引言
放射法測井是測井方法的重要組成部分，相對于r射線，X射線具有獲得容易、輻射可控、環(huán)保等優(yōu)點而得到廣泛應用X射線管的燈絲經過大電流（0~2A）的加熱產生大量的自由電子，自由電子在高壓電源的強電場作用下加速，加速后的高速自由電子轟擊陽極靶材，產生X射線X射線管的燈絲供電電流能夠調節(jié)射線的強度若使用電壓源供電，由于燈絲電阻會隨著通電時間增加而發(fā)熱，導致燈絲電阻并不是一個恒定值，燈絲電阻的波動會引起電流的波動，進而影響X射線機發(fā)出的射線強度的穩(wěn)定性X射線具有較強的輻射能力，長期照射對人體組織傷害很大，昕以應避免操作人員近距離操作基于以上問題，本文設計并研制了一種硬件電路
1、硬件系統(tǒng)框圖硬件系統(tǒng)如圖l所示，整個系統(tǒng)包含單片機、按鍵、液晶顯示、D/A轉換器、A／D轉換器、485通信接口及由開關電源構成恒流電路，本系統(tǒng)單片機選用SiliconLab公司的處理器芯片C8051F500，該芯片為8位51內核結構，主頻可達50MHz，片內集成12位逐次比較型A/D轉換器，最高采樣率可達200KPS，且片內自動提供參考電壓外部有48個引腳，一個UART、一個通用SPI、一個CAN總線等豐富的通信接口。片內集成多達64KFLASHROM空間，可存儲較為復雜的代碼，并有4KXRAM，無需再外部擴展RAM。
2、系統(tǒng)各模塊設計實現2.1、Buck型開關電源及其反饋電路設計Buck型變換器又稱為降壓變換器，結構如圖2所示Udo是穩(wěn)定的直流電源，VT為開關管，VD1為續(xù)流二極管，L1為儲能電感，電容C1、C2濾除紋波并且儲能反饋回路由電流采樣電阻Rl、運放OP07、片內A/D轉換器和DAC0800構成，單片機為控制核心，D/A轉換器為PWM控制器提供參考電壓Ur。當開關管VT導通時，電壓U．與輸入電壓Uout相等，二極管VD．處于反向截止狀態(tài)，電流IVD，為零電流IVT=ILI，流經電感Ll，電流線性增加當PWM波電平改變，開關管截止時，電感L．為了保持其電流IL1不會突變，電感L．中的磁場將改變其兩端的電壓極性，這時二極管VD1承受正向偏壓，并有電流IVD，流過，二極管VD．使電感L兩端的電流IL1保持連續(xù)變化，因此VD1為續(xù)流二極管當時ILl《lout，電容Cl、C2處于放電：l犬態(tài)；當ILl》lout電容Cl、C2處于充電狀態(tài)電容Cl、C2有利于輸出電流Iout，和輸出電壓Uout保持恒定開關電源的開關頻率取決于PWM控制器Sg3525的振蕩頻率在輸出端，輸出電流Iout流經電阻R1，R1兩端產生壓降，對電阻Rl兩端電壓進行采樣，經運算放大器放大后送入單片機內部A/D，根據運算放大器理論可知：Usamp=RlIout（l+R3/R2）
根據上式可得：Iout=Usamp/（R1+RIR3/R2）
使用C8051F500內部自帶A/D轉換器，采樣得到數據反映著電源輸出的電流值每次采樣結束啟動采樣中斷，通過中斷函數計算采樣電流IOLit，將預設的電流值Iset與采樣得到的電流值I進行比較，根據誤差大小調整參考電壓Uref，經D/A轉換器DAC0800將參考電壓傳給PWM控制器Sg3525，進而改變PWM波的占空比便可調節(jié)開關管VT的導通時間，調節(jié)輸出電壓U，U與占空比D的關系如式：Um=DUdo
2.2、按鍵和液晶顯示接口電路設計系統(tǒng)設計了按鍵輸入和液晶顯示功能，與單片機接口如圖4所示四個按鍵分別接四個4.7K的上拉電阻R1～R4，當有按鍵按下時，單片機對應的檢測端口檢測到低電平，當無按鍵按下時為高電平在整1、程序執(zhí)行過程中，若采用查詢方式檢測按鍵，會占用較大的CPU資源，固本計采用中斷和查詢相結合的方式，通過在程序中使用無條件轉移指令和死循環(huán)相結合來實現。
2.3、通信接口電路設計RS485是異步串行通信接口，它的優(yōu)點是比RS232擁有更高的傳輸速度和更遠的傳輸距離，最遠可達1200米。本文設計數控恒流源為了更好保護操作人員免受X射線傷害，操作人員需要遠離現場，故選擇了RS485通信接口進行遠程控制。
LTC485M與單片機的接口如圖6所示，于采用半雙工通信，RE_A引腳用于控制單片機處于發(fā)送數據狀態(tài)（高電平）或者接收數據狀態(tài)（低電平）。A、B兩引腳用于將要發(fā)送UART的信號翻譯成485差分信號，或者將接收到的差分信號翻譯成UART信號。
2.4、系統(tǒng)設計實現本系統(tǒng)中C8051F500單片機的開發(fā)軟件使用KEIL開發(fā)工具，用C語言編程方便、簡單，程序可讀性好。程序通過JTAG調試接口可以對程序在線調試、下載。程序的硬件電路板如圖7所示。
3、總結本系統(tǒng)結合X射線發(fā)射條件的原理，根據X射線管燈絲所需電流要求，設計控制范圍為0—2A的數控恒流源。由于核心功能電路部分使用開關電源實現，前期所提供的直流電壓的穩(wěn)定性對后續(xù)恒流源精度影響較大、對于采樣電阻Rs要求電阻功率大、阻值小、溫漂小，才能保證反饋的精度。經試驗使用RS485通信接口控制恒流源的控制距離至少30m，可以使操作人員在遠離射線源的情況下遠程控制。
下載文檔
