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无线电电子与电气工程百科全书 辐射水平指示器
拟议的放射性辐射水平指示器的一个显着特点是它由 PIC12F683 微控制器控制。 在开发该设备时，作者熟悉了许多与此主题相关的现有工业和业余无线电设计。 例如，去年《广播》杂志第10期就刊登了其中一篇的描述。 通过创建此设备，作者旨在使其功能更接近普通人的需求。 引起读者注意的设备具有以下特点： - LED（通过闪烁次数）直接以 μR/h 为单位指示放射性辐射水平； - 强制声音和灯光（闪烁）指示辐射源的注册脉冲（在正常模式下，它被禁用以节省电池电量并消除烦人的心理影响）； - 当超过 50 μR/h 阈值时，自动包含已记录的辐射源脉冲的声光指示； - 当超过第二个阈值 75 μR/h 时，自动激活警报； - 第一和第二阈值的值，以及所用电池的参数和设备操作所需的盖革计数器的特定类型，均存储在微控制器的非易失性存储器（EEPROM）中并可根据个人要求方便地进行更改； - 自然放射性本底条件下运行时的电流消耗 - 小于 1 mA（实际测量 - 0,86 mA），使用容量为 750 mAh 的旧锂离子电池的运行时间 - 超过 35 天； - 电池寿命剩余天数的 LED 指示； - 控制蓄能器的张力状态； - 通过标准 USB 连接为电池充电； - 最大尺寸（主要由使用的盖革计数器 SBM-20 确定）120x30x25 毫米。 因此，所提出的设备具有较长（超过一个月）的运行时间，无需对电池进行充电，在超过规定的放射性辐射水平时发出警报，并直接以微伦/小时指示辐射水平。 指示计的照片如图 1 所示。 2、装置方案如图XNUMX所示。 XNUMX.
在描述设备的操作之前，有必要考虑如何通过盖革计数器（在我们的例子中为 SBM-20）的脉冲确定放射性辐射水平。 根据制造商的数据[1]，该计数器对伽马辐射的灵敏度为420±20脉冲/秒，辐射强度为4μR/s，相当于14,4mR/h。 因此，1 mR/h 的辐射水平将对应于 420 ± 20 / 14,4 = 29,17 ± 1,39 imp./s，或者相同，1750 ± 83 imp./min。 让我们将 1 mR/h 分解为因子，例如 50x20 μR/h，在这种情况下，在 20 μR/h 的辐射水平下，盖革计数器 SBM-20 将产生 1750±83/50 = 35±1,7 个脉冲/分钟 找到盖革计数器以 20 ± 35 脉冲/分钟的计算速率发出 1,7 个脉冲的时间后，我们获得了盖革计数器的脉冲数对应于每小时微伦辐射水平的时间间隔：（60 s / 35 ± 1,7，20 个脉冲）x 34,3 = 32,7 s（考虑到扩展 - 从 36 到 XNUMX s）。 这个计数脉冲的时间间隔由PIC12F683单片机内置的定时器1形成。考虑到软件设置，定时器1的周期为0,524288 s，这意味着所需的测量周期为34,3 s / 0,524288 s = 65 (考虑到舍入）定时器周期 1. 以十六进制形式 65 = 0x41，数字 41 被写入微控制器 EEPROM 的非易失性存储器的零（连续第一个）单元，如果另一个单元可以轻松更改它使用盖革计数器类型。 接下来，第一个（连续第二个）EEPROM 存储单元存储电池计划工作天数的十六进制值：(750 mAh / 0,9 mA) / 24 小时 = 35（四舍五入）= 0x23。 EEPROM的第二个单元是第一个阈值的值（它打开盖革计数器脉冲的声光指示）50μR/h = 0x32。 EEPROM的第三个单元是第二个阈值（报警）75 μR / h = 0x4V。 EEPROM 的第四个单元是在盖革计数器上生成必要电压的脉冲持续时间；对于 SBM-20，工作电压应为 400 V [1]。 脉冲持续时间的计算公式为 K x 3 µs + 5 µs，其中 K 是第四个单元格的十进制值。 计算“泵浦”脉冲的持续时间是没有意义的，因为电压将取决于形成电路的实际参数。 该系数必须通过测量产生的电压来进行实验选择。 需要注意的是，由于盖革计数器的电源电压源是低功耗的（不需要另一个电源，因为计数器的最大电流不超过 20 μA [1]），因此必须通过高电压源来测量该电压。 - 电阻分压器。 为此，作者使用了具有千兆欧输入电阻的分压器，并使用TDS-210示波器进行了测量。 在 EEPROM 的第五、第六和第七（依次为第六至第八）单元中，记录提供每日间隔的系数。 这是计算电池寿命所必需的。 这三个数字的乘积必须等于每天的测量周期数。 将一天的持续时间（以秒为单位）60x60x24 = 86400 s 转换为测量间隔数（实际值为 65 x 0,524288 s = 34,07872 s），我们得到 86400 s / 34,07872 s = 2535 个整数间隔。 我们分别对数字 2535 \u13d 13x 15x 13 进行因式分解，在单元格中写入 0 \u0d 13x0D、0 \u15d 0x0D、XNUMX \uXNUMXd XNUMXxXNUMXF。 重要的提示。 为了使微控制器中嵌入的程序正常运行，初始数据必须满足条件 0 < X < 127，因为程序中使用的某些命令必须满足此条件。 使用网站 calc-x.ru/conversion_number.php 将数字转换为不同的数字系统很方便。 现在考虑设备电路。 该装置由锂离子电池供电，使用中国制造的尺寸为20x25 mm的现成板进行充电，如果需要，可以使用TP4056微电路独立制作。 为了以 3,3 V 的稳定电压为器件供电，使用了 LP2980-3.3 芯片。 其重要特点是在低负载电流下工作，固有电流消耗小（负载电流为1mA时，不超过170μA）。 获取盖革计数器供电电压的节点与类似装置的电路完全一致[2]。 在微控制器 (GP7) 的引脚 0 处，生成一个短脉冲，其持续时间由第四个 EEPROM 单元的内容决定。 接下来是 250 μs 的暂停，程序的执行再次返回到脉冲的形成。 最初，作者打算使用一个单独的块来形成一个高电压（这样的块的电路有很多），这样可以释放单片机的一个输出，但实际测试表明，这样的节点消耗的电流为1mA或更多，无法实现微电流。 盖革计数器脉冲（引脚 4）的计数和对测量按钮 SB1（引脚 3）的响应是通过启用微控制器中相应的程序中断来实现的。 定时器 1 中断也是允许的，以形成测量间隔。 盖革计数器记录的脉冲的光和声音指示如下进行。 在不需要指示输入脉冲的情况下，在输出 GP1、GP2（引脚 6、5）处，频率约为 4 kHz 的指示脉冲同相，因此红色 LED HL2 既不发光，也不发光。 HA1 压电发射器会对它们做出反应。 当按下强制指示按钮SB2时，LED和压电发射器的输出之一连接到公共线并且强制打开指示。 需要注意的是，本例中的电阻R9是为了防止单片机的GP1输出失效，所以不能排除（例如为了提高音量）。 当超过放射性辐射水平的第一阈值时，输出GP1、GP2处的指示脉冲异相，指示自动打开。 在下一个测量周期中，指示将保持开启状态，并持续到测量的电平低于第一个阈值。 如果超过第二个阈值，则会显示报警信号，即 HL2 LED 闪烁 0,25 次，持续时间为 4 秒，并伴有双频（约 XNUMX kHz）声音信号。 之后，恢复辐射水平的测量。 短按 SB0,25 按钮（不超过 1 秒）即可启动通过闪烁 HL1 LED（作者版本中为蓝色）来指示每小时微伦辐射测量水平的模式。 首先，用第二个光脉冲显示十位，然后用四分之一秒脉冲显示获得的测量单位。 为了避免在零单位（例如10或20 µR/h）的情况下产生混淆，单位的零值以一个短脉冲显示。 当按下SB1按钮超过四分之一秒时，设备切换到剩余预测电池运行天数的显示模式。 首先，HL2 LED（红色）短暂闪烁，表示转换到电池控制指示模式，暂停后，同一 LED 指示电池状态。 预计电池寿命结束后，在此模式下将显示“回收”天数，蓝色 LED HL1 短时闪烁将指示处理过程。 十位和单位的显示与之前的显示模式类似。 按钮 SB3 允许您控制电池的当前状态。 为此，选择电阻器 R13、R14，以便在标称工作电压 (3,3 V) 下绿色 LED HL3 点亮，而在约 3 V 电压（放电电池电平）下则不点亮。 晶体管VT1将盖革计数器脉冲的幅度引导至微控制器操作所需的水平。 晶体管 VT3、电感器 L2 以及二极管 VD1、VD2、VD5-VD9 和电容器 C2-C4、C6、C7、C9、C10 上的二极管乘法器为盖革计数器提供必要的电源电压。 使用晶体管VT2是因为需要对微控制器进行初始初始化。 PIC12F683单片机在初始安装时有六种选择，然而，要么是笔者遇到过这样的情况，要么是程序出错，但初始化中断模式时，单片机“拒绝”工作，没有“复位” “打开时。 由于电路板尺寸允许，决定保留晶体管VT2。 该设备组装在尺寸为 100x15 mm 的通用板上，并带有电池切口（图 3），并使用安装线进行必要的连接。
盖革计数器的高压输出位于外壳内部，低压输出用装饰帽从外部封闭（图4）。 USB 电池充电板和压电发射器位于主板下方。 为了控制电池的充电，使用充电板上的指示灯在外壳底部钻两个直径为 1 毫米的孔。 微控制器通过标准面板安装在电路板上，必要时可以对其进行重新编程。 盖革计数器安装在焊接到电路板上的保险丝座中；如果没有保险丝座，保险丝座可以由刚性铜线制成。 焊接仪表引线可能会损坏它。 移除盖子后的设备视图如图 5 所示。 XNUMX.
对所使用的器件没有特殊要求，只是VT3晶体管必须是高压的（对于KSP42，最大允许集电极-发射极电压为300 V），电容器C1的标称电压必须至少为40 V（与盖革计数器电源电压为 400 V）。 需要注意的是，尽管SBM-20表体是对称的，但它是有极性的，必须按照极性安装。 最后，我想提请大家注意以下几点。 尽管所提出的设备具有完整的功能性能（测试是使用工业设备 DP-5A 的放射性辐射源进行的），但它还可以改进，即： - 不包括带有附加元件的晶体管 VT2； - 用附加元件消除晶体管 VT1，将其替换为具有微控制器输入二极管电压保护的传统电阻分压器，以编程方式更改输入脉冲的极性； - 如果设备不打算全天候运行，请将当前电池运行时间自动记录到微控制器的非易失性存储器中，以便下次打开时显示正确的数据。 在这种情况下，还需要为SB1按钮编程一个附加模式，以便在电池充电后进行初始设置，也可以根据充电板的信号自动进行初始初始化。 在所提出的变体中，每次开启都会导致电池运行计数器归零； - 使用单独的微功率单元生成盖革计数器的电压，在这种情况下，释放微控制器的一个输出，例如可用于内置模拟比较器。 这将允许更精确地控制电池电压。 但更重要的是，在这种情况下，微控制器可以通过盖革计数器和计时器的脉冲中断进入“睡眠”模式。 该模式下单片机消耗的电流不超过100μA； - 使用更小的盖革计数器，例如SBM-21，基于该设备创建密钥卡，无需充电即可控制辐射安全一年或更长时间； - 使用具有大量输出的微控制器，将放射性辐射水平输出到数字指示器，但随后它将是不同的设备。 微控制器的程序和固件可以从 ftp://ftp.radio.ru/pub/2015/05/ind_rad.zip 下载。 文学
作者：S. Makaretz
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