工業(yè)CT用駐波電子直線加速器測(cè)試系統(tǒng)的研制

上位機(jī)不能直接對(duì)加速器施加控制信號(hào)，需要將控制信號(hào)值傳入控制器，通過(guò)控制器進(jìn)行相應(yīng)處理后，再對(duì)加速器進(jìn)行控制。本測(cè)試系統(tǒng)采用RS-232進(jìn)行通信（長(zhǎng)距離通信可改用RS-422協(xié)議）。
3 控制器
加速器的急停、電源、開機(jī)等功能直接通過(guò)航空插頭接在控制器上實(shí)現(xiàn)，通過(guò)控制器上的相關(guān)按鈕即可控制加速器的低預(yù)熱過(guò)程、高預(yù)熱過(guò)程、是否出束、是否截?cái)嗉铀倨麟娫吹裙δ?。另外，加速器?ldquo;使能控制”、“同步信號(hào)”等時(shí)序控制需要由控制器經(jīng)計(jì)算處理后對(duì)加速器進(jìn)行控制。
3.1 控制器硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，控制器應(yīng)設(shè)計(jì)與上位機(jī)通信的接口、參數(shù)模式及數(shù)值輸入接口、顯示接口?？紤]到抗干擾設(shè)計(jì)的需要，確定控制器硬件電路由以下5個(gè)模塊構(gòu)成：通信模塊、顯示模塊、控制模塊、光隔離模塊及按鍵處理模塊。下面介紹控制模塊和光隔離模塊的設(shè)計(jì)。
(1)控制模塊：基于對(duì)單片機(jī)性能與價(jià)格以及控制柜系統(tǒng)對(duì)于單片機(jī)要求的考慮，選用AT89C52芯片。設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)價(jià)格便宜，所需功能都能實(shí)現(xiàn)，性價(jià)比高。設(shè)計(jì)缺點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)為串行處理，不能很好地滿足對(duì)執(zhí)行效率要求較高的系統(tǒng)。
(2)光隔離模塊：控制側(cè)接口電源采用獨(dú)立5 V電源，控制柜和加速器之間的信號(hào)采用速度為1Mb/s的光耦合差分器件6N136進(jìn)行連接；采用5 V的26LS32器件完成差分信號(hào)形式的輸入/輸出。如圖4所示。

3.2 控制器軟件設(shè)計(jì)
采用C語(yǔ)言進(jìn)行控制器軟件程序的編寫，它移植性好，在擴(kuò)充系統(tǒng)時(shí)可以很快移植運(yùn)行于UNIX操作系統(tǒng)。主要由主程序模塊、LCD顯示模塊、串口模塊、按鍵處理模塊及波形發(fā)生模塊組成。
主程序控制系統(tǒng)主要功能，單片機(jī)各部分的功能都在相應(yīng)子程序中實(shí)現(xiàn)。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性以及不影響控制器其他部分程序的運(yùn)行，串口以及波形發(fā)生均采用中斷方式實(shí)現(xiàn)。
3.3 頻率值誤差分析及校正
本系統(tǒng)用定時(shí)器0實(shí)現(xiàn)方波的定時(shí)時(shí)間。由于使用的單片機(jī)晶振是11.059 2 MHz，根據(jù)定時(shí)器0計(jì)數(shù)參數(shù)的計(jì)算公式：initial_value=t/MC。其中t為欲定時(shí)時(shí)間，t=T/2=1/(2×freq)；MC為89C52的機(jī)器周期，即MC=12/11.059 2，故initial_value=t/MC=460 800/freq。由此得出定時(shí)器0的計(jì)數(shù)初值：
TH0=(65536-initial_value)/256
TL0=(65536-initial_value)%256
由于單片機(jī)晶振為11.059 2 MHz，故實(shí)際的頻率值與理論值存在誤差。
加速器對(duì)于頻率值的要求比較高，在輸入頻率值50 Hz~250 Hz變化的范圍內(nèi)，要求在50 Hz、100 Hz、150 Hz、200 Hz、250 Hz的頻率值時(shí)，誤差范圍在0.5%以內(nèi)，其余頻率值時(shí)，誤差范圍在2%以內(nèi)。為滿足上述要求，當(dāng)頻率值是10的倍數(shù)時(shí)，根據(jù)讀取的頻率值，通過(guò)不斷糾正，直接給出initial_value的值，而不是通過(guò)公式算出的initial_value值。其他范圍內(nèi)的值，通過(guò)臨近范圍內(nèi)特殊頻率值的initial_value值乘上頻率值給出M的粗略值。其中，M的值要小于理論值460 800。
此方法計(jì)算出來(lái)的頻率值精度較高，能較好地滿足加速器對(duì)于頻率值精度要求高的設(shè)計(jì)要求。
本工業(yè)CT用駐波電子直線加速器測(cè)試系統(tǒng)具有模塊化的特點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)用需求進(jìn)行性能擴(kuò)展；實(shí)現(xiàn)了分項(xiàng)系統(tǒng)的質(zhì)量監(jiān)控的操作。由于采用了光隔離模塊，使控制柜能夠在工業(yè)環(huán)境中正常運(yùn)行，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，系統(tǒng)中通過(guò)對(duì)頻率誤差進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)計(jì)，滿足了加速器正常工作的需求。系統(tǒng)已試用于9MeV駐波電子直線加速器工業(yè)CT機(jī)中，運(yùn)行情況穩(wěn)定可靠。
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