基于MSP430的多探头核辐射剂量率仪研制

摘要：为满足核辐射探测仪便携化，智能化的要求，探讨了以MSP430F169单片机为核心的多探头核辐射剂量率仪的软硬件实现方法。在介绍了整个系统的基础上，对仪器设计中的关键问题进行了详细说明，重点讨论了通过单片机给多个探头供高压电的原理和分别连接多个探头后数据传输的实现方法，并给出了单片机外围电路的原理图。试验证明，该仪器完全可以用于核辐射探测领域，且具有小型化、数字化、低功耗等优点。
关键词：MSP430；便携化；智能化；核辐射；多探头

目前国内的辐射防护仪表无论是便携式的还是固定监测式的仪器都是采用一个探头对应一个主机的形式，而国外已经有多个探头对应一个主机的机型，这种多探头辐射测量仪具有的最大优势就是在主机不变的情况下只需更换不同的数字探头就可以分别测量α，β，γ的剂量率；而且测同一种射线时还可以根据不同情况选择不同种类的探头，利用所选探头的优点扩大仪器的量程；同时还避免了同类电路板的重复开发，产品的升级以及系统构成的变化只需改变软件，这样从很多方面都大大降低了成本。

1 系统概述
本系统由探头和主机两个部分组成。外接探头内部的探测器类型包括测量α的ZnS探测器、测量β的塑料闪烁体探测器，测量γ的NaI晶体探测器，以及同时测量α，β的双闪烁体探测器和同时测量α，β，γ的双GM管探测器。探头内置一片MSP430F169型单片机，以提高其数字化程度；主机是以单片机MSP430F169为核心检测系统。MSP430F169单片机是超低功耗的16位混合信号处理器，在运算性能上比8位处理器高，远不止两倍。在本设计中，MSP430F169大部分时间工作于低功耗模式0情况下，此时耗电为50μA／s，只有主机向探头发送命令时，才触发一个极短暂运行。运行期间电流消耗250μA／MIPS左右。此系统用于查询探头检测到的实时剂量率和历史数据及设置探头所需的参数，当射线进入各类型探测器后产生电信号，电信号经过信号调整电路转换成标准脉冲频率信号，探头内单片机系统在设置的时间内对脉冲计数，再利用相应的算法计算出剂量率，将该剂量率通过RS 485总线传送给主机，最后在主机的液晶显示界面将剂量率显示出来。

2 数字探头介绍
图1就是数字探头的结构，将探头数字化可以说是本设计的一个核心内容，其内部的单片机与主机中的单片机通过RS 485总线相互通信，完成修改参数，传输数据的功能。

数字探头是由探测器、放大电路、甄别成型电路和一片MSP430单片机组成；而常规的模拟探头只是由探测器和前置放大电路和脉冲成型电路组成，由此可见，数字探头的集成度更高，智能化更强，适合编程控制。本文中所用到的数字探头就可通过编程修改以下参数：
测量时间：0～60 s；测量次数：0～99次；校正因子：0．01～9．99；零点：-20～+20；高压：-1 000～+500 V。