基于MSP430的多探頭核輻射劑量率儀研制

摘要：為滿足核輻射探測(cè)儀便攜化，智能化的要求，探討了以MSP430F169單片機(jī)為核心的多探頭核輻射劑量率儀的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法。在介紹了整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)儀器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了詳細(xì)說明，重點(diǎn)討論了通過單片機(jī)給多個(gè)探頭供高壓電的原理和分別連接多個(gè)探頭后數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方法，并給出了單片機(jī)外圍電路的原理圖。試驗(yàn)證明，該儀器完全可以用于核輻射探測(cè)領(lǐng)域，且具有小型化、數(shù)字化、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：MSP430；便攜化；智能化；核輻射；多探頭

目前國(guó)內(nèi)的輻射防護(hù)儀表無(wú)論是便攜式的還是固定監(jiān)測(cè)式的儀器都是采用一個(gè)探頭對(duì)應(yīng)一個(gè)主機(jī)的形式，而國(guó)外已經(jīng)有多個(gè)探頭對(duì)應(yīng)一個(gè)主機(jī)的機(jī)型，這種多探頭輻射測(cè)量?jī)x具有的最大優(yōu)勢(shì)就是在主機(jī)不變的情況下只需更換不同的數(shù)字探頭就可以分別測(cè)量α，β，γ的劑量率；而且測(cè)同一種射線時(shí)還可以根據(jù)不同情況選擇不同種類的探頭，利用所選探頭的優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)大儀器的量程；同時(shí)還避免了同類電路板的重復(fù)開發(fā)，產(chǎn)品的升級(jí)以及系統(tǒng)構(gòu)成的變化只需改變軟件，這樣從很多方面都大大降低了成本。

1 系統(tǒng)概述
本系統(tǒng)由探頭和主機(jī)兩個(gè)部分組成。外接探頭內(nèi)部的探測(cè)器類型包括測(cè)量α的ZnS探測(cè)器、測(cè)量β的塑料閃爍體探測(cè)器，測(cè)量γ的NaI晶體探測(cè)器，以及同時(shí)測(cè)量α，β的雙閃爍體探測(cè)器和同時(shí)測(cè)量α，β，γ的雙GM管探測(cè)器。探頭內(nèi)置一片MSP430F169型單片機(jī)，以提高其數(shù)字化程度；主機(jī)是以單片機(jī)MSP430F169為核心檢測(cè)系統(tǒng)。MSP430F169單片機(jī)是超低功耗的16位混合信號(hào)處理器，在運(yùn)算性能上比8位處理器高，遠(yuǎn)不止兩倍。在本設(shè)計(jì)中，MSP430F169大部分時(shí)間工作于低功耗模式0情況下，此時(shí)耗電為50μA／s，只有主機(jī)向探頭發(fā)送命令時(shí)，才觸發(fā)一個(gè)極短暫運(yùn)行。運(yùn)行期間電流消耗250μA／MIPS左右。此系統(tǒng)用于查詢探頭檢測(cè)到的實(shí)時(shí)劑量率和歷史數(shù)據(jù)及設(shè)置探頭所需的參數(shù)，當(dāng)射線進(jìn)入各類型探測(cè)器后產(chǎn)生電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)整電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)脈沖頻率信號(hào)，探頭內(nèi)單片機(jī)系統(tǒng)在設(shè)置的時(shí)間內(nèi)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，再利用相應(yīng)的算法計(jì)算出劑量率，將該劑量率通過RS 485總線傳送給主機(jī)，最后在主機(jī)的液晶顯示界面將劑量率顯示出來(lái)。

2 數(shù)字探頭介紹
圖1就是數(shù)字探頭的結(jié)構(gòu)，將探頭數(shù)字化可以說是本設(shè)計(jì)的一個(gè)核心內(nèi)容，其內(nèi)部的單片機(jī)與主機(jī)中的單片機(jī)通過RS 485總線相互通信，完成修改參數(shù)，傳輸數(shù)據(jù)的功能。

數(shù)字探頭是由探測(cè)器、放大電路、甄別成型電路和一片MSP430單片機(jī)組成；而常規(guī)的模擬探頭只是由探測(cè)器和前置放大電路和脈沖成型電路組成，由此可見，數(shù)字探頭的集成度更高，智能化更強(qiáng)，適合編程控制。本文中所用到的數(shù)字探頭就可通過編程修改以下參數(shù)：
測(cè)量時(shí)間：0～60 s；測(cè)量次數(shù)：0～99次；校正因子：0．01～9．99；零點(diǎn)：-20～+20；高壓：-1 000～+500 V。