無線通訊輻射測試系統(tǒng)的設計范文

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探測模塊與控制器的無線收發(fā)模塊采用夏瑞科技的LcoRE6系列OEM無線收發(fā)模塊，它是體積小、重量輕、近距離的嵌入式射頻模塊。LcoRE6系列OEM無線收發(fā)模塊便于集成，可以很好地實現(xiàn)點對多的方式(一個master對應多個slave)，設置時只需將AT命令通過串口傳送至LcoRE6集成芯片當中即可。無線模塊與單片機的連接電路簡單，可以直接將無線模塊的數(shù)據(jù)傳送口與單片機的串口相連接。由于儀器持續(xù)工作，故不需要休眠模式。原理圖如圖3所示。

控制器

控制器由220V交流電輸入，經(jīng)過濾波、AC-DC電源芯片穩(wěn)壓至12V，使得控制器可以擴展更多外圍模塊。由于LcoRE6在大功率情況下會將電壓拉低，故將12V直流電壓分成兩路，分別經(jīng)LT1767EMS8穩(wěn)壓至3.3V，一路給STM32F103供電，一路單獨給無線模塊供電。硬件結構框圖如圖4所示。芯片STM32系列是ST(意法半導體)公司近年來推出的一款基于Cortex-M3核心的ARM芯片。STM32芯片功能強大，最快可達到72MHz工作頻率，它具有265k的閃存程序存儲器，48k的SRAM，12通道DMA控制器，多達112個快速I/O端口和多達13個通信接口。通信接口包括一個SDIO接口。控制器通過大量的復合I/O端口實現(xiàn)各個部件的控制，并且擴展一個SD卡，將每個探測器發(fā)送的有效數(shù)據(jù)存入。每天的數(shù)據(jù)保存為一個TXT文檔，方便存貯大量的數(shù)據(jù)和調(diào)用歷史數(shù)據(jù)。SD卡連接原理圖如圖5所示。

軟件設計

1探測模塊軟件設計

探測模塊主程序采用循環(huán)的方式不斷調(diào)用各模塊，實現(xiàn)探測模塊測量、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)發(fā)送接收的功能。模塊的編號和報警閾值存貯在單片機的EEPROM中，啟動立即讀取。當寫入新的編號與閾值時，探測模塊重啟。其流程圖如圖6所示。

2控制器軟件設計

STM32自帶基本函數(shù)庫，程序通過調(diào)用基本函數(shù)庫使得程序簡潔、高效。其流程圖如圖7所示。

3通信協(xié)議

控制器、探測模塊的無線模塊采用一點對多點的模式(一個master對應多個slave)。探測模塊、控制器通過特定頻率的無線信號通信。探測模塊與控制器通訊采用自定義協(xié)議，協(xié)議采用自定義數(shù)字作為包頭、包尾、探測模塊編號、狀態(tài)和控制命令。通信協(xié)議如表1所示。

實驗數(shù)據(jù)及分析

利用銫-137標準放射源對儀器進行檢測。以放射源為中心，以一定距離為半徑，選取三個探測模塊分布在圓周上測量放射源劑量。對于不同劑量值，探測模塊均測量20個數(shù)據(jù)，在距離探測模塊15米左右的控制器上讀出顯示數(shù)據(jù)。由于固有誤差是衡量一個儀器的重要標準，故主要對固有誤差進行計算，得到如表2所示的數(shù)據(jù)。通過對控制器示值與約定真值的固有誤差進行計算，得出每個探測模塊的80個測量值的最大固有誤差均小于±30%，達到GB14054-1993《輻射防護用固定式x、γ輻射劑量率儀報警裝置和監(jiān)測儀》中固定式監(jiān)測儀器Ⅱ級標準。系統(tǒng)試運行一段時間，通信正常。系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定性和可靠性。

結論

系統(tǒng)利用多個以STC11F05E為核心的探測模塊測量不同監(jiān)測點的輻射劑量；利用LcoRE6系列OEM無線收發(fā)模塊進行無線通信；利用STM32為核心的控制器存儲、顯示數(shù)據(jù)。經(jīng)實驗表明，無線通信分布式輻射測量系統(tǒng)具備一定的穩(wěn)定性、可靠性。控制器還預留IPORT通信口，可通過該網(wǎng)口實現(xiàn)遠程連接，構建上位機監(jiān)控平臺。

作者：何毅方方龔韜單位：成都理工大學核技術與自動化工程學院成都理工大學信息科學與技術學院上海貝谷儀器科技有限公司