工業(yè)CT用駐波電子直線(xiàn)加速器測試系統的研制

上位機不能直接對加速器施加控制信號，需要將控制信號值傳入控制器，通過(guò)控制器進(jìn)行相應處理后，再對加速器進(jìn)行控制。本測試系統采用RS-232進(jìn)行通信（長(cháng)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(kāi)機等功能直接通過(guò)航空插頭接在控制器上實(shí)現，通過(guò)控制器上的相關(guān)按鈕即可控制加速器的低預熱過(guò)程、高預熱過(guò)程、是否出束、是否截斷加速器電源等功能。另外，加速器的“使能控制”、“同步信號”等時(shí)序控制需要由控制器經(jīng)計算處理后對加速器進(jìn)行控制。
3.1 控制器硬件設計
根據測試系統設計的需要，控制器應設計與上位機通信的接口、參數模式及數值輸入接口、顯示接口?？紤]到抗干擾設計的需要，確定控制器硬件電路由以下5個(gè)模塊構成：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計。
(1)控制模塊：基于對單片機性能與價(jià)格以及控制柜系統對于單片機要求的考慮，選用AT89C52芯片。設計優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C價(jià)格便宜，所需功能都能實(shí)現，性?xún)r(jià)比高。設計缺點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C為串行處理，不能很好地滿(mǎn)足對執行效率要求較高的系統。
(2)光隔離模塊：控制側接口電源采用獨立5 V電源，控制柜和加速器之間的信號采用速度為1Mb/s的光耦合差分器件6N136進(jìn)行連接；采用5 V的26LS32器件完成差分信號形式的輸入/輸出。如圖4所示。

3.2 控制器軟件設計
采用C語(yǔ)言進(jìn)行控制器軟件程序的編寫(xiě)，它移植性好，在擴充系統時(shí)可以很快移植運行于UNIX操作系統。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。
主程序控制系統主要功能，單片機各部分的功能都在相應子程序中實(shí)現。為保證數據傳輸的實(shí)時(shí)性以及不影響控制器其他部分程序的運行，串口以及波形發(fā)生均采用中斷方式實(shí)現。
3.3 頻率值誤差分析及校正
本系統用定時(shí)器0實(shí)現方波的定時(shí)時(shí)間。由于使用的單片機晶振是11.059 2 MHz，根據定時(shí)器0計數參數的計算公式：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的計數初值：
TH0=(65536-initial_value)/256
TL0=(65536-initial_value)%256
由于單片機晶振為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，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?xún)?，其余頻率值時(shí)，誤差范圍在2%以?xún)?。為滿(mǎn)足上述要求，當頻率值是10的倍數時(shí)，根據讀取的頻率值，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。其他范圍內的值，通過(guò)臨近范圍內特殊頻率值的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。
此方法計算出來(lái)的頻率值精度較高，能較好地滿(mǎn)足加速器對于頻率值精度要求高的設計要求。
本工業(yè)CT用駐波電子直線(xiàn)加速器測試系統具有模塊化的特點(diǎn)，可根據實(shí)用需求進(jìn)行性能擴展；實(shí)現了分項系統的質(zhì)量監控的操作。由于采用了光隔離模塊，使控制柜能夠在工業(yè)環(huán)境中正常運行，增強了系統的穩定性。另外，系統中通過(guò)對頻率誤差進(jìn)行補償設計，滿(mǎn)足了加速器正常工作的需求。系統已試用于9MeV駐波電子直線(xiàn)加速器工業(yè)CT機中，運行情況穩定可靠。
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