采用ARM7的S3C44BOX的嵌入式定量分析系统设计方案
1 系统原理及总体方案设计
1.1 系统原理
Γ射线,它与物质的相互作用主要是光电效应。不同物质由于原子序数不同,对Γ射线的质量系数也明显不同,意味着按不同比例配制的煤与矸石的混合燃料,其吸收系数会发生明显变化,因此通过放射性强度的测量,可以分析混合燃料中煤与矸石的混合比例。
用单能、窄束Γ射线照射混合燃料,经理论推导可得:
式中:Αc,Αg分别为混合燃料中煤、矸石的重量百分比;Μc,Μg,Μp分别为煤、矸石、混合燃料的质量吸收系数;Μm为待测的质量吸收系数;I0,I分别为Γ射线穿过物体前、后的强度;V为标准样品盒的净容积,D为盒内样品厚度,二者均可看作已知常量;Ρ为样品密度。
因此只需要测出Γ射线照射混合燃料前后的强度及混合燃料的质量,就可以计算出煤、矸石的重量百分比。
1.2 系统总体方案设计
系统主要包括Γ射线源、探测器、数据采集电路、精密电子天平、S3C44BOX硬件平台、LCD显示屏、网络接口。硬件框图如图1所示。
系统的核心是S3C44BOX微处理器,它是Samsung公司推出的16/32 B RISC处理器,采用2.5 VARM7TDMI内核,0.25/Μm工艺的COMS标准宏单元和存储编译器。它提供了丰富的内置部件,主要包括8 KB Cache、内部SRAM、带自动握手的2通道URAT、4通道DMA、系统管理器、RT-C、I/O端口、LCD控制器等,很好地满足了系统设计要求。S3C44BOX可以很方便地扩展一个网络接口,实现数据的网络传输。另外S3C44BOX提供了70多个I/O端口,极大地方便了以后的功能扩展。
信号采集电路采集Γ射线的能量信号,精密电子天平同步测量混合燃料的质量信号,并通过RS 232串口将数据传送到处理器,S3C44BOX对采集到的数据进行处理,得到煤与矸石的混合比例,将其显示在LCD屏上,同时可以通过网络接口将数据传送到远程PC,以备后期分析。
2 系统功能模块设计
2.1 Γ射线强度检测部分
由探测器、线性放大电路、脉冲幅度分析电路等几部分组成,原理框图如图2所示。
NaI闪烁探测器输出与入射Γ射线成正比的脉冲信号,入射Γ射线强度越大,单位时间内探测器输出的脉冲数就越多。
线性放大电路对探测器输出的脉冲进行放大整形,以满足后接信号处理设备的要求。LMl38集成运算放大器具有15 MHz带宽,转换速度达50 V/Μs,LMl38先对Γ脉冲进行放大,然后进行成形,最后由缓冲放大器输出。
脉冲幅度分析电路由2个甄别器和1个反符合电路组成。2个甄别器分别设定计数脉冲的上下阈值,上下阈值之差即为道宽,反符合电路输出此设定道宽内的脉冲。如图3所示。
脉冲幅度分析电路的上下阈值选取Γ射线的全能峰脉冲,送到微处理器的计数器计数,根据单位时间内落在此道宽内的脉冲计数即可测得Γ射线强度。
2.2 质量信号采集部分
系统选用JA2003精密电子天平测量混合燃料的质量,它采用专利陶瓷电容称重技术,内部集成一个用户温度补偿电路,具有测量精度高等优点。JA2003带有一个标准的RS 232接口,可以很方便地实现和S3C44BOX之间的通信。
当天平与S3C44BOX连接时,可以使用立即打印符“#”进行数据传送,天平将显示的数据以字符串的形式传送给处理器。数据格式如下:
+/- 1 2 3 4 5 6 . CO C1 C2 C3 CR LF前六个为数字区,前面通常有符号(+或-)。C0为空格,当天平被设定为自动模式时C1为空格,C2表示传出单位,如果天平设定的单位为克时,则传送“G”,C3表示数据传输的稳定性,空格表示不稳定,“S”表示传输稳定,CR、LF分别代表回车和换行符。
2.3 网络传输部分
RTL8019AS是台湾Realtek公司生产的以太网控制器,适应于EthernetⅡ,IEEE 802.3,全双工,收发可同时达到10 Mb/S的速率,支持8 B、16 B的数据总线。RTL8019AS内部可分为本地DMA通道和远程DMA通道,本
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