基于单片机核料位计远程控制装置的研究
摘 要：文章介绍一种基于核技术为基础进行研究料位计及远程控制装置，并对装置的测量方法、硬件组成及设计、软件设计及流程进行介绍。该装置具有数字显示、限位报警、开关量输出，辐射源容器远程开关控制的特点，已通过实验室测试，取得预期效果。
关键词：核技术；料位计；单片机
1 引言
近几年全国化工、电力、水泥行业突飞猛进，随着设备的不断更新与扩大，对料位计的市场需求也越来越大；随着科学技术的不断提高与引进，整个生产系统的集成化程度越来越高，要求数字化的信息处理技术越来越多，而目前使用模拟电路处理信息的同位素料位计技术已经不能适应现代化生产的需要。在此情况下，研制生产一种灵敏度高、精确度高、使用寿命长、自动化程度高的新一代智能化仪表及远端控制系统积极地参与市场竞争、服务生产企业是当务之急，有着深远的经济意义和社会意义。
本文介绍的产品是依据现场的控制要求及应用需求，系统以核物理测量原理为基础，采用数字技术、微处理技术和控制理论相结合进行研制，具有智能化信号处理和辐射源容器远端开关控制功能，现场料位监控信号和上位机之间通过总线的形式进行传输，提高了料位产品的抗干扰能力和现场应用的灵活性。
2 系统组成
该装置由辐射源及辐射源容器、GM管接收器、运算控制器等组成。
2.1 辐射源及容器
辐射源采用密封137Csγ射线点源，射源置于ф8mm×9mm不绣钢壳体内保护，射线能量661Kev，强度1.5×109Bq，半衰期30年；辐射源容器由铅和铸铁外壳构成，通过电动控制辐射源的开与关。
2.2 GM管接收器
接收器由GM计数管组成，探测器采用型号为J408γ盖革计数管， GM计数管具有输出信号大，功耗低，适应环境温、湿度范围宽，体积小，造价低等特点。
2.3 运算控制器
运算控制器以C8051F410为核心，主要实现显示、运算、计数、按键输入、参数掉电保存等功能；运算得到的结果控制继电器进行开关报警，并在控制柜体上显示空满信号，通过按键的设置远程控制辐射源容器的开关。
3 测量电路
测量电路的设计要求是力求简单、适用、稳定、可靠、抗干扰能力强、温度性能好。
测量电路包括信号采集、数据处理、总线通信输出三部分组成。信号采集电路是将探测器接收到的信号经处理后产生可进行数据分析处理的脉冲信号。数据分析处理部分由单片机来完成，单片机采用C8051F410，总线通信输出部分由SPC3芯片和RS485通信线路组成。硬件电路主要包括以下几个部分：
（1）单片机及外围扩展设计；（2）SPC3与单片机的联接；（3）RS485接口电路设计；（4）复位电路和电源电路的设计。
控制系统组成如图1所示：
3.1 辐射源容器控制电路
远端控制电路主要包括辐射源容器开关电路和继电器驱动电路，开关电路由电机驱动电路、手自动开关电路、小型电机等，主要实现二次仪表及控制系统对辐射源容器进行手自动开关控制。
3.2 GM管接收器电路
接收器由盖革计数管、比较放大及驱动电路组成，主要实现脉冲信号的采集、驱动。GM计数管接收到的脉冲信号，经整形滤波后，进行转换，转换后的数字码经总线送处理器进行运算处理，处理后的结果经通讯接口与上位机进行交互操作。
4 编程思想及软件流程
4.1 编程思想
软件的主要功能是将探测器接收到的脉冲信号实时数据进行运算处理，对处理后的结果进行实时显示和报警输出。软件以c语言作为编程语言，考虑到程序的可移植性和以后的功能升级，以及调试的方便性，采用模块化程序设计。
4.2 程序流程图
5 结束语
核料位计远程控制装置以核物理测量原理为基础进行设计，非接触测量形式进行物位测量，将料位监控仪表从现场控制柜中分离，进行独立控制和操作，提高系统的抗干扰能力，减少传输误差，提高现场仪表的内部功能和可靠性，同时设计有辐射源容器远端开关控制功能，可提高生产效率，降低生产风险，使该套控制装置具有更好的开放性和集成能力，提高核料位计的市场竞争力。
参考文献
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[2]丁富荣，等.辐射物理[M].北京：北京大学出版社，2004.
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