基于ＰＣＩ總線的氡室監控與采集系統的研制

摘要：氡室作為刻度測氡儀器的一種標準裝置有著重要的應用，本文利用PCI-8408光隔離開關量輸入輸出接口卡作為數據采集接口，根據采集數據對氡室氣路進行控制，并通過MCGS組態軟件以設備驅動程序的方式控制繼電器的狀態，實現氡的自動補給和排放以及氡室內溫濕度的智能控制。從而保證氡室內氡濃度的動態穩定性。

關鍵詞：氡室；PCI總線；組態軟件；數據采集；智能控制

中圖分類號：TP273文獻標識碼:A文章編號：1009-3044(2008)27-2076-02

Research of Automatically Data Acquisition and Monitoring System of Radon Room Based on PCI-BUS

CHEN Rui1，ZHOU Shu-min2

(East China Institute of Technology， 344000 Fuzhou， China)

Abstract: Radon chamber is a standard equipment which demarcates Radon measure instrument. This paper introduces a high- speed data acquisition card called PCI- 8408 based on PCI bus， and data collection is controlled automatically by device driver using MCGS. The paper discusses the dynamic method and mathematic model which keeps the radon consistence stability in radon room.

Key words: radon chamber; PCI-BUS; configuration software; data acquisition; intelligent control

1 引言

氡室主要用于輻射測量領域里標定測氡儀器。除此之外，它也可用于進行放射醫學等學科的研究和測量。對氡室中氡及其子體濃度的測量數據的快速準確采集都必須經過嚴格控制。本文采用了 PCI- 8408 數據采集卡對氡室氣路進行控制，該卡采用了光電隔離技術，使計算機與現場信號之間全部隔離，提高了計算機與本卡在工作中的抗干擾能力和抗損毀能力。由 PC 機控制以實現采集工業現場的模擬信號或開關信號并進行處理，以模擬信號或開關量輸出完成系統的控制或指示。

2 氡室監控接口與組成

2.1 系統組成與設計

氡室監控與采集系統由氡室主要由箱體與氣路系統、氡源發生器與氡濃度監控系統、溫濕度調節與溫濕度等監測系統組成。

2.2 數據采集卡

系統設計選擇的是中泰PCI-8408光隔離開關量輸入輸出接口卡，它適用于PCI總線插槽的PC系列微機，具有即插即用（PnP）的功能。適用于工業現場中各種開關信號的自動控制以及計算機同數字儀器的接口。該卡上的16路開關量輸入回路中的前8路具有中斷捕獲功能，可用于外部電路的邏輯控制或開關控制，也可直接驅動小型繼電器或發光管，但其最大輸出電流為200mA左右。在 PCI-8408 數據采集卡工作時，CPU通過向對應的 I/O端口寫數據“1” 使某一路光電耦合器導通，寫數據“0” 使光電耦合器截止。

3 軟件設計

軟件設計主要是硬件的驅動及系統算法、調度、監督和控制等應用能力。本系統設計開發中選擇了 MCGS (Monitor and Control Generated System)工控組態軟件。

3.1 設備窗口管理

設備窗口是MCGS組態軟件所包含的一個窗體，主要完成對數據采集模塊的驅動連接及對采集信號定義設備變量，完成數據信號的輸入與輸出。

3.2 控制方案及算法設計

氡室氣路控制是通過應用程序直接操作數據采集卡的光電隔離輸出部分， 使其輸出高低電平以控制氡室氣路系統。

為了使氡在氡室中，在一段時間內保持某一期望濃度常常采用間歇式的方法來實現。其設計思路是：首先啟動氡源，實現氡室中氡量逐漸增加，直至所允許的最大值時， 能停止氡量的補給；然后待氡室中的氡量自然衰減到所允許的最小值時，若中途啟動氡源，又能使氡室中的氡量增加， 直至所允許的最大值時停止氡量的補給，這樣不斷重復。動態保持氡濃度的設計思想，可簡單地描述為：首次補氡->自然衰減->中途補氡->自然衰減->中途補氡->自然衰減->…

在多功能氡室自動監控系統中，準確確定“首次補氡”、 “中途補氡”及“自然衰減” 的時間長短是關鍵。為此必須研究氡室中的氡在這期間內氡量變化規律的數學模型。圖4可以定性地描述氡室內氡活度隨時間的變化規律。圖中，Q表示期望的氡活度值，Qmax表示氡室內氡活度的最大值，Qmin表示氡室內氡活度的最小值，兩者是由給定的相對誤差計算出來的。t0表示“首次補氡”的時間，T表示在誤差允許的范圍內“ 衰減”的時間，t表示“中途補氡”的時間。

4 結論

采用具有較強的抗干擾能力和自我保護能力的 PCI- 8408 光隔離脈沖計數定時接口卡對氡室氣路進行控制， 實現了氡室內氡的自動補給和排放， 提高了氡室濃度動態穩定性和氡室標定的準確性，滿足其性能要求。系統設計實現了計算機對標定數據處理的自動化， 這樣對消除標定數據的不同干擾， 降低由此產生的各種誤差， 客觀、 準確地反映實際問題起到了一定的作用，對提高系統的控制質量、充分利用計算機的控制性能有著巨大的優勢。該方案安全可靠，有很大的實用價值。

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