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1、学校代码 10126 学号 微机原理&单片机及接口技术课程设计题 目 用单片机实现核辐射检测仪院 系 内蒙古大学鄂尔多斯学院 专业名称 自动化 年 级 2008 级 学生姓名 白洋瑄 指导教师 王 亮 2011年05月18日用单片机实现核辐射检测仪摘要用AT89C51单片机和一些常见的最基本的器件、芯片搭接电路，实现对射线的检测并显示。当辐射量快超过安全值时，系统自动控制报警，从而提示使用者采取防护措施或离开现场。关键词：单片机，核辐射，检测一引言 核能发电是目前核能和平利用的最主要的方式。在正常运行情况下，核电站对周围公众产生的辐射剂量对人们并不构成任何危险。日本强震引发核泄漏，核安全问题成
2、为人们关注的焦点。日本福岛第一核电站发生核泄漏事故。作为日本邻国，中国特别是沿海一些省区市是否会受到核辐射污染？空气、食物、饮水还是安全的吗？带着这些疑问，开始了关于核辐射资料的进一步收集。核辐射是原子核从一种结构或一种能量状态转变为另一种结构或另一种能量状态过程中所释放出来的微观粒子流。核辐射可以使物质引起电离或激发，故称为电离辐射。电离辐射又分直接致电离辐射和间接致电离辐射。直接致电离辐射包括质子等带电粒子。 辐射对人体健康影响的大小不仅与辐射的类型、能量有关，而且与受辐射作用的人体组织、器官的特性（例如对辐射的敏感程度），以及放射性核素在体内滞留的时间等因素有关，常使用辐射剂量来表示人体
3、健康可能受到影响的程度。一次小于100微西弗的辐射，对人体无影响。一次10002000微西弗，可能会引发轻度急性放射病，能够治愈。一次性遭受4000毫西弗会致死（希沃特（缩写Sv）是基本辐射剂量的单位之一，是一个由于人类健康安全防护上的需要而确定的具有专门名称的国际单位制导出单位。）。关于核辐射的检测涉及到好几个方面，如果高能射线，低能X、射线辐射的测量等等。由于刚开始接触这方面的知识，再加上单片机刚开始学习，所以只选择其中的一种射线的辐射来检测。而衡量的标准在不同领域也有所不同。最常用的辐射剂量有3个：吸收剂量、当量剂量和有效剂量。现在选择吸收剂量，此指标反映的是被照射物质吸收电离辐射能量的
4、大小，国际制单位是戈瑞。核辐射进入大气后，空气中不同的射线对核辐射影响不同，比如，中子的辐射权重因子为520，辐射权重因子为20，当量剂量的单位就是毫希沃特（毫西弗）、微希沃特。但是在普通生活环境状态，太阳光中最多的X、和射线，其辐射权重因子为1多数情况下，吸收剂量与当量剂量相当。二仪器的基本工作原理本仪器的基本工作原理可由图1所示的方块图简要说明如下: 当开关接通测量时，射线经探测器转换成电脉冲，脉冲计数率与被测辐射场的强弱成正比。探测器输出的电脉冲送入单片机系统进行计数、标度变换，由显示器显示出被测辐射量值，当快要超过人体可承受的辐射量时，可由单片机系统自动控制报警，从而提示使用者采取防护
5、措施或离开现场。图一 仪器的基本工作原理三单片机的外围电路本仪器主要由检测电路、模数转换电路、显示电路和报警电路组成。1. 检测电路图二 J302型计数管外形图和线路图采用了J302型计数管，是一种气体探测器。该管系氧化锡阴极，同轴圆柱型薄壁结构，电流应用型薄壁卤素计数管，在周围介质温度从-40-55的范围内。可探测射线。使其工作在390伏左右电压下。当它正常工作时，通过它的电流会根据周围辐射量的大小产生相应的变化。把电流值转换成电压值，送入A/D。图三 电流与吸收剂量的关系 图四 电流电压转换电路关于电流电压转换电路的电阻电容的选择：I=2.430mA R=200; Rf=7.14; R1=
6、18000; R5=43000; Vf=7.53V ;Vo=I*R*(1+Rf/R1+Rf/R5)-Vf*(Rf/R5);2.模数转换电路选用常用的8位逐次逼近型A/D转换芯片ADC0809，经过一个数据锁存器74LS373之后，再与单片机相连时，可以辅助单片机对其控制调用中断，也可以保持一段时间的有效电平，从而保证写入单片机的内容稳定、准确。3. 显示电路选用常用的共阳极七段数码管与解码器7447相配合，再加上若干电阻，就可以实现十进制数的显示了。因为给解码器7447输入BCD码后，他就能输出相对应的高低电平，使其正常显示。4. 报警电路 选用一个蜂鸣器，三极管就能实现。当测量值超过一定程度
7、时，会对人体造成伤害，调用程序使其报警，提醒使用者。图五 报警电路四单片机系统 如下图所示，为此系统的总的电路原理图。加入了一个变压器，从而实现不同电压的转换。选了12MHz的晶振，复位端接了+Vcc，串联一个电容、一个电阻。当该引脚收到两个机器周期以上的高电平时，即可实现复位操作。软件设计采用累积计数平均计算的测量方法。其测量原理是仪器每5秒钟显示一次读数，第二个5秒钟显示第一个5秒钟和第二个5秒钟的平均计数率，第三个5秒实际上是显示巧秒的平均计数率，以此类推，测量时间越长，累积越多，测量结果越精确，更接近真值，如果显示读数趋于稳定，便可作为测量值。仪器设定应的显示提示，以提醒测量者注意。软
8、件流程图如下：系统评价 该核辐射检测系统搭建的相对简单，造价低，很经济。所选器件都很常见，易于硬件实现。它是众多已投向市场仪器的核心。功能单一，对单片机的处理能力要求不高。是学习、初步实践的不错尝试。若进一步探索，一方面从可靠性和抗干扰设计，可以对整机硬科，及软件进行了可靠性和抗干扰设计。从而使其适应经常在恶劣的环境中工作。另一方面，顺应集成化这一趋势，考虑多功能的仪表。此外，核辐射检测仪已广泛应用于环境监测、卫生防疫、无损检测、进出口商检、放射医疗、建材、石油化工、地质普查、机场、车站、码头、港口、废钢铁、核实验室等领域的放射防护监测。 参考文献1 李清明传感器与单片机接口及实例 北京航空航
9、天出版社2 杨欣，王玉凤，刘湘黔 51单片机应用从零开始 清华大学出版社 3 冯博琴，吴宁 微型计算机原理与接口技术（第二版）清华大学出版社 4 于锡存，曹国华 单片机原理及接口技术 西安电子科技大学出版社5 张明虎，金良安，梁宏等 基于单片微机技术的核辐射检测仪设计(海军大连舰艇学院舰艇防化教研室，大连)全国第三届核反应堆用核仪器学术会议论文集 6 钟鹤立 几种核辐射传感器 传感器技术 1992年第1期(No11992) 后记 很珍惜本次课程设计的机会，能让我们在刚刚学习理论之后，马上实践，满足了我们的好奇心，进一步促进了我们对知识的渴望。可以说是毕业设计前的一次小小的练兵。体会到了从硬件到软件的整个系统开发过程，时间相对近，没能充分思考，但是学习效率较高。