一种现场γ射线能谱测量仪的研制

　　1　引　　言

　　环境和可持续发展,已日益成为人们关注的热点问题。人居环境中,如放射性,作为一类特殊的环境问题,也已日益受到人们的重视。现场 能谱测量在建筑材料、居住环境及居住区的环境放射性检测与评价中,有着广阔的应用前景[1～6]。由于 能谱测量,所测数据量大、处理过程复杂,为此,欲在现场直接完成对 能谱数据的采集、存储、传输和资料处理,其基本的要求是: 能谱数据采集系统必须是功耗低、体积小和重量轻,便于在现场携带和测量,而基于笔记本微机、采用单片机80C31就可以很好地实现这一目标[7～8]。图1即为现场 能谱数据采集系统原理框图。这里重点对采用80C31所研制的 能谱数据采集系统进行介绍。

　　2　硬件构成

　　研制的采用单片机80C31 能谱数据采集系统的硬件构成如图2所示。

　　MCS-51系列单片机80C31因其功耗低,体积小,具有丰富的指令系统,所以特别适合制成现场γ能谱数据采集系统。虽然80C31内部有128个字节RAM数据存储器,但因现场 能谱数据容量大,因而需外扩数据存储器RAM。一片2kB CMOS静态随机存储器6116,可用于本系统以存储测量数据。80C31片内无程序存储器ROM,所以一片27C32(4k*8)E-PROM作为系统的程序存储器,提供容量为4k的用于存放编好的程序,如控制单片机操作的监控程序等。80C31具有可编程的I/O通道,因而外接ROM十分方便。为了解决80C31PO口的低8位地址总线与数据线分式复用问题,即防止二者总线的数据竞争,采用一片具有三态缓存的8位D触发器74HC373锁存器,以免发生冲突。电平转换电路,是将RS-232C标准串行口的负逻辑和单片机的正逻辑相互转换,以实现野外采集的数据可直接传输到笔记本微机系统,这样可对数据进行比较仔细的处理。图3为80C31单片机的电路原理图。R1、C1为上电复位电路;石英晶体和C3、C4构成振荡器,提供单片机工作所需的时序脉冲,频率是11.0592MHz;IC5的三个或非门给出数据获取控制信号;T1-T3等三极管、二极管、电阻等构成了电平转换电路,其中T1、T2等分别为RS-232C的请求发送端RTS和发送数据端的电平转换电路,T3等为单片机发送数据端TXD的电平转换电路。

单片机80C31的主要作用是:(1)获取A/D转换电路(ADC)输出的数字结果,即当ADC给出“1”电平到“0”电平跃变的中断申请信号时,80C3l响应中断,并将转换结果取出。(2)将测量数据送到数据存储器RAM6116中暂存,每两个字节存放一道的计数。从ADC取出的8位转换结果作为道址码CH,在地址为CH*2的存储单元加1;如有进位,则在地址为(CH*2+1)的存储单元加1。(3)接收主控微机命令;向主控微机发送测量数据。当串行接口的RTS端由“1”电平跃变到“0”电平,80C31响应中断,接收来自主控微机的命令,并判断命令字内容。单片机接到发送数据的命令后,即按字节向主控微机发送测量数据,数据存储器起始地址为0000H,结束地址为01FFH。(4)给数据存储器清零。当单片机接到清零命令后,即将数值“00H”赋给数据存储器的每一个存储单元,完成了数据清零工作。