CN104407657B - 一种基于数字电位器的在线调节辐射探测器高压的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及核电辐射防护技术领域，提供一种基于数字电位器的在线调节辐射探测器高压的方法，该方法使用的硬件部分由ARM芯片、数字电位器、隔离芯片、高压模块、分压电路、A/D转换芯片、RS232串口组成；所述ARM芯片经隔离芯片与数字电位器和A/D转换芯片相连，所述高压模块的高压调整端与数字电位器相连，高压输出端与辐射探测器和分压电路相连，分压电路的输出端与A/D转换芯片相连，所述ARM芯片通过RS232串口与上位机相连。本发明方法可用于在线调节辐射探测器高压。
Description
技术领域
本发明涉及核电辐射防护技术领域，具体的说是一种基于数字电位器的在线调节辐射探测器高压的方法。
背景技术
目前，传统的辐射探测器高压调节方法是：通过机械电位器、分压电路调节高压。这种方法的优点是：结构简单。但该方法也存在一些缺点：机械电位器抽头易抖动，不能长期稳定，精度不高，并且不支持在线调节。而在一些工作场合，对电位器精度要求高，要求电阻值不能变化。还有一些工作场合，由于现场需求、环境或探测器本身发生变化，需要调节辐射探测器高压时，就必需派工作人员去设备安装现场，开启设备，调节机械电位器从而调节高压，这样会增加现场工作人员受到辐射剂量的可能。传统的辐射探测器高压调节方法已经不能满足工业需求和工程应用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术中的不足之处，提供一种基于数字电位器的在线调节辐射探测器高压的方法，可用于在线调节辐射探测器高压。
本发明的目的是通过如下技术措施来实现的。
一种基于数字电位器的在线调节辐射探测器高压的方法，该方法使用的硬件部分由ARM芯片、数字电位器、隔离芯片、高压模块、分压电路、A/D转换芯片、RS232串口组成；所述ARM芯片经隔离芯片再分别与数字电位器和A/D转换芯片相连，所述高压模块的高压调整端与数字电位器相连，高压模块的高压输出端分别与辐射探测器和分压电路相连，分压电路的输出端与A/D转换芯片相连，所述ARM芯片通过RS232串口与上位机相连。
该方法包括以下步骤：
（1）程序初始化、各芯片初始化；
（2）数字电位器将默认高压值对应的抽头位置存储在其存储器中，保证数字电位器抽头在重新上电后仍然在之前设定位置，同时数字电位器控制高压模块将默认高压值输出给辐射探测器；
（3）首次上电时，需将高压模块在数字电位器256个抽头位置的高压值依次存储在ARM芯片的EEPROM中，之后不再需要。具体操作如下：基于SPI协议，ARM芯片发送指令0x00~0xFF控制数字电位器电阻大小，当为0x00时，电阻最小，则高压模块输出高压最小；当为0xFF时，电阻最大，则高压模块输出高压最大，然后通过分压电路将高压幅值降低至A/D转换芯片可接受的电压幅值，并通过A/D转换芯片测量此输出高压值，然后ARM芯片将数字电位器的256个抽头位置对应的高压值存储在EEPROM中；
（4）ARM芯片通过RS232串口基于Modbus协议接收上位机发送的设定高压值；
（5）ARM芯片将该设定高压值与EEPROM中的256个存储高压值依次比较，记录下最接近的存储高压值，同时数字电位器将该存储高压值对应的抽头位置存储在其存储器中，保证数字电位器抽头在重新上电后仍然在之前设定位置，并控制高压模块将该存储高压值输出给辐射探测器。
在上述技术方案中，辐射探测器高压值误差取决于高压模块线性性能和数字电位器精度。
在上述技术方案中，所述高压模块采用电阻型高压模块，高压范围有多种量程型号可选，满足不同类型辐射探测器的需求。
在上述技术方案中，所述ARM芯片集成在电路板上。当研发一套完整设备，ARM芯片所在电路板资源不够用时，可增加一块电路板完成与上位机通信功能，并通过CAN通信与第一块电路板数据通信。CAN通信电路采用MCP2551芯片。
在上述技术方案中，所述ARM芯片均采用LPC1778芯片，ARM芯片的电源转换电路采用SPX1117-3.3芯片，将+5V转换为+3.3V，给ARM芯片供电。
在上述技术方案中，所述数字电位器及隔离电路部分由数字电位器MAX5487、隔离芯片ADuM1401、电容组成。数字电位器引脚11、12、13为SPI协议控制引脚，分别接隔离芯片的引脚14、12、13，引脚1、2、3为其中一路电位器3个端子，引脚1、2相连并接至高压模块引脚2，引脚3接AGND，引脚14接+5VA,引脚8接AGND。隔离芯片引脚3、4、5为SPI协议输入控制引脚，分别接ARM芯片LPC1778的引脚115、112、109，隔离芯片引脚1、7接+3.3V,引脚2、8接GND，电容C2两端分别接隔离芯片引脚1、8，隔离芯片引脚10、16接+5VA,引脚9、15接AGND，电容C1两端分别接隔离芯片引脚9、16。其中MAX5487芯片为10kΩ双路数字电位器，支持SPI协议，抽头可滑动256个位置，精度较高。通过ARM芯片发出指令调节数字电位器从而改变高压模块高压大小，该高压分成两路信号，一路输出给辐射探测器，另一路经过分压电路后接至A/D转换芯片。数字电位器与ARM芯片之间的隔离芯片将数字信号与模拟信号隔离，保证信号相互之间不受干扰。
在上述技术方案中，所述高压模块及分压电路部分由电阻型高压模块、机械电位器、运算放大器TLE2072、电阻、电容组成。高压模块引脚1为高压输出端，引脚2为高压调整端，引脚3为电源输入端，引脚4为接地端，高压输出端引脚1串联电阻R1、电阻R2、机械电位器RP1，RP1引脚1、2接AGND，电容C3一端接高压输出端引脚1,另一端接AGND，电阻R3一端接R1和R2之间，另一端接运算放大器引脚3；运算放大器引脚8接+12V，引脚4接-12V，引脚1、2相连，引脚1接至A/D转换芯片AD7327通道0，供AD7327芯片采样，从而测量出该高压值。机械电位器RP1作用是通过调节RP1,使实测高压值与显示高压值一致，减小误差。
在上述技术方案中，所述A/D转换芯片采用AD7327芯片，AD7327芯片为12位精度，支持SPI协议，可最多对8路信号进行A/D转换，该芯片与LPC1778芯片之间经过隔离芯片，使数字信号与模拟信号隔离，保证信号相互之间不受干扰。
在上述技术方案中，所述RS232串口与ARM芯片之间通过ADM3251芯片实现隔离，使232传输有单独的地（232-GND），增加232电缆传输的抗干扰能力。
本发明的优点是：能够在设备运行状态下调节高压，其操作简单，使用方便，并且高压值浮动小，能长期保持稳定，精度高，同时工作人员不需要去设备安装现场，在控制室使用软件就可以很方便的在线调节辐射探测器高压，节省了宝贵的工作时间，同时减少了遭受不必要辐射剂量的可能。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本实施例中数字电位器及隔离电路部分连接图。
图3为本实施例中高压模块及分压电路部分连接图。
图4为本实施例中ARM芯片部分电路连接图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，本实施例提供一种基于数字电位器的在线调节辐射探测器高压的方法，该方法使用的硬件部分由ARM芯片、数字电位器、隔离芯片、高压模块、分压电路、A/D转换芯片、RS232串口组成；所述ARM芯片经隔离芯片再分别与数字电位器和A/D转换芯片相连，所述高压模块的高压调整端与数字电位器相连，高压模块的高压输出端分别与辐射探测器和分压电路相连，分压电路的输出端与A/D转换芯片相连，所述ARM芯片通过RS232串口与上位机相连。
上述实施例中，所述ARM芯片均采用LPC1778芯片，ARM芯片基于SPI协议经隔离芯片控制数字电位器和A/D转换芯片。电阻型高压模块的高压范围根据不同辐射探测器类型选择。本实施例以电离室辐射探测器为例，采用DCH10-A（-400V~-900V）电阻型高压模块。数字电位器采用支持SPI协议的MAX5487芯片。基于SPI协议，通过ARM芯片编程，发送指令0x00~0xFF控制数字电位器电阻大小，当为0x00时，电阻最小，则DCH10-A（-400V~-900V）电阻型高压模块输出高压最小；当为0xFF时，电阻最大，则DCH10-A（-400V~-900V）电阻型高压模块输出高压最大。数字电位器将默认高压值对应的抽头位置存储在其存储器中，保证数字电位器抽头在重新上电后仍然在之前设定位置，同时数字电位器控制高压模块将默认高压值输出给辐射探测器。首次上电时，需将高压模块在数字电位器256个抽头位置的高压值依次存储在ARM芯片的EEPROM中，之后不再需要。
如图2所示，所述数字电位器及隔离电路部分由数字电位器MAX5487、隔离芯片ADuM1401、电容组成。数字电位器引脚11、12、13为SPI协议控制引脚，分别接隔离芯片的引脚14、12、13，引脚1、2、3为其中一路电位器3个端子，引脚1、2相连并接至高压模块引脚2，引脚3接AGND，引脚14接+5VA,引脚8接AGND。隔离芯片引脚3、4、5为SPI协议输入控制引脚，分别接ARM芯片LPC1778的引脚115、112、109，隔离芯片引脚1、7接+3.3V,引脚2、8接GND，电容C2两端分别接隔离芯片引脚1、8，隔离芯片引脚10、16接+5VA,引脚9、15接AGND，电容C1两端分别接隔离芯片引脚9、16。
如图3所示，所述高压模块及分压电路部分由电阻型高压模块、机械电位器、运算放大器TLE2072、电阻、电容组成。高压模块引脚1为高压输出端，引脚2为高压调整端，引脚3为电源输入端，引脚4为接地端，高压输出端引脚1串联电阻R1、电阻R2、机械电位器RP1，RP1引脚1、2接AGND，电容C3一端接高压输出端引脚1,另一端接AGND，电阻R3一端接R1和R2之间，另一端接运算放大器引脚3；运算放大器引脚8接+12V，引脚4接-12V，引脚1、2相连，引脚1接至A/D转换芯片AD7327通道0，供AD7327芯片采样，从而测量出该高压值。机械电位器RP1作用是通过调节RP1,使实测高压值与显示高压值一致，减小误差。
如图4所示，所述ARM芯片部分电路由ARM芯片LPC1778、晶振、电阻、电容组成。ARM芯片引脚14、17、18、27、41、60、62、77、102、114、121、138均接至+3.3V，ARM芯片引脚15、22、44、59、65、79、103、117、119、139均接至GND；ARM芯片引脚66、67分别为CAN通信接收、发送引脚，ARM芯片引脚141、142分别为232通信发送、接收引脚，ARM芯片引脚116、115、113、112、111、109为SPI协议控制引脚，电阻R5一端接+3.3V，另一端接ARM芯片引脚113；ARM芯片引脚31、33之间并联晶振X3，晶振X3两端分别接电容C4、C5，C4、C5另一端接至GND，ARM芯片引脚24为复位控制引脚，电阻R4一端接+3.3V，另一端接ARM芯片引脚76。
本实施例提供的基于数字电位器在线调节高压的方法包括以下几个步骤：
（1）各芯片初始化、程序初始化；
（2）数字电位器将默认高压值对应的抽头位置存储在其存储器中，保证数字电位器抽头在重新上电后仍然在之前设定位置，同时数字电位器控制高压模块将默认高压值输出给辐射探测器；
（3）ARM芯片将高压模块在数字电位器256个抽头位置的高压值依次存储在EEPROM中；
（4）通过上位机人机界面将辐射探测器类型与对应高压范围形成组合；
（5）通过上位机人机界面设定高压值，为防止误操作，当设定高压值不在步骤（4）范围内，则设定无效，需要先修改对应范围，才能正常设定高压值；
（6）ARM芯片通过RS232串口基于Modbus协议接收上位机发送的设定高压值；
（7）ARM芯片将该设定高压值与256个存储的高压值依次比较，记录下最接近的存储高压值，同时数字电位器将该存储高压值对应的抽头位置存储在其存储器中，保证数字电位器抽头在重新上电后仍然在之前设定位置，并控制高压模块将该存储高压值输出给辐射探测器。
输出高压值误差取决于高压模块线性性能和数字电位器精度。
本发明技术方案实际使用时，ARM芯片集成在电路板上，当研发一套完整设备，ARM芯片所在电路板资源不够用时，可增加一块电路板完成与上位机通信功能，并通过CAN通信与第一块电路板数据通信。CAN通信电路采用MCP2551芯片。
本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。
Claims (6)
1.一种基于数字电位器的在线调节辐射探测器高压的方法，其特征在于：该方法使用的硬件部分由ARM芯片、数字电位器、隔离芯片、高压模块、分压电路、A/D转换芯片、RS232串口组成；所述ARM芯片经隔离芯片再分别与数字电位器和A/D转换芯片相连，所述高压模块的高压调整端与数字电位器相连，高压模块的高压输出端分别与辐射探测器和分压电路相连，分压电路的输出端与A/D转换芯片相连，所述ARM芯片通过RS232串口与上位机相连；该方法包括以下步骤：
（1）程序初始化、各芯片初始化；
（2）数字电位器将默认高压值对应的抽头位置存储在其存储器中，保证数字电位器抽头在重新上电后仍然在之前设定位置，同时数字电位器控制高压模块将默认高压值输出给辐射探测器；
（3）首次上电时，需将高压模块在数字电位器256个抽头位置的高压值依次存储在ARM芯片的EEPROM中，之后不再需要，具体操作如下：基于SPI协议，ARM芯片发送指令0x00~0xFF控制数字电位器电阻大小，当为0x00时，电阻最小，则高压模块输出高压最小；当为0xFF时，电阻最大，则高压模块输出高压最大，然后通过分压电路将高压幅值降低至A/D转换芯片可接受的电压幅值，并通过A/D转换芯片测量此输出高压值，最后ARM芯片将数字电位器的256个抽头位置对应的高压值存储在EEPROM中；
（4）ARM芯片通过RS232串口基于Modbus协议接收上位机发送的设定高压值；
（5）ARM芯片将该设定高压值与EEPROM中的256个存储高压值依次比较，记录下最接近的存储高压值，同时数字电位器将该存储高压值对应的抽头位置存储在其存储器中，保证数字电位器抽头在重新上电后仍然在之前设定位置，并控制高压模块将该存储高压值输出给辐射探测器。
2.根据权利要求1所述的基于数字电位器的在线调节辐射探测器高压的方法，其特征是：所述ARM芯片集成在电路板上，当研发一套完整设备，ARM芯片所在电路板资源不够用时，可增加一块电路板完成与上位机通信功能，并通过CAN通信与第一块电路板数据通信，CAN通信电路采用MCP2551芯片。
3.根据权利要求1所述的基于数字电位器的在线调节辐射探测器高压的方法，其特征是：所述ARM芯片均采用LPC1778芯片，ARM芯片的电源转换电路采用SPX1117-3.3芯片，将+5V转换为+3.3V，给ARM芯片供电。
4.根据权利要求1所述的基于数字电位器的在线调节辐射探测器高压的方法，其特征是：所述数字电位器及隔离电路部分由数字电位器MAX5487、隔离芯片ADuM1401、电容组成；数字电位器引脚11、12、13为SPI协议控制引脚，分别接隔离芯片的引脚14、12、13，引脚1、2、3为其中一路电位器3个端子，引脚1、2相连并接至高压模块引脚2，引脚3接AGND，引脚14接+5VA,引脚8接AGND；隔离芯片引脚3、4、5为SPI协议输入控制引脚，分别接ARM芯片LPC1778的引脚115、112、109，隔离芯片引脚1、7接+3.3V,引脚2、8接GND，电容C2两端分别接隔离芯片引脚1、8，隔离芯片引脚10、16接+5VA,引脚9、15接AGND，电容C1两端分别接隔离芯片引脚9、16。
5.根据权利要求1所述的基于数字电位器的在线调节辐射探测器高压的方法，其特征是：所述高压模块及分压电路部分由电阻型高压模块、机械电位器、运算放大器TLE2072、电阻、电容组成；高压模块引脚1为高压输出端，引脚2为高压调整端，引脚3为电源输入端，引脚4为接地端，高压输出端引脚1串联电阻R1、电阻R2、机械电位器RP1，RP1引脚1、2接AGND，电容C3一端接高压输出端引脚1,另一端接AGND，电阻R3一端接R1和R2之间，另一端接运算放大器引脚3；运算放大器引脚8接+12V，引脚4接-12V，引脚1、2相连，引脚1接至A/D转换芯片AD7327通道0。
6.根据权利要求1所述的基于数字电位器的在线调节辐射探测器高压的方法，其特征是：所述ARM芯片部分电路由ARM芯片LPC1778、晶振、电阻、电容组成；ARM芯片引脚14、17、18、27、41、60、62、77、102、114、121、138均接至+3.3V，ARM芯片引脚15、22、44、59、65、79、103、117、119、139均接至GND；ARM芯片引脚66、67分别为CAN通信接收、发送引脚，ARM芯片引脚141、142分别为232通信发送、接收引脚，ARM芯片引脚116、115、113、112、111、109为SPI协议控制引脚，电阻R5一端接+3.3V，另一端接ARM芯片引脚113；ARM芯片引脚31、33之间并联晶振X3，晶振X3两端分别接电容C4、C5，C4、C5另一端接至GND，ARM芯片引脚24为复位控制引脚，电阻R4一端接+3.3V，另一端接ARM芯片引脚76。
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