CSR中的磁铁温度测控系统的设计

引言
HIFRL-CSR中磁场的作用是约束离子行为，带电粒子束在磁场中聚焦和传输，磁场性能的好坏直接影响到束流的品质，而磁铁温度又影响着磁场的安全性能。在加速器控制系统中，放置在CSR主环的磁铁多达40多个，要对其数百个点进行测温，所以对磁铁温度进行监测非常重要。本设计根据这一要求进行磁铁温度的检测，温度过高时为中央控制室提供报警和提示，同时中央控制室也可对磁铁电源进行远程测量与控制。

1.硬件系统组成
国家重大科学工程HIRFL-CSR（兰州重离子加速器冷却存储环）的控制系统由两部分构成：总体控制和前端控制服务器。总体控制包括网络通信支持系统、集群服务系统、数据库系统。前端控制服务器用来提供对受控目标和装置的完全控制,它们可以接收命令和数据，运行算法，向设备送出控制信号，返回设备的状态和数据，提供人机界面等。按照现场要求执行开环或闭环控制,从而完成对CSR电源系统，注入引出系统，内靶系统，真空系统，温度测控系统, 电子冷却系统等各个分系统的监视测量，故障报警，操作和控制。CSR总体控制系统图见图1
图1 CSR总体控制系统图
2 磁铁温度测量系统硬件设计
本设计采用的单片机是美国德州仪器公司的MSP430F449。它是一款超低功耗，功能强大的单片机。其电源电压范围为1.8V-3.6V；直接驱动液晶，驱动能力可达160段；16位精简指令结构（RISC）与16位寄存器保证了可编制出高效的程序；内部可实现数控（DCO）的RC振荡器使系统从待机到唤醒的响应时间不超过6us；具有丰富的外围模块，其16位A/D转换器带有内部参考源，采样保持，自动扫描等特性；48个可达独立编程的I/O口；2个串行通信接口USART0与USART1；FLASH存储器多达60KB,擦写次数可达10万次。
系统设计中数据采集选用MSP430F449单片机的内部A/D转换，键盘与显示模块可由MSP430F449的I/O口直接驱动，并且外部不用扩展存储器和I/O口。系统硬件框图如图2所示

2.1数据采集单元
本系统采用Pt100作为测温元件，该元件在0℃～850℃时温度与阻值对应关系为：
RPt100=100(1+At+Bt2)
式中A=3.90802*10-3;B=-5.80*10-7;C=4.2735*10-12
设计中Pt100与电阻组成的桥式电路把由温度变化而引起的Pt100的阻值变化转化为电压变化输入运算放大器，放大后的信号在MSP430的控制下由模拟开关选择进入MSP430的P6口进行A/D转换，ADC12采用外部参考电平工作，可对0~3V的模拟输入信号进行转换，对慢变化信号在模拟端还增加了低通滤波。此外，为了使3.3V系统与典型的5V供电系统之间能够进行正确的数据传递，来自MSP430F449的信号都增加了驱动。