基于MSP430的多探頭核輻射劑量率儀研制

摘要：為滿足核輻射探測儀便攜化，智能化的要求，探討了以MSP430F169單片機為核心的多探頭核輻射劑量率儀的軟硬件實現方法。在介紹了整個系統的基礎上，對儀器設計中的關鍵問題進行了詳細說明，重點討論了通過單片機給多個探頭供高壓電的原理和分別連接多個探頭后數據傳輸的實現方法，并給出了單片機外圍電路的原理圖。試驗證明，該儀器完全可以用于核輻射探測領域，且具有小型化、數字化、低功耗等優點。
關鍵詞：MSP430；便攜化；智能化；核輻射；多探頭

目前國內的輻射防護儀表無論是便攜式的還是固定監測式的儀器都是采用一個探頭對應一個主機的形式，而國外已經有多個探頭對應一個主機的機型，這種多探頭輻射測量儀具有的最大優勢就是在主機不變的情況下只需更換不同的數字探頭就可以分別測量α，β，γ的劑量率；而且測同一種射線時還可以根據不同情況選擇不同種類的探頭，利用所選探頭的優點擴大儀器的量程；同時還避免了同類電路板的重復開發，產品的升級以及系統構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 系統概述
本系統由探頭和主機兩個部分組成。外接探頭內部的探測器類型包括測量α的ZnS探測器、測量β的塑料閃爍體探測器，測量γ的NaI晶體探測器，以及同時測量α，β的雙閃爍體探測器和同時測量α，β，γ的雙GM管探測器。探頭內置一片MSP430F169型單片機，以提高其數字化程度；主機是以單片機MSP430F169為核心檢測系統。MSP430F169單片機是超低功耗的16位混合信號處理器，在運算性能上比8位處理器高，遠不止兩倍。在本設計中，MSP430F169大部分時間工作于低功耗模式0情況下，此時耗電為50μA／s，只有主機向探頭發送命令時，才觸發一個極短暫運行。運行期間電流消耗250μA／MIPS左右。此系統用于查詢探頭檢測到的實時劑量率和歷史數據及設置探頭所需的參數，當射線進入各類型探測器后產生電信號，電信號經過信號調整電路轉換成標準脈沖頻率信號，探頭內單片機系統在設置的時間內對脈沖計數，再利用相應的算法計算出劑量率，將該劑量率通過RS 485總線傳送給主機，最后在主機的液晶顯示界面將劑量率顯示出來。

2 數字探頭介紹
圖1就是數字探頭的結構，將探頭數字化可以說是本設計的一個核心內容，其內部的單片機與主機中的單片機通過RS 485總線相互通信，完成修改參數，傳輸數據的功能。

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