基于89S51单片机的放射性剂量仪研制

第29卷　第5期核电子学与探测技术
Vol.29　No.5 2009年　9月
Nuclear Elect ronics &Detection Technology
Sep.　2009
基于89S51单片机的放射性剂量仪研制
王俊华1,杜　晓2,周加超1,孙江汉1
(1.盐城师范学院物理科学与电子技术学院,江苏盐城　224002;
2.南京理工大学电光学院,南京　210094)
摘要:介绍一种基于89S51单片机技术的宽量程、多功能放射性剂量仪的主要设计特点和电路的
软、硬件工作原理。

该仪器可以显示剂量率、累积剂量和最大剂量率,记录累积剂量、最大剂量率及分类值。

关键词:89S51单片机;GM 计数管;剂量仪
中图分类号:　TL8 文献标识码:　A 文章编号:　025820934(2009)0520954205
收稿日期:2008206229
基金项目:江苏省自然科学基金(B K2008199)、江苏省高校自然科学基金(08K JD140005)资助项目。

作者简介:王俊华(1956-),男,江苏盐城人,副教授,主要从事近代物理理论和实验方面的教学和研究。

为了防止室内装饰及建筑材料放射性危害,核辐射检测仪起着越来越重要的作用[1]。

含Tl (铊)的Na I 闪烁晶体[2]及老式的GM 计数管电子剂量仪体积较大,携带不便,功能单一,量程狭窄。

本文介绍一种以89S51单片机为核心的智能化、宽量程、多功能GM 计数管电子剂量仪,其体积小、功能强、适用范围广,它不仅可用于核工业、放射性实验室及核技术应用现场的常规监测,也能方便地测量室内装饰及建筑材料放射程度是否安全。

1　剂量仪的设计指标
(1)开机后即自动测量当时剂量率,记录
累计剂量,记录最大剂量率及最大剂量率的出
现时间。

仪器的液晶屏可选择显示当时剂量率、累积剂量、最大剂量率,同时按照国家标准[3](G B 6763-2000)和国家建材局标准[4]
(J C518—93),显示检测现场的放射性水平为A 、B 、C 及C 类以上(以D 表示)共四类。

(2)可利用仪器上的按钮自行设定剂量和
剂量率报警阈,当剂量或剂量率超出阈值时可
发出报警信号。

如果没有设定剂量率报警阈,当剂量率超过0.03mSv/h 仪器自动报警。

报警阈设定后只能更改而不能被清除,可免去每次工作重复设置报警阈的麻烦。

(3)剂量率测量范围从环境本底水平(约0.1
μSv/h )到500mSv/h ,适应绝大多数工作现场个人剂量监测的要求。

剂量测量范围较大,并自动转换量程。

(4)剂量率依赖性<±20%(1～500mSv/h ),根据计数率大小自动进行非线性校正。

(5)响应时间要随剂量率自动调整,对大剂量率的出现响应速度要快(0.5s ),以便及时报警,以尽量减小偶然发生的事故照射剂量。

对于小剂量率,测量时间可以适当延长,使测量统计误差保持在可接受的范围之内,并使用滑动平均技术,以利于使用者随时观察剂量率的变化。

(6)对超量程、电池欠压及计数管不计数要有报警提示,剂量率超量程时仪器指示量程上限值。

(7)仪器更换电池或由于跌落、挤压等原
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因造成仪器破损的情况下,仪器所存储的剂量信息不丢失。

2　电路结构及工作原理
电路主要由89S51单片机、电源、J 614γ探头、报警器、字符显示器L CM061、按键控制电路等构成,如图1。

图1　电路结构组成框图
电源部分给单片机、探头和按键电路分别
供电。

键控电路用于人工操作,探头将检测到的数据转化为脉冲信号送给单片机处理,单片机将信息储存在存储电路中,同时将结果显示在字符显示器上,如果辐射超标,就会给出报警信号。

211　探头部分
采用北京核仪器厂生产的J 614
γ计数管作为探头,该管外径7.5mm ,总长55mm ,玻璃外壳,最大起始电压为350V ,最小坪区为100V ,工作温度为-400C 到500C ,使用寿命约为1010个计数,探测对象为γ射线。

J 614
γ计数探头将接收到的放射性粒子转化为电压脉冲信号后,经过一个处理电路(由或非门和电阻电容组成),传给单片机的T0脚,如图2所示。

图2　信号输入电路
212　89S51单片机
89S51是整个探测仪器的核心部分,单片
机处理探头送来的数据,并通过一定程序进行
识别判断处理,将结果输出到字符显示器上,在达到一定条件的时候送出报警信号,以提示房屋被检测的结果是否为超标。

89S51自带看门狗电路,所以无需再外接
一个看门狗电路来进行复位。

在程序初始化中向看门狗寄存器(WD TRST 地址是0A6H )中先写入01EH ,再写入0E1H ,即可激活看门狗。

213　电源如图3,电源部分主要由MAX883,9V 碳性电池6F22,四2输入与非门CD4011等系列电路组成。

图3　电源电路
U7MA X883为可调输出模式,
U6MAX883为固定输出模式,如图3连接后通过与非门(CD4011)与6F22相连接,这样可同时为单片机、键控电路及探头电路提供所需合适电压。

为单片机提供电压时与它的12号脚
(IN T )相连,左边与按键区的1到3号脚相连,U7MA X883输出电压V CHV 提供给探头电路。

214　键控电路及时钟
检测仪上电后即自动显示时钟(初始状
态),利用8个按键(A -H )可选择和实现8
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种功能状态:
A :显示剂量率、累计剂量、最大剂量率;
B :调整时钟;
C :设置剂量率报警阈;
D :设置剂量报警阈;
E :上传数据;
F :启动剂量历史;G:清零;H ;假关机。

硬件初始化完成后,将暂时不用的部件设置成低功耗状态。

其中时钟电路可设置成每0.5s 向89S51单片机发送一个脉冲信号。

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报警器
图5　报警器
报警器(图5)的主要作用是接收单片机传来的报警信号,予以报警,发出报警音,提示房屋被检测的结果为超标。

它由Vcc 提供5V 固定电压供电,接收来自89S51的数据,与单片机
的P0.0口连接。

216　存储器
如图6,存储器24C046为串行EEPROM (4K ,51238)。

单片机89S51自带存储功能,当自身存储空间不够或者需要另作他用时,更多的会将资料信息存储到外存储器中去,这样做可以提高工作的可靠性以及效率,防止出现更多的错误。

A02A2脚及7号脚接地,5和6号脚分别与单片机的TXD 、RXD 引脚相连,8号脚接Vcc。

图6　存储器连接电路
217　字符显示器
如图7,选用字符显示器L CM061作为显
示器,它可根据接收的数据直接显示结果,并有小数点控制及状态显示。

1至4号脚分别与P2.5到P2.8相连接,5
号脚接地,6号脚经过可变电阻RV1及R16与8号脚相连。

图7　字符显示器电路
218　中断服务程序
本机应用了两种中断,即按键中断和时钟中断。

前者的优先级高于后者。

中断流程图见
图8。

3　结论
针对已有放射性检测仪的缺点,设计一种成本低廉,使用简便的微型检测仪器,具有自动检测、自动分类、自动显示、多种声响提示和故障自动诊断等功能。

系统以89S51单片机为核心,配合显示和报警电路,当γ剂量率超标时L CM061和RXD/GY 分别发出显示和报警信号,提醒人们居室的放射性是否超标,能够有效地防止辐射对人产生的伤害。

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图8　中断服务程序流程图
参考文献:
[1]吴德波,凌球,杨彬华,郭兰英.基于单片机的宽量
程X 2
γ剂量率连续监测仪[J ].核电子学与探测技术,2007,27(6):107021072.
[2]王俊华.γ射线探测与住宅辐射防护[J ].物理实
验,2004,24(01):41243.
[3]杨钦元,李瑞香等.建筑材料产品及建材用工业废
渣放射性物质控制要求G B 6763-2000[S].北京:中国标准出版社,2000.
[4]张明等.天然石材产品放射防护分类控制标准
J C518293[S].国家建筑材工业局,1993.
附录　主电路图供参考
Development of B ased on 89S 51
Single 2Chip Microcomputer Electronic Dosimeter
WAN G J un 2hua 1,DU Xiao 2,ZHOU Jia 2chao 1,SUN Jiang 2han 1
(1.Physical Science and Electronic Techniques School ,Yancheng Teachers College.Yancheng ,
Jiangsu 224002;2.School of Electronic Engineering and Optoelectronic Technology ,NUST ;Nanjing 210094)
Abstract :It describes t he main design feat ures and basic properties of based on 89S51single 2chip micro 2computer electronic dosimeter wit h wide range and multi purposes.The dosimeter can display dose rate or accumulative dose or t he maximum dose rate ,record accumulative dose ,t he maximum dose rate and clas 2ses.
K ey w ords :single 2chip microcomputer ,GM 2tube ,dosimeter
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附录(主电路图供参考)
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