|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Wskaźnik poziomu promieniowania
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Dozymetry Cechą charakterystyczną proponowanego wskaźnika poziomu promieniowania radioaktywnego jest to, że jest on kontrolowany przez mikrokontroler PIC12F683. Opracowując urządzenie, autor zapoznał się z wieloma istniejącymi projektami radiotelefonów przemysłowych i amatorskich na ten temat. Przykładowo opis jednego z nich ukazał się w ubiegłym roku w Radiu nr 10. Tworząc to urządzenie, autor miał na celu przybliżenie jego możliwości do potrzeb zwykłego człowieka. Urządzenie, na które zwrócono uwagę czytelników, ma następujące cechy: - LED (liczba błysków) wskazanie poziomu promieniowania radioaktywnego bezpośrednio w mikroR/h; - wymuszona sygnalizacja dźwiękowa i świetlna (miga) zarejestrowanych impulsów źródła promieniowania (w trybie normalnym jest wyłączona w celu oszczędzania energii akumulatora i złagodzenia irytujących efektów psychologicznych); - automatyczne włączenie sygnalizacji dźwiękowej i świetlnej zarejestrowanych impulsów źródła promieniowania po przekroczeniu progu 50 µR/h; - automatyczna aktywacja alarmu w przypadku przekroczenia drugiego progu 75 μR/h; - w pamięci nieulotnej mikrokontrolera (EEPROM) zapisywane są wartości pierwszego i drugiego progu, a także parametry zastosowanego akumulatora oraz konkretny rodzaj licznika Geigera niezbędny do pracy urządzenia. można łatwo zmieniać zgodnie z indywidualnymi wymaganiami; - pobór prądu podczas pracy w warunkach naturalnego tła promieniotwórczego jest mniejszy niż 1 mA (faktycznie zmierzony - 0,86 mA), czas pracy na zużytym akumulatorze litowo-jonowym o pojemności 750 mAh wynosi ponad 35 dni; - sygnalizacja LED pozostałych dni żywotności baterii; - kontrola stanu napięcia akumulatora; - ładowanie baterii przez standardowe połączenie USB; - wymiary maksymalne (określane przede wszystkim przez zastosowany licznik Geigera SBM-20) 120x30x25 mm. Tym samym proponowane urządzenie charakteryzuje się długim (ponad miesięcznym) czasem pracy bez ładowania akumulatora, sygnalizuje przekroczenie zadanego poziomu promieniowania radioaktywnego oraz wskazuje poziom promieniowania bezpośrednio w mikrorentgenach na godzinę. Zdjęcie miernika wskaźnikowego pokazano na ryc. 1. Schemat urządzenia pokazano na ryc. 2.
Przed opisaniem działania urządzenia należy zastanowić się, w jaki sposób poziom promieniowania radioaktywnego wyznaczany jest z impulsów licznika Geigera, w naszym przypadku SBM-20. Według danych producenta [1] czułość tego licznika na promieniowanie gamma wynosi 420±20 impulsów/s przy natężeniu promieniowania radioaktywnego 4 µR/s, co odpowiada 14,4 mR/h. W związku z tym poziom promieniowania 1 mR/h będzie odpowiadał 420±20/14,4 = 29,17±1,39 impulsów/s, czyli to samo 1750±83 impulsów/min. Rozłóżmy 1 mR/h na czynniki, np. 50x20 μR/h, w tym przypadku przy poziomie promieniowania 20 μR/h licznik Geigera SBM-20 wygeneruje 1750 ± 83/50 = 35 ± 1,7 impulsów/ min. Po ustaleniu czasu, w którym licznik Geigera wytworzy 20 impulsów z obliczoną szybkością 35±1,7 impulsów/min, otrzymujemy okres czasu, w którym liczba impulsów licznika Geigera odpowiada poziomowi promieniowania w mikroroentgenach na godzinę: (60 s/35±1,7 imp.) x 20 = 34,3 s (biorąc pod uwagę rozpiętość - od 32,7 do 36 s). Ten przedział czasu zliczania impulsów tworzy timer 12 wbudowany w mikrokontroler PIC683F1. Biorąc pod uwagę ustawienia oprogramowania, okres timera 1 wynosi 0,524288 s, co oznacza, że wymagany okres pomiarowy wynosi 34,3 s / 0,524288 s = 65 ( łącznie z zaokrągleniami) okresy licznika 1. W postaci szesnastkowej 65 = 0x41 liczba 41 jest zapisywana w zerowej (pierwszej) komórce pamięci nieulotnej mikrokontrolera EEPROM i można ją łatwo zmienić, jeśli inny typ licznika Geigera Jest używane. Kolejna, pierwsza (druga z rzędu) komórka pamięci EEPROM przechowuje szesnastkową wartość planowanej liczby dni pracy baterii: (750 mAh/0,9 mA)/24 h = 35 (z zaokrągleniami) = 0x23. Druga komórka EEPROM to wartość pierwszego progu (włącza sygnalizację dźwiękową i świetlną impulsów licznika Geigera) 50 µR/h = 0x32. Trzecia komórka EEPROM to drugi próg (alarm) 75 μR/h = 0x4V. Czwarta komórka EEPROM określa czas trwania impulsu potrzebnego do wygenerowania wymaganego napięcia na liczniku Geigera, dla SBM-20 napięcie robocze powinno wynosić 400 V [1]. Wzór na obliczenie czasu trwania impulsu to K x 3 μs + 5 μs, gdzie K jest wartością dziesiętną czwartej komórki. Obliczanie czasu trwania impulsu „pompującego” nie ma sensu, ponieważ napięcie będzie zależeć od rzeczywistych parametrów obwodu formującego. Współczynnik ten należy dobrać eksperymentalnie, mierząc powstałe napięcie. Należy pamiętać, że ponieważ napięcie zasilania licznika Geigera jest małej mocy (inne nie jest potrzebne, ponieważ maksymalny prąd licznika nie przekracza 20 μA [1]), to napięcie to należy mierzyć przez wysokooporowy miernik rozdzielacz. W tym celu autor zastosował dzielnik o gigaomowej rezystancji wejściowej, pomiar przeprowadzono za pomocą oscyloskopu TDS-210. W piątej, szóstej i siódmej (odpowiednio szóstej w kolejności) komórce EEPROM zapisywane są współczynniki określające interwał dzienny. Jest to konieczne do obliczenia żywotności baterii. Iloczyn tych trzech liczb musi być równy liczbie okresów pomiarowych w ciągu dnia. Czas trwania dnia w sekundach 60x60x24 = 86400 s przeliczamy na liczbę interwałów pomiarowych (wartość rzeczywista 65 x 0,524288 s = 34,07872 s), otrzymujemy 86400 s / 34,07872 s = 2535 całych interwałów. Rozkładamy na czynniki liczbę 2535 = 13x 13x 15, odpowiednio, wpisując w komórkach 13 = 0x0D, 13 = 0x0D, 15 = 0x0F. Ważna uwaga. Do normalnej pracy programu wbudowanego w mikrokontroler konieczne jest, aby dane źródłowe spełniały warunek 0 < X < 127, gdyż warunek ten musi być spełniony dla niektórych poleceń używanych w programie. Wygodne jest korzystanie ze strony internetowej calc-x.ru/conversion_number.php w celu konwersji liczb na różne systemy liczbowe. Teraz rozważ obwód urządzenia. Urządzenie zasilane jest baterią litowo-jonową, do ładowania służy gotowa płytka o wymiarach 20x25 mm produkcji chińskiej, w razie potrzeby można ją wykonać samodzielnie, wykorzystując mikroukład TP4056. Do zasilania urządzenia stabilizowanym napięciem 3,3 V stosuje się mikroukład LP2980-3.3. Jego ważną cechą jest praca przy niskim prądzie obciążenia i niskim poborze prądu wewnętrznego (przy prądzie obciążenia 1 mA nie przekracza 170 μA). Jednostka odbierająca napięcie zasilania licznika Geigera całkowicie odpowiada obwodowi z podobnego urządzenia [2]. Na pinie 7 mikrokontrolera (GP0) generowany jest krótki impuls o czasie trwania określonym przez zawartość czwartej komórki EEPROM. Następnie następuje przerwa trwająca 250 μs i wykonywanie programu powraca do generowania impulsu. Początkowo autor planował wykorzystać oddzielny blok do generowania wysokiego napięcia (istnieje wiele obwodów podobnych bloków), zwolniłoby to jeden pin mikrokontrolera, ale testy praktyczne wykazały, że takie węzły pobierają prąd o wartości 1 mA i więcej, nie udało się uzyskać mikroprądu. Zliczanie impulsów licznika Geigera (pin 4) i reakcja na przycisk pomiarowy SB1 (pin 3) realizowane jest poprzez włączenie odpowiednich przerwań programowych w mikrokontrolerze. Dopuszczalne są także przerwania wykorzystujące timer 1, zapewniające utworzenie interwału pomiarowego. Sygnalizacja świetlna i dźwiękowa zarejestrowanych impulsów licznika Geigera odbywa się w następujący sposób. W przypadku gdy nie ma potrzeby wskazywania impulsów wejściowych, na wyjściach GP1, GP2 (piny 6, 5) impulsy sygnalizacji o częstotliwości około 4 kHz są w fazie, dlatego ani czerwona dioda LED HL2, ani emiter piezoelektryczny HA1 odpowiedzieć na nie. Po naciśnięciu przycisku wymuszonej sygnalizacji SB2 jeden z przewodów diody LED i emitera piezoelektrycznego zostaje podłączony do wspólnego przewodu i sygnalizacja zostaje włączona na siłę. Warto zauważyć, że rezystor R9 w tym przypadku zapobiega awarii wyjścia mikrokontrolera GP1, więc nie można tego wykluczyć (na przykład w celu zwiększenia głośności dźwięku). Po przekroczeniu pierwszego progu poziomu promieniowania radioaktywnego impulsy sygnalizacji na wyjściach GP1, GP2 znajdują się w przeciwfazie, sygnalizacja włącza się automatycznie. W kolejnym cyklu pomiarowym wskazanie pozostanie włączone i będzie to trwało do momentu, gdy mierzony poziom spadnie poniżej pierwszego progu. W przypadku przekroczenia drugiego progu zostaje wyświetlony sygnał alarmowy w postaci trzykrotnego mignięcia diody HL2 o czasie trwania 0,25 s i towarzyszącemu dwuczęstotliwościowemu (około 4 kHz) sygnałowi dźwiękowemu. Następnie wznawia się pomiar poziomu promieniowania. Krótkie (nie dłuższe niż 0,25 s) naciśnięcie przycisku SB1 inicjuje tryb wskazania zmierzonego poziomu promieniowania radioaktywnego w mikrorentgenach na godzinę za pomocą błysków diody HL1 (w wersji autorskiej w kolorze niebieskim). Najpierw wyświetlane są dziesiątki z drugimi impulsami świetlnymi, a następnie jednostki wynikowego pomiaru są wyświetlane z impulsami ćwierćsekundowymi. Aby uniknąć nieporozumień w przypadku jednostek zerowych (na przykład 10 lub 20 µR/h), wartości jednostek zerowych są wskazywane jednym krótkim impulsem. Po naciśnięciu przycisku SB1 na dłużej niż ćwierć sekundy urządzenie przechodzi w tryb wyświetlania pozostałych przewidywanych dni pracy baterii. Najpierw krótko miga dioda HL2 (czerwona), sygnalizując przejście do trybu sygnalizacji kontroli akumulatora, po chwili ta sama dioda pokazuje stan akumulatora. Po upływie przewidywanego czasu pracy baterii w tym trybie wyświetli się liczba dni „recyklingu”, recykling zostanie zasygnalizowany krótkim mignięciem niebieskiej diody LED HL1. Dziesiątki i jednostki są wyświetlane podobnie jak w poprzednim trybie wyświetlania. Przycisk SB3 pozwala kontrolować aktualny stan baterii. W tym celu rezystory R13, R14 dobiera się tak, aby przy nominalnym napięciu pracy (3,3 V) świeciła zielona dioda LED HL3, natomiast przy napięciu około 3 V (poziom rozładowanego akumulatora) już nie. Tranzystor VT1 doprowadza amplitudę impulsów licznika Geigera do poziomu wymaganego do działania mikrokontrolera. Tranzystor VT3, cewka indukcyjna L2 i powielacz diodowy na diodach VD1, VD2, VD5-VD9 i kondensatorach C2-C4, C6, C7, C9, C10 zapewniają niezbędne napięcie zasilania dla licznika Geigera. Zastosowanie tranzystora VT2 spowodowane jest koniecznością wstępnej inicjalizacji mikrokontrolera. Mikrokontroler PIC12F683 ma sześć opcji pierwszej instalacji, ale albo autor natknął się na taki przypadek, albo wystąpił błąd w programie, ale podczas inicjalizacji trybu przerwania mikrokontroler „odmówił” pracy bez „resetu” po włączeniu NA. Ponieważ pozwolił na to rozmiar płytki, zdecydowano się opuścić tranzystor VT2. Urządzenie montuje się na uniwersalnej płycie o wymiarach 100x15 mm z wycięciem na akumulator (rys. 3), niezbędne połączenia wykonuje się za pomocą drutu montażowego.
Zacisk wysokiego napięcia licznika Geigera znajduje się wewnątrz obudowy, zacisk niskiego napięcia jest od zewnątrz zamknięty ozdobną nasadką (rys. 4). Płytka ładująca akumulator USB oraz emiter piezoelektryczny znajdują się pod płytą główną. Aby monitorować ładowanie akumulatora za pomocą wskaźników płytki ładującej, w dolnej części obudowy wierci się dwa otwory o średnicy 1 mm. Mikrokontroler montowany jest na płytce poprzez standardowy panel, co pozwala na jego przeprogramowanie w razie potrzeby. Licznik Geigera montowany jest w oprawkach bezpiecznikowych wlutowanych w płytkę; jeśli takie nie są dostępne, można wykonać oprawy z twardych drutów miedzianych. Lutowanie przewodów miernika może spowodować jego uszkodzenie. Widok urządzenia po zdjęciu pokrywy pokazano na rys. 5.
Nie ma specjalnych wymagań dotyczących zastosowanych części, z wyjątkiem tego, że tranzystor VT3 musi być pod wysokim napięciem (w przypadku KSP42 maksymalne dopuszczalne napięcie kolektor-emiter wynosi 300 V), napięcie znamionowe kondensatora C1 musi wynosić co najmniej 40 V (przy napięcie zasilania licznika Geigera 400 V). Należy zaznaczyć, że pomimo symetrii korpusu miernika SBM-20 posiada on polaryzację i należy zgodnie z nią zamontować. Podsumowując, chciałbym zwrócić Państwa uwagę na następujące kwestie. Pomimo pełnej sprawności funkcjonalnej proponowanego urządzenia (badanie przeprowadzono przy użyciu źródła promieniowania radioaktywnego urządzenia przemysłowego DP-5A), można je ulepszyć, a mianowicie: - wyklucz tranzystor VT2 z dodatkowymi elementami; - wyeliminować tranzystor VT1 dodatkowymi elementami, zastępując go konwencjonalnym dzielnikiem rezystancyjnym z diodowym zabezpieczeniem napięcia wejściowego mikrokontrolera, zmieniając w oprogramowaniu polaryzację impulsów wejściowych; - jeżeli nie planujesz pracy urządzenia przez całą dobę, zaprogramuj automatyczną rejestrację aktualnego czasu pracy akumulatora w pamięci nieulotnej mikrokontrolera, aby przy kolejnym włączeniu mikrokontrolera wyświetliły się prawidłowe dane. W tym przypadku konieczne jest także zaprogramowanie dodatkowego trybu dla przycisku SB1 w celu przeprowadzenia wstępnej instalacji po naładowaniu akumulatora, możliwa jest także automatyczna inicjalizacja na podstawie sygnałów z płytki ładującej. W proponowanej wersji każde załączenie powoduje wyzerowanie licznika pracy akumulatora; - wygenerować napięcie dla licznika Geigera za pomocą osobnego mikrosilnika, w tym przypadku zwalniany jest jeden pin mikrokontrolera, który można wykorzystać np. do wbudowanego komparatora analogowego. Umożliwi to dokładniejszą kontrolę napięcia akumulatora. Ale co ważniejsze, w tym przypadku mikrokontroler można wprowadzić w tryb „uśpienia” z przerwami impulsami licznika Geigera i timerem. Prąd pobierany przez mikrokontroler w tym trybie nie przekracza 100 μA; - wykorzystanie mniejszego licznika Geigera, na przykład SBM-21, do stworzenia na bazie tego urządzenia breloczka do kluczy, który będzie monitorował bezpieczeństwo radiacyjne przez rok lub dłużej bez ponownego ładowania; - za pomocą mikrokontrolera z dużą liczbą pinów zaimplementuj wyjście poziomu promieniowania radioaktywnego na wskaźnik cyfrowy, ale wtedy będzie to inne urządzenie. Program i firmware mikrokontrolera można pobrać z ftp://ftp.radio.ru/pub/2015/05/ind_rad.zip. literatura
Autor: S. Makaretz
Sztuczna skóra do emulacji dotyku
15.04.2024 Żwirek dla kota Petgugu Global
15.04.2024 Atrakcyjność troskliwych mężczyzn
14.04.2024
▪ Google wprowadził własny tablet ▪ Generowana jest najkrótsza elektroniczna eksplozja ▪ Plana hybrydowo-elektryczna taksówka powietrzna ▪ LTC5508 Subminiaturowy szerokopasmowy detektor mocy ▪ Drony przeciwko koronawirusowi
▪ sekcja witryny A potem pojawił się wynalazca (TRIZ). Wybór artykułu ▪ artykuł Umieszczanie dobrej twarzy na złej grze. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Skąd się wzięło słowo niewola karna? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Stilozant jest smukły. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Miniaturowa lutownica niskonapięciowa. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Automatyczny przełącznik sygnału. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony