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無線電子工学および電気工学の百科事典 放射線レベルインジケーター
提案されている放射性放射線レベルのインジケーターの際立った特徴は、それが PIC12F683 マイクロコントローラーによって制御されることです。 このデバイスを開発する際、著者はこのテーマに関する多くの既存の産業用およびアマチュア無線の設計を知りました。 たとえば、そのうちの10つに関する記述は、昨年の雑誌「ラジオ」第XNUMX号に掲載されました。 このデバイスを作成することで、作者はその機能を一般人のニーズに近づけることを意図しました。 読者の注意を引くために提供されたデバイスには、次の特徴があります。 - 放射性放射線のレベルをμR/hで直接表示するLED（点滅回数による）。 - 登録された放射線源のパルスを強制的に音と光（点滅）で表示します（通常モードでは、バッテリー電力を節約し、迷惑な心理的影響を取り除くために無効になっています）。 - 50μR/hの閾値を超えた場合、登録された放射線源のパルスの音と光による表示が自動的に組み込まれます。 - 75 μR/h の XNUMX 番目のしきい値を超えた場合にアラームが自動的に作動します。 - 第 XNUMX および第 XNUMX のしきい値の値、使用されるバッテリーのパラメーター、およびデバイスの動作に必要な特定のタイプのガイガーカウンターは、マイクロコントローラーの不揮発性メモリー (EEPROM) に保存されます。個々の要件に応じて簡単に変更できます。 - 自然放射性バックグラウンドの条件での動作中の消費電流 - 1 mA未満（実測 - 0,86 mA）、容量750 mAhの使用済みリチウムイオン電池での動作時間 - 35日以上。 - バッテリー寿命の残り日数の LED 表示; - アキュムレータの張力状態の制御。 - 標準の USB 接続によるバッテリー充電。 - 最大寸法 (主に使用するガイガーカウンター SBM-20 によって決定) 120x30x25 mm。 したがって、提案された装置は、バッテリーを再充電することなく長期間（1 か月以上）動作し、指定された放射線レベルを超えた場合に警報を発し、2 時間あたりの放射線レベルをマイクロレントゲンで直接表示します。 インジケーターメーターの写真を図に示します。 XNUMX.デバイスのスキームを図に示します。 XNUMX.
装置の動作を説明する前に、放射性放射線のレベルがガイガーカウンター（この場合はSBM-20）のパルスによってどのように決定されるかを考える必要があります。 メーカーのデータ [1] によると、このカウンターのガンマ線に対する感度は、放射線強度 420 μR/s で 20 ± 4 パルス/秒で、これは 14,4 mR/h に相当します。 したがって、1 mR / h の放射線レベルは、420 ± 20 / 14,4 = 29,17 ± 1,39 imp. / 秒、または同じ、1750 ± 83 imp. / 分に相当します。 1 mR/h を係数、たとえば 50x20 μR/h に分解してみましょう。この場合、20 μR/h の放射線レベルで、ガイガー カウンター SBM-20 は 1750±83/50 = 35±1,7 パルスを生成します。 /分 ガイガーカウンターが 20 ± 35 パルス/分の計算速度で 1,7 パルスを発する時間を見つけたので、ガイガーカウンターのパルス数が 60 時間あたりのマイクロレントゲン単位の放射線レベルに対応する時間間隔を取得します。 : (35 秒 / 1,7 ± 20、34,3 パルス) x 32,7 = 36 秒 (XNUMX 秒から XNUMX 秒までの広がりを考慮)。 このパルスをカウントする時間間隔は、PIC12F683 マイクロコントローラに組み込まれているタイマ 1 によって形成され、ソフトウェア設定を考慮すると、タイマ 1 の周期は 0,524288 秒となり、必要な測定周期は 34,3 秒 / 0,524288 秒 = 65 秒になります。 (丸めを考慮して) タイマー期間 1. 65 進数の形式 0 = 41x41 では、数値 XNUMX がマイクロコントローラー EEPROM の不揮発性メモリのゼロ (行の最初) セルに書き込まれます。この値は、次の場合に簡単に変更できます。別のタイプのガイガーカウンターが使用されます。 次の最初 (連続 750 番目) の EEPROM メモリ セルには、バッテリが動作する予定の日数の 0,9 進数値が保存されます: (24 mAh / 35 mA) / 0 時間 = 23 (四捨五入) = XNUMXxXNUMX。 EEPROM の 50 番目のセルは、最初のしきい値の値 (ガイガー カウンター パルスの音と光の表示をオンにします) 0 μR/h = 32xXNUMX です。 EEPROM の 75 番目のセルは、0 番目のしきい値 (アラーム) 4 μR / h = XNUMXxXNUMXV です。 EEPROM の 20 番目のセルは、ガイガー カウンターで必要な電圧を生成するためのパルス幅です。SBM-400 の場合、動作電圧は 1 V でなければなりません [3]。 パルス持続時間を計算する式は、K x 5 μs + XNUMX μs です。ここで、K は XNUMX 番目のセルの XNUMX 進数値です。 電圧は形成回路の実際のパラメータに依存するため、「ポンプ」パルスの持続時間を計算することは意味がありません。 この係数は、結果として生じる電圧を測定することによって実験的に選択する必要があります。 ガイガー カウンターの電源電圧源は低電力であるため (カウンターの最大電流は 20 μA を超えないため、別の電源は必要ありません [1])、この電圧は高電圧を介して測定する必要があることに注意することが重要です。 -抵抗分割器。 この目的のために、著者はギガオームの入力抵抗を持つ分圧器を使用し、測定は TDS-210 オシロスコープで行われました。 EEPROM の XNUMX 番目、XNUMX 番目、および XNUMX 番目 (順番に XNUMX ～ XNUMX 番目) のセルには、日次間隔を提供する係数が記録されます。 これはバッテリー寿命を計算するために必要です。 これら XNUMX つの数値の積は、XNUMX 日あたりの測定期間の数と等しくなければなりません。 秒単位の 60 日の長さ 60x24x86400 = 65 秒は、測定間隔の数に変換されます (実際の値は 0,524288 x 34,07872 秒 = 86400 秒)。34,07872 秒 / 2535 秒 = XNUMX 整数間隔が得られます。 数値2535 \u13d 13x 15x 13をそれぞれ因数分解し、セルに0 \u0d 13x0D、0 \u15d 0x0D、XNUMX \uXNUMXd XNUMXxXNUMXFと書き込みます。 重要な注意点。 マイコンに組み込まれたプログラムが正常に動作するためには、プログラム内で使用するコマンドによっては初期データが 0 < X < 127 の条件を満たす必要があります。 数値を別の記数法に変換するには、サイト calc-x.ru/conversion_number.php を使用すると便利です。 デバイスの回路を考えてみましょう。 このデバイスはリチウムイオン電池で駆動され、充電には中国製の20x25 mmの寸法の既製のボードが使用されます。必要に応じて、TP4056マイクロ回路を使用して独立して作成できます。 3,3 V の安定化電圧でデバイスに電力を供給するには、LP2980-3.3 チップが使用されます。 その重要な特徴は、低負荷電流で動作し、固有の消費電流が小さいことです (負荷電流 1 mA で、170 μA を超えません)。 ガイガーカウンターの電源電圧を取得するノードは、同様のデバイスの回路と完全に一致しています[2]。 マイクロコントローラー (GP7) のピン 0 で、250 番目の EEPROM セルの内容によって決定される持続時間で短いパルスが生成されます。 この後に XNUMX μs の一時停止があり、プログラムの実行はパルス形成に戻ります。 当初、作者は別のブロックを使用して高電圧を形成することを計画していました (そのようなブロックの回路は多数あります)。これによりマイクロコントローラーの 1 つの出力が解放されますが、実際のテストでは、そのようなノードが XNUMX mA 以上の電流を消費することが判明しました。 、マイクロカレントは達成できませんでした。 ガイガーカウンターパルス (ピン 4) のカウントと測定ボタン SB1 (ピン 3) への応答は、マイクロコントローラーで対応するプログラム割り込みを有効にすることによって実装されます。 タイマー 1 の割り込みも許可され、測定間隔が形成されます。 ガイガーカウンターの登録パルスの光と音の表示は次のように行われます。 入力パルスを表示する必要がない場合、出力 GP1、GP2 (ピン 6、5) では、周波数約 4 kHz の表示パルスが同相であるため、赤色 LED HL2 も点灯せず、 HA1 ピエゾ エミッターがそれらに反応します。 強制表示ボタンSB2を押すと、LEDとピエゾエミッタの出力の一方が共通線に接続され、強制的に表示が点灯します。 この場合の抵抗器 R9 は、マイクロコントローラーの GP1 出力の障害を防止するため、(たとえば、音量を上げるために) 抵抗器を除外することはできないことに注意することが重要です。 放射線レベルの最初のしきい値を超えると、出力 GP1、GP2 の表示パルスの位相がずれ、表示が自動的にオンになります。 次の測定サイクルでも、表示はオンのままになり、測定レベルが最初のしきい値を下回るまでこれが続きます。 2 番目のしきい値を超えると、アラーム信号が表示されます。これは、HL0,25 LED が 4 秒間 XNUMX 回点滅し、XNUMX 周波数 (約 XNUMX kHz) の音声信号が伴います。 その後、放射線量の測定が再開される。 SB0,25 ボタンを短く (1 秒以内) 押すと、HL1 LED (著者のバージョンでは青) が点滅して、10 時間あたりの放射性放射線の測定レベルをマイクロレントゲンで示すモードが開始されます。 まず、20 番目の光パルスで XNUMX の位が表示され、次に XNUMX 分の XNUMX 秒のパルスで、取得された測定単位が表示されます。 ゼロ単位（XNUMX または XNUMX µR/h など）の場合の混乱を避けるために、単位のゼロ値は XNUMX つの短いパルスで表示されます。 SB1 ボタンを 2 分の 1 秒以上押すと、バッテリー駆動残り予測日数の表示モードに切り替わります。 まず、HLXNUMX LED (赤) が短く点滅し、バッテリー制御表示モードへの移行を示します。一時停止した後、同じ LED がバッテリーの状態を示します。 このモードでは、予想されるバッテリー寿命が経過すると、「リサイクル」日数が表示され、青色 LED HLXNUMX の短い点滅によって処理の合図が行われます。 前の表示モードと同様に、十と単位が表示されます。 ボタン SB3 を使用すると、バッテリーの現在の状態を制御できます。 これを行うには、公称動作電圧 (13 V) で緑色 LED HL14 が点灯し、約 3,3 V (放電したバッテリーレベル) の電圧では点灯しないように、抵抗 R3、R3 を選択します。 トランジスタ VT1 は、ガイガー カウンター パルスの振幅をマイクロコントローラーの動作に必要なレベルに導きます。 トランジスタ VT3、インダクタ L2、ダイオード乗算器のダイオード VD1、VD2、VD5 ～ VD9、およびコンデンサ C2 ～ C4、C6、C7、C9、C10 は、ガイガー カウンターに必要な電源電圧を供給します。 トランジスタ VT2 の使用は、マイクロコントローラーの初期初期化の必要性によって行われます。 PIC12F683 マイクロコントローラには初期インストール用に 2 つのオプションがありますが、作成者がそのようなインスタンスに遭遇したか、プログラム内でエラーが発生したかのどちらかですが、割り込みモードが初期化されると、マイクロコントローラは「リセット」なしで動作することを「拒否」しました。 」をオンにすると。 基板の寸法が許せば、トランジスタ VTXNUMX を残すことにしました。 このデバイスは、バッテリー用の切り欠きを備えたサイズ100x15 mmのユニバーサルボード上に組み立てられており（図3）、必要な接続は取り付けワイヤーで行われます。
ガイガーカウンターの高電圧出力はケースの内側にあり、低電圧出力は装飾キャップで外側から閉じられています（図4）。 USB バッテリー充電ボードとピエゾ エミッターはメイン ボードの下にあります。 バッテリーの充電を制御するには、充電ボードのインジケーターを使用してケースの底に直径 1 mm の 5 つの穴を開けます。 マイクロコントローラーは標準パネルを介してボードに取り付けられるため、必要に応じて再プログラムできます。 ガイガーカウンターは、基板にはんだ付けされたヒューズホルダーに取り付けられますが、ヒューズホルダーがない場合は、ホルダーを硬い銅線で作ることができます。 メーターのリード線をはんだ付けすると損傷する可能性があります。 カバーを取り外したデバイスの図を図に示します。 XNUMX.
VT3 トランジスタが高電圧である必要があること (KSP42 の場合、最大許容コレクタ - エミッタ間電圧は 300 V)、コンデンサ C1 の公称電圧が少なくとも 40 V (ガイガーカウンターの電源電圧は 400 V)。 SBM-20メーター本体の対称性にもかかわらず、極性があり、それに応じて取り付ける必要があることに注意してください。 最後に、次の点に注意していただきたいと思います。 提案されたデバイスの完全な機能性能にもかかわらず (テストは産業用デバイス DP-5A からの放射性放射線源を使用して実行されました)、以下の点で改善の余地があります。 - 追加要素でトランジスタ VT2 を除外します。 - 追加素子を備えたトランジスタ VT1 を削除し、マイクロコントローラ入力のダイオード電圧保護を備えた従来の抵抗分圧器に置き換え、入力パルスの極性をプログラム的に変更します。 - デバイスが 1 時間稼働する予定がない場合は、次回電源を入れたときに正しいデータが表示されるように、現在のバッテリー動作時間をマイクロコントローラーの不揮発性メモリに自動記録するようにプログラムします。 この場合、バッテリー充電後に初期設定を行うためにSBXNUMXボタンの追加モードをプログラムする必要がありますが、充電ボードからの信号に基づく自動初期化も可能です。 提案された変形例では、スイッチがオンになるたびにバッテリ動作カウンタがゼロになります。 - 別個のマイクロパワーユニットを使用してガイガーカウンター用の電圧を生成します。この場合、マイクロコントローラーの 100 つの出力が解放され、たとえば内蔵アナログコンパレーターに使用できます。 これにより、バッテリー電圧をより正確に制御できるようになります。 しかし、より重要なのは、この場合、ガイガーカウンターとタイマーのパルスによる割り込みにより、マイクロコントローラーが「スリープ」モードに入る可能性があることです。 このモードでマイクロコントローラーが消費する電流は XNUMX μA を超えません。 - 小型のガイガーカウンター（SBM-21など）を使用して、このデバイスをベースにしたキーフォブを作成します。これにより、再充電せずにXNUMX年以上放射線の安全性を制御できます。 - 多数の出力を持つマイクロコントローラーを使用して、デジタルインジケーターへの放射線レベルの出力を実装しますが、その場合は別のデバイスになります。 マイクロコントローラのプログラムとファームウェアは、ftp：//ftp.radio.ru/pub/2015/05/ind_rad.zipからダウンロードできます。 文学
著者: S.マカレツ
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