基于高速单片机的x射线测厚仪数据采集系统设计

《基于高速单片机的x射线测厚仪数据采集系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于高速单片机的X射线测厚仪数据采集系统设计摘要：工业用测厚仪有接触式和非接触式两种，通常在线测量使用非接触式的，而X光测厚仪是目前非接触式中使用最多的。一般而言，工业上多采用以PLC和工业计算机为核心实现测厚数据的采集和处理，但该系统体积大、价格昂贵，不适合中、小型企业客户的需求。为此，提出基于高速单片机的X射线测厚仪数据采集系统，在保证系统工作效率和测量精的前提下，使系统的结构简化以及设备的成本降低了。关键词：高速单片机；X射线测厚仪；数据采集系统IX射线测厚的原理X射线测厚仪原理是利用X射线穿透被测物时的衰减规律来进行测量物体厚度的，因为X射线穿透物体时X射线强

2、度会有能量损失，我们就根据X射线穿透物体前后的能量差值来确定被测件的厚度。下面通过一个示意图来说明X射线测厚理论。如图1所示，10为X射线入射前的强度，I为X射线入射后的强度，△1=1-10即为X射线穿透物体前后强度的变化量。设t为被测物体的厚度，U为被测物体的x射线强度吸收系数(u与被测物体的材料性质有关)。在被测物体材料成分一定的情况下，则射线强度的变化量可用如下公式表示：-?驻？砖=?滋lot(1)当u和10—定时，上式可改写为：dl/l=-?滋dt(2)对两边积分得：(3)当t=0时，1=10,因此：l=IOe-?滋t(4)上式中，当U和10己知时，I仅是被测

3、材料厚度t的函数，因此只要测出I的大小即可计算出被测材料的厚度t。IX射线测厚仪系统结构2高速单片机C8051F060的特点美国Cygnal公司推出的C8051F系列单片机，将51系列单片机从MCU级推向了SoC时代。特别是C8051F06X系列，更是集当前单片机最新发展技术于一身，其功能己完全达到板卡级水平。与普通51系列单片机比较，有以下几个特点：(1)运行速度快：这是高速单片机C8051F060相较普通单片机最明显的一个特点，其运行速度是普通51系列单片机快10倍，其运行速度可达25MIPS(25MHz晶振)。(2)集成度高:单片机C8051F060片上有足够的

4、输入输出接口（含有59个I/O口，10位逐次逼近型（SAR）ADC和8通道可编程增益等），并且具备较大的数据和程序存储空间（有64kB的Flash、4352B的内部RAM,且可外扩至64kB）。因此使用时基本基本不需再另加辅助电路，从而大大简化了电路结构，同时也提高了系统的可靠性。（3）功能强大：C8051F060集成了CAN总线控制器，且单片机C8051F060内设功能多，包含有5个16位通用定时器，6个可编程定时器，有2个UART、1个SM（兼容12C）和1个SP等，具有开发费用低廉、抗干扰性强、适用于工业现场应用等特点，因此该单片机具有广阔的市场发展前景。虽然高

5、速单片机C8051F060虽然比普通的51系列有很大不同，但其编程指令与标准系列51单片机是兼容的，因而也比较容易掌握、幵发和学习。3X射线测厚仪数据采集系统的设计3.1X射线测厚仪的系统结构前面分析了传统的X射线测厚仪数据采集系统结构及原理，测量被测物体的厚度，关键是要能够测量出X射线入射后的强度I，因此在X射线测厚仪输入端必须要装一个X射线探测头，X其作用就将接收到的信号转换为电信号，然后将电信号经过前置放大器放大，再经基于单片机C8051F060的X射线专用测厚仪操作系统处理、转换，最后将得到的材料实际厚度数据送到专门的显示器显示出来。相比较传统的测厚系统，设计

6、的基于单片机C8051F060的X射线测厚系统具有以下特点：(1)由于采用单片机控制的X射线专用测厚系统体积较小，可以将此系统直接放在X射线探测头内，大大缩短了信号的传输距离，这样可以提高系统的抗干扰能力。(2)由于系统内传输和处理的信号为数字信号，因此设计的X射线测厚系统具有更好的稳定性;(3)由于C8051F060单片机具有高速的数据采样与处理能力，系统的动态响应速度快，因此系统很适合用在线测量系统中。3.2硬件电路设计如图2所示，以C8051F060单片机为核，加上配套的时钟电路、复位电路、数据采集电路、输入输出电路和处理电路，构成了结构较简单的X射线数据采集与

7、处理系统硬件电路。单片机的工作状态由连接到单片机P0.6端口的发光二极管D1指示，S2-S4与R10-R15等用于调零与校准补偿电路。同时为了使信号在工作现场不被电磁干扰，设计中需将RS232信号转换为RS485信号，再将信号输出到LED数码管显示出来。这里采用半双工通讯芯片MAX485作为转换接头。该硬件电路工作过程如下：（1）首先将经过被测物体衰减后强度为I的X射线转换为电流信号；（2）将信号通过前置电流放大器AD549放大；（3）将信号通过电压跟随器后送到C8051F060单片机的16位ADC输入通道进行电压采样；（4）采样后的数据经过单片机内