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无线电电子与电气工程百科全书 诺基亚5110液晶辐射统计仪两个版本无线电电子电气工程百科全书
在测量辐射水平的各种设备中，很难找到一种不仅能显示当前水平，还能显示其在一小时、一天、一个月内的动态变化的设备。 该信息将有助于评估真正的辐射危害。 所提出的设备在某种程度上填补了这一空白。 在开发和实现过程中，作者必须解决组织诺基亚 5110 手机 LCD 指示器（选择作为显示测量结果的方式）与 PIC 系列微控制器的交互问题，以及不仅仅是 Arduino 模块，互联网上有相应的库 [1]。 创建了两个设备，如图 1 所示。 2.图中左边的与作者之前开发的辐射计指示器[21]配合使用，在背景中可见。 第二个设备能够独立工作，因为它包含一个微型盖革-穆勒计数器 SBM-3 [XNUMX] 以及该计数器运行所需的所有元件。
统计指示器附件构建在 PIC12F683-I/P 微控制器 [4] 上，该微控制器执行所有必要的计算并控制诺基亚 5110 手机的 LCD。该设备对从固定时间间隔的仪表指示器。 通过将所需值写入机顶盒微控制器的相应 EEPROM 单元，可以轻松更改此间隔的持续时间。 为了使机顶盒与仪表指示器 [2] 联合操作，必须将本文所附文件 Ind_Stat_UNIVERSAL_SBM1.HEX 中的代码加载到 DD20 微控制器的存储器中。 为了下载它们，我使用了一个运行 WinPic5 v800 的自制编程器 [3.60]。 任何其他可以与 PIC12F683 微控制器配合使用的微控制器都可以。 该程序几乎占据了该微控制器的整个闪存。 与辐射计指示器 [2] 一起，该设备以三种模式确定并在 LCD 上显示 50 次测量（最多）样本中放射性辐射水平的统计指标： 1. 构建持续时间为 34 秒的最后 2 次测量结果的直方图。 盖革-穆勒计数器 SBM-20 的设备 [2] 中在这段时间内计数的脉冲数等于每小时微伦琴的辐射强度。 该模式下统计指示灯的液晶屏如图所示。 XNUMX. 屏幕上还显示了显示各种参数的区域。
2. 构建每小时平均辐射强度的最后五十个值的直方图（图3）。 计算中仅考虑盖革-弥勒计数器每 106 个脉冲中的一个。 这就是一小时内包含多少个 34 秒的间隔。
3. 构建平均日辐射强度的最后五十个值的直方图（图4）。 其中每个值均由程序计算为 24 小时测量值的平均值。
无论设置模式如何，设备都会计算并在 LCD 屏幕上显示以下信息： - 完成并显示在屏幕上的测量结果的最小值、最大值和平均值。 程序通过将这些测量结果相加（此外，超过 99 个单位的值将被忽略）并将总和除以它们的数量来计算平均值，并将商舍入为整数； - 测量结果的直方图。 随着数量的增加，直方图的新元素会添加到右侧。 达到最大测量次数 (50) 后，在添加每个新结果之前，程序会将整个直方图向左移动一个位置，同时擦除第一个显示的结果。 条形图上显示的最大值为 40 µR/h。 如果超过，程序将继续累加结果直至 99 μR/h，但指示器上的图像变为负值。 因此，无需持续监控设备的读数来修复超出阈值的问题。 要返回正显示，请按统计指示器中的可用按钮； - 设备内置电池的当前充电水平。 在模式 2 和 3 中，程序将屏幕上显示的每小时和每日测量的所有结果存储在微控制器的 EEPROM 中，并使用此信息在退出其中一种模式时恢复屏幕上显示的图像。 。 分析获得的直方图，我们可以注意到，无法从单次测量的结果可靠地确定平均辐射水平。 信息最丰富的是每小时测量值的直方图。 在图中。 在示例3中，在直方图的初始部分，在参观景观公园石窟时记录到辐射水平急剧上升，但仍未超过标准。 然后，混凝土和砖砌建筑内部的水平面存在差异——一种持续约十二小时的波浪。 石窟中辐射水平增加的原因是显而易见的，但关于建筑材料的影响的结论是推测性的。 每日测量值的直方图显示出相对稳定的水平。 如果需要，可以打开设备中液晶屏的背光。 如果没有它，设备消耗的电流不会超过 0,55 mA，在电池容量为 650 mAh 的情况下，它可以在全天候运行时保持约 49 天的运行时间。 如图所示参见图5，机顶盒的示意图无需特别说明，因为其主要功能都是由软件实现的。 机顶盒内置的 G1 锂离子电池充电控制板的 XS1 (miniUSB) 连接器由任何标准充电器或计算机的 USB 连接器提供 5 V 恒定电压。
充电控制板是现成的[6]，目前市场上有很多。 如果需要，可以使用TP4056芯片独立制作。 来自连接器 XS1 的充电电压也连接到连接器 XS2，因此当统计仪表连接到仪表指示器时，后者的电池也会充电。 为了使来自仪表的脉冲到达统计指示器的XS3连接器的引脚2，仪表的电路如图2所示。 [2]中的3进行了最小程度的修改。 其 XS1 连接器的引脚 10 通过 1 kΩ 电阻连接到晶体管 VT1 的集电极。 在统计指示器中，这些脉冲通过电阻R2进入DD1微控制器的GPXNUMX引脚，该引脚在程序中被指定为输入脉冲下降产生的中断请求的输入。 微控制器执行所有进一步的信息处理并将其结果输出到HGl LCD上。 电池电压G1通过集成稳定器DA1（LP1-1[2980]）以3.0V的电压提供给微控制器DD7和指示器HG3的电源电路。该稳定器的一个重要特点是其本身的低电流消耗，而不是负载电流为 170 mA 时超过 1 μA。 图中 LCD 引脚的名称和数量与印刷在其板上靠近外部连接的接触垫的标记相对应。 它们有两行 - 指示器屏幕下方和上方。 两行是相等的，每行由八个焊盘组成，这些焊盘只是复制另一行的焊盘。 这样做是为了方便将 LCD 连接到控制它的设备。 LCD 焊盘的用途如下： 1. RST - 信号输入，用于将指示器内置的 PCD8544 [8] 控制器设置为其初始状态（低电平 - 安装，高电平 - 操作）。 2. CE——信号输入，使信息输入到指示器控制器中（低电平——允许，高电平——不允许）。 3. DC - 加载到控制器中的代码的目标信号输入（低电平 - 命令，高电平 - 显示信息）。 4. DIN——串行接口的信息输入。 5. CLK——串行接口时钟输入。 6. VCC - LCD 电源电压正 (2,7...3,3 V)。 在网上可以找到供电电压可以达到5V的报道。但是我没有查这个。 7.灯-屏背光电源。 诺基亚 5110 LCD 在蓝色和红色印刷电路板上有两种修改。 要打开背光，如果板是蓝色的，则必须向灯接触垫施加正极性电压，或者如果板是红色的，则必须连接到公共线。 在这两种情况下，都需要安装一个与灯电路串联的限流电阻，尽管红板上已经为四个背光 LED 分别安装了 300 欧姆的电阻。 通过额外的 100 欧姆电阻 (R3)，红板上的背光消耗约 3mA 的电流。 8. GND——公共线。 给Nokia 5110 LCD 提供电压使其正常工作后，微控制器DD1 的程序必须执行初始化程序。 它首先发送一个信号将内置 LCD 控制器设置为初始状态，然后将 LCD 操作所需的所有参数写入控制器，包括沿 X 和 Y 的地址自动更改的顺序轴、屏幕上正图像或负图像的符号等。详细初始化过程在[8]中描述。 命令或信息以串行代码的形式逐字节传输到 LCD，从每个字节的最高有效位开始。 LCD 控制器使用 CLK 输入处下一个脉冲的上升沿读取提供给 DIN 输入的代码的每个数字。 LCD Nokia 5110 在屏幕上显示 48x84 = 4032 点阵元素。 事实上，显示字段由六行组成，高度为八个点，长度为84个点。 在所考虑的设备中，LCD 旋转 180 度安装о 围绕垂直于屏幕中心的相对于标准位置。 因此，屏幕水平（X）和垂直（Y）轴上地址为零的字节将显示在其右下角。 作者认为这个选项对于显示直方图列来说是最方便的，因为在这种情况下，当列高增加并且其末端移动到下一个字节时，该字节沿Y轴的地址也会增加。 由于原点位于屏幕的左上角，增加直方图条的高度将需要减少 y 地址。 由于 LCD 的旋转，出现了在其屏幕上显示信息的两个特征。 首先，每个信息字节从上到下显示在屏幕上，从最高有效位开始，以最低有效位结束。 其次，由于在初始化时设置了沿X轴自动增加地址的模式，因此字符(通常以六个字节为一组表示)在屏幕上以从右到右的方向显示。左边。 这就是您需要在程序中设置输出铭文的方式。 六字节编码中每个字符的格式是5x7点。 代码的第六个字节和前五个字节的最低有效数字（具有零值）在屏幕上的字符及其字符串之间创建间隙。 诺基亚5110 LCD允许在屏幕上显示504字节的信息内容，但不允许仪器的微控制器读取当前屏幕内容。 因此，存储其进一步使用所需的部分内容的任务被分配给微控制器，其EEPROM大小只有256字节。 信息字节显示在屏幕上后，其图像保持不变，直到电源电压关闭或另一个字节被写入同一地址。 在这方面，我不得不以编程方式清除屏幕。 否则，如果您尝试显示高度为 16 个点的直方图列来代替之前 16 点列的位置，则 XNUMX 点列将保留在屏幕上，只是取消了第八个点。 该前缀通过表面安装在面包板上进行组装。 DD1 微控制器安装在标准面板中，确保在必要时轻松重新编程。 该板被放置在外部尺寸为 74x53x17 mm 的盒子中，来自 Mini DV 标准视频盒。 对于电源开关 SA1、控制按钮 SB1、背光按钮 SB2 以及用于将电缆连接至 XS1 和 XS2 连接器的孔，均在外壳上开孔。 考虑一下 DD1 微控制器程序的功能，这些功能主要对于那些想要更改它的人来说很重要。 汇编语言程序是使用 MPLAB IDE v8.30 开发和调试环境创建和翻译的。 为了减少程序文本量并使其更具可读性，使用了一组宏命令，其定义收集在 KOROT-KO.inc 文件中。 该文件必须与程序源代码（*.asm 文件）位于同一文件夹中，否则汇编器将不接受宏命令。 还应该考虑到，当使用像 BTFSS 这样的指令时，在某些条件下，可以跳过其后面的指令，不会跳过整个宏指令，而只会跳过其中的第一条指令。 在这种情况下，您必须使用 GOTO 指令作为跳过指令，并仅在跳转地址处插入宏。 如上所述，微控制器的 EEPROM 的大小不允许存储屏幕上显示的所有信息，特别是对于三种模式。 此外，如果每34秒写入一次结果，1000000个写入周期的EEPROM资源将在大约一年的运行中耗尽。 因此，程序仅在每小时操作结束时写入 EEPROM，并且仅在模式 2 和 3 中写入。在模式 1 中，不执行记录，因此当切换到此模式时，直方图构建再次开始。 程序的逻辑如下： - 微控制器的寄存器存储器中分配了 50 个 REZULT1-REZULT50 寄存器，用于存储完成的测量结果，然后程序将其显示在 LCD 屏幕上。 为了确保在 EEPROM 中每小时或每天进行记录，该程序具有工作分钟、小时和天数的计数器； - 切换到模式 2 或 3 时，存储在 EEPROM 中的信息， 程序将重写 REZULT1-REZULT50 寄存器（如果执行的测量次数未达到 50，则重写其中的某些寄存器），然后将其显示在屏幕上。 换句话说，相同寄存器的内容总是显示在LCD屏幕上，但是当模式改变时，程序将与新模式相对应的信息从EEPROM传输到它们。 根据所选择的设备操作模式，寄存器中的信息会发生进一步的变化。 直接访问这么大量的寄存器太麻烦了，所以采用了间接寻址的方式。 其本质是程序将要操作的寄存器的地址（例如REZULT1）输入到FSR寄存器中，之后对物理上不存在的INDF寄存器的内容进行的所有操作实际上都是针对该内容进行的REZULT1 寄存器的值。 当 FSR 寄存器的内容加 2 时，REZULTXNUMX 寄存器等也会发生同样的情况。当然，所有已处理的寄存器必须无间隙地位于内存中，并且必须按照其内容必须处理的顺序。 类比微控制器的系统寄存器STATUS，程序创建了寄存器KONTR_REG和KONTR_IND_REG，其中每个数字的值对应于满足某些条件（例如，达到直方图上显示的最大测量次数或需要显示虚线）。 这样就不必每次都检查这些条件的满足情况，而只监视寄存器相应位的状态。 当将 HEX 文件中的代码加载到微控制器时，一组字节将被写入前 84 个 EEPROM 单元（从地址 0x00 到 0x53），这些字节形成 LCD 屏幕上的上部字符串，当程序被执行。 EEPROM 的其余内容由程序在执行过程中生成： - 模式50中2个服务寄存器的内容和XNUMX个测量结果； - 模式50中3个服务寄存器的内容和XNUMX个测量结果； - 在地址 0xFB 处，电池使用的天数。 初始值 - 0； - 在地址 0xFC 处，电池当天剩余工作小时数。 初始值 - 24 (0x18)； - 在地址 0xFD 处，电池运行的计划天数； - 在地址 0xFE 每小时的测量次数； - 在地址 0xFF，一次测量的持续时间（以秒为单位）。 如有必要，可以使用编程器更改最后三个单元格的内容。 指示器上的程序显示的所有模式数字和字母的代码表位于微控制器程序（闪存）存储器的末尾，从地址 0x760 开始。 考虑到字符在屏幕上从右到左显示。 PIC12F683-I/P 单片机在零组中有 96 个通用寄存器，在第一组中有 32 个此类寄存器。 程序中不可能只使用零组，因为只为测量结果分配了 50 个寄存器。 使用第一个bank的寄存器还导致在程序执行过程中需要反复更改所使用的bank的编号。 修改程序时必须考虑到这一点。 程序的主循环是空的。 该程序在以下中断处理过程中执行其所有任务： - 通过降低 GP2 输入处的电平差（处理来自 Geiger-Muller 计数器的脉冲）； - 通过更改 GP3 输入的电平（按 SB1 按钮进行处理）。 除了切换统计指示器的操作模式外，此按钮还允许您在充电后重置电池计算出的时间计数器。 为此，请在按下按钮的同时打开设备。 如果在接通电源后，按住按钮超过 3 秒，测量结果将另外完全重置为零； - 通过定时器1溢出，当内部微控制器发生器的频率为2 MHz时，溢出周期为1 s（考虑到软件调整）。 基于所描述的附加组件，开发了第二个设备 - 自主统计辐射计，如图 1 中的照片所示。 6 对。 为此，在所考虑的指示器附件中添加了一个块，其方案如图 5 所示。 图 2（元素编号继续图 6 中开始的部分），是在指示器仪表 [5] 的基础上开发的。 图中标记的电线。 2个字母A、B、C，应与图中相同的点相连。 XNUMX、拆下XSXNUMX连接器。
与 [2] 相比，使用了微型盖革-穆勒计数器 SBM-21 (BD1)，其尺寸（长度 - 21 毫米，直径 - 6 毫米）使得可以在同一外壳中安装功能齐全的设备来自迷你 DV 录像带，如所考虑的那样。上面的附件。 图 7 显示了独立设备在外壳中的外观，但前面板上没有带有解释性铭文的覆盖层。 XNUMX.
注。 在液晶屏上如图所示。 显示 7 个乌克兰语铭文：年（年）- 小时、wimir。 (vimipiv) - 测量。 SBM-21 计数器、电压倍增器（VD1-VD7 二极管、电容器 C4、C6-C9、C11、C12）和附加微控制器 DD2 位于板的顶部。 为此，我必须通过移除 LCD 板的下排（图 7 中的上排）接触垫来切割 LCD 板。 振动电机M1、晶体管VT2、稳压器DA1位于主板右下电池充电控制板下方。 悬挂式安装。 为微控制器提供面板。 盖革-穆勒计数器单元的操作和配置与[2]中详细描述的类似，因此我们仅考虑对电路和程序所做的更改。 BD1计数器的高压驱动器中使用绝缘栅场效应晶体管BS107A（VT3）作为电子钥匙，而不是高压双极晶体管，从而将该节点消耗的电流减少了约三倍。 电池电压和辐射水平的 LED 指示器被排除在外，因为这些功能已分配给 HG1 LCD，而指示器附件中已存在该 LED 指示器。 该单元中使用晶体管将微控制器设置为其在设备中的初始状态 [2]。 由于程序更改，不再需要该节点，释放的晶体管 (VT2) 用于通过手机控制振动电机 M1。 当发出电源电压信号时，DD2 微控制器会短时间打开该电机，当间歇工作时，振动电机会发出辐射水平超过 99 μR/h 的信号。 当辐射水平超过 1 μR/h 或按下 SB1 按钮时，微控制器会打开 BD1 计数器的声音（压电发射器 HA40）和光（HL3 LED）脉冲重复器。 SBM-21 计数器的工作电压为 260...320 V [3]，低于 SBM-20 的工作电压。 微控制器DD2在晶体管VT3的栅极产生的脉冲在计数器上提供300V的电压。 配备 SBM-20 计数器的设备在大约 50 分钟内执行 28 次测量。 但对于SBM-21计数器来说，这个间隔要长得多——4小时10分钟。 为了方便分析仪器读数，在每小时测量模式下，除屏幕上部每十次测量一次的短虚线标记、每24小时一次的垂直虚线标记外，还增加了每小时间隔的虚线标记。 屏幕上的倒计时从右向左进行。 这样可以更轻松地确定一小时或一天前的辐射水平。 为了降低电流消耗，微控制器DD1和DD2的时钟频率降低至250kHz。 两个微控制器中定时器 1 溢出的重复周期已增加至 6 秒。 这导致在打开和更改模式时在屏幕上绘制图像的速度相当慢，但它可以使设备消耗的总电流达到 0,66 mA。 容量为650mAh的电池，单机可工作40天以上。 要使用 SBM-21 计数器块，您需要将程序从 Ind_Stat_SBM1.HEX 文件加载到 DD21 微控制器中。 当程序从 HV_SBM2.HEX 文件加载到 DD21 微控制器时，其操作所需的参数值会自动输入到微控制器的 EEPROM 中： - 地址 0x00 包含六秒定时器 1 溢出周期 (0x32) 中一次测量的持续时间； - 在地址 0x01 处，有一个通过实验选择的参数值 0x61，用于设置 SBM-21 计数器的电源电压。 该值越大，电压越低； - 地址 0x02 包含第一个阈值的值（0x28 - 40 μR/h）； - 地址 0x03 包含第二个阈值 (0x63 - 99 µR/h)。 如有必要，可以通过纠正相应 EEPROM 单元的内容来轻松更改这些值。 最后，我想强调的是，本文中描述的两种设备的性能都经过了近两个月的测试。 然而，他们的软件并不声称是最佳的，因为它是通过渐进复杂化的方法开发的。 作者在撰写本文的过程中对已经存在的程序进行了一些改进。 值得注意的是，设备功能的扩展不需要改变其电路和设计。 微控制器程序可以在 ftp://ftp.radio.ru/pub/2017/03/stat-izm.zip 找到。 文学
作者：S. Makaretz
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