頻率值誤差分析及校正
本系統(tǒng)用定時器0實現(xiàn)方波的定時時間。由于使用的單片機晶振是11.059 2 MHz,根據(jù)定時器0計數(shù)參數(shù)的計算公式:initial_value=t/MC。其中t為欲定時時間,t=T/2=1/(2×freq);MC為89C52的機器周期,即MC=12/11.059 2,故initial_value=t/MC=460 800/freq。由此得出定時器0的計數(shù)初值:
TH0=(65536-initial_value)/256
TL0=(65536-initial_value)%256
由于單片機晶振為11.059 2 MHz,故實際的頻率值與理論值存在誤差。
加速器對于頻率值的要求比較高,在輸入頻率值50 Hz~250 Hz變化的范圍內(nèi),要求在50 Hz、100 Hz、150 Hz、200 Hz、250 Hz的頻率值時,誤差范圍在0.5%以內(nèi),其余頻率值時,誤差范圍在2%以內(nèi)。為滿足上述要求,當(dāng)頻率值是10的倍數(shù)時,根據(jù)讀取的頻率值,通過不斷糾正,直接給出initial_value的值,而不是通過公式算出的initial_value值。其他范圍內(nèi)的值,通過臨近范圍內(nèi)特殊頻率值的initial_value值乘上頻率值給出M的粗略值。其中,M的值要小于理論值460 800。
此方法計算出來的頻率值精度較高,能較好地滿足加速器對于頻率值精度要求高的設(shè)計要求。
本工業(yè)CT用駐波電子直線加速器測試系統(tǒng)具有模塊化的特點,可根據(jù)實用需求進行性能擴展;實現(xiàn)了分項系統(tǒng)的質(zhì)量監(jiān)控的操作。由于采用了光隔離模塊,使控制柜能夠在工業(yè)環(huán)境中正常運行,增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外,系統(tǒng)中通過對頻率誤差進行補償設(shè)計,滿足了加速器正常工作的需求。系統(tǒng)已試用于9MeV駐波電子直線加速器工業(yè)CT機中,運行情況穩(wěn)定可靠。
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