基于FreeRTOS的嵌入式脉冲中子发生器控制系统的设计
发布时间：2022-08-04 17:24
中子发生器是一种能产生中子的小型加速装置,它具有产额高、单色性好、安全可控、易携带、方便维护等优点。在石油测井、煤质分析和爆炸物检测等方面有着十分广泛的应用。实际测试中发现,本课题组以往研制的中子发生器控制台下位机系统实时性不够,单片机片上AD采样精度低、驱动采样电路线性度差、硬件系统导线式连接方式导致信号干扰增大、长远距离通信误码率大、系统整体会产生零点漂移等问题。从而影响实验人员对中子管实时状态的把握,进而直接或者间接影响中子产额及其稳定性。针对上述在实际测试中遇到的问题,在继承前辈优秀经验的基础上,设计了一款以FreeRTOS实时操作系统的脉冲中子发生器控制系统,从硬件和软件两方面依靠有针对性的设计,很好的解决了上述实验中遇到的问题,提高了中子产额的稳定性,极大的减少了后期开发和维护的周期以及成本。该控制系统设计主要由硬件系统和软件系统两部分。硬件方面:主要包括下位机核心板最小系统电路、驱动采样电路、储存器电源、离子源电源,加速极电源以及He3探测器。核心板主控芯片采用了适用于工业控制领域的超低功耗的以ARM-CortexM4为内核的嵌入式微控制器STM32f407ZGT6,实现...
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.3 主要研究内容及工作
1.4 论文章节安排
第二章 中子发生器结构和原理
2.1 中子发生器基本结构与组成
2.2 中子发生器电路组成
2.2.1 中子发生器控制电路
2.2.2 储存器电源
2.2.3 离子源电源
2.2.4 加速极电源
2.2.5 中子管电参数采集电路
2.3 本章小结
第三章 中子发生器控制系统硬件设计
3.1 控制台系统总体设计
3.2 基于STM32F407ZGT6 的最小系统设计
3.2.1 STM32F407ZGT6 主控芯片
3.2.2 数字隔离串口通信
3.2.3 隔离电源模块
3.3 脉冲信号驱动
3.4 延时同步驱动
3.5 插拔式主控板+驱动板整合设计
3.5.1 DA转换电路
3.5.2 AD采集电路
3.6 中子管供电电源设计
3.6.1 储存器电路
3.6.2 离子源电路
3.6.3 加速极电路
3.6.4 辅助供电电路
3.7 本章小结
第四章 基于FreeRTOS实时操作系统的软件设计
4.1 系统级的中子发生器控制台
4.2 FreeRTOS实时操作系统
4.2.1 Keil u Vision5集成开发环境
4.2.2 FreeRTOS任务优先级
4.2.3 FreeRTOS任务状态与调度
4.3 STM32Cube MX图形化配置
4.3.1 HAL库
4.3.2 定时器资源配置
4.3.3 FreeRTOS配置
4.3.4 AD采集资源配置
4.3.5 串口资源配置
4.3.6 时钟源配置
4.3.7 中断配置
4.3.8 工程管理
4.4 FreeRTOS程序设计
4.4.1 AD数据采集
4.4.2 过采样技术提高采集分辨率
4.4.3 输出三路电源PWM控制信号
4.4.4 输出脉冲和延时同步信号
4.4.5 消息队列
4.4.6 Free Modbus在 FreeRTOS中的移植
4.5 本章小结
第五章 基于LabVIEW的上位机程序设计
5.1 基于LabVIEW的上位机控制界面的设计
5.2 基于PID的一键启动调节
5.3 基于最小二乘法的AD校正算法
5.3.1 利用枚举法验证最小二乘法拟合效果
5.3.2 利用最小二乘法进行非线性校正
5.4 消除零点漂移功能
5.5 本章小结
第六章 控制台实验测试及结果
6.1 过采样技术采集精度测试
6.2 最小二乘法非线性度测试
6.3 三路电源整体测试
6.4 中子发生器产额及稳定性测试
6.4.1 中子发生器产额测试
6.4.2 中子发生器稳定性测试
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 未来展望
参考文献
致谢
在学期间公开发表论文及著作情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于STM32微控制器的高频脉宽调制器的设计[J]. 温亮,郭钟宁,陈朝大,陈晓磊. 计算机测量与控制. 2018(12)
[2]STM32CubeMX的全速USB通信及测速模块设计[J]. 邓鑫,朱磊,潘杨,顾梅花. 单片机与嵌入式系统应用. 2018(09)
[3]基于模型设计的水肥灌溉控制器快速开发[J]. 蔚磊磊,魏正英,张育斌,张帅,简宁. 节水灌溉. 2017(07)
[4]基于TL494器件反馈控制的Buck降压电路的设计[J]. 陈潇,蒋鼎国. 变频器世界. 2017 (03)
[5]基于Andriod系统的USB数据采集系统设计与研究[J]. 姚晓通,高宇,蒋占军. 计算机应用与软件. 2016(12)
[6]中子爆炸物检测装置表面剂量的模拟与测量[J]. 窦玉玲,丰树强,王国宝. 中国原子能科学研究院年报. 2015(00)
[7]便携式静中通天线控制系统设计[J]. 李敬一. 军民两用技术与产品. 2016(15)
[8]基于μC/OS-Ⅲ的FreeModbus通信协议的实现[J]. 王贯兵,陈洁,李新伟,张欣,王高扬. 工业控制计算机. 2015(11)
[9]基于Modbus总线的应急电源车电控系统设计[J]. 刘娇月,赵丹丹,王光民. 自动化与仪器仪表. 2015(06)
[10]石英晶体的光声光谱法CO2浓度检测技术研究[J]. 陈亮,周海龙. 沈阳理工大学学报. 2015(02)
博士论文
[1]多电平变换器脉宽调制及其非线性控制方法研究[D]. 张志.华南理工大学 2010
硕士论文
[1]基于DSP/BIOS的脉冲中子发生器控制系统的设计[D]. 范琦.东北师范大学 2019
[2]血液透析机液路优化设计及控制系统的开发[D]. 朱峰冰.东南大学 2018
[3]一种新型的脉冲中子发生器控制系统的研制[D]. 杜毅鹏.东北师范大学 2018
[4]用于脉冲中子发生器离子源电源的研制[D]. 赵楠.东北师范大学 2018
[5]数字化的瞬态稳定度测量[D]. 杨莉.西安电子科技大学 2017
[6]基于Android和B/S的智能家居控制系统设计[D]. 朱鹏.成都理工大学 2017
[7]基于ARM的中子发生器控制台研究与设计[D]. 解明.东北师范大学 2017
[8]基于倾角传感器的桥梁线形实时监测系统设计与实现[D]. 何聪.南京邮电大学 2016
[9]FreeRTOS实时操作系统任务调度优化的研究与实现[D]. 朱迪.南京邮电大学 2015
[10]高温高产额可控脉冲中子发生器研究[D]. 杨林森.西安石油大学 2015
本文编号：3669963
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.3 主要研究内容及工作
1.4 论文章节安排
第二章 中子发生器结构和原理
2.1 中子发生器基本结构与组成
2.2 中子发生器电路组成
2.2.1 中子发生器控制电路
2.2.2 储存器电源
2.2.3 离子源电源
2.2.4 加速极电源
2.2.5 中子管电参数采集电路
2.3 本章小结
第三章 中子发生器控制系统硬件设计
3.1 控制台系统总体设计
3.2 基于STM32F407ZGT6 的最小系统设计
3.2.1 STM32F407ZGT6 主控芯片
3.2.2 数字隔离串口通信
3.2.3 隔离电源模块
3.3 脉冲信号驱动
3.4 延时同步驱动
3.5 插拔式主控板+驱动板整合设计
3.5.1 DA转换电路
3.5.2 AD采集电路
3.6 中子管供电电源设计
3.6.1 储存器电路
3.6.2 离子源电路
3.6.3 加速极电路
3.6.4 辅助供电电路
3.7 本章小结
第四章 基于FreeRTOS实时操作系统的软件设计
4.1 系统级的中子发生器控制台
4.2 FreeRTOS实时操作系统
4.2.1 Keil u Vision5集成开发环境
4.2.2 FreeRTOS任务优先级
4.2.3 FreeRTOS任务状态与调度
4.3 STM32Cube MX图形化配置
4.3.1 HAL库
4.3.2 定时器资源配置
4.3.3 FreeRTOS配置
4.3.4 AD采集资源配置
4.3.5 串口资源配置
4.3.6 时钟源配置
4.3.7 中断配置
4.3.8 工程管理
4.4 FreeRTOS程序设计
4.4.1 AD数据采集
4.4.2 过采样技术提高采集分辨率
4.4.3 输出三路电源PWM控制信号
4.4.4 输出脉冲和延时同步信号
4.4.5 消息队列
4.4.6 Free Modbus在 FreeRTOS中的移植
4.5 本章小结
第五章 基于LabVIEW的上位机程序设计
5.1 基于LabVIEW的上位机控制界面的设计
5.2 基于PID的一键启动调节
5.3 基于最小二乘法的AD校正算法
5.3.1 利用枚举法验证最小二乘法拟合效果
5.3.2 利用最小二乘法进行非线性校正
5.4 消除零点漂移功能
5.5 本章小结
第六章 控制台实验测试及结果
6.1 过采样技术采集精度测试
6.2 最小二乘法非线性度测试
6.3 三路电源整体测试
6.4 中子发生器产额及稳定性测试
6.4.1 中子发生器产额测试
6.4.2 中子发生器稳定性测试
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 未来展望
参考文献
致谢
在学期间公开发表论文及著作情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于STM32微控制器的高频脉宽调制器的设计[J]. 温亮,郭钟宁,陈朝大,陈晓磊. 计算机测量与控制. 2018(12)
[2]STM32CubeMX的全速USB通信及测速模块设计[J]. 邓鑫,朱磊,潘杨,顾梅花. 单片机与嵌入式系统应用. 2018(09)
[3]基于模型设计的水肥灌溉控制器快速开发[J]. 蔚磊磊,魏正英,张育斌,张帅,简宁. 节水灌溉. 2017(07)
[4]基于TL494器件反馈控制的Buck降压电路的设计[J]. 陈潇,蒋鼎国. 变频器世界. 2017 (03)
[5]基于Andriod系统的USB数据采集系统设计与研究[J]. 姚晓通,高宇,蒋占军. 计算机应用与软件. 2016(12)
[6]中子爆炸物检测装置表面剂量的模拟与测量[J]. 窦玉玲,丰树强,王国宝. 中国原子能科学研究院年报. 2015(00)
[7]便携式静中通天线控制系统设计[J]. 李敬一. 军民两用技术与产品. 2016(15)
[8]基于μC/OS-Ⅲ的FreeModbus通信协议的实现[J]. 王贯兵,陈洁,李新伟,张欣,王高扬. 工业控制计算机. 2015(11)
[9]基于Modbus总线的应急电源车电控系统设计[J]. 刘娇月,赵丹丹,王光民. 自动化与仪器仪表. 2015(06)
[10]石英晶体的光声光谱法CO2浓度检测技术研究[J]. 陈亮,周海龙. 沈阳理工大学学报. 2015(02)
博士论文
[1]多电平变换器脉宽调制及其非线性控制方法研究[D]. 张志.华南理工大学 2010
硕士论文
[1]基于DSP/BIOS的脉冲中子发生器控制系统的设计[D]. 范琦.东北师范大学 2019
[2]血液透析机液路优化设计及控制系统的开发[D]. 朱峰冰.东南大学 2018
[3]一种新型的脉冲中子发生器控制系统的研制[D]. 杜毅鹏.东北师范大学 2018
[4]用于脉冲中子发生器离子源电源的研制[D]. 赵楠.东北师范大学 2018
[5]数字化的瞬态稳定度测量[D]. 杨莉.西安电子科技大学 2017
[6]基于Android和B/S的智能家居控制系统设计[D]. 朱鹏.成都理工大学 2017
[7]基于ARM的中子发生器控制台研究与设计[D]. 解明.东北师范大学 2017
[8]基于倾角传感器的桥梁线形实时监测系统设计与实现[D]. 何聪.南京邮电大学 2016
[9]FreeRTOS实时操作系统任务调度优化的研究与实现[D]. 朱迪.南京邮电大学 2015
[10]高温高产额可控脉冲中子发生器研究[D]. 杨林森.西安石油大学 2015
本文编号：3669963
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3669963.html
