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『与非网』基于STM32芯片的能谱仪设计( 二 )


2.3甄别电路
脉冲整形后信号通过峰值检测及相应控制电路 ， 然后送入主控制器模数转换器进行采集 。 为消除高能或低能噪声对测量的干扰 ， 对脉冲幅度需采用幅度甄别器来对信号进行甄别 ， 只允许一定幅度的脉冲通过 ， 供后继电路采集 。 此部分电路采用LM339电压比较器 ， 其输入阻抗高 ， 开环增益大 ， 电压上升速率快 ， 恢复时间短 ， 具体设计如图5所示 。
『与非网』基于STM32芯片的能谱仪设计
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基于STM32的多功能γ能谱仪设计
2.4GPS电路、实时时钟电路及SD卡存储电路
传统谱仪仅实现辐射强度实时测量 ， 对测量点具体位置及测量具体时间无法记录 ， 也无法实现大量数据的存储 ， 以提供历史数据回查功能 。 为了克服以上缺点 ， 本能谱仪进行了改进 。
为了实现辐射源实时位置的监测 ， 系统需要配置定位设备 ， 由于辐射源的适用场合主要是室内 ， 而普通的GPS在室内无信号 ， 无法满足实际应用需要 ， 本系统选用GPS和CDMA移动通信双重定位技术的GPS-one模块来实现辐射源的实时定位 ， GPS-one是美国高通公司开发的基于CDMA
技术标准的定位技术 ， 采用Client/Server方式 。 他将无线辅助A—GPS和高级前向链路AFLT三角定位这两种定位技术有机结合 ， 实现高精度、高可靠性和较高定位速度 。 在A—GPS定位技术无法使用的环境中 ， 会自动采用AFLT三角定位技术 ， 从而确保定位的成功率和准确度 。 本谱仪使用的GPS-one模块具体型号为DTGS8—8000DTGS8—800模块具有标准的RS232接口 ， 可通过TTL—RS232转换器与STM32连接 ， 采用标准的AT指令驱动模块工作 。
辐射强度测量数据的存储物理介质为高密度SD卡 ， 利用STM32内部集成的SDIO接口扩展的micro—SD卡作为数据存储;实时时钟电路采用DS1337日历芯片 ， 利用STM32内部集成的串行IIC总线接口与之连接 。 上述设备连接方式简单 ， 通信可靠 ， 大大降低了系统尺寸 ， 提高了稳定性 。
2.5其他外围电路
经过外围电路调理过的核辐射脉冲信号通过STM32内置的高速ADC进行测量 ， STM32F103ZET拥有两个12bit的ADC ， 其VREF+ ， VREF-为基准电压输入引脚 。 基准电压输出电路采用REF3233 ， 为系统提供精密3.3V参考电压 ， 保障数据采集精确 。
利用STM32内置全速USB2.0接口 ， 配合若干电阻电容 ， 扩展USB接口 ， 作为上位PC机与谱仪通讯使用 。 上述部分具体连接电路在此不予赘述 。
3、系统软件设计
系统设置数据处理、LCD实时显示、键盘扫描、SD卡数据读写、GPS位置定位数据处理、处理USB数据传输和消息处理一共7个任务 。 由于核信号的随机性和峰值信号的时间间隔不可预料性 。 辐射强度测量重要数据处理 ， 采用DMA中断方式 ， 保证采集数据能够快速得到处理 。
各个任务利用uCosII提供的消息队列机制循环处理上位机命令和键盘命令 。 消息任务中设置消息处理函数 ， 根据命令不同 ， 通知数据处理任务处理数据 ， 通知SD卡任务备份数据 ， 以及将GPS加入至辐射测量数据等 。 键盘扫描任务进行用户指令的识别 ， 将其发送到消息处理任务;LCD显示任务完成辐射数据谱线及相关参数的显示 。
SD卡数据存储采用开源的FAT32文件系统包FATFS0.07C完成 ， SD卡数据任务运行时首先进行文件系统的相关结构体初始化 ， 然后响应按键指令后将测量数据采用定期或非定期写入 ， 以后后续使用进行翻查 。 USB数据传输任务响应上位机指令 ， 将实时数据或从SD卡读取历史数据传输至上位机 。
在STM32上电复位后 ， 首先进行设备自检 ， 硬件设备无误后启动操作系统并创建任务 ， 开始运行应用程序 。
4、结论
通过实地使用 ， 实测137Cs放射源能谱很清楚看出137Cs发出的全能峰、康普顿峰和反射峰 。 其能量分辨率达到10%左右 。


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