一种中子发生器无线控制系统及方法与流程

本发明涉及中子发生器控制领域，特别是涉及一种中子发生器无线控制系统及方法。
背景技术：
：中子发生器在中子照相、国土安全、元素分析等方面具有广泛的应用。然而，中子及其伴随的核反应射线易对人体造成辐射危害，需要操作者远程控制。目前，在实验室中，中子发生器与其外围控制台大多是通过线缆布线远程连接，外场测试使用时需要重新设计线缆布线。有线传输布线繁琐，需要大量人力物力，扩展性较弱。若增加设备，需要重新设计电缆布局，施工周期长，埋设电缆需挖坑铺管，还有穿墙过壁及许多不明因素(如停电、水)等问题，使施工难度大大增加，费时费力，维护成本高。技术实现要素：本发明的目的是提供一种实时性好、使用和扩展方便、组网方式灵活、信息安全性高的中子发生器控制系统及方法。为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种中子发生器无线控制系统，所述系统包括：远程控制中心、本地控制平台和通信模块，所述本地控制平台用于控制所述中子发生器的初始化、参数的调整和监控；所述远程控制中心用于对所述中子发生器的工作状态进行实时监测、显示、语音播报以及应急干预；所述通信模块为无线自组网通信模块DL-LN3X系列模块，所述通信模块包括本地通信模块和远程通信模块，所述本地通信模块用于所述远程控制中心和本地控制平台之间的信息通信以及所述本地控制平台内部的信息通信，所述远程通信模块用于所述远程控制中心和本地控制平台之间的信息通信。可选的，所述本地控制平台包括：储气器驱动电路，用于提供储气器所需的加热电流；离子源电压驱动电路，用于提供离子源电离所需的电压；加速高压驱动电路，作用在所述中子发生器的加速电极端，用于产生强电场；第一控制模块，所述第一控制模块与所述储气器驱动电路相连接，所述第一控制模块用于通过所述储气器驱动电路对所述储气器的电压和电流的进行初值设定、调整、监测，以及用于对所述储气器的电流值进行采集；第二控制模块，所述第二控制模块与所述离子源电压驱动电路相连接，所述第二控制模块用于通过所述离子源电压驱动电路对所述离子源的电压和电流进行初值设定、调整、监测，以及用于对所述离子源的电压值和电流值进行采集；第三控制模块，所述第三控制模块与所述加速高压驱动电路相连接，所述第三控制模块用于通过所述加速高压驱动电路对所述加速高压的电压和电流进行初值设定、调整、监测，以及用于对加速高压的电压值和电流值进行采集。可选的，所述远程控制中心包括：主控制器，所述主控制器用于对所述远程通信模块接收的数据进行处理，并根据处理后的数据发出指令，所述数据包括所述储气器的电流值、所述离子源的电压值和电流值、所述加速高压的电压值和电流值。可选的，所述远程控制中心还包括：FRAM存储模块、语音模块和显示模块，所述FRAM存储模块、语音模块和显示模块分别与所述主控器相连接，所述FRAM存储模块用于对所述数据进行存储，所述语音模块用于当所述数据超出阈值时，进行语音报警；所述显示模块用于显示所述数据。可选的，所述远程通信模块与所述主控制器相连接，所述本地通信模块包括第一通信模块、第二通信模块和第三通信模块，所述第一通信模块与所述第一控制模块相连接，所述第二通信模块与所述第二控制模块相连接，所述第三通信模块与所述第三控制模块相连接，所述第一通信模块、第二通信模块、第三通信模块和所述远程通信模块之间能够两两通信。本发明还提供了一种中子发生器无线控制方法，所述方法应用于本发明提供的无线控制系统，本地控制平台包括储气器驱动电路、离子源电压驱动电路、加速高压驱动电路、第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块，所述远程控制中心包括主控制器，所述本地通信模块包括第一通信模块、第二通信模块和第三通信模块，所述第一通信模块与所述第一控制模块相连接，所述第二通信模块与所述第二控制模块相连接，所述第三通信模块与所述第三控制模块相连接，其特征在于，所述方法包括：利用本地控制平台对中子发生器进行初始化以及参数的调整；利用远程控制中心对储气器的电流值、离子源的电压值和电流值、加速高压的电压值和电流值进行实时监测；利用远程控制中心判断所述储气器的电流值、离子源的电压值和电流值、加速高压的电压值和电流值是否均在各自设定的范围内；如果否，则利用所述远程控制中心发出启动应急方案的指令。可选的，所述利用本地控制平台对中子发生器进行初始化以及参数的调整，具体包括：利用所述第二控制模块启动离子源电压驱动电路；判断所述离子源电压是否达到预设值；如果是，则利用所述第二控制模块将启动储气器驱动电路的命令通过第二通信模块传送给第一通信模块，第一控制模块收到所述第一通信模块接收到的命令后，启动储气器驱动电路，释放出待电离的氘氚气体；判断所述离子源电压是否达到预定阈值范围；如果所述离子源电压达到预定阈值范围，则第二控制模块将启动加速高压驱动电路的命令通过第二通信模块传送给第三通信模块，第三控制模块收到第三通信模块接收到的命令后，启动加速高压驱动电路，引出氘氚离子；实时调整所述储气器电流和所述离子源电压，使所述离子源电流保持在所述预定阈值范围内。可选的，利用第一控制模块启动储气器驱动电路，释放出待电离的氘氚气体，具体包括：利用第一控制模块启动所述储气器驱动电路，产生储气器所需的加热电流；利用第一控制模块根据预先设定的加热电流经验曲线调节所述储气器驱动电路。可选的，所述利用远程控制中心对储气器的电流值、离子源的电压值和电流值、加速高压的电压值和电流值进行实时监测，具体包括：利用第二通信模块将所述离子源的电压值和电流值传输到所述远程通信模块；利用第一通信模块将所述储气器的电流值传输到所述远程通信模块；利用第三通信模块将所述加速高压的电压值和电流值传输到所述远程通信模块；所述远程通信模块将所述离子源的电压值和电流值、所述储气器的电流值和所述加速高压的电压值和电流值传输到所述远程控制中心的主控制器。可选的，所述利用所述远程控制中心发出启动应急方案的指令，具体包括：利用所述远程控制中心向本地控制平台发出人工设定安全电压值和电流值，或者，利用所述远程控制中心向本地控制平台发出切断所述储气器驱动电路、所述离子源电压驱动电路和所述加速高压驱动电路的电源的指令。根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的中子发生器控制系统由中子发生器本地控制台、远程控制中心和DL-LN3X系列无线通信模块组成，中子发生器各个驱动模块相互之间可以通过DL-LN3X系列无线通信模块实现控制参数的实时交换，本地控制台和远程控制中心也可以通过DL-LN3X系列无线通信模块进行通信，实现协调控制和应急干预。由于本发明采用了DL-LN3X系列无线通信技术，使得本发明提供的中子发生器控制系统及方法具有实时性好、使用和扩展方便、组网方式灵活、信息安全性高的优势。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例中子发生器无线控制系统的本地控制平台的结构示意图；图2为本发明实施例中子发生器无线控制系统的远程控制中心的结构示意图；图3为通信模块构成的网络拓扑结构示意图；图4为DL-LN3X系列模块引脚配置图；图5为加速高压生成电路示意图；图6为本发明实施例中子发生器无线控制方法流程图；图7为本发明实施例本地控制台中子发生器工作状态建立、维持和关闭的流程图；图8为远程控制中心工作流程框图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明的目的是提供一种实时性好、使用和扩展方便、组网方式灵活、信息安全性高的中子发生器控制系统及方法。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明提供了一种中子发生器无线控制系统及方法，该控制系统包括：远程控制中心、本地控制平台和通信模块，所述本地控制平台用于控制所述中子发生器的初始化、参数的调整和监控；所述远程控制中心用于对所述中子发生器的工作状态进行实时监测、显示、语音播报以及应急干预；所述通信模块为DL-LN3X系列模块，DL-LN3X系列无线模块是北京深联智达科技有限公司推出的无线频率为2.4GHz～2.45GHz自组网无线多跳系列模块简称。所述通信模块包括本地通信模块和远程通信模块，所述本地通信模块用于所述远程控制中心和本地控制平台之间的信息通信以及所述本地控制平台内部的信息通信，所述远程通信模块用于所述远程控制中心和本地控制平台之间的信息通信，所述本地通信模块与所述本地控制平台相连接，所述远程通信模块与所述远程控制中心相连接。作为本发明的一个优选的实施例，所述中子发生器可以选择潘宁型中子发生器。图1为本发明实施例中子发生器无线控制系统的本地控制平台的结构示意图，如图1所示，本地控制平台包括：储气器驱动电路102，用于提供储气器所需的加热电流；离子源电压驱动电路103，用于提供离子源电离所需的电压；加速高压驱动电路104，作用在所述中子发生器101的加速电极端，用于产生强电场；第一控制模块(MCU模块)105，所述第一控制模块105与所述储气器驱动电路102相连接，所述第一控制模块105用于通过所述储气器驱动电路102对所述储气器的电压和电流的进行初值设定、调整、监测，以及用于对所述所述储气器的电流值进行采集；第二控制模块(MCU模块)106，所述第二控制模块106与所述离子源电压驱动电路103相连接，所述第二控制模块106用于通过所述离子源电压驱动电路103对所述离子源的电压和电流进行初值设定、调整、监测，以及用于对所述离子源的电压值和电流值进行采集；第三控制模块(MCU模块)107，所述第三控制模块107与所述加速高压驱动电路104相连接，所述第三控制模块107用于通过所述加速高压驱动电路104对所述加速高压的电压和电流进行初值设定、调整、监测，以及用于对加速高压的电压值和电流值进行采集。以上三个MCU模块可以是DSP，也可以是单片机，或者是FPGA生成的控制器。本地控制台的三个MCU模块承担三个驱动电路模块电流和电压参数初值的赋值，参数值调整和监测任务，使其相互协调工作，进而辅助、驱动中子发生器建立、维持正常的工作状态。图2为本发明实施例中子发生器无线控制系统的远程控制中心的结构示意图，如图2所示，远程控制中心包括：主控制器202，所述主控制器202用于对所述远程通信模块201接收的数据进行处理，并根据处理后的数据发出指令，所述数据包括所述储气器的电流值、所述离子源的电压值和电流值、所述加速高压的电压值和电流值。所述远程控制中心还包括：FRAM存储模块204、语音模块205和显示模块206，所述FRAM存储模块204、语音模块205和显示模块206分别与所述主控器202相连接，所述FRAM存储模块204用于对所述数据进行存储，所述语音模块205用于当所述数据超出阈值时，进行语音报警；所述显示模块206用于显示所述数据。远程通信模块201与所述主控制器202相连接，所述本地通信模块包括第一通信模块108、第二通信模块109和第三通信模块110，所述第一通信模块108与所述第一控制模块105相连接，所述第二通信模块109与所述第二控制模块106相连接，所述第三通信模块110与所述第三控制模块107相连接，所述第一通信模块108、第二通信模块109、第三通信模块110和所述远程通信模块201之间能够两两通信。本地通信模块为DL-LN3X系列通信模块，既用于驱动电路与驱动电路之间的工作状态参数的通信，也用于三路驱动电路与远程控制中心之间的工作状态信息及控制指令的传送。远程通信模块201也为DL-LN3X系列的通信模块，用于接收中子发生器本地控制台发出的储气器电流参数，离子源和加速高压的电压和电流实时参数，并将实时参数传送到主控制器进行处理，完成数据存储备份和中子发生器工作状态信息的实时监测、显示和语音播报；控制中心对各路参数信息综合分析判别后，通过远程通信模块201，发送控制调节指令到所述中子发生器本地控制台，若参数异常(即电压或电流参数值超过安全阈值)，则启动应急干预，语音报警，操作者手动设定符合安全范围的电压和电流值，防止电流过大损坏储气器或电压过大异常放电。中子发生器本地控制台和远程控制中心开机后自动初始化，自动组网。中子发生器本地控制台的离子源电压驱动电路103先工作，后启动储气器，释放工作气体，当加热电流和离子源电压电流达到一定数值时，开启加速高压调节过程，此时储气器加热电流与离子源电压、电流会出现波动，逐步增加储气器加热电流，使其电流在0.6A～0.9A范围内，相关离子源电流维持在0.4mA～0.6mA范围内，离子源电压稳定在2000V～2200V范围内，三者达到动态平衡。在动态调节过程中，三路驱动电路间信息参数的传递通过本地通信模块来完成，同时远程控制中心的远程通信模块201一直处于收听监测状态，接收中子发生器本地控制台工作状态参数，在三驱动电路自动调节失效时，远程控制中心人为介入应急干预。整个系统中四个DL-LN3X通信模块构成的网络拓扑结构为对等型mesh结构，图3为通信模块构成的网络拓扑结构示意图，如图3所示，任何两个节点都要通信，控制器(MCU)通过串口UART通知模块目标地址和待发送的数据，模块会通过网络选择最优的路径，将信息传输给目标模块，而目标模块将通过串口UART输出源地址和上述的数据。远程控制中心模块与三个驱动模块，三个驱动模块之间构成mesh拓扑结构，任意两个模块之间都可以无线通信。每个模块拥有一个短地址，自动组成多跳网络。DL-LN3X系列模块(包括本地通信模块和远程通信模块)地址编码如下：DL-LN3X系列模块(标号)各模块短地址(举例)820B7910B21010A31110C5发送端按照一定格式把数据发给DL-LN3X系列模块，DL-LN3X系列模块会自动把数据发送到目标地址，各MCU根据接收数据后，根据源地址判断各驱动参数数据来源，分别从数据0，数据1提取电流和电压参数，数据2为系统关断参数值(00表示开，FF表示关闭)用于应急管理，关闭系统电源。串口发送/接收数据帧格式定义如下。DL-LN3X系列模块具体有DL-LN33，DL-LN32，DL-LN32P三种类型，芯片选型为CC2530F256，工作在全球免费的2.4GHz-2.45GHz频段，UART串口(支持波特率13种)，自组网最大跳数15跳，丢包重传最多15次。节点延时小于10ms。型号不同，发射功率和组网距离不同，应用中根据成本和作用距离选用其中一种。DL-LN3X系列模块使用相同的引脚配置如图4所示(图4为DL-LN3X系列模块引脚配置图)，接口简单，仅需要连接电源、地、波特率复位和UART收发引脚即可。在具体实施时，仅需要在常规的中子发生器控制台设备上安装通信模块，易于完成系统硬件设计。储气器驱动电路102用来提供储气器所需的加热电流，由储气器由加热电源和加热丝组成。储气器加热电源采用大功率晶体管电路或集成电路芯片实现快速加热。第一控制模块105控制储气器驱动电路102的输出达到控制加热电源电流可调输出的目的，并启动第一通信模块108，传送电流参数。离子源电压驱动电路103提供离子源电离所需的电离电压，由高压电源模块和数字电位器组成。对高压电源模块采用低压输入控制高压输出的模式，第二控制模块106调节数字电位器使得电离高压从0V缓慢增加到工作值(2000V～2200V)，实现对高压的连续调节，通过第二通信模块109，传送电压、电流参数。加速高压驱动电路104作用在中子管发生器加速电极端(正、负高压绝对值在100kV左右)。图5为加速高压生成电路示意图，如图5所示，第三控制模块107控制PWM生成器501，其由PWM波芯片或者单片机模拟生成PWM波，控制开关管的导通和关闭形成斩波电路502，产生脉冲低压，经过高频变压器503以及BOOST升压电路504二次升压得到连续可调高压。第三控制模块107通过第三通信模块110，传送电压、电流参数。远程控制中心主控制器202的作用是控制参数信息的接收，判断，发送，同时控制信息的显示，存储和语音报警。本发明提供的中子发生器控制系统由中子发生器本地控制台、远程控制中心和DL-LN3X系列无线通信模块组成，中子发生器各个驱动模块相互之间可以通过DL-LN3X系列无线通信模块实现控制参数的实时交换，本地控制台和远程控制中心也可以通过DL-LN3X系列无线通信模块进行通信，实现协调控制和应急干预。由于本发明采用了DL-LN3X系列模块无线通信技术，使得本发明提供的中子发生器控制系统及方法具有实时性好、使用和扩展方便、组网方式灵活、信息安全性高的优势。为了得到实时性好、使用和扩展方便、组网方式灵活、信息安全性高的中子发生器无线控制系统，本发明还提供了一种中子发生器无线控制方法，该方法应用于本发明提供的装置中，图6为本发明实施例中子发生器无线控制方法流程图，如图6所示，该方法包括以下步骤：步骤601：利用本地控制平台对中子发生器进行初始化以及参数的调整；步骤602：利用远程控制中心对储气器的电流值、离子源的电压值和电流值、加速高压的电压值和电流值进行实时监测；步骤603：利用远程控制中心判断所述储气器的电流值、离子源的电压值和电流值、加速高压的电压值和电流值是否均在各自设定的范围内；步骤604：如果否，则利用所述远程控制中心发出启动应急方案的指令，具体为利用所述远程控制中心向本地控制平台发出人工设定安全电压值和电流值，或者，利用所述远程控制中心向本地控制平台发出切断所述储气器驱动电路、所述离子源电压驱动电路和所述加速高压驱动电路的电源的指令。其中，步骤601具体包括：利用所述第二控制模块启动离子源电压驱动电路；判断所述离子源电压是否达到预设值；如果是，则利用所述第二控制模块将启动储气器驱动电路的命令通过第二通信模块传送给第一通信模块，第一控制模块收到所述第一通信模块接收到的命令后，启动储气器驱动电路，释放出待电离的氘氚气体；其中，利用第一控制模块启动储气器驱动电路，释放出待电离的氘氚气体，具体包括：利用第一控制模块启动所述储气器驱动电路，产生储气器所需的加热电流；利用第一控制模块根据预先设定的加热电流经验曲线调节所述储气器驱动电路。判断所述离子源电压是否达到预定阈值范围；如果所述离子源电压达到预定阈值范围，则第二控制模块将启动加速高压驱动电路的命令通过第二通信模块传送给第三通信模块，第三控制模块收到第三通信模块接收到的命令后，启动加速高压驱动电路，引出氘氚离子；实时调整所述储气器电流和所述离子源电压，使所述离子源电流保持在所述预定阈值范围内。步骤602具体包括：利用第二通信模块将所述离子源的电压值和电流值传输到所述远程通信模块；利用第一通信模块将所述储气器的电流值传输到所述远程通信模块；利用第三通信模块将所述加速高压的电压值和电流值传输到所述远程通信模块；所述远程通信模块将所述离子源的电压值和电流值、所述储气器的电流值和所述加速高压的电压值和电流值传输到所述远程控制中心的主控制器。图7为本发明实施例本地控制台中子发生器工作状态建立、维持和关闭的流程图，如图7所示，步骤如下：步骤701：本地控制台系统初始化；步骤702：DL-LN3X系列模块(包括本地通讯模块与远程通信模块)建立网络；步骤703：启动离子源电压驱动电路103，远程控制中心监测各驱动电路参数，若显示模块206的离子源电流参数值，示数初值为零，说明中子发生器101正常。步骤704：第二控制模块106每间隔500ms采集一次离子源的电压值，连续采用三次；步骤705：判断离子源电压达到预设值；步骤706：如果离子源电压达到预设值，则第一控制模块105启动储气器驱动电路102，储气器释放出待电离的氘氚气体，由于加热丝被加热后，温度升高，阻抗会随着温度变化，需按照内部预先设定的经验曲线调节加热电流，进而稳定释放氘氚气体，减小中子发生器101产额波动(即中子的数量和稳定性)；步骤707：每隔500ms采集一次离子源电压值、电流值和储气器电流值，连续采集三次；步骤708：判断离子源电流值和储气器电流值是否均达到预定阈值范围；步骤709：如果离子源电流值和储气器电流值均达到预定阈值范围然，则第三控制模块107启动加速高压驱动电路104，引出电离的氘氚离子。步骤710：判断离子源是否稳定；步骤711：如果离子源不稳定，则调节储气器的电流值。由于随着离子的引出，离子源电流会降低，需要调节储气器电流和离子源电压，使离子源电流保持在稳定值范围内，引出电压绝对值保持在80kV～100kV。具体操作：DL-LN3X系列模块网络建立之后，第一控制模块105，第二控制模块106，第三控制模块107，每间隔500ms启动电压和电流采样，采样为连续三次采样，根据三次采样值大小关系，并与设定的参数阈值比较，决定下一步电压和电流的调节趋势，使得电压和电流的实际值逐渐逼近阈值，进入稳定值范围。此后中子管发生器建立工作状态，进入稳态运行阶段。步骤712：如果离子源稳定，则判断是否收到结束指令；步骤713：如果没有收到结束指令，则维持系统稳定运行；步骤714：如果收到结束指令，则第三控制模块107，第一控制模块105，第二控制模块106依次关闭加速高压驱动电路104，储气器驱动电路102和离子源电压驱动电路103。将加速高压缓慢降至0V，这时离子源中的带电粒子将不会被高压引出，离子源电离电流将留有上升。关闭储存器加热电源电压，加热丝由于没有电流通过温度将降低，这样进行核反应的混合气体将被吸附到储存器内，离子源电离电流将持续下降，直至为0，说明管内气体已吸回，关闭离子源电压。关闭总电源，至此完成整个控制过程。图8为远程控制中心工作流程框图，如图8所示，远程控制中心的工作流程包括以下步骤：步骤801：远程控制中心主控制器初始化；步骤802：DL-LN3X系列模块(包括本地通信模块和远程通信模块)无线网络建立；步骤803：接收本地控制台发送的三驱动电路参数；步骤804：比较参数的预设阈值，根据需要，动态调节参数，同时将参数显示在显示模块206上，存储到铁电存储体FRAM存储模块205内，便于事后分析；步骤805：判断参数是否超过阈值；步骤806：如果参数超过阈值，则语音报警；步骤807：人为应急干预，通过按键阵列203设定安全电压和电流值，或发送切断驱动电路电源指令。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。当前第1页1 2 3