一种用于射线报警的控制器

温永强

（山西国营大众机械厂，山西 太原 030024）

1 概述

射线报警控制器的功能是依据射线传感器的检测信号判断特定工作场所环境内的射线是否超限，同时根据红外探测传感器信号判断是否有人员进入了现场，根据设定的超限值发出声光报警提示信号。本文介绍了射线报警控制器的主要构成和实现方法。

2 硬件电路基本构成

图1为射线报警控制器的硬件电路框图。

图1 射线报警控制器的硬件电路框图

2.1 传感器

辐射及红外探测报警器可接入4个射线辐射信号传感器、4个红外线信号探测传感器。其中，射线辐射信号传感器对供电电源要求为DC 30 V，其输出为30 V幅值的频率信号；红外线信号探测传感器是一种红外接收器，对电源要求为DC 13 V，输出为电平信号。

2.2 传感器接口电路

传感器接口电路（调理电路）的功能是：根据4个射线传感器和4个红外线信号探测传感器输出的电信号的技术参数，将这些电信号电平等级调整到与MSP430微控器输入端接口技术参数匹配的电平等级。

实际的射线传感器接口电路见图2。图2中，集成电路U1是一种电压比较器，Vp和Vn分别为电压比较器的正、负输入比较端。S＿IN为射线传感器的频率输出信号，经R0、R1分压和C1直流隔离后输入到比较器U1的正比较端Vp。这一信号与比较器U1的负比较端Vn的3 V左右的电平比较后，在U1的输出端F＿OUT输出幅值为3 V左右的频率输出信号，实现电信号电平等级调整到与MSP430微控器输入端接口技术参数匹配的电平等级要求。

图2 射线传感器接口电路

红外线信号探测传感器的接口电路较简单，在此不再赘述。

2.3 微控器及编程通信接口

图3为射线报警控制器所采用的微控器基本电路及编程和通信接口电路原理图。

图3中，U3为美国TI公司的工业级MSP430系列微控器，U2为RS232通信接口集成电路，P2是JTAG编程接口。

2.3.1 微控器选取及主要应用指标

依据需求，辐射及红外探测报警器的主控制微控器选择美国TI公司的工业级MSP430系列微控器。微控器通过软件采集各传感器的信号并与触摸显示屏人工设定的射线超限值进行比较，判断被测环境中的射线是否超限。如果射线值超限发出警示信号，若红外探测器探测到有人员进入超限环境时提醒其迅速离开。

图3 微控器及编程通信接口

微控器主要应用指标为：存储器：60k B＋256B Flash，2k B RAM；低电源电压供电：1.8 V～3.6 V；超低电功耗：工作时330μA （1 MHz，2.2 V），待机时1.1μA；精简指令集高度正交化；具有12 Bit A／D转换器；具有两种不同的时钟系统：16 Bit Ti mer＿A计时／计数器，16 Bit Timer＿B计时／计数器；片内集成两个比较器：串口0（USART0），串口1（USART1）；具有片内JTAG接口。

2.3.2 RS232通信接口

RS232通信接口实现MSP430系列微控器与触摸屏间的RS232通信。

2.4 声光报警器接口

声光报警器接口将MSP430微控器接口的电平等级电信号调整到与声光报警器技术参数匹配的电平等级。图4为多路声光报警电路接口中一路的原理图，实际上是将微控器发出的声光信号进行功率放大后送到扬声器或报警灯电路。

2.5 声光报警电路

它是声光报警输出功能电路，由扬声器和LED灯构成。

2.6 触摸屏显示器

触摸屏显示器是辐射及红外探测报警器的人机信息交换界面，选择串行接口智能触摸屏。

2.7 电源变换电路

从以上的硬件构成可以看到：辐射及红外探测报警器各电路要求电源电路能够提供多种电压等级的供电，与系统提供的12 V和5 V电源是有差异的，电源变换电路应能满足以下电源要求：MSP430微控器的电源DC 3.3 V；触摸屏显示器电源DC 5 V；红外线信号探测传感器电源DC 13 V；声光报警电路电源DC 13 V；射线辐射信号传感器电源DC 30 V。

图4 声光报警器接口

3 软件部分

软件主要由两部分构成：适应硬件配置项的硬件监控程序和适应用户各种需求的软件配置。

3.1 适应硬件配置项的硬件监控程序

在硬件设计确定后，硬件配置项的硬件监控程序应能对所有传感器输入到微控器的信息进行采集和预处理，对所有微控器控制硬件能提供满足条件的输出信息。

3.2 适应用户各种需求的软件配置

在对用户需求充分掌握的前提下，提出了详尽无遗漏的用户需求分析作为软件配置的基础，在此基础上提出程序编码框架并实现软件编码。

4 结束语

本文在简要分析射线报警器工作原理及组成的基础上，结合微控器的应用，给出了射线报警控制器的硬件电路设计。随着社会的发展，基于上述设计原理的报警控制器将广泛应用于机场、酒店、海关、仓库等公共场所，具有极其广泛的应用前景。