气载放射性测量中环境参数监测与采样流量控制技术的研究

论文摘要

气载放射性物质是指由空气或其他气体介质所载的放射性物质,包括放射性气体和放射性气溶胶。气载放射性物质是无所不在的,各行各业所在的环境都存在着不同程度的污染问题。我国需要进行气载放射性物质监测的领域越来越多,对监测仪器的要求也必将越来越高。此方面的研究逐渐受到科研工作者的重视。然而放射性监测仪器在国内只有少数几个企业生产,绝大部分依靠进口。因此为开发较先进的气载放射性物质监测仪提供一个切实可行的气体采样控制方案,实现测量取样过程中对气体温度、湿度、压力、流量实时监测和流量控制具有非常重要的意义。本文提出一个以Intel 51系列单片机为控制核心,拟应用于气载放射性测量中环境参数监测与取样的装置。硬件部分对传感器、A/D转换器件、USB芯片、键盘和数码显示芯片、光耦隔离与直流泵驱动芯片的选择和使用进行了详细介绍:软件部分包括上下位机软件,分别通过Visual Basic语言和汇编语言实现数据采集及直流泵流量控制,并设计采用PID控制算法对泵流量稳定性进行改善。本文温度传感器采用单线数字温度传感器DS18B20,它可直接将被测温度转化为串行数字信号,同时可以实现9～12位精度的读数;湿度传感器采用的是HIH系列-4000,它可以输出直接输入到模数转换器件中与湿度成正比的线性电压,经过模数转换后送入单片机中处理:模数转换器件采用12位高速转换芯片MAX197:压力传感器采用的是具有温度补偿功能的MPX4100;流量传感器采用AWM5104型传感器。本文采用USB作为单片机与上位机进行数据通信的接口,选用内置固件程序的CH372 USB接口芯片。键盘管理选用具有消除抖动电路并直接输出BCD码的MM74C922芯片。数码管显示芯片采用集译码、驱动、锁存三个功能为一体的MAX7219芯片。考虑到采样过程中,泵流量不稳定会对测量结果造成影响,本文设计通过PID算法来对采样进行恒流控制。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景
• 1.2 国内外研究现状及发展方向
• 1.3 研究的主要内容
• 第2章 温度、湿度、压力、流量参数监测技术
• 2.1 温度数据采集
• 2.1.1 温度传感器的选择
• 2.1.2 温度传感器的应用
• 2.2 湿度数据采集
• 2.2.1 湿度传感器的选择
• 2.2.2 HIH-4000的应用
• 2.3 压力数据采集
• 2.3.1 压力传感器的选择
• 2.3.2 压力传感器的应用
• 2.4 流量数据采集
• 2.4.1 流量传感器的选择
• 2.4.2 流量传感器的应用
• 2.5 模数转换
• 2.5.1 模数转换器件的选择
• 2.5.2 MAX197的应用
• 第3章 采样气体流量控制技术方法
• 3.1 直流泵的选取
• 3.2 直流泵控制方法
• 3.2.1 PWM脉宽调制的基本理论
• 3.2.2 PWM实现途径
• 3.2.3 直流泵的驱动
• 3.3 PID控制算法理论基础
• 3.4 PID程序设计
• 第4章 气体参数监测与采样控制系统设计
• 4.1 系统整体设计
• 4.1.1 整体硬件设计
• 4.1.2 整体软件设计
• 4.2 气体参数监测设计
• 4.2.1 温度传感器DS18B20的软件设计
• 4.2.2 模数转换芯片MAX197的软件设计
• 4.3 单片机应用系统设计
• 4.3.1 键盘设计及应用
• 4.3.2 数码显示设计及应用
• 4.3.3 USB接口设计
• 第5章 气体参数监测与采样控制系统调试
• 5.1 温度传感器及数码显示电路调试
• 5.2 湿度和压力传感器电路调试
• 5.3 模数转换电路调试
• 5.4 流量传感器电路调试
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 附录1:硕士期间发表论文
• 附录2:实物图
• 附录3:电路板PCB图
• 致谢