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离子加速器中水泄漏远程监测定位系统的应用研究

作　者: 曹丽蓉
导　师: 张瑞生；王彦瑜
学　校: 兰州大学
专　业: 计算机技术
关键词: 远程泄露监测嵌入式Internet RS-485 检测定位控制器
分类号: TL503.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

管道泄漏监测是多领域、跨学科的研究课题,涉及到计算机科学、现代通讯技术、管道流体力学、热力学、传感技术、微弱信号检测和信号处理等多个学科领域。本文针对兰州重离子加速器在水冷却过程中的水泄漏问题,完成了可以对水泄漏实现远程检测定位的系统设计。国家重点实验室兰州重离子加速器在原有两台回旋加速器的基础上又扩建了一台电子冷却储存环(CSR),由主环(CSRm)和实验环(CSRe)组成,至此兰州重离子加速器已成为一个庞大的系统工程。这个工程的用电、用水量特别大,大量的大功率电磁元件采用去离子水进行冷却,任何一个元件,由于水冷出现问题都将会导致整个系统停止正常运行,要恢复到原有状态需要很长时间；如果是大量跑水常常会损坏电磁元件或电子设备。本课题在这种背景下,通过对计算机技术、控制技术、通信技术、新材料传感器的研究,完成一个适合兰州重离子加速器的水泄漏实时远程监控系统,该系统可以大大提高机器运行效率降,低运行成本,减轻运行、调试人员工作强度。针对兰州重离子加速器的特殊要求,本课题做了大量的前期调研工作,传统的压力、压力梯度、检漏光纤、流量监测等模式都不能满足要求。使人欣慰的是一种新型的传感器-导电聚合物线缆(感应检测线缆)可满足加速器工程中水泄漏的监测要求,进而设计一报警与定位模块。并通过现场总线或者是以太网实现通讯过程。该系统有以下几个特点：1.可通过现场485总线连接到以太网通讯。2.系统映射传感电缆位置到现场科研设备。若有泄露发生,则立即报警。3.系统可以长期保存曾发生泄露的事故记录,包括时间、位置等情况。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 引言  10
  1.2 兰州重离子加速器(HIRFL)简介  10-13
    1.2.1 加速器实现的总体目标  12
    1.2.2 电子冷却储存环的应用前景  12-13
    1.2.3 加速器运行状态  13
  1.3 加速器控制系统  13-15
    1.3.1 加速器控制系统概述  13-14
    1.3.2 加速器控制过程概述  14-15
  1.4 课题的提出及研究意义  15
  1.5 课题来源  15
  1.6 本文主要工作  15-17
第二章监测定位系统Internet接入技术研究  17-22
  2.1 嵌入式Internet简介  17
  2.2 嵌入式Internet接入方案  17-19
    2.2.1 8位微控制器+TCP/IP协议芯片  17
    2.2.2 8位微控制器+现场总线协议+32位微控制器  17-18
    2.2.3 16/32位微控制器+RTOS+TCP/IP协议  18
    2.2.4 8位微控制器+轻型协议+网关  18-19
  2.3 加速器水泄漏监测定位系统的Internet接入  19-21
    2.3.1 RS-485传输线上匹配的一些说明  19-20
    2.3.2 监测定位系统的Internet接入  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第三章水泄漏监测定位控制器设计  22-43
  3.1 水泄漏监测定位控制器总体设计  22-28
    3.1.1 新型线缆传感器  22
    3.1.2 设计思想  22-24
      3.1.2.1 漏水信号测量分析及提取信号途径  22-23
      3.1.2.2 器件选择  23
      3.1.2.3 抗干扰措施  23-24
    3.1.3 控制器总体结构  24-28
      3.1.3.1 时钟电路  24-25
      3.1.3.2 系统复位电路  25-26
      3.1.3.3 系统地址分配译码  26-27
      3.1.3.4 系统电源  27-28
  3.2 数据采集及数据处理  28-38
    3.2.1 MAX197简介  28-31
      3.2.1.1 概述  28
      3.2.1.2 主要特性  28-29
      3.2.1.3 内部结构与引脚功能  29-30
      3.2.1.4 转换时序  30-31
      3.2.1.5 电子学特性(ELECTRICAL CHARACTERISTICES)等参数  31
    3.2.2 MAX197在本系统中的应用  31-32
      3.2.2.1 时钟信号  31
      3.2.2.2 控制信号  31-32
      3.2.2.3 参考电压信号  32
      3.2.2.4 自检电路  32
    3.2.3 数据采集编程  32-37
      3.2.3.1 数据采集流程  33
      3.2.3.2 控制字节(Control-Byte)及其格式  33-35
      3.2.3.3 判断结束的方法  35
      3.2.3.4 输出数据及其格式  35-36
      3.2.3.5 数据采集程序  36-37
    3.2.4 数据处理及数字滤波  37-38
      3.2.4.1 数据处理的时间可行性  37
      3.2.4.2 数据处理的滤波算法  37-38
  3.3 系统输入输出接口  38-41
    3.3.1 输入接口  38-39
      3.3.1.1 接口电路组成  38
      3.3.1.2 输入接口程序  38-39
    3.3.2 输出接口  39-41
      3.3.2.1 接口电路组成  39-40
      3.3.2.2 输出接口程序  40-41
  3.4 通讯接口  41-42
  3.5 本章小结  42-43
第四章系统抗干扰设计  43-48
  4.1 系统外部主要干扰渠道及抗干扰措施  43-45
    4.1.1 供电系统干扰及DC—DC隔离变换器的应用  43-44
    4.1.2 过程通道干扰及光电耦合器的应用  44-45
    4.1.3 空间干扰及屏蔽措施  45
  4.2 印制电路板及抗干扰电路设计  45-46
    4.2.1 地线设计  45-46
    4.2.2 电源线布置  46
  4.3 软件的抗干扰措施  46-47
    4.3.1 数字滤波  46-47
    4.3.2 指令冗余  47
    4.3.3 设置软件陷阱  47
  4.4 本章小结  47-48
第五章系统现场及应用结果  48-54
  5.1 现场区域划分与汇总  48-49
  5.2 系统现场分布情况  49
  5.3 应用结果  49-53
  5.4 本章小结  53-54
结论  54-55
参考文献  55-58
在学期间发表的论文  58-59
致谢  59

离子加速器中水泄漏远程监测定位系统的应用研究

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