基于MCU的简易测氡仪研制

常用的3012α卡仪,3017等测氡仪电路依靠复杂的分离数字器件进行数据处理,因此我们简化原复杂的数字分离器件,同时增加液晶显示菜单,加强了电路的集成度与仪器操作的方便性。选用单片微机为数据处理和控制核心,研制出以金硅面垒为探头较为简便的测氡仪。

1　仪器的整体设计

仪器的整体结构原理如图1所示。入射α粒子通过金硅面垒探头转为电信号,通过放大电路对电信号进行放大,再通过甄别电路将模拟信号转为矩形脉冲信号,送入MCU单片机的外部T0、T1计数器进行计数。同时通过MCU可以控制LCD液晶显示、键盘输入、计数值报警与RS232C串口数据通信。

2　测氡仪的实际电路与功能原理介绍

测氡仪的整机实际电路如图2所示。

2.1　放大电路

放大电路由电荷灵敏前置放大电路与主放大电路构成。前置放大电路以场效应管1T1至三极管1T4为核心构成,主放大电路主要由以U2(CA3140)精密运算放大器为核心组成的同相比例放大器级联构成。

2.2　甄别电路

上下甄别电路分别以比较器U3(LM393)为核心构成,通过3RV1和3RV2来调节甄别上下压。常用α射线测量仪的单道脉冲幅度分析器主要由上下甄别电路、整形电路、反符合电路构成(图3)。本测量仪在电路硬件结构上做出简化,删除了原甄别电路后的整形电路、反符合电路。改用软件计算完成单道脉冲幅度分析器的功能,由于减少硬件电路,从而降低了仪器的故障率,提高了可靠性(图4)。

改进后单道脉冲幅度分析器的工作原理:单片机P89C58的计数器T0记录上甄别器输出脉冲数设为t0。单片机计数器T1记录下甄别器输出脉冲数设为t1,取t=t1-t0作为显示输出的脉冲计数。

2.3　MCU、显示、键盘、报警与串口通信介绍

MCU选用PHILIPS公司P89C58单片微机作为探测器的控制、处理部件。首先,因为该芯片具有32k字节的FLASH,不用外扩存储器就足以存储程序代码与数据。另外还含三个定时计数器T0、T1、T2,在编写程序时设定定时计数器T0与T1用以记录上下甄别电路的输入脉冲数,定时器T3分时用作定时器与波特率发生器。其次,P89C58单片机有足够的资源,用一块芯片就能完成输入脉冲定时计数、数据处理、液晶显示、键盘接口、串口通信等功能。核探测输入信号脉冲经过上、下甄别电路送出矩形波到P89C58的T0、T1计数器,然后单片机将t=t1-t0的计数值存储到FLASH,并将16进制计数值转为十进制送到LCD1602液晶显示器显示,同时并能通过串行接口送往PC机数据库,单片机与微机之间通过RS2232C标准总线进行数据通信,采用电平转换芯片MAX232实现MCU与PC机之间的电平转换。图2中单片机与按键6SW1、6SW2作成独立式键盘,便于控制液晶显示菜单的计数时间选择。单片机与蜂鸣器8S等构成报警电路。