一種用于射線報(bào)警的控制器

溫永強(qiáng)

（山西國(guó)營(yíng)大眾機(jī)械廠，山西 太原 030024）

1 概述

射線報(bào)警控制器的功能是依據(jù)射線傳感器的檢測(cè)信號(hào)判斷特定工作場(chǎng)所環(huán)境內(nèi)的射線是否超限，同時(shí)根據(jù)紅外探測(cè)傳感器信號(hào)判斷是否有人員進(jìn)入了現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)設(shè)定的超限值發(fā)出聲光報(bào)警提示信號(hào)。本文介紹了射線報(bào)警控制器的主要構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)方法。

2 硬件電路基本構(gòu)成

圖1為射線報(bào)警控制器的硬件電路框圖。

圖1 射線報(bào)警控制器的硬件電路框圖

2.1 傳感器

輻射及紅外探測(cè)報(bào)警器可接入4個(gè)射線輻射信號(hào)傳感器、4個(gè)紅外線信號(hào)探測(cè)傳感器。其中，射線輻射信號(hào)傳感器對(duì)供電電源要求為DC 30 V，其輸出為30 V幅值的頻率信號(hào)；紅外線信號(hào)探測(cè)傳感器是一種紅外接收器，對(duì)電源要求為DC 13 V，輸出為電平信號(hào)。

2.2 傳感器接口電路

傳感器接口電路（調(diào)理電路）的功能是：根據(jù)4個(gè)射線傳感器和4個(gè)紅外線信號(hào)探測(cè)傳感器輸出的電信號(hào)的技術(shù)參數(shù)，將這些電信號(hào)電平等級(jí)調(diào)整到與MSP430微控器輸入端接口技術(shù)參數(shù)匹配的電平等級(jí)。

實(shí)際的射線傳感器接口電路見圖2。圖2中，集成電路U1是一種電壓比較器，Vp和Vn分別為電壓比較器的正、負(fù)輸入比較端。S＿IN為射線傳感器的頻率輸出信號(hào)，經(jīng)R0、R1分壓和C1直流隔離后輸入到比較器U1的正比較端Vp。這一信號(hào)與比較器U1的負(fù)比較端Vn的3 V左右的電平比較后，在U1的輸出端F＿OUT輸出幅值為3 V左右的頻率輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)電平等級(jí)調(diào)整到與MSP430微控器輸入端接口技術(shù)參數(shù)匹配的電平等級(jí)要求。

圖2 射線傳感器接口電路

紅外線信號(hào)探測(cè)傳感器的接口電路較簡(jiǎn)單，在此不再贅述。

2.3 微控器及編程通信接口

圖3為射線報(bào)警控制器所采用的微控器基本電路及編程和通信接口電路原理圖。

圖3中，U3為美國(guó)TI公司的工業(yè)級(jí)MSP430系列微控器，U2為RS232通信接口集成電路，P2是JTAG編程接口。

2.3.1 微控器選取及主要應(yīng)用指標(biāo)

依據(jù)需求，輻射及紅外探測(cè)報(bào)警器的主控制微控器選擇美國(guó)TI公司的工業(yè)級(jí)MSP430系列微控器。微控器通過軟件采集各傳感器的信號(hào)并與觸摸顯示屏人工設(shè)定的射線超限值進(jìn)行比較，判斷被測(cè)環(huán)境中的射線是否超限。如果射線值超限發(fā)出警示信號(hào)，若紅外探測(cè)器探測(cè)到有人員進(jìn)入超限環(huán)境時(shí)提醒其迅速離開。

圖3 微控器及編程通信接口

微控器主要應(yīng)用指標(biāo)為：存儲(chǔ)器：60k B＋256B Flash，2k B RAM；低電源電壓供電：1.8 V～3.6 V；超低電功耗：工作時(shí)330μA （1 MHz，2.2 V），待機(jī)時(shí)1.1μA；精簡(jiǎn)指令集高度正交化；具有12 Bit A／D轉(zhuǎn)換器；具有兩種不同的時(shí)鐘系統(tǒng)：16 Bit Ti mer＿A計(jì)時(shí)／計(jì)數(shù)器，16 Bit Timer＿B計(jì)時(shí)／計(jì)數(shù)器；片內(nèi)集成兩個(gè)比較器：串口0（USART0），串口1（USART1）；具有片內(nèi)JTAG接口。

2.3.2 RS232通信接口

RS232通信接口實(shí)現(xiàn)MSP430系列微控器與觸摸屏間的RS232通信。

2.4 聲光報(bào)警器接口

聲光報(bào)警器接口將MSP430微控器接口的電平等級(jí)電信號(hào)調(diào)整到與聲光報(bào)警器技術(shù)參數(shù)匹配的電平等級(jí)。圖4為多路聲光報(bào)警電路接口中一路的原理圖，實(shí)際上是將微控器發(fā)出的聲光信號(hào)進(jìn)行功率放大后送到揚(yáng)聲器或報(bào)警燈電路。

2.5 聲光報(bào)警電路

它是聲光報(bào)警輸出功能電路，由揚(yáng)聲器和LED燈構(gòu)成。

2.6 觸摸屏顯示器

觸摸屏顯示器是輻射及紅外探測(cè)報(bào)警器的人機(jī)信息交換界面，選擇串行接口智能觸摸屏。

2.7 電源變換電路

從以上的硬件構(gòu)成可以看到：輻射及紅外探測(cè)報(bào)警器各電路要求電源電路能夠提供多種電壓等級(jí)的供電，與系統(tǒng)提供的12 V和5 V電源是有差異的，電源變換電路應(yīng)能滿足以下電源要求：MSP430微控器的電源DC 3.3 V；觸摸屏顯示器電源DC 5 V；紅外線信號(hào)探測(cè)傳感器電源DC 13 V；聲光報(bào)警電路電源DC 13 V；射線輻射信號(hào)傳感器電源DC 30 V。

圖4 聲光報(bào)警器接口

3 軟件部分

軟件主要由兩部分構(gòu)成：適應(yīng)硬件配置項(xiàng)的硬件監(jiān)控程序和適應(yīng)用戶各種需求的軟件配置。

3.1 適應(yīng)硬件配置項(xiàng)的硬件監(jiān)控程序

在硬件設(shè)計(jì)確定后，硬件配置項(xiàng)的硬件監(jiān)控程序應(yīng)能對(duì)所有傳感器輸入到微控器的信息進(jìn)行采集和預(yù)處理，對(duì)所有微控器控制硬件能提供滿足條件的輸出信息。

3.2 適應(yīng)用戶各種需求的軟件配置

在對(duì)用戶需求充分掌握的前提下，提出了詳盡無遺漏的用戶需求分析作為軟件配置的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上提出程序編碼框架并實(shí)現(xiàn)軟件編碼。

4 結(jié)束語

本文在簡(jiǎn)要分析射線報(bào)警器工作原理及組成的基礎(chǔ)上，結(jié)合微控器的應(yīng)用，給出了射線報(bào)警控制器的硬件電路設(shè)計(jì)。隨著社會(huì)的發(fā)展，基于上述設(shè)計(jì)原理的報(bào)警控制器將廣泛應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、酒店、海關(guān)、倉(cāng)庫(kù)等公共場(chǎng)所，具有極其廣泛的應(yīng)用前景。