基于單片機核料位計遠程控制裝置的研究

趙開才+趙孝文

摘 要：文章介紹一種基于核技術(shù)為基礎(chǔ)進行研究料位計及遠程控制裝置，并對裝置的測量方法、硬件組成及設(shè)計、軟件設(shè)計及流程進行介紹。該裝置具有數(shù)字顯示、限位報警、開關(guān)量輸出，輻射源容器遠程開關(guān)控制的特點，已通過實驗室測試，取得預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：核技術(shù)；料位計；單片機

1 引言

近幾年全國化工、電力、水泥行業(yè)突飛猛進，隨著設(shè)備的不斷更新與擴大，對料位計的市場需求也越來越大；隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高與引進，整個生產(chǎn)系統(tǒng)的集成化程度越來越高，要求數(shù)字化的信息處理技術(shù)越來越多，而目前使用模擬電路處理信息的同位素料位計技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。在此情況下，研制生產(chǎn)一種靈敏度高、精確度高、使用壽命長、自動化程度高的新一代智能化儀表及遠端控制系統(tǒng)積極地參與市場競爭、服務(wù)生產(chǎn)企業(yè)是當(dāng)務(wù)之急，有著深遠的經(jīng)濟意義和社會意義。

本文介紹的產(chǎn)品是依據(jù)現(xiàn)場的控制要求及應(yīng)用需求，系統(tǒng)以核物理測量原理為基礎(chǔ)，采用數(shù)字技術(shù)、微處理技術(shù)和控制理論相結(jié)合進行研制，具有智能化信號處理和輻射源容器遠端開關(guān)控制功能，現(xiàn)場料位監(jiān)控信號和上位機之間通過總線的形式進行傳輸，提高了料位產(chǎn)品的抗干擾能力和現(xiàn)場應(yīng)用的靈活性。

2 系統(tǒng)組成

該裝置由輻射源及輻射源容器、GM管接收器、運算控制器等組成。

2.1 輻射源及容器

輻射源采用密封137Csγ射線點源，射源置于ф8mm×9mm不繡鋼殼體內(nèi)保護，射線能量661Kev，強度1.5×109Bq，半衰期30年；輻射源容器由鉛和鑄鐵外殼構(gòu)成，通過電動控制輻射源的開與關(guān)。

2.2 GM管接收器

接收器由GM計數(shù)管組成，探測器采用型號為J408γ蓋革計數(shù)管， GM計數(shù)管具有輸出信號大，功耗低，適應(yīng)環(huán)境溫、濕度范圍寬，體積小，造價低等特點。

2.3 運算控制器

運算控制器以C8051F410為核心，主要實現(xiàn)顯示、運算、計數(shù)、按鍵輸入、參數(shù)掉電保存等功能；運算得到的結(jié)果控制繼電器進行開關(guān)報警，并在控制柜體上顯示空滿信號，通過按鍵的設(shè)置遠程控制輻射源容器的開關(guān)。

3 測量電路

測量電路的設(shè)計要求是力求簡單、適用、穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力強、溫度性能好。

測量電路包括信號采集、數(shù)據(jù)處理、總線通信輸出三部分組成。信號采集電路是將探測器接收到的信號經(jīng)處理后產(chǎn)生可進行數(shù)據(jù)分析處理的脈沖信號。數(shù)據(jù)分析處理部分由單片機來完成，單片機采用C8051F410，總線通信輸出部分由SPC3芯片和RS485通信線路組成。硬件電路主要包括以下幾個部分：

（1）單片機及外圍擴展設(shè)計；（2）SPC3與單片機的聯(lián)接；（3）RS485接口電路設(shè)計；（4）復(fù)位電路和電源電路的設(shè)計。

控制系統(tǒng)組成如圖1所示：

3.1 輻射源容器控制電路

遠端控制電路主要包括輻射源容器開關(guān)電路和繼電器驅(qū)動電路，開關(guān)電路由電機驅(qū)動電路、手自動開關(guān)電路、小型電機等，主要實現(xiàn)二次儀表及控制系統(tǒng)對輻射源容器進行手自動開關(guān)控制。

3.2 GM管接收器電路

接收器由蓋革計數(shù)管、比較放大及驅(qū)動電路組成，主要實現(xiàn)脈沖信號的采集、驅(qū)動。GM計數(shù)管接收到的脈沖信號，經(jīng)整形濾波后，進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字碼經(jīng)總線送處理器進行運算處理，處理后的結(jié)果經(jīng)通訊接口與上位機進行交互操作。

4 編程思想及軟件流程

4.1 編程思想

軟件的主要功能是將探測器接收到的脈沖信號實時數(shù)據(jù)進行運算處理，對處理后的結(jié)果進行實時顯示和報警輸出。軟件以c語言作為編程語言，考慮到程序的可移植性和以后的功能升級，以及調(diào)試的方便性，采用模塊化程序設(shè)計。

4.2 程序流程圖

5 結(jié)束語

核料位計遠程控制裝置以核物理測量原理為基礎(chǔ)進行設(shè)計，非接觸測量形式進行物位測量，將料位監(jiān)控儀表從現(xiàn)場控制柜中分離，進行獨立控制和操作，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，減少傳輸誤差，提高現(xiàn)場儀表的內(nèi)部功能和可靠性，同時設(shè)計有輻射源容器遠端開關(guān)控制功能，可提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)風(fēng)險，使該套控制裝置具有更好的開放性和集成能力，提高核料位計的市場競爭力。

參考文獻

[1]羅向東，等.基于多微處理器的主從式核物位監(jiān)測系統(tǒng)的研制[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，20115：74-77.

[2]丁富榮，等.輻射物理[M].北京：北京大學(xué)出版社，2004.

[3]馬忠梅，等.單片機的C語言程序設(shè)計[M].北京航空航天大學(xué)出版社，1999.endprint

摘 要：文章介紹一種基于核技術(shù)為基礎(chǔ)進行研究料位計及遠程控制裝置，并對裝置的測量方法、硬件組成及設(shè)計、軟件設(shè)計及流程進行介紹。該裝置具有數(shù)字顯示、限位報警、開關(guān)量輸出，輻射源容器遠程開關(guān)控制的特點，已通過實驗室測試，取得預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：核技術(shù)；料位計；單片機

1 引言

近幾年全國化工、電力、水泥行業(yè)突飛猛進，隨著設(shè)備的不斷更新與擴大，對料位計的市場需求也越來越大；隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高與引進，整個生產(chǎn)系統(tǒng)的集成化程度越來越高，要求數(shù)字化的信息處理技術(shù)越來越多，而目前使用模擬電路處理信息的同位素料位計技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。在此情況下，研制生產(chǎn)一種靈敏度高、精確度高、使用壽命長、自動化程度高的新一代智能化儀表及遠端控制系統(tǒng)積極地參與市場競爭、服務(wù)生產(chǎn)企業(yè)是當(dāng)務(wù)之急，有著深遠的經(jīng)濟意義和社會意義。

本文介紹的產(chǎn)品是依據(jù)現(xiàn)場的控制要求及應(yīng)用需求，系統(tǒng)以核物理測量原理為基礎(chǔ)，采用數(shù)字技術(shù)、微處理技術(shù)和控制理論相結(jié)合進行研制，具有智能化信號處理和輻射源容器遠端開關(guān)控制功能，現(xiàn)場料位監(jiān)控信號和上位機之間通過總線的形式進行傳輸，提高了料位產(chǎn)品的抗干擾能力和現(xiàn)場應(yīng)用的靈活性。

2 系統(tǒng)組成

該裝置由輻射源及輻射源容器、GM管接收器、運算控制器等組成。

2.1 輻射源及容器

輻射源采用密封137Csγ射線點源，射源置于ф8mm×9mm不繡鋼殼體內(nèi)保護，射線能量661Kev，強度1.5×109Bq，半衰期30年；輻射源容器由鉛和鑄鐵外殼構(gòu)成，通過電動控制輻射源的開與關(guān)。

2.2 GM管接收器

接收器由GM計數(shù)管組成，探測器采用型號為J408γ蓋革計數(shù)管， GM計數(shù)管具有輸出信號大，功耗低，適應(yīng)環(huán)境溫、濕度范圍寬，體積小，造價低等特點。

2.3 運算控制器

運算控制器以C8051F410為核心，主要實現(xiàn)顯示、運算、計數(shù)、按鍵輸入、參數(shù)掉電保存等功能；運算得到的結(jié)果控制繼電器進行開關(guān)報警，并在控制柜體上顯示空滿信號，通過按鍵的設(shè)置遠程控制輻射源容器的開關(guān)。

3 測量電路

測量電路的設(shè)計要求是力求簡單、適用、穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力強、溫度性能好。

測量電路包括信號采集、數(shù)據(jù)處理、總線通信輸出三部分組成。信號采集電路是將探測器接收到的信號經(jīng)處理后產(chǎn)生可進行數(shù)據(jù)分析處理的脈沖信號。數(shù)據(jù)分析處理部分由單片機來完成，單片機采用C8051F410，總線通信輸出部分由SPC3芯片和RS485通信線路組成。硬件電路主要包括以下幾個部分：

（1）單片機及外圍擴展設(shè)計；（2）SPC3與單片機的聯(lián)接；（3）RS485接口電路設(shè)計；（4）復(fù)位電路和電源電路的設(shè)計。

控制系統(tǒng)組成如圖1所示：

3.1 輻射源容器控制電路

遠端控制電路主要包括輻射源容器開關(guān)電路和繼電器驅(qū)動電路，開關(guān)電路由電機驅(qū)動電路、手自動開關(guān)電路、小型電機等，主要實現(xiàn)二次儀表及控制系統(tǒng)對輻射源容器進行手自動開關(guān)控制。

3.2 GM管接收器電路

接收器由蓋革計數(shù)管、比較放大及驅(qū)動電路組成，主要實現(xiàn)脈沖信號的采集、驅(qū)動。GM計數(shù)管接收到的脈沖信號，經(jīng)整形濾波后，進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字碼經(jīng)總線送處理器進行運算處理，處理后的結(jié)果經(jīng)通訊接口與上位機進行交互操作。

4 編程思想及軟件流程

4.1 編程思想

軟件的主要功能是將探測器接收到的脈沖信號實時數(shù)據(jù)進行運算處理，對處理后的結(jié)果進行實時顯示和報警輸出。軟件以c語言作為編程語言，考慮到程序的可移植性和以后的功能升級，以及調(diào)試的方便性，采用模塊化程序設(shè)計。

4.2 程序流程圖

5 結(jié)束語

核料位計遠程控制裝置以核物理測量原理為基礎(chǔ)進行設(shè)計，非接觸測量形式進行物位測量，將料位監(jiān)控儀表從現(xiàn)場控制柜中分離，進行獨立控制和操作，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，減少傳輸誤差，提高現(xiàn)場儀表的內(nèi)部功能和可靠性，同時設(shè)計有輻射源容器遠端開關(guān)控制功能，可提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)風(fēng)險，使該套控制裝置具有更好的開放性和集成能力，提高核料位計的市場競爭力。

參考文獻

[1]羅向東，等.基于多微處理器的主從式核物位監(jiān)測系統(tǒng)的研制[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，20115：74-77.

[2]丁富榮，等.輻射物理[M].北京：北京大學(xué)出版社，2004.

[3]馬忠梅，等.單片機的C語言程序設(shè)計[M].北京航空航天大學(xué)出版社，1999.endprint

摘 要：文章介紹一種基于核技術(shù)為基礎(chǔ)進行研究料位計及遠程控制裝置，并對裝置的測量方法、硬件組成及設(shè)計、軟件設(shè)計及流程進行介紹。該裝置具有數(shù)字顯示、限位報警、開關(guān)量輸出，輻射源容器遠程開關(guān)控制的特點，已通過實驗室測試，取得預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：核技術(shù)；料位計；單片機

1 引言

近幾年全國化工、電力、水泥行業(yè)突飛猛進，隨著設(shè)備的不斷更新與擴大，對料位計的市場需求也越來越大；隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高與引進，整個生產(chǎn)系統(tǒng)的集成化程度越來越高，要求數(shù)字化的信息處理技術(shù)越來越多，而目前使用模擬電路處理信息的同位素料位計技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。在此情況下，研制生產(chǎn)一種靈敏度高、精確度高、使用壽命長、自動化程度高的新一代智能化儀表及遠端控制系統(tǒng)積極地參與市場競爭、服務(wù)生產(chǎn)企業(yè)是當(dāng)務(wù)之急，有著深遠的經(jīng)濟意義和社會意義。

本文介紹的產(chǎn)品是依據(jù)現(xiàn)場的控制要求及應(yīng)用需求，系統(tǒng)以核物理測量原理為基礎(chǔ)，采用數(shù)字技術(shù)、微處理技術(shù)和控制理論相結(jié)合進行研制，具有智能化信號處理和輻射源容器遠端開關(guān)控制功能，現(xiàn)場料位監(jiān)控信號和上位機之間通過總線的形式進行傳輸，提高了料位產(chǎn)品的抗干擾能力和現(xiàn)場應(yīng)用的靈活性。

2 系統(tǒng)組成

該裝置由輻射源及輻射源容器、GM管接收器、運算控制器等組成。

2.1 輻射源及容器

輻射源采用密封137Csγ射線點源，射源置于ф8mm×9mm不繡鋼殼體內(nèi)保護，射線能量661Kev，強度1.5×109Bq，半衰期30年；輻射源容器由鉛和鑄鐵外殼構(gòu)成，通過電動控制輻射源的開與關(guān)。

2.2 GM管接收器

接收器由GM計數(shù)管組成，探測器采用型號為J408γ蓋革計數(shù)管， GM計數(shù)管具有輸出信號大，功耗低，適應(yīng)環(huán)境溫、濕度范圍寬，體積小，造價低等特點。

2.3 運算控制器

運算控制器以C8051F410為核心，主要實現(xiàn)顯示、運算、計數(shù)、按鍵輸入、參數(shù)掉電保存等功能；運算得到的結(jié)果控制繼電器進行開關(guān)報警，并在控制柜體上顯示空滿信號，通過按鍵的設(shè)置遠程控制輻射源容器的開關(guān)。

3 測量電路

測量電路的設(shè)計要求是力求簡單、適用、穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力強、溫度性能好。

測量電路包括信號采集、數(shù)據(jù)處理、總線通信輸出三部分組成。信號采集電路是將探測器接收到的信號經(jīng)處理后產(chǎn)生可進行數(shù)據(jù)分析處理的脈沖信號。數(shù)據(jù)分析處理部分由單片機來完成，單片機采用C8051F410，總線通信輸出部分由SPC3芯片和RS485通信線路組成。硬件電路主要包括以下幾個部分：

（1）單片機及外圍擴展設(shè)計；（2）SPC3與單片機的聯(lián)接；（3）RS485接口電路設(shè)計；（4）復(fù)位電路和電源電路的設(shè)計。

控制系統(tǒng)組成如圖1所示：

3.1 輻射源容器控制電路

遠端控制電路主要包括輻射源容器開關(guān)電路和繼電器驅(qū)動電路，開關(guān)電路由電機驅(qū)動電路、手自動開關(guān)電路、小型電機等，主要實現(xiàn)二次儀表及控制系統(tǒng)對輻射源容器進行手自動開關(guān)控制。

3.2 GM管接收器電路

接收器由蓋革計數(shù)管、比較放大及驅(qū)動電路組成，主要實現(xiàn)脈沖信號的采集、驅(qū)動。GM計數(shù)管接收到的脈沖信號，經(jīng)整形濾波后，進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字碼經(jīng)總線送處理器進行運算處理，處理后的結(jié)果經(jīng)通訊接口與上位機進行交互操作。

4 編程思想及軟件流程

4.1 編程思想

軟件的主要功能是將探測器接收到的脈沖信號實時數(shù)據(jù)進行運算處理，對處理后的結(jié)果進行實時顯示和報警輸出。軟件以c語言作為編程語言，考慮到程序的可移植性和以后的功能升級，以及調(diào)試的方便性，采用模塊化程序設(shè)計。

4.2 程序流程圖

5 結(jié)束語

核料位計遠程控制裝置以核物理測量原理為基礎(chǔ)進行設(shè)計，非接觸測量形式進行物位測量，將料位監(jiān)控儀表從現(xiàn)場控制柜中分離，進行獨立控制和操作，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，減少傳輸誤差，提高現(xiàn)場儀表的內(nèi)部功能和可靠性，同時設(shè)計有輻射源容器遠端開關(guān)控制功能，可提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)風(fēng)險，使該套控制裝置具有更好的開放性和集成能力，提高核料位計的市場競爭力。

參考文獻

[1]羅向東，等.基于多微處理器的主從式核物位監(jiān)測系統(tǒng)的研制[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，20115：74-77.

[2]丁富榮，等.輻射物理[M].北京：北京大學(xué)出版社，2004.

[3]馬忠梅，等.單片機的C語言程序設(shè)計[M].北京航空航天大學(xué)出版社，1999.endprint