|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Вимірник-індикатор рівня радіації
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Дозиметри Відмінна риса пропонованого індикатора рівня радіоактивного випромінювання - керування здійснює мікроконтролер PIC12F683. При розробці пристрою автор ознайомився з безліччю вже існуючих промислових та радіоаматорських конструкцій на цю тематику. Наприклад, опис однієї з них було опубліковано у журналі "Радіо" № 10 за минулий рік. Створюючи цей пристрій, автор мав намір наблизити його можливості до потреб звичайної людини. Пропонований до уваги читачів прилад має такі характеристики: - світлодіодна (числом спалахів) індикація рівня радіоактивного випромінювання безпосередньо у мкР/год; - примусова звукова та світлова (спалахами) індикація реєстрованих імпульсів джерела випромінювання (у звичайному режимі відключена з метою економії енергії акумулятора та зняття дратівливого психологічного впливу); - автоматичне включення звукової та світлової індикації реєстрованих імпульсів джерела випромінювання при перевищенні порога 50 мкР/год; - Автоматичне включення сигналу тривоги при перевищенні другого порога 75 мкР/год; - значення першого і другого порогів, а також необхідні для роботи пристрою параметри акумулятора і конкретного типу лічильника Гейгера зберігаються в енергонезалежній пам'яті мікроконтролера (EEPROM) і можуть бути легко змінені відповідно до індивідуальних вимог; - споживаний струм при роботі в умовах природного радіоактивного фону - менше 1 мА (фактично виміряний - 0,86 мА), час роботи з літій-іонним акумулятором ємністю 750 мА·год - більше 35 діб; - світлодіодна індикація днів роботи акумулятора, що залишилися; - Контроль стану напруги акумулятора; - заряджання акумулятора через стандартне підключення по USB; - максимальні розміри (визначаються в першу чергу лічильником Гейгера СБМ-20) 120x30x25 мм. Таким чином, пропонований прилад має тривалу (понад місяць) тривалість роботи без підзарядки акумулятора, подає сигнал тривоги у разі перевищення заданого рівня радіоактивного випромінювання та індикує рівень радіації безпосередньо в мікрорентгенах на годину. Фотографія вимірювача-індикатора показано на рис. 1. Схема приладу наведено на рис. 2.
Перш ніж описувати роботу пристрою, необхідно розглянути, як визначається рівень радіоактивного випромінювання імпульсів лічильника Гейгера, в нашому випадку СБМ-20. Згідно з даними виробника [1], чутливість цього лічильника до гамма-випромінювання дорівнює 420±20 імп./с за інтенсивності радіоактивного випромінювання 4 мкР/с, що відповідає 14,4 мР/год. Відповідно до рівня випромінювання 1 мР/год буде відповідати 420±20/14,4 = 29,17±1,39 імп./с або, що те саме, 1750±83 імп./хв. Розкладемо 1 мР/год на множники, наприклад, 50×20 мкР/год, у такому разі при рівні випромінювання 20 мкР/год лічильник Гейгера СБМ-20 видаватиме 1750±83/50 = 35±1,7 імп./хв. Знайшовши час, за який лічильник Гейгера видасть 20 імпульсів при обчисленому темпі 35±1,7 імп./хв, отримуємо часовий відрізок, протягом якого кількість імпульсів лічильника Гейгера відповідає рівню радіації в мікрорентгенах за годину: (60 с/35±1,7, 20 імп.) x 34,3 = 32,7 с (з урахуванням розкиду – від 36 до XNUMX с). Цей часовий інтервал підрахунку імпульсів формується вбудованим у мікроконтролер PIC12F683 таймером 1. З урахуванням програмних установок період таймера 1 дорівнює 0,524288 с, отже, необхідний період вимірювання складається з 34,3 с/0,524288 с = 65 (з обліком періодів таймера 1. У шістнадцятковому вигляді 65 = 0x41 число 41 записують у нульову (першу за рахунком) комірку енергонезалежної пам'яті мікроконтролера EEPROM, і його можна легко змінити у разі використання лічильника Гейгера іншого типу. У наступному, першому (другому за рахунком) осередку пам'яті EEPROM зберігається шістнадцяткове значення запланованого числа діб працездатності акумулятора: (750 мА·ч/0,9 мА)/24 год = 35 (з урахуванням округлення) = 0x23. Другий осередок EEPROM - значення першого порогу (за ним включається звукова та світлова індикація імпульсів лічильника Гейгера) 50 мкР/год = 0x32. Третій осередок EEPROM - другий поріг (сигнал тривоги) 75 мкР/год = 0x4В. Четвертий осередок EEPROM - тривалість імпульсу формування необхідної напруги на лічильнику Гейгера, для СБМ-20 робоча напруга має бути 400 У [1]. Формула обчислення тривалості імпульсу К х 3 мкс + 5 мкс, де К - десяткове значення четвертого осередку. Вираховувати тривалість імпульсу "накачування" немає сенсу, оскільки напруга залежатиме від реальних параметрів ланцюга, що формує. Цей коефіцієнт необхідно підібрати експериментально, вимірюючи отриману напругу. Важливо відзначити, що оскільки джерело напруги живлення лічильника Гейгера малопотужний (інший і не потрібен, тому що максимальний струм лічильника не перевищує 20 мкА [1]), то вимірювати цю напругу необхідно через дільник високоомний. Автор для цієї мети використовував дільник з гігаомним вхідним опором, вимірював осцилографом TDS-210. У п'ятому, шостому та сьомому (шостому-восьмому по порядку відповідно) осередках EEPROM записуються коефіцієнти, що забезпечують добовий інтервал. Це необхідно для розрахунку тривалості роботи акумулятора. Добуток цих трьох чисел має дорівнювати числу періодів вимірювання протягом доби. Тривалість доби в секундах 60х60х24 = 86400 з переводимо до числа інтервалів вимірювання (фактичне значення 65 х 0,524288 с = 34,07872 с), отримуємо 86400 с / 34,07872 с = 2535 цілих і Розкладаємо на множники число 2535 = 13х 13х 15, відповідно в комірки записуємо 13 = 0х0D, 13 = 0x0D, 15 = 0x0F. Важливе зауваження. Для нормальної роботи програми, закладеної в мікроконтролер, необхідно, щоб вихідні дані задовольняли умові 0 < X < 127, оскільки ця умова повинна виконуватися для деяких команд, що використовуються в програмі. Зручно користуватися сайтом calc-x.ru/conversion_number.php для переведення чисел у різні системи числення. Тепер розглянемо схему приладу. Живлення приладу здійснюється від літій-іонного акумулятора, для його заряджання використовується готова плата розмірами 20х25 мм китайського виробництва, за бажання її можна виготовити самостійно, використовуючи мікросхему TP4056. Для живлення пристрою стабілізованою напругою 3,3 В застосовано мікросхему LP2980-3.3. Важлива її особливість - робота при малому струмі навантаження і малий власний струм, що споживається (при струмі навантаження 1 мА він не перевищує 170 мкА). Вузол отримання напруги живлення лічильника Гейгер повністю відповідає схемі з аналогічного приладу [2]. На виведенні 7 мікроконтролера (GP0) формується короткий імпульс тривалістю, що визначається вмістом четвертого осередку EEPROM. Потім слідує пауза 250 мкс, і виконання програми знову повертається на формування імпульсу. Спочатку автор планував використовувати для формування високої напруги окремий блок (схем подібних блоків безліч), це дозволило б вивільнити один висновок мікроконтролера, але практичні випробування показали, що подібні вузли споживають струм 1 мА і більше, мікроструму досягти не вдалося. Підрахунок імпульсів лічильника Гейгера (висновок 4) та реакція на кнопку вимірювання SB1 (висновок 3) реалізовані дозволом відповідних переривань програми у мікроконтролері. Дозволено також переривання за таймером 1, що забезпечує формування інтервалу вимірювання. Світлова та звукова індикація реєстрованих імпульсів лічильника Гейгера здійснюється так. У тому випадку, коли немає необхідності індикувати вхідні імпульси, на виходах GP1, GP2 (висновки 6, 5) імпульси індикації частотою близько 4 кГц синфазні, тому світлодіод HL2 червоного кольору світіння, ні пьезоизлучатель HA1 на них не реагують. При натисканні на кнопку примусової індикації SB2 один із висновків світлодіода та п'єзовипромінювача з'єднується із загальним проводом та індикація примусово вмикається. Важливо, що резистор R9 у цьому випадку запобігає виходу з ладу виходу GP1 мікроконтролера, тому виключати його (наприклад, для підвищення гучності звучання) не можна. При перевищенні першого порога рівня радіоактивного випромінювання імпульси індикації на виходах GP1, GP2 протифазні, індикація автоматично увімкнена. У наступному циклі вимірювання індикація залишиться включеною, і так продовжується доти, поки виміряний рівень не стане нижчим за перший поріг. У разі перевищення другого порогу індикується сигнал тривоги, що являє собою триразовий спалах світлодіода HL2 тривалістю по 0,25 с, що супроводжується двочастотним (близько 4 кГц) звуковим сигналом. Після цього вимір рівня випромінювання відновлюється. Короткочасне (не більше 0,25 с) натискання кнопки SB1 ініціює режим індикації виміряного рівня радіоактивного випромінювання в мікрорентгенах на годину спалахами світлодіода HL1 (в авторському варіанті синього кольору). Спочатку секундними світловими імпульсами виводяться десятки, та був чвертьсекундними імпульсами - одиниці отриманого виміру. Для того, щоб у разі нульових одиниць (наприклад, 10 або 20 мкР/год) не виникало плутанини, нульові значення одиниць індикуються одним коротким імпульсом. При натисканні на кнопку SB1 більш ніж на чверть секунди прилад переходить в режим індикації прогнозованої доби роботи акумулятора. Спочатку швидко спалахує світлодіод HL2 (червоного кольору), сигналізуючи про перехід у режим індикації контролю акумулятора, після паузи цей же світлодіод показує стан акумулятора. Після того, як прогнозований час роботи акумулятора закінчиться, в цьому режимі індикуватиметься кількість "перероблених" діб, про переробку сигналізуватиме короткочасний спалах синього світлодіода HL1. Десятки та одиниці виводяться аналогічно попередньому режиму індикації. Кнопка SB3 дозволяє контролювати стан акумулятора. Для цього резистори R13, R14 підібрані так, щоб при номінальній робочій напрузі (3,3 В) зелений світлодіод HL3 світився, а при напрузі близько 3 (рівень розрядженого акумулятора) - ні. Транзистор VT1 призводить до амплітуди імпульсів лічильника Гейгера до рівня, необхідного для роботи мікроконтролера. Транзистор VT3, котушка індуктивності L2 та діодний помножувач на діодах VD1, VD2, VD5-VD9 та конденсаторах С2-С4, С6, С7, С9, С10 забезпечують необхідну напругу живлення лічильника Гейгера. Застосування транзистора VT2 викликане необхідністю початкової ініціалізації мікроконтролера. Мікроконтролер PIC12F683 має шість варіантів початкової установки, однак чи автору попався такий екземпляр, чи допущена помилка в програмі, але при ініціалізації режиму переривань мікроконтроллер "відмовився" працювати без "скидання" при включенні. Оскільки розміри плати дозволяли, транзистор VT2 було вирішено залишити. Пристрій зібраний на універсальній платі розмірами 100х15 мм з вирізом для акумулятора (рис. 3), необхідні з'єднання виконані монтажним дротом.
Високовольтний вивід лічильника Гейгера знаходиться всередині корпусу, низьковольтний закритий зовні декоративним ковпаком (рис. 4). Плата зарядки акумулятора від USB та п'єзовипромінювач розташовані під основною платою. Для контролю зарядки акумулятора по індикаторах плати зарядки знизу в корпусі просвердлені два отвори діаметром 1 мм. Мікроконтролер встановлений на платі через стандартну панель, що дозволяє його перепрограмувати у разі потреби. Лічильник Гейгера встановлений у кріпленнях для запобіжників, впаяних у плату, у разі відсутності таких можна виготовити кріплення із твердих мідних дротів. Пайка висновків лічильника може вивести його з ладу. Вигляд пристрою зі знятою кришкою показано на рис. 5.
Особливих вимог до застосованих деталей немає, за винятком того, що транзистор VT3 повинен бути високовольтним (у KSP42 максимально допустима напруга колектор-емітер дорівнює 300 В), номінальна напруга конденсатора С1 повинна бути не нижче 40 В (при напрузі живлення лічильника Гейгера 400 В) . Слід зазначити, що незважаючи на симетричність корпусу лічильника СБМ-20, він має полярність і його необхідно встановлювати відповідно до неї. На закінчення хотілося б звернути увагу на таке. Незважаючи на повну функціональну працездатність пропонованого пристрою (перевірка проводилася з використанням джерела радіоактивного випромінювання промислового приладу ДП-5А), його можна поліпшити, а саме: - виключити транзистор VT2 із додатковими елементами; - виключити транзистор VT1 з додатковими елементами, замінивши його звичайним резистивним дільником з діодним захистом входу мікроконтролера за напругою, змінивши програмно полярність вхідних імпульсів; - якщо планується цілодобова робота пристрою, запрограмувати автоматичний запис поточного часу роботи акумулятора в енергонезалежну пам'ять мікроконтролера, щоб при черговому включенні індикувалися правильні дані. У цьому випадку необхідно також запрограмувати додатковий режим для кнопки SB1, щоб здійснювати початкову установку після заряджання акумулятора, можлива автоматична початкова ініціалізація по сигналах з плати зарядки. У запропонованому варіанті кожне включення призводить до обнулення лічильника акумулятора; - сформувати напругу для лічильника Гейгера за допомогою окремого мікропотужного блоку, в цьому випадку вивільняється один висновок мікроконтролера, який можна використовувати, наприклад, для аналогового вбудованого компаратора. Це дозволить більш точно контролювати напругу акумулятора. Але що ще важливіше, у цьому випадку мікроконтролер можна перевести в режим "Сну" з перериванням по імпульсах лічильника Гейгера та таймеру. Споживаний мікроконтролером струм у цьому режимі не перевищує 100 мкА; - використовуючи менш габаритний лічильник Гейгера, наприклад, СБМ-21, створити на основі цього пристрою брелок, який протягом року і більше без підзарядки контролюватиме радіаційну безпеку; - використовуючи мікроконтролер з великою кількістю висновків, реалізувати виведення рівня радіоактивного випромінювання на цифровий індикатор, але тоді це вже інший пристрій. Програму та прошивку мікроконтролера можна завантажити з ftp://ftp.radio.ru/pub/2015/05/ind_rad.zip. література
Автор: С. Макарець
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Поїзд магнітною підвіскою зі швидкістю до 1000 км/год ▪ Sega відмовляється від блокчейн-ігор на користь класичних ▪ Індивідуальний маяк для порятунку потерпілого ▪ SPOT-годинник від MICROSOFT скоро з'явиться у продажу
▪ розділ сайту Радіоуправління. Добірка статей ▪ стаття Андре Терьє. Знамениті афоризми ▪ стаття Скільки років наймолодшим зіркам? Детальна відповідь ▪ стаття Парамотор Татуш 120. Особистий транспорт ▪ стаття Морський клей. Прості рецепти та поради ▪ стаття Мікрофонна гарнітура радіостанції YOSAN-2204 Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page