一種基于數(shù)字電位器的在線調(diào)節(jié)輻射探測器高壓的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及核電輻射防護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，提供一種基于數(shù)字電位器的在線調(diào)節(jié)輻射探測器高壓的方法，該方法使用的硬件部分由ARM芯片、數(shù)字電位器、隔離芯片、高壓模塊、分壓電路、A/D轉(zhuǎn)換芯片、RS232串口組成；所述ARM芯片經(jīng)隔離芯片與數(shù)字電位器和A/D轉(zhuǎn)換芯片相連，所述高壓模塊的高壓調(diào)整端與數(shù)字電位器相連，高壓輸出端與輻射探測器和分壓電路相連，分壓電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換芯片相連，所述ARM芯片通過RS232串口與上位機(jī)相連。本發(fā)明方法可用于在線調(diào)節(jié)輻射探測器高壓。
【專利說明】一種基于數(shù)字電位器的在線調(diào)節(jié)輻射探測器高壓的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核電輻射防護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是一種基于數(shù)字電位器的在線調(diào)節(jié)輻射探測器高壓的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，傳統(tǒng)的輻射探測器高壓調(diào)節(jié)方法是:通過機(jī)械電位器、分壓電路調(diào)節(jié)高壓。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡單。但該方法也存在一些缺點(diǎn):機(jī)械電位器抽頭易抖動(dòng)，不能長期穩(wěn)定，精度不高，并且不支持在線調(diào)節(jié)。而在一些工作場合，對電位器精度要求高，要求電阻值不能變化。還有一些工作場合，由于現(xiàn)場需求、環(huán)境或探測器本身發(fā)生變化，需要調(diào)節(jié)輻射探測器高壓時(shí)，就必需派工作人員去設(shè)備安裝現(xiàn)場，開啟設(shè)備，調(diào)節(jié)機(jī)械電位器從而調(diào)節(jié)高壓，這樣會增加現(xiàn)場工作人員受到輻射劑量的可能。傳統(tǒng)的輻射探測器高壓調(diào)節(jié)方法已經(jīng)不能滿足工業(yè)需求和工程應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種基于數(shù)字電位器的在線調(diào)節(jié)輻射探測器高壓的方法，可用于在線調(diào)節(jié)輻射探測器高壓。
[0004]本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的。
[0005]一種基于數(shù)字電位器的在線調(diào)節(jié)輻射探測器高壓的方法，該方法使用的硬件部分由ARM芯片、數(shù)字電位器、隔離芯片、高壓模塊、分壓電路、A/D轉(zhuǎn)換芯片、RS232串口組成；所述ARM芯片經(jīng)隔離芯片與數(shù)字電位器和A/D轉(zhuǎn)換芯片相連，所述高壓模塊的高壓調(diào)整端與數(shù)字電位器相連，高壓輸出端與輻射探測器和分壓電路相連，分壓電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換芯片相連，所述ARM芯片通過RS232串口與上位機(jī)相連。
[0006]該方法包括以下步驟:
(1)程序初始化、各芯片初始化；
(2)數(shù)字電位器將默認(rèn)高壓值對應(yīng)的抽頭位置存儲在其存儲器中，保證數(shù)字電位器抽頭在重新上電后仍然在之前設(shè)定位置，同時(shí)數(shù)字電位器控制高壓模塊將默認(rèn)高壓值輸出給輻射探測器；
(3)首次上電時(shí)，需將高壓模塊在數(shù)字電位器256個(gè)抽頭位置的高壓值依次存儲在ARM芯片的EEPROM中，之后不再需要。具體操作如下:基于SPI協(xié)議，ARM芯片發(fā)送指令OxOiTOxFF控制數(shù)字電位器電阻大小，當(dāng)為0x00時(shí)，電阻最小，則高壓模塊輸出高壓最?。划?dāng)為OxFF時(shí)，電阻最大，則高壓模塊輸出高壓最大，然后通過分壓電路將高壓幅值降低至A/D轉(zhuǎn)換芯片可接受的電壓幅值，并通過A/D轉(zhuǎn)換芯片測量此輸出高壓值，然后ARM芯片將數(shù)字電位器的256個(gè)抽頭位置對應(yīng)的高壓值存儲在EEPROM中；
(4)ARM芯片通過RS232串口基于Modbus協(xié)議接收上位機(jī)發(fā)送的設(shè)定高壓值；
(5)ARM芯片將該設(shè)定高壓值與EEPROM中的256個(gè)存儲高壓值依次比較，記錄下最接近的存儲高壓值，同時(shí)數(shù)字電位器將該存儲高壓值對應(yīng)的抽頭位置存儲在其存儲器中，保證數(shù)字電位器抽頭在重新上電后仍然在之前設(shè)定位置，并控制高壓模塊將該存儲高壓值輸出給輻射探測器。
[0007]在上述技術(shù)方案中，輻射探測器高壓值誤差取決于高壓模塊線性性能和數(shù)字電位器精度。
[0008]在上述技術(shù)方案中，所述高壓模塊采用電阻型高壓模塊，高壓范圍有多種量程型號可選，滿足不同類型輻射探測器的需求。
[0009]在上述技術(shù)方案中，所述ARM芯片集成在電路板上。當(dāng)研發(fā)一套完整設(shè)備，ARM芯片所在電路板資源不夠用時(shí)，可增加一塊電路板完成與上位機(jī)通信功能，并通過CAN通信與第一塊電路板數(shù)據(jù)通信。CAN通信電路采用MCP2551芯片。
[0010]在上述技術(shù)方案中，所述ARM芯片均采用LPC1778芯片，ARM芯片的電源轉(zhuǎn)換電路采用SPXl 117-3.3芯片，將+5V轉(zhuǎn)換為+3.3V，給ARM芯片供電。
[0011 ] 在上述技術(shù)方案中，所述數(shù)字電位器及隔離電路部分由數(shù)字電位器MAX5487、隔離芯片ADuM1401、電容組成。數(shù)字電位器引腳11、12、13為SPI協(xié)議控制引腳，分別接隔離芯片的引腳14、12、13，引腳1、2、3為其中一路電位器3個(gè)端子，引腳1、2相連并接至高壓模塊引腳2，引腳3接AGND，引腳14接+5VA，引腳8接AGND。隔離芯片引腳3、4、5為SPI協(xié)議輸入控制引腳，分別接ARM芯片LPC1778的引腳115、112、109，隔離芯片引腳1、7接+3.3V,引腳2、8接GND，電容C2兩端分別接隔離芯片引腳1、8，隔離芯片引腳10、16接+5VA，引腳
9、15接AGND，電容Cl兩端分別接隔離芯片引腳9、16。其中MAX5487芯片為1k Ω雙路數(shù)字電位器，支持SPI協(xié)議，抽頭可滑動(dòng)256個(gè)位置，精度較高。通過ARM芯片發(fā)出指令調(diào)節(jié)數(shù)字電位器從而改變高壓模塊高壓大小，該高壓分成兩路信號，一路輸出給輻射探測器，另一路經(jīng)過分壓電路后接至A/D轉(zhuǎn)換芯片。數(shù)字電位器與ARM芯片之間的隔離芯片將數(shù)字信號與模擬信號隔離，保證信號相互之間不受干擾。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述高壓模塊及分壓電路部分由電阻型高壓模塊、機(jī)械電位器、運(yùn)算放大器TLE2072、電阻、電容組成。高壓模塊引腳I為高壓輸出端，引腳2為高壓調(diào)整端，引腳3為電源輸入端，引腳4為接地端，高壓輸出端引腳I串聯(lián)電阻R1、電阻R2、機(jī)械電位器RP1，RPl引腳1、2接AGND，電容C3 —端接高壓輸出端引腳1，另一端接AGND，電阻R3 —端接Rl和R2之間，另一端接運(yùn)算放大器引腳3 ;運(yùn)算放大器引腳8接+12V，引腳4接-12V，引腳1、2相連，引腳I接至A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7327通道0，供AD7327芯片采樣，從而測量出該高壓值。機(jī)械電位器RPl作用是通過調(diào)節(jié)RP1，使實(shí)測高壓值與顯示高壓值一致，減小誤差。
[0013]在上述技術(shù)方案中，所述A/D轉(zhuǎn)換芯片采用AD7327芯片，AD7327芯片為12位精度，支持SPI協(xié)議，可最多對8路信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，該芯片與LPC1778芯片之間經(jīng)過隔離芯片，使數(shù)字信號與模擬信號隔離，保證信號相互之間不受干擾。
[0014]在上述技術(shù)方案中，所述RS232串口與ARM芯片之間通過ADM3251芯片實(shí)現(xiàn)隔離，使232傳輸有單獨(dú)的地(232-GND)，增加232電纜傳輸?shù)目垢蓴_能力。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:能夠在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下調(diào)節(jié)高壓，其操作簡單，使用方便，并且高壓值浮動(dòng)小，能長期保持穩(wěn)定，精度高，同時(shí)工作人員不需要去設(shè)備安裝現(xiàn)場，在控制室使用軟件就可以很方便的在線調(diào)節(jié)輻射探測器高壓，節(jié)省了寶貴的工作時(shí)間，同時(shí)減少了遭受不必要輻射劑量的可能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的原理框圖。
[0017]圖2為本實(shí)施例中數(shù)字電位器及隔離電路部分連接圖。
[0018]圖3為本實(shí)施例中聞壓模塊及分壓電路部分連接圖。
[0019]圖4為本實(shí)施例中ARM芯片部分電路連接圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0021]如圖1所示，本實(shí)施例提供一種基于數(shù)字電位器的在線調(diào)節(jié)輻射探測器高壓的方法，該方法使用的硬件部分由ARM芯片、數(shù)字電位器、隔離芯片、高壓模塊、分壓電路、A/D轉(zhuǎn)換芯片、RS232串口組成；所述ARM芯片經(jīng)隔離芯片與數(shù)字電位器和A/D轉(zhuǎn)換芯片相連，所述高壓模塊的高壓調(diào)整端與數(shù)字電位器相連，高壓輸出端與輻射探測器和分壓電路相連，分壓電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換芯片相連，所述ARM芯片通過RS232串口與上位機(jī)相連。
[0022]上述實(shí)施例中，所述ARM芯片均采用LPC1778芯片，ARM芯片基于SPI協(xié)議經(jīng)隔離芯片控制數(shù)字電位器和A/D轉(zhuǎn)換芯片。電阻型高壓模塊的高壓范圍根據(jù)不同輻射探測器類型選擇。本實(shí)施例以電離室輻射探測器為例，采用DCHlO-A (-400疒-900V)電阻型高壓模塊。數(shù)字電位器采用支持SPI協(xié)議的MAX5487芯片。基于SPI協(xié)議，通過ARM芯片編程，發(fā)送指令0x0(T0xFF控制數(shù)字電位器電阻大小，當(dāng)為0x00時(shí)，電阻最小，則DCHlO-A(-400疒-900V)電阻型高壓模塊輸出高壓最??；當(dāng)為OxFF時(shí)，電阻最大，則DCHlO-A(-400疒-900V)電阻型高壓模塊輸出高壓最大。數(shù)字電位器將默認(rèn)高壓值對應(yīng)的抽頭位置存儲在其存儲器中，保證數(shù)字電位器抽頭在重新上電后仍然在之前設(shè)定位置，同時(shí)數(shù)字電位器控制高壓模塊將默認(rèn)高壓值輸出給輻射探測器。首次上電時(shí)，需將高壓模塊在數(shù)字電位器256個(gè)抽頭位置的高壓值依次存儲在ARM芯片的EEPROM中，之后不再需要。
[0023]如圖2所示，所述數(shù)字電位器及隔離電路部分由數(shù)字電位器MAX5487、隔離芯片ADuM1401、電容組成。數(shù)字電位器引腳11、12、13為SPI協(xié)議控制引腳，分別接隔離芯片的引腳14、12、13，引腳1、2、3為其中一路電位器3個(gè)端子，引腳1、2相連并接至高壓模塊引腳2，引腳3接AGND，引腳14接+5VA，引腳8接AGND。隔離芯片引腳3、4、5為SPI協(xié)議輸入控制引腳，分別接ARM芯片LPC1778的引腳115、112、109，隔離芯片引腳1、7接+3.3V,引腳2、8接GND，電容C2兩端分別接隔離芯片引腳1、8，隔離芯片引腳10、16接+5￥八，引腳9、15接AGND，電容Cl兩端分別接隔離芯片引腳9、16。
[0024]如圖3所示，所述高壓模塊及分壓電路部分由電阻型高壓模塊、機(jī)械電位器、運(yùn)算放大器TLE2072、電阻、電容組成。高壓模塊引腳I為高壓輸出端，引腳2為高壓調(diào)整端，弓丨腳3為電源輸入端，引腳4為接地端，高壓輸出端引腳I串聯(lián)電阻Rl、電阻R2、機(jī)械電位器RPLRPl弓丨腳1、2接AGND，電容C3—端接高壓輸出端引腳1，另一端接AGND，電阻R3—端接Rl和R2之間，另一端接運(yùn)算放大器引腳3 ;運(yùn)算放大器引腳8接+12V，引腳4接-12V，弓丨腳1、2相連，引腳I接至A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7327通道0，供AD7327芯片采樣，從而測量出該高壓值。機(jī)械電位器RPl作用是通過調(diào)節(jié)RP1，使實(shí)測高壓值與顯示高壓值一致，減小誤差。
[0025]如圖4所示，所述ARM芯片部分電路由ARM芯片LPC1778、晶振、電阻、電容組成。ARM 芯片引腳 14、17、18、27、41、60、62、77、102、114、121、138 均接至 +3.3V, ARM 芯片引腳15、22、44、59、65、79、103、117、119、139均接至6冊；ARM 芯片引腳 66、67 分別為 CAN 通信接收、發(fā)送引腳，ARM芯片引腳141、142分別為232通信發(fā)送、接收引腳，ARM芯片引腳116、115、113、112、111、109為SPI協(xié)議控制引腳，電阻R5 —端接+3.3V，另一端接ARM芯片引腳113 ；ARM芯片引腳31、33之間并聯(lián)晶振X3，晶振X3兩端分別接電容C4、C5，C4、C5另一端接至GND，ARM芯片引腳24為復(fù)位控制引腳，電阻R4 —端接+3.3V，另一端接ARM芯片引腳W。
[0026]本實(shí)施例提供的基于數(shù)字電位器在線調(diào)節(jié)高壓的方法包括以下幾個(gè)步驟:
(1)各芯片初始化、程序初始化；
(2)數(shù)字電位器將默認(rèn)高壓值對應(yīng)的抽頭位置存儲在其存儲器中，保證數(shù)字電位器抽頭在重新上電后仍然在之前設(shè)定位置，同時(shí)數(shù)字電位器控制高壓模塊將默認(rèn)高壓值輸出給輻射探測器；
(3)ARM芯片將高壓模塊在數(shù)字電位器256個(gè)抽頭位置的高壓值依次存儲在EEPROM
中；
(4)通過上位機(jī)人機(jī)界面將輻射探測器類型與對應(yīng)高壓范圍形成組合；
(5)通過上位機(jī)人機(jī)界面設(shè)定高壓值，為防止誤操作，當(dāng)設(shè)定高壓值不在步驟(4)范圍內(nèi)，則設(shè)定無效，需要先修改對應(yīng)范圍，才能正常設(shè)定高壓值；
(6)ARM芯片通過RS232串口基于Modbus協(xié)議接收上位機(jī)發(fā)送的設(shè)定高壓值；
(7)ARM芯片將該設(shè)定高壓值與256個(gè)存儲的高壓值依次比較，記錄下最接近的存儲高壓值，同時(shí)數(shù)字電位器將該存儲高壓值對應(yīng)的抽頭位置存儲在其存儲器中，保證數(shù)字電位器抽頭在重新上電后仍然在之前設(shè)定位置，并控制高壓模塊將該存儲高壓值輸出給輻射探測器。
[0027]輸出高壓值誤差取決于高壓模塊線性性能和數(shù)字電位器精度。
[0028]本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)際使用時(shí)，ARM芯片集成在電路板上，當(dāng)研發(fā)一套完整設(shè)備，ARM芯片所在電路板資源不夠用時(shí)，可增加一塊電路板完成與上位機(jī)通信功能，并通過CAN通信與第一塊電路板數(shù)據(jù)通信。CAN通信電路采用MCP2551芯片。
[0029]本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容，屬于本專業(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于數(shù)字電位器的在線調(diào)節(jié)輻射探測器高壓的方法，其特征在于:該方法使用的硬件部分由ARM芯片、數(shù)字電位器、隔離芯片、高壓模塊、分壓電路、A/D轉(zhuǎn)換芯片、RS232串口組成；所述ARM芯片經(jīng)隔離芯片與數(shù)字電位器和A/D轉(zhuǎn)換芯片相連，所述高壓模塊的高壓調(diào)整端與數(shù)字電位器相連，高壓模塊的高壓輸出端與輻射探測器和分壓電路相連，分壓電路的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換芯片相連，所述ARM芯片通過RS232串口與上位機(jī)相連；該方法包括以下步驟: (1)程序初始化、各芯片初始化； (2)數(shù)字電位器將默認(rèn)高壓值對應(yīng)的抽頭位置存儲在其存儲器中，保證數(shù)字電位器抽頭在重新上電后仍然在之前設(shè)定位置，同時(shí)數(shù)字電位器控制高壓模塊將默認(rèn)高壓值輸出給輻射探測器； (3)首次上電時(shí)，需將高壓模塊在數(shù)字電位器256個(gè)抽頭位置的高壓值依次存儲在ARM芯片的EEPROM中，之后不再需要，具體操作如下:基于SPI協(xié)議，ARM芯片發(fā)送指令OxOO^OxFF控制數(shù)字電位器電阻大小，當(dāng)為0x00時(shí)，電阻最小，則高壓模塊輸出高壓最??；當(dāng)為OxFF時(shí)，電阻最大，則高壓模塊輸出高壓最大，然后通過分壓電路將高壓幅值降低至A/D轉(zhuǎn)換芯片可接受的電壓幅值，并通過A/D轉(zhuǎn)換芯片測量此輸出高壓值，最后ARM芯片將數(shù)字電位器的256個(gè)抽頭位置對應(yīng)的高壓值存儲在EEPROM中； (4)ARM芯片通過RS232串口基于Modbus協(xié)議接收上位機(jī)發(fā)送的設(shè)定高壓值； (5)ARM芯片將該設(shè)定高壓值與EEPROM中的256個(gè)存儲高壓值依次比較，記錄下最接近的存儲高壓值，同時(shí)數(shù)字電位器將該存儲高壓值對應(yīng)的抽頭位置存儲在其存儲器中，保證數(shù)字電位器抽頭在重新上電后仍然在之前設(shè)定位置，并控制高壓模塊將該存儲高壓值輸出給輻射探測器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字電位器的在線調(diào)節(jié)輻射探測器高壓的方法，其特征是:所述ARM芯片集成在電路板上，當(dāng)研發(fā)一套完整設(shè)備，ARM芯片所在電路板資源不夠用時(shí)，可增加一塊電路板完成與上位機(jī)通信功能，并通過CAN通信與第一塊電路板數(shù)據(jù)通信，CAN通信電路采用MCP2551芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字電位器的在線調(diào)節(jié)輻射探測器高壓的方法，其特征是:所述ARM芯片均采用LPC1778芯片，ARM芯片的電源轉(zhuǎn)換電路采用SPXl 117-3.3芯片，將+5V轉(zhuǎn)換為+3.3V，給ARM芯片供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字電位器的在線調(diào)節(jié)輻射探測器高壓的方法，其特征是:所述數(shù)字電位器及隔離電路部分由數(shù)字電位器MAX5487、隔離芯片ADUM1401、電容組成；數(shù)字電位器引腳11、12、13為SPI協(xié)議控制引腳，分別接隔離芯片的引腳14、12、13，弓丨腳1、2、3為其中一路電位器3個(gè)端子，引腳1、2相連并接至高壓模塊引腳2，引腳3接AGND，引腳14接+5VA，引腳8接AGND ;隔離芯片引腳3、4、5為SPI協(xié)議輸入控制引腳，分別接ARM芯片LPC1778的引腳115、112、109，隔離芯片引腳1、7接+3.3V,引腳2、8接GND，電容C2兩端分別接隔離芯片引腳1、8，隔離芯片引腳10、16接+5￥八，引腳9、15接AGND，電容Cl兩端分別接隔離芯片引腳9、16。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字電位器的在線調(diào)節(jié)輻射探測器高壓的方法，其特征是:所述高壓模塊及分壓電路部分由電阻型高壓模塊、機(jī)械電位器、運(yùn)算放大器TLE2072、電阻、電容組成；高壓模塊引腳I為高壓輸出端，引腳2為高壓調(diào)整端，引腳3為電源輸入端，引腳4為接地端，高壓輸出端引腳I串聯(lián)電阻R1、電阻R2、機(jī)械電位器RP1，RP1引腳1、.2接AGND，電容C3 —端接高壓輸出端引腳1，另一端接AGND，電阻R3 —端接Rl和R2之間，另一端接運(yùn)算放大器引腳3 ;運(yùn)算放大器引腳8接+12V，引腳4接-12V，引腳1、2相連，引腳I接至A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7327通道O。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字電位器的在線調(diào)節(jié)輻射探測器高壓的方法，其特征是:所述ARM芯片部分電路由ARM芯片LPCl778、晶振、電阻、電容組成；ARM芯片引腳14、17、.18、27、41、60、62、77、102、114、121、138 均接至 +3.3V, ARM 芯片引腳 15、22、44、59、65、79、.103、117、119、139均接至GND ;ARM芯片引腳66,67分別為CAN通信接收、發(fā)送引腳，ARM芯片引腳141、142分別為232通信發(fā)送、接收引腳，ARM芯片引腳116、115、113、112、111、109為SPI協(xié)議控制引腳，電阻R5 —端接+3.3V，另一端接ARM芯片引腳113 ;ARM芯片引腳31、.33之間并聯(lián)晶振X3，晶振X3兩端分別接電容C4、C5，C4、C5另一端接至GND，ARM芯片引腳.24為復(fù)位控制引腳，電阻R4 —端接+3.3V，另一端接ARM芯片引腳76。
【文檔編號】G05F1/56GK104407657SQ201410487178
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】廖武, 夏炎, 金坦, 程翀, 左亮周, 王益元, 張磊, 金帆 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一九研究所