堆中子活化自动辐照控制系统设计与实现

1、堆中子活化自动辐照控制系统设计与实现电子技术应用沈 立1，2, 倪邦发2, 王平 时间:2008年03月27日 字 体: 大 中 小关键词:摘要：关键词：1。在ReNAA中，利用反应堆中子轰击待分析的样品是关键的一步。因此，待分析样品在反应堆中辐照传送系统也成了相关人员研究的重点2。为了进一步提高活化分析的安全性、准确性，实现样品辐照、冷却、测量一体化控制，以及为了分析更短寿命核素，从实用化、低成本的角度出发，设计和建造了一套新型的基于P89C669单片机的反应堆中子活化自动辐照控制装置，实现了堆中子辐照测量的自动控制。1 系统组成及工作原理系统采用PHILIPS单片机P89C669作为核心。

2、P89C669是基于PHILIPS半导体新51MX内核的首类Flash微控制器的代表。51MX（存储器扩展）内核是一种加速的80C51结构，与51系列兼容，指令执行速度是标准的80C51器件（时钟晶振最高达24MHz）的两倍。除标准51系列功能外，该芯片具备如下主要特点：96KB的Flash 程序存储器（支持并行编程、在系统编程ISP、在应用编程IAP）、2KB的数据SRAM、1个可编程计数器阵列（PCA）、2个增强型UART等3。1.1 气动装置控制模块本模块是样品进出反应堆的核心。采用压力可调的空气压缩机作为气源，4kg/cm2的压力作为样品（样品是装在一个特制的小盒子里面，称为“跑兔”）

3、在传送管道中来回传送的动力，气源送气和气流换向由电磁阀来实现，然后通过聚乙烯管通向反应堆堆芯。为了实现样品的自动辐照完成一系列的机械动作，设计了六个电磁阀，使之通过按照一定的气流送气和换向使“跑兔”排队进、出反应堆。六个电磁阀用单片机控制，单个电磁阀控制电路如图2所示。单片机选通译码器74LS138的Y1Y6，用于控制继电器的工作状态，例如当选通Y3时，信号经过驱动器7407和光电隔离器TLP521-2来控制继电器， 继而控制电磁阀，实现气流换向。此控制电路中的光耦隔离增加了系统的抗干扰性能，也起到保护作用。1.2 光电检测模块4。在本系统中，准确检测到在管道中来回跑动的“跑兔”是控制的基础。

4、根据反应堆样品辐照的特殊性，所设计的“跑兔”是长为4cm、外径为1.8cm的不透明的使用聚酰亚胺材料制成的圆柱形盒；管道是内直径为2.0cm的聚乙烯管道，为半透明；“跑兔”在管道中运行的最大速度约为30m/s。因此可以计算出传感器至少需要1.33ms的响应时间，才能检测到在管道中运行的“跑兔”。考虑多种因素，选用了韩国Autonics公司生产的型号为BUD-30S的光电传感器，此传感器探测距离为30mm，可探测直径不小于1.5mm的不透明物体，响应时间最大为1ms，并且灵敏度可以调整。BUD-30S的控制输出线路如图3所示。在实际中，使用了四个光电检测，其中一个安装在反应堆水平孔道入口，用单片

5、机外部中断0检测，用于判断“跑兔”是进堆还是离堆；另外三个分别安装在传送管道各关键位置，单片机用查询方式检测“跑兔”在管道中运行的状态。安装在反应堆水平孔道入口的传感器检测电路如图4所示。?1.3 人机接口设备2 软件设计系统软件主要由主程序模块、外部中断模块、串行通信程序等部分组成。在此主要介绍外部中断模块和计算机串口控制软件的设计。2.1外部中断程序设计外部中断0程序用于判断“跑兔”是进入反应堆还是离开反应堆，再根据这个判断启动相应的定时控制程序。其流程图如图5所示。2.2 计算机串口程序设计本系统串行通信程序包括两方面：P89C669单片机的通信程序和PC机的通信程序。计算机作为自动控制

6、的终端，要向单片机传送辐照参数以及样品能谱测量的消息等；单片机则要向计算机传输样品在辐照过程中的信息，包括样品的进堆时刻、出堆时刻、样品编号、样品的冷却时间等。在编写程序之前，约定其通信协议如下：串行通信波特率为9600bps；PC机用串口1，P89C669用串口0（第1个串口）；双方均采用串行口方式1，1位停止位，8位数据位，无校验位；数据的通信采用累加和校验的方法，每传送一组数据，校验一次累加和是否正确,正确则回送00H,否则回送FFH；通信中，数据接收采用中断方式，发送采用查询方式。利用面向对象的编程方法编写PC机串口程序, 使用Visual C+6.0编程工具，用一个CSerialPo

7、rt 类封装了串口操作的相关函数和方法。CserialPort类是Remon Spekreijse 写的一个串口类，是一个简单而强大的多线程串口编程工具5。程序编写步骤如下：(1)首先利用MFC AppWizard(exe)建立一个MFC应用程序。(2)然后添加类文件。将SerialPort.h 和SerialPort.cpp 两个类文件复制到工程文件夹中，用ProjectAdd to ProjectFiles命令将上述两个文件加入工程。并在NAADlg. h中将头文件SerialPort.h 说明: #include“SerialPort.h”。(3)进行串口初始化。调用初始化函数InitP

8、ort( )和串口通信监测线程函数StartMonitoring( )。(4)通过串口发送字符调用函数WriteToPort( )。(5)在NAADlg.cpp中人工加入函数，实现串口数据接收。人工增加串口消息响应函数： NAACOMM (WPARAM ch，LPARAM port)，每当串口接收缓冲区内有一个字符时,就会产生一个WM_COMM_RXCHAR 消息，所以可以添加WM_COMM_RXCHAR消息(串口接收缓冲区内有一个字符)的响应函数：NAACOMM(WPARAM ch，LPARAM port)，读入接收缓冲区的数据。3 系统特点及结论3.1 特点该系统结构简单，操作方便，安全可靠，工作人员可以远离带有辐射的样品，在计算机终端进行控制，避免了放射性，同时也可在样品操作室用键盘配合LCD进行控制和处理。计算机串口软件控制运行界面如图6所示。3.2 结论辐照控制系统采用了工业控制计算机、单片机