基于ARM的中子发生器控制台研究与设计

发布时间：2019-01-27 17:16

【摘要】：中子发生器是一种能够产生中子射线的轻便设备,由中子管、高压电源和控制系统组成。它具有可以关断、容易防护、体积小、重量轻、长寿命、便于携带等优点。已广泛应用于石油测井、工业在线分析、爆炸物检测等领域。本文针对项目组以往开发的控制台在使用过程中出现的一些问题,设计开发一款基于LPC1768嵌入式系统的新型中子发生器控制台系统。该控制台系统包括储存器、离子源、高压源三路驱动电源,以及人机交互系统。首先阐述了ARM微控制器作为中子发生器控制台主控制器的适用性及可开发性,设计以LPC1768微控制器电路为核心的主控电路,负责协调控制台系统的控制工作。其次,设计了各路电源的驱动电路。每一路驱动电源包括输出通道和输入通道:输出通道方面,对主控芯片进行程序设计,由主控电路输出PWM控制信号,搭配PWM驱动芯片、隔离电路及二阶有源低通滤波电路,实现DA输出模拟控制信号,来调控驱动电源输出;输入通道方面,通过AD采集电路及隔离电路实现对驱动电源参数及中子管状态的实时采集,给出一种LPC1768内置12位ADC误差补偿方法,补偿后的内置ADC采样精度为0.1%,而在需要较高精度的控制台方案中,则通过更高精度的外置16位AD采集电路实现参数采集,AD精度提高到0.03%.另外,本文摒弃传统光耦隔离方案,改为各模块之间加入数字隔离电路,使隔离方案在性能、功耗、传输速率、电路体积等方面得到优化,提高了控制系统的稳定性和抗干扰能力。加入隔离电源模块,实现对各电路模块的独立供电,以避免电路之间的干扰,同时也解决了由开关电源直接供电引起的纹波干扰问题。然后,在人机交互系统方面,基于LabVIEW开发平台,设计一种多通道、自保护的上位机控制软件,用来代替触摸屏方案;对LPC1768微控制器进行开发,通过数字隔离串口模块实现控制台与上位机的通信,增加了串口通信的稳定性和抗干扰能力,解决了串口死机问题,保证控制台与上位机的稳定通信,实现对中子发生器各路电源的参数采集和调控功能。本文通过对硬件电路方案及结构的改进,很好的应对突发状况导致的主控板死机问题。最后,加入稳定性算法,实现控制台自动调节稳定中子发生器电参数。本文对系统进行测试,整个测试过程在新搭建的中子实验室中进行。测试结果:储存器电源、离子源电源、高压源电源参数与上位机调节步长接近线性调节,储存器调节精度0.8mA,离子源调节精度1.5V,高压源调节精度0.07KV;在额定工作模式下,中子发生器中子产额稳定性在±2%以内;“自稳定”模式下,中子发生器电参数稳定在±0.1%以内。本文所设计的中子发生器控制台系统完全符合使用标准,总体性能优于项目组前几代控制台设计方案。本文所设计的中子发生器控制台系统已经在科技部国家重大科学仪器设备开发专项“工业物料成分实时在线检测仪器的开发与应用(2013YQ040861)”中使用,满足项目总体的要求,运行良好。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O571.5;TP273

【参考文献】