唐 偉 屈國(guó)普 趙 越

(南華大學(xué) 核科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001)

用于特征X射線測(cè)厚儀的數(shù)據(jù)處理器電路設(shè)計(jì)

唐 偉 屈國(guó)普 趙 越

(南華大學(xué) 核科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001)

利用特征X射線測(cè)厚是一種適用又方便的方法。數(shù)據(jù)處理器是測(cè)厚儀的重要部分之一，它具有數(shù)據(jù)采集和與電腦通信的功能。數(shù)據(jù)處理器包括脈沖整形和單片機(jī)系統(tǒng)兩個(gè)模塊；處理器工作正常，達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。

數(shù)據(jù)處理器；單片機(jī)；測(cè)試

紙張、薄膜、鋁箔和銅箔等工業(yè)生產(chǎn)在我國(guó)已經(jīng)頗具規(guī)模，在追求質(zhì)量和節(jié)約原材料的今天，對(duì)在線測(cè)量?jī)x器提出更高要求，目前用于該項(xiàng)在線測(cè)量主要儀器主要有β射線測(cè)厚儀和X射線測(cè)厚儀，由于它們都存在射線能量不是單一，從原理上制約了測(cè)量線性和精度，只能通過(guò)在不同范圍采用不同補(bǔ)償方法來(lái)提高精度，使用不方便。特征 X射線測(cè)厚采用能量較低，能量單一的特征 X射線測(cè)厚，在一定的厚度范圍內(nèi)，測(cè)量厚度線性好，精度較高。在較薄物質(zhì)測(cè)量時(shí)用特征X射線測(cè)厚來(lái)代替β測(cè)厚儀，可以使測(cè)量更方便，高效[1]。特征X射線能量低，防護(hù)容易，對(duì)工作人員沒(méi)有傷害。因此用特征 X射線用來(lái)測(cè)量紙張、薄膜、鋁箔等較薄的物質(zhì)厚度具有優(yōu)勢(shì)，數(shù)據(jù)處理器是測(cè)厚儀的重要部分之一，數(shù)據(jù)處理器的成功設(shè)計(jì)是測(cè)厚儀制作的關(guān)鍵。

1. 數(shù)據(jù)處理器電路設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)處理器，主要包括脈沖整形模塊、小型單片機(jī)系統(tǒng)、兩個(gè)部分；脈沖整形模塊主要完成對(duì)脈沖的整形，把經(jīng)過(guò)放大器放大的信號(hào)成形為方波脈沖；以達(dá)到單片機(jī)能夠采集的寬度；小型單片機(jī)系統(tǒng)主要完成定時(shí)、計(jì)數(shù)和通過(guò)串口向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)處理器采集到的數(shù)據(jù)信息。

1.1 脈沖整形模塊設(shè)計(jì)

從正比計(jì)數(shù)管輸出的信號(hào)為脈沖信號(hào)，為了能夠輸出適合單片機(jī)采集的方波信號(hào)，我們?cè)跀?shù)據(jù)獲取器中設(shè)計(jì)了脈沖整形電路。先通過(guò)電路將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成方波信號(hào)，然后在將發(fā)波信號(hào)展寬到單片機(jī)能夠采集的寬度。方波整形電路由輸入電路、閾值甄別電路幾個(gè)部分組成。

1.1.1 輸入電路

輸入電路部分有電阻R1和R2構(gòu)成的輸入衰減器和由三極管Q1和Q2組成的輸入跟隨器構(gòu)成[2]。輸入電路如圖1.1所示：

圖 1 輸入電路簡(jiǎn)圖Fig.1 Input circuit diagram

由于電壓比較器的閾值只能做到5V,為了使單道能夠達(dá)到更大的分析范圍，在輸入端引入了由 R1,R2組成的 2：1的衰減器，由三極管Q1,Q2組成了復(fù)合跟隨器，為了獲得好的負(fù)載能力和高的傳輸系數(shù)。

1.1.2 閾值甄別電路

甄別閾電路有電壓比較器LM710和其它一些電容電阻組成。甄別器是以集成模擬比較器LM710為核心設(shè)計(jì)電路的，如圖1.2。由于輸入脈沖由電壓比較器的負(fù)端輸入，在輸入脈沖比參考電壓小時(shí)電壓比較器的輸出電壓為高電平“1”，當(dāng)輸入電壓比參考電壓高時(shí)電壓比較器輸出電平就由“1”向“0”跳變，輸出負(fù)的脈沖。在單道有脈沖輸出的情況下即VH（上閾）>Vi（輸入）>VL（下閾）時(shí)，上電壓甄別器的輸出應(yīng)該為高電平，下甄別器的輸出電壓為負(fù)脈沖低電平；當(dāng) Vi>VH時(shí)，上下甄別器的輸出都為負(fù)脈沖。線性組件構(gòu)成的甄別器具有好的甄別特性和較高的穩(wěn)定性。

圖2 甄別閾電路圖Fig.2 Discrimating threshold circuit

1.1.3 脈沖展寬電路

圖3 脈沖展寬的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路Fig.3 the monostablity trigger circuit for pulse broading

1.2 單片機(jī)系統(tǒng)

小型單片機(jī)系統(tǒng)主要完成定時(shí)、計(jì)數(shù)和通過(guò)串口向上位機(jī)數(shù)據(jù)獲取器采集到的數(shù)據(jù)信息。本項(xiàng)目采用的是STC89C516RD+單片機(jī)，該單片機(jī)具有超低功耗、超強(qiáng)抗干擾能力；單片機(jī)有三個(gè)定時(shí)器 T0、T1、T2[3]；在該設(shè)計(jì)中T0為定時(shí)器，T1作為計(jì)數(shù)器，T3作為波特率發(fā)生器；工作時(shí)T0定時(shí)50ms產(chǎn)生一次中斷，T0產(chǎn)生20中斷后將T1計(jì)到的脈沖數(shù)通過(guò)串口發(fā)送到上位機(jī)，等待上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；單片機(jī)和上位機(jī)PC之間通過(guò)RS-232串口進(jìn)行通信[4][5]。根據(jù)獲取處理器的性能要求，對(duì)單片機(jī)的軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件功能模塊如圖1.4示。

圖4 單片機(jī)工作流程圖Fig.4 The working flow chart of single machine

2 電路測(cè)試及結(jié)果分析

數(shù)據(jù)處理器硬件電路和軟件完成后，對(duì)數(shù)據(jù)處理器電路進(jìn)行了調(diào)試。數(shù)據(jù)處理器和上位機(jī)通信流暢，上位機(jī)能夠很好的對(duì)數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行控制。用精密脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖輸入數(shù)據(jù)處理器，測(cè)量結(jié)果如表1所示：

表1 處理器測(cè)量結(jié)果

數(shù)據(jù)處理器對(duì)隨機(jī)脈沖信號(hào)進(jìn)行了測(cè)量，同時(shí)和定標(biāo)器的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，兩者結(jié)果能夠較好的吻合，數(shù)據(jù)處理器測(cè)量結(jié)果教精確且測(cè)量效率高。

3 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理器經(jīng)過(guò)測(cè)試，具有數(shù)據(jù)采集和上位機(jī)完成通信的功能；處理器使得下位機(jī)和上位機(jī)的通信更快速方便，上位機(jī)能夠適時(shí)的對(duì)下位機(jī)進(jìn)行控制，使測(cè)量方便高效，測(cè)量頻率達(dá)到105，可以應(yīng)用于特征X射線測(cè)厚中。

[1]趙越,屈國(guó)普，等.透射式特征X射線測(cè)厚技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究[J].核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)，2009，（1）：81.

[2]李朝青主編.PC機(jī)及單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2006.

[3]馬忠梅等. 單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2003.

(責(zé)任編校：何俊華)

O571

A

1673-2219（2010）08-0022-02

2010－03－25

唐偉（1967－），男，湖南省祁陽(yáng)縣人，高級(jí)工程師。主要從事電工電子技術(shù)、自動(dòng)控制及核測(cè)控方面工程應(yīng)用及教學(xué)科研工作。