目前國(guó)內(nèi)的輻射防護(hù)儀表無(wú)論是便攜式的還是固定監(jiān)測(cè)式的儀器都是采用一個(gè)探頭對(duì)應(yīng)一個(gè)主機(jī)的形式，而國(guó)外已經(jīng)有多個(gè)探頭對(duì)應(yīng)一個(gè)主機(jī)的機(jī)型，這種多探頭輻射測(cè)量?jī)x具有的最大優(yōu)勢(shì)就是在主機(jī)不變的情況下只需更換不同的數(shù)字探頭就可以分別測(cè)量α，β，γ的劑量率；而且測(cè)同一種射線時(shí)還可以根據(jù)不同情況選擇不同種類的探頭，利用所選探頭的優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)大儀器的量程；同時(shí)還避免了同類電路板的重復(fù)開發(fā)，產(chǎn)品的升級(jí)以及系統(tǒng)構(gòu)成的變化只需改變軟件，這樣從很多方面都大大降低了成本。
　　1 系統(tǒng)概述
　　本系統(tǒng)由探頭和主機(jī)兩個(gè)部分組成。外接探頭內(nèi)部的探測(cè)器類型包括測(cè)量α的ZnS探測(cè)器、測(cè)量β的塑料閃爍體探測(cè)器，測(cè)量γ的NaI晶體探測(cè)器，以及同時(shí)測(cè)量α，β的雙閃爍體探測(cè)器和同時(shí)測(cè)量α，β，γ的雙GM管探測(cè)器。探頭內(nèi)置一片MSP430F169型單片機(jī)，以提高其數(shù)字化程度；主機(jī)是以單片機(jī)MSP430F169為核心檢測(cè)系統(tǒng)。MSP430F169單片機(jī)是超低功耗的16位混合信號(hào)處理器，在運(yùn)算性能上比8位處理器高，遠(yuǎn)不止兩倍。在本設(shè)計(jì)中，MSP430F169大部分時(shí)間工作于低功耗模式0情況下，此時(shí)耗電為50μA／s，只有主機(jī)向探頭發(fā)送命令時(shí)，才觸發(fā)一個(gè)極短暫運(yùn)行。運(yùn)行期間電流消耗250μA／MIPS左右。此系統(tǒng)用于查詢探頭檢測(cè)到的實(shí)時(shí)劑量率和歷史數(shù)據(jù)及設(shè)置探頭所需的參數(shù)，當(dāng)射線進(jìn)入各類型探測(cè)器后產(chǎn)生電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)整電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)脈沖頻率信號(hào)，探頭內(nèi)單片機(jī)系統(tǒng)在設(shè)置的時(shí)間內(nèi)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，再利用相應(yīng)的算法計(jì)算出劑量率，將該劑量率通過(guò)RS 485總線傳送給主機(jī)，最后在主機(jī)的液晶顯示界面將劑量率顯示出來(lái)。
　　2 數(shù)字探頭介紹
　　圖1就是數(shù)字探頭的結(jié)構(gòu)，將探頭數(shù)字化可以說(shuō)是本設(shè)計(jì)的一個(gè)核心內(nèi)容，其內(nèi)部的單片機(jī)與主機(jī)中的單片機(jī)通過(guò)RS 485總線相互通信，完成修改參數(shù)，傳輸數(shù)據(jù)的功能。
　　
　　數(shù)字探頭是由探測(cè)器、放大電路、甄別成型電路和一片MSP430單片機(jī)組成；而常規(guī)的模擬探頭只是由探測(cè)器和前置放大電路和脈沖成型電路組成，由此可見，數(shù)字探頭的集成度更高，智能化更強(qiáng)，適合編程控制。本文中所用到的數(shù)字探頭就可通過(guò)編程修改以下參數(shù)：
　　測(cè)量時(shí)間：0～60 s；測(cè)量次數(shù)：0～99次；校正因子：0．01～9．99；零點(diǎn)：-20～+20；高壓：-1 000～+500 V。
　　3 硬件電路設(shè)計(jì)
　　設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵問題有兩個(gè)：一是多個(gè)數(shù)字探頭的高壓供電問題，解決辦法是采用D／A轉(zhuǎn)換模塊與單片機(jī)連接，通過(guò)軟件控制來(lái)提供可變的低電壓，然后將此低壓接入能線性放大的高壓轉(zhuǎn)換模塊為探頭供電；二是多個(gè)探頭的識(shí)別與數(shù)據(jù)傳輸問題，解決辦法是將探頭編號(hào)，并在數(shù)字探頭與單片機(jī)間采用RS 485串口連接，共連接四根線，分別是電源線，地線，A頭，B頭。探頭接收到傳送ID指令時(shí)就將自己特有的編號(hào)傳給主機(jī)，主機(jī)進(jìn)行判斷，看是哪種探頭，進(jìn)而轉(zhuǎn)到相應(yīng)的軟件處理程序。當(dāng)測(cè)完數(shù)據(jù)后采用第一片MSP430與第二片MSP430單片機(jī)雙機(jī)通信方式將劑量率送至主機(jī)。圖1中虛線框內(nèi)就是數(shù)字探頭部分，這里的A～N種探測(cè)器和信號(hào)處理電路并不是指同時(shí)掛接在主機(jī)上，而是指可更換的意思。其余模塊包括128×64液晶顯示屏，底色為白色，顯示十分清晰；外部存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)；時(shí)鐘芯片，顯示年、月、日、時(shí)；報(bào)警電路，當(dāng)劑量率過(guò)大時(shí)蜂鳴報(bào)警；2×2鍵盤，控制儀器選項(xiàng)及頁(yè)面變化。硬件連接方式如圖1所示。
　　4 探頭與主機(jī)通信協(xié)議
　　主機(jī)使用RS 485串口與智能探頭相接，采用半雙工進(jìn)行通信，波特率為9 600 b／s，每幀格式為：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。探頭在向儀器發(fā)送數(shù)據(jù)設(shè)為發(fā)送狀態(tài)，其余時(shí)隙設(shè)為接收狀態(tài)。
　　測(cè)量不同射線的探頭都有一個(gè)ID號(hào)，以便儀器能識(shí)別不同的探頭。為了方便以后擴(kuò)展與使用，探頭的ID號(hào)由5個(gè)字節(jié)組成共40位。其中，0～15位表示探頭研發(fā)的年份，用BCD碼表示0～7位為年，8～15位為世紀(jì)；16～23位表示發(fā)送出的數(shù)據(jù)是計(jì)數(shù)還是輻射的照射量；24～32位表示測(cè)量的范圍；32～39位表示測(cè)量輻射的類型。