基于DSP的中子发生器控制台研究与设计

发布时间：2017-09-13 07:31

  本文关键词：基于DSP的中子发生器控制台研究与设计

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【摘要】：中子发生器具有中子能量高、单色性好、可控制和使用安全的优点,其在石油测井、煤质分析和爆炸物及毒品检测等方面有着广泛的应用。中子发生器作为电控设备,其运行性能、中子产额、产额稳定性以及使用寿命都受到中子发生器控制台的影响。为了提高中子发生器运行性能和中子产额的稳定性,本文针对东北师范大学自主知识产权的自成靶中子管的结构特点,设计一款基于DSP单片微控制器的新型中子发生器控制台。该新型中子发生器控制台主要分硬件设计和软件设计两部分。在硬件方面,本文设计的新型中子发生器控制台是由主控电路、储存器电源电路、离子源电源电路、高压源电源电路、DA输出光耦隔离模块电路、AD采集光耦隔离模块电路、其他辅助电路和触摸屏八个电路模块组成。中子发生器控制台实际上就是要控制加在中子管上的储存器电源、离子源电源和高压源电源三路电源,使中子管满足产生中子的条件。针对中子管所需要的具体三路电源参数和性能要求,设计出了相应的稳定可控电源电路。主控电路以TMS320F2812为核心,通过DA输出模块、AD采集模块和线性光偶隔离模块控制三路电源的上电、调节、掉电和电参数采样;并通过串口分别与上位机和触摸屏通讯,接受上位机和触摸屏的调节指令及上传AD采样值。DA输出和AD采集均采用光耦模块,实现弱电部分和强电部分的电气隔离,保证系统运行性能的稳定。在软件方面,设计了上位机监控软件(触摸屏软件)和下位机软件(DSP软件)。上位机监控软件作为人机交互界面,起到了显示三路电源的电参数和控制输出的作用。DSP软件作为整个系统控制的核心,结合具体的闭环算法控制各路电源的稳定调节和采样,并可实现自动控制和手动控制两种模式。在自动控制模式下,首先在上位机输入控制目标,主控板上的DSP执行控制程序,根据采集的三路电源电压值、电流值与目标值的差异,产生对三路电源的控制信号输出,实现中子管三路电源的自动调节,直至达到预设的目标值,并保持其恒定。本文设计的新型中子发生器控制台提高了中子发生器的调整精度和调整速度,减少了控制台内部的连线,降低了控制台的故障率,增加了多路AD采样,而且触摸屏可实时显示各路电源参数值并可取代电脑上位机直接调节控制台工作,中子发生器的中子产额稳定性明显提高。最终,基于DSP的新型中子发生器控制台使中子产额的稳定性不大于2%,同时还能满足中子发生器长寿命的要求。
【关键词】：中子管 TMS320F2812 DC-DC变换器 控制 光耦隔离
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O571.53
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 引言9-16
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外的研究进展10-12
• 1.3 论文研究的主要内容12-13
• 1.4 本设计的主要特色13-14
• 1.5 论文结构安排14-15
• 1.6 本章小结15-16
• 第2章 中子发生器的结构及原理16-20
• 2.1 中子发生器的结构16
• 2.2 中子管结构16-17
• 2.2.1 储存器17
• 2.2.2 离子源17
• 2.2.3 高压加速电极17
• 2.2.4 靶17
• 2.3 中子发生器控制台的电路组成17-18
• 2.3.1 储存器电源电路17-18
• 2.3.2 离子源电源电路18
• 2.3.3 高压源电源电路18
• 2.3.4 主控电路18
• 2.4 中子发生器的工作原理和控制过程18-19
• 2.4.1 开启过程18-19
• 2.4.2 关闭过程19
• 2.5 本章 小结19-20
• 第3章 中子发生器控制台的硬件电路设计20-50
• 3.1 控制台硬件系统结构的设计20-22
• 3.2 主控电路的设计22-30
• 3.2.1 主控电路供电电源的设计23-24
• 3.2.2 主控电路串.通讯电路的设计24
• 3.2.3 主控电路外扩RAM电路的设计24-25
• 3.2.4 主控电路PWM驱动电路的设计25-26
• 3.2.5 主控电路模拟输入模块的设计26-27
• 3.2.6 主控电路AD矫正电路的设计27-30
• 3.3 DA输出光耦隔离模块电路的设计30-31
• 3.4 储存器电源电路的设计31-37
• 3.5 离子源电源电路的设计37-42
• 3.5.1 直流离子源电源电路的设计37-41
• 3.5.2 脉冲离子源电源电路的设计41-42
• 3.6 高压源电源电路的设计42-44
• 3.7 AD采集光耦隔离模块电路的设计44-46
• 3.8 触摸屏46-47
• 3.9 其他辅助电路的设计47-49
• 3.10 本章小结49-50
• 第4章 中子发生器控制台的软件设计50-65
• 4.1 软件设计平台50
• 4.2 下位机软件的设计50-62
• 4.2.1 下位机手动调节软件的设计52
• 4.2.2 下位机自动调节软件的设计52-54
• 4.2.3 定时器中断程序的设计54-55
• 4.2.4 AD采样程序和数字滤波程序的设计55-57
• 4.2.5 SCI发送中断程序的设计57-60
• 4.2.6 SCI接收中断程序的设计60-62
• 4.3 上位机监控软件的设计62-64
• 4.3.1 上位机手动调节软件的设计62-63
• 4.3.2 上位机自动调节软件的设计63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第5章 测试结果与分析65-72
• 5.1 对三路电源调控的测试结果与分析65-70
• 5.1.1 对储存器电源调控的测试结果与分析65-67
• 5.1.2 对离子源电源调控的测试结果与分析67-68
• 5.1.3 对高压源电源调控的测试结果与分析68-70
• 5.2 中子发生器控制台整体运行的测试结果与分析70-71
• 5.3 本章小结71-72
• 第6章 总结与展望72-74
• 6.1 总结72
• 6.2 研究展望72-74
• 参考文献74-76
• 附录76-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

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本文编号：842372