基于Zigbee的个人辐射检测计

1、郑州大学课程设计（报告）题 目： 基于Zigbee的个人辐射检测计 课 程：传 感 器 与 检 测 技 术 任课教师： 刘 玉 怀 职称：教授 学生姓名： 邢雷 学号： 20112410233 年级、专业、班级： 2011级 电子 2 班 院（系）： 信息工程学院电子信息工程系 完成时间： 2014年10月18日 基于Zigbee的个人辐射检测计摘要：介绍了一种用于核辐射测量的个人剂量计的设计，结合Zigbee技术实现个人剂量计与计算机之间的无线数据传输，便于对分散的多个剂量计进行网络化集中管理。个人剂量计的设计以Zigbee无线通信单片机CC2430为核心实现核辐射剂量检测功能。关键词：核辐

2、射；个人剂量计；CC2430 目录0 引言 11 工作原理及系统构成 1 1.1 工作原理 1 1.2 系统构成 12 硬件设计 1 2.1 单片机芯片介绍 1 2.2 探测器及信号整形电路 2 2.3 无线通信接口电路 2 2.4 电源电路 33 软件设计 3 3.1 键盘扫描与液晶显示程序 4 3.2 定时计时程序 4 3.3 无线传输控制程序 44 结束语 5参考文献 60 引言 对于从事放射性工作的人员来说，身体往往不可避免地会受到核辐射的影响，当受到的核辐射超过一定的剂量时会对身体造成损害；而公众个人受到的年剂量当量也应低于一定限值。为此国家对个人接受核辐射剂量标准进行了相关规定。个

3、人剂量计能够对人体所受核辐射做出定量检测，为便于个人剂量计与上位计算机之间的连接并便于对个人剂量信息进行集中管理，在个人剂量计设计中引入Zigbee技术，以实现个人剂量计和上位计算机之间的无线数据连接。1 工作原理与系统构成1.1 工作原理 个人剂量计采用G-M计数器作为探测器。为了减少测量误差应用了Time-To-Count测量方法，通过测量G-M计数器一个脉冲从开始产生到结束这一段计数前时间来求辐射场强度。核辐射信号经过探测器转换成相应的电信号，并经过整形电路完成信号的采集。通过微处理器实现核辐射测量、剂量计算、结果显示以及通过无线方式向上位机传输数据等功能。 Zigbee是一种新型的短距

4、离、低速率、低功耗无线传感网络技术，主要用于近距离无线连接，在本设计中用于个人剂量计与上位机之间的无线数据传输。上位计算机采用无线传感模块与剂量计进行连接，个人剂量计电路中CC2430集成了无线射频模块，个人剂量计的测量值发送到上位机，由上位机对数据进行综合处理分析。1.2 系统构成 个人剂量计系统由Zigbee无线通讯部分和个人剂量检测部分组成。Zigbee无线通讯部分包括射频模块及相应的外围电路，个人剂量测量部分包括探测器、信号放大整形、数据处理、液晶显示等。这两部分功能由同一芯片CC2430完成，系统整体的基本框图如图一所示。2 硬件设计2.1 单片机芯片介绍 本系统微处理器选用了Chi

5、pcon公司的Zigbee芯片CC2430。CC2430在单个芯片上整合了Zigbee射频（RF）前端、内存和微控制器。在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27mA或25mA。CC2430的主要特点有：高性能和低功耗的8051微控制器核；集成符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz的RF无线电收发机；优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性；在休眠模式下仅0.95uA的电流损耗；在待机模式下低于0.6uA的电流损耗；Zigbee/802.15.4全兼容的硬件层、物理层；较少的外围电路。2.2 探测器及信号整形电路 设计电路以Time-to-Count技术为基本思想，设计了比较简单的信号源电路

6、。该电路由CC2430来控制，通过对电路偏压控制来保证G-M计数器的工作和停止。其具体工作过程如下：首先单片机进行中断与定时初始化，然后进行一定时间的预检。而后如图2，当G-M计数器产生一个脉冲后，片内定时器开始定时2ms，计数器偏压被保持在一个计数器工作电压和起始电压之间的+250V的量值上，此时G-M计数器停止工作，避免计数器死时间的影响，并保证计数器有足够的时间恢复正常工作状态，直到T0，即2ms后计数器阳极电压上升到+500V，G-M计数器开始恢复正常工作。T0时单片机中由晶振控制的时钟开始定时测量技术前时间t,直到下一个平滑脉冲结束，偏压下降，依次重复工作。具体硬件电路图如图3.2.

7、3 无线通讯接口电路 CC2430芯片需要很少的外围部件配合就能实现信号的收发功能，主要用到RF_P、RT_N和TXRX_SW ITCH三个引脚。RF_P：在RX期间向LNA输入正向射频信号；在TX期间接收来自PA的输入正向射频信号。RF_N：在RX期间向LNA输入负向射频信号；在TX期间接收来自PA的输入负向射频信号。TXRX_SW ITCH：为PA提供调整电压。具体设计电路如图4所示： 电路使用一个非平衡天线，连接非平衡变压器可使天线性能更好。电路中的非平衡变压器由电容C341和电感L321、L331、L341以及一个PCB微波传输线组成，整个结构满足RF输入/输出匹配电阻的要求。 2.4

8、 电源电路 本系统电源承担CC2430芯片和探测器G-M技术管两部分的供电功能，电源转换电路包括有高压模块和升压电路。G-M的工作电压为400V，采用集成高压模块来为G-M提供高压工作电源，该模块的输入电压是3.3V，输出电压是400V。为能给系统中的单片机和其他芯片提供工作电压，必须要将输入的VBAT（电池电压）升高到VDD（芯片工作电压），为此采用MAX1795来实现这一功能。如图5所示，电源电路为CC2430的7（DVDD）、20（AVDD_SOC）、23（AVDD_RREG）、41（AVDD_DREG）和47（DVDD）引脚提供2.03.6V工作电压。MAX1795芯片还具有欠电压保护

9、功能，当LBI管脚的电压小于0.85V时，芯片停止工作。3 软件设计 系统采用C语言作为编程语言，采用模块化程序设计方式，包括系统初始化、RF芯片寄存器配置和模式设定、键盘扫描程序、液晶显示程序、定时计时程序、无线传输控制等子模块。软件的流程图如图6所示。3.1 键盘扫描和液晶显示程序 个人剂量计为减小体积和方便操作设置两个按键进行操作，键盘程序具有键盘扫描和相应按键第一、第二功能设置液晶显示程序有LCD的初始化和对字符的显示功能。3.2 定时计时程序 当系统判定有按键按下时确定按键的功能进入相应的菜单，并启动高压输入和相应的定时。等待高压稳定后开始测量，等到测量定时结束时进行放电，停止测量关

10、闭高压，并把相应的测量值写入数据存储器中，然后经过一定的延时进行下一次测量。多次测量求平均值计算出相应的计量值并给予显示。3.3 无线传输控制程序 在CC2430中，CSMA/CA控制处理器（CSP）在CPU与无线模块之间提供一个控制接口，并可向CPU产生中断请求。CSNA/CA控制处理器（CSP）通过MAC定时器的溢出事件来接口MAC定时器，允许CPU向无线部分发出控制命令从而控制无线操作。本系统采用程序操作模式，当接收到上位机读取数据的命令时，CSMA/CA控制处理器（CSP）向CPU产生中断请求实现无线数据的发送。对CC2430的无线传输控制流程如图7所示。4 结束语 本系统采用了CC2

11、430单片机芯片，实现了个人辐射剂量计测量、显示等功能，并且实现了与上位机之间的无线传输。个人剂量计与上位机之间采用了无线传感Zigbee技术，通过对上位机无线模块的设置，可以实现上位机一对多个个人剂量计控制模式，能有效服务于放射性工作场所得个人剂量监测。参考文献：【1】 王秀梅，刘乃安。利用2.4GHz射频芯片CC2420实现Zigbee无线通信设计【J】。国外电子元器件，2005（3）：59-62【2】 崔妍，方方，陈伟，等。基于Zigbee技术的核数据传输【J】。核电子学与探测技术，2007,27（6）：1171-1174【3】 王东，张金荣，魏延，等。利用Zigbee技术构建无线传感器网络【J】。重庆大学学报（自然科学版），2006,29（8）：95-97【4】 董海涛，屈玉贵，赵保华。Zigbee无线传感网络平台的设计与实现【J】。电子技术应用，2007（12）：124-126【5】 徐丽华，王宜怀。一种Zigbee网络的设计与实现【J】。微计算机信息，2007,23（32）：72-74【6】 安庆敏，吴明光，陈波。基于Zigbee的无线通信网络平台【J】。低压电器，2007（6）：7-9【7】 张坤，刘枫。Zigbee无线传感器网络时钟同步研究【J】。西南大学学报（自然科学版），2007,29（1）：81-84【8】 任秀丽，于海斌。Zigbe