نحن جعل الإشعاع التلألؤ أنفسنا. الجزء 1 ، الأجهزة

في مقال سابق ، أظهرت قليلاً في عملي مقياس إشعاع التلألؤ محلي الصنع. اهتم الجهاز بالجمهور وفيما يتعلق بهذا يخرج هذا المقال الذي يصف مقياس الإشعاع من الداخل.

ما هو ولماذا

الغالبية العظمى من مقاييس الجرعات ومقاييس الإشعاع بحجم الجيب هي أدوات تستند إلى عداد جيجر. هذا النوع من الكاشف له مزاياه ، وأهمها البساطة والتكلفة المنخفضة ، ولكن أيضًا عدد من العيوب. بادئ ذي بدء ، هذه كفاءة منخفضة جدًا في تسجيل أشعة جاما ونقص تام في المعلومات حول طاقتها. يلتقط عداد جيجر أشعة غاما واحدة من عدة مئات ، بينما يوفر كاشف التلألؤ ذو الطاقة المنخفضة كفاءة بنسبة 100٪ تقريبًا. نتيجة لذلك ، مع خلفية طبيعية لها نفس أبعاد أجهزة الكشف ، عندما يعطي عداد جيجر فقط 10-15 نبضة في الدقيقة ، يعطي التلألؤ نفس عدد النبضات ، ولكن في الثانية الواحدة . وبالتالي ، من أجل الحصول على فكرة على الأقل عن معدل الجرعة ، يجب أن نقضي دقيقة واحدة على الأقل في مجموعة من النبضات مع عداد جيجر ، ومع أداة التلألؤ يمكننا الحصول على معلومات حول حالة الإشعاع كل ثانية. لذا فإن كاشف التلألؤ يعطينا ، أولاً ، سرعة رد الفعل على المصادر الضعيفة للنشاط الإشعاعي.

بالإضافة إلى ذلك ، كاشف التلألؤ لديه خاصية التناسب. كلما زادت طاقة الجسيمات ، زادت سعة النبض عند خرج الكاشف. ما هذا؟ أولاً ، هذه هي الطريقة التي نحصل بها على معلومات حول مصدر الإشعاع. كل نظير مشع لديه طاقته المميزة لإشعاع جاما (أو مجموعة من الطاقات). وتستند طريقة الطيف غاما على هذا. في هذا الجهاز ، سيتم عرض متوسط ​​الطاقة الممتصة لكل كمية على الشاشة (لم يتم ذلك بعد).
ثانياً ، إذا عدنا الدوافع ببساطة دون مراعاة الطاقة ، فسنحصل على شيء غير سار يسمى "تحرك بصلابة". لنفترض أننا قمنا بمعايرة مقياس إشعاع السيزيوم 137. وبعد ذلك كانوا في مكان مصاب بالأميريسيوم 241. طاقة الكم السيزيوم - 137 تبلغ 667 كيلو فولت أمبير ، أمريكا - 59 كيلو فولت ، أي أكثر من حجم أقل. لذلك ، مع نفس العدد من الجسيمات التي تم التقاطها بواسطة الكاشف (وبالتالي ، مع نفس القراءات من الجهاز) ، ستكون الجرعة الممتصة أكثر من حجمها أقل. وهذا هو ، فإن القياسات ستكون خاطئة. ولكي يقوم مقياس الإشعاع بقياس الجرعة بشكل صحيح في طاقات مختلفة (أي ، ليكون مقياس الجرعات ) ، يجب أن تؤخذ في الاعتبار طاقة كل كمية مسجلة.


أجهزة قياس إشعاعات التلألؤ الراديوي المحمولة موجودة في الأسواق منذ وقت طويل. ولكن بالنسبة للجزء الأكبر من هذه الأجهزة مكلفة للغاية للاستخدام المهني. أعرف جهازًا واحدًا فقط ، موجه للاستخدام المنزلي وهواة الاستخدام - وهذا هو Atom Fast الذي تم تصنيعه بواسطة KB Radar. الباقي - أجهزة Polimaster ، وعدد من الشركات الأجنبية - غالية الثمن.

في هذا الجهاز أردت الحصول على ما يلي:

• العمل المستقل دون الرجوع إلى الهاتف الذكي أو أي جهاز آخر مع عرضه الخاص (على عكس Atom Fast) ؛
• محاولة لجعل التعويض السلطة ؛
• التسجيل التلقائي للقياسات على الوسائط القابلة للإزالة ، مع مراعاة رسم الخرائط ؛
• المظهر الثقافي ، لا يعطي أصلًا محليًا بشكل خاص لجميع أنواع كلاب الصيد والحراس المختلفة.

نتيجة لذلك ، تم الحصول على الجهاز الموصوف. لم تنته بعد ، لا يزال هناك ما يكفي من العمل ، لا سيما مع البرمجيات.

وظائف رئيسية

يعمل مقياس الإشعاع في أحد وضعين: البحث والقياس. في وضع البحث ، يتم تحديث قراءات الجهاز كل ثانية ، بينما بالإضافة إلى القراءات في شكل رقمي ، يتم عرضها في رسم بياني. في وضع البحث ، لا يتم الانتباه إلى الأخطاء ؛ في هذا الوضع ، يكون الجهاز في المقام الأول مؤشرًا. تعرض الشاشة: معدل الجرعة الحالي ، ومعدل العد بالنبضات في الثانية (CPS) ، وكذلك معدل الجرعة في المتوسط ​​خلال اللحظة الأخيرة والجرعة الأساسية المتراكمة بعد تشغيل الجهاز أو بعد إعادة تعيينه. في وضع القياس ، على العكس من ذلك ، يتم ضبط وقت القياس بواسطة المشغل (عن طريق الضغط على زر "Enter" لبدء القياس ثم إنهائه) ، ويتم عرض الخطأ المحسوب على الشاشة مع القيمة المقاسة ، ويتم عرض سجل مصغر للقلة الأخيرة في "الطابق السفلي" الخاص به القياسات. بالإضافة إلى ذلك ، في وضع القياس ، تم إجراء أول محاولة لأخذ طاقة quanta في الاعتبار والتعويض عن "السكتة الدماغية بصلابة". وضع القياس قيد الإنشاء وهو غير موجود في إصدار البرنامج الثابت المحدد.

بغض النظر عن الوضع ، تستمر دورة القياسات في الثانية الثانية ، مع حفظ النتائج على ذاكرة الوصول العشوائي. على وجه الخصوص ، بسبب هذا ، عند التبديل إلى وضع البحث ، يعرض الرسم البياني القراءات التي كانت موجودة أثناء بقاء الجهاز في وضع القياس ، وكذلك أثناء الدخول إلى القائمة ، إلخ. بغض النظر عن الوضع ، يعمل إنذار تجاوز العتبات أيضًا.

هناك ثلاثة عتبات في الأخير. التقليدي الأول والثاني - يتم تعيينها من خلال القائمة بناء على طلب المشغل وعندما يتم تشغيلها من نتائج دورة العد الثانية التالية ، أصوات إشارة صوتية. بالإضافة إلى ذلك ، هناك أيضا عتبة التكيفية. يتم ضبطه تلقائيًا على مستوى متوسط ​​في الدقيقة ، حيث يتم ضبطه على واحد أو اثنين أو ثلاثة سيغما (يمكنك الاختيار من الإعدادات) منه. في حالة حدوث عملية على هذه العتبة في الدورة التالية ، يتم الحصول على القيمة من الدورة السابقة للدورة التالية ، بحيث يتم تحقيق إنذار ثابت مع زيادة بطيئة ولكن ثابتة في الإشعاع. في وقت لاحق ، سيتم تنفيذ سجل الإنذارات ، لكنه ليس كذلك حتى الآن.

لم يتم تطبيقه بعد لحفظ نتائج القياس على بطاقة microSD ، والتي يتم تركيب الموصل على لوحة مقياس الإشعاع بها. كما يوفر اتصالًا بوحدة GPS ، والتي يعد استخدامها أيضًا مسألة مستقبلية.

يتم تبديل أوضاع والتغيير السريع لبعض الإعدادات من خلال "مفاتيح التشغيل السريع" ، والباقي من العمليات - باستخدام القائمة. دخول القائمة ، كما سبق ذكره ، لا يوقف عملية القياس.

الخطة العامة للجهاز

يتم تثبيت مقياس الإشعاع في علبة تشيب آند ديب القياسية Gainta G1389G بقياس 122 × 77 × 25 مم. على اللوحة العلوية ، توجد شاشة LCD ملونة مقاس 3.5 بوصة بدقة 480 × 320 بكسل ، وتستخدم الشاشة الوحدة النمطية Nextion NX4832T035 HMI ، والتي تختلف عن شاشات العرض التقليدية بواسطة متحكمها الخاص ، والذي يحتوي على برنامج جاهز لعرض عناصر الواجهة ، لكننا بحاجة فقط إلى إرسال أوامر عرضها أو إزالتها أو تغييرها - على سبيل المثال ، تغيير رقم أو آخر أو رسم نقطة أخرى على المخطط أو تغيير لون نقش واحد أو آخر ، أسفل الشاشة لوحة مفاتيح من خمسة أزرار. هناك مساحة متبقية لمستقبل GNSS ، ويوجد كاشف التلألؤ في الطرف العلوي.


تشير الأرقام الحمراء إلى: 1 - وحدة العرض ، 2 - لوحة المفاتيح ، 3 - كاشف ، 4 - لوحة تمثيلية ، 6 - لوحة النظام.

يتم تجميع الدائرة الإلكترونية للجهاز (دون حساب الشاشة وجهاز استقبال الملاحة ، وكذلك لوحة المفاتيح) على لوحين للدوائر المطبوعة. في الجزء الأول ، يتم تجميع الجزء التمثيلي من الجهاز ، في الجزء الثاني - كل شيء آخر: وحدة تحكم دقيقة مزودة بشريط ضخم ودائرة طاقة وتبديلها وشحن بطارية ومصدر جهد عالي للكاشف.

كاشف

يتم استخدام بلورة تنشيط من الثاليوم من يوديد السيزيوم ككاشف في مقياس الإشعاع. تتمتع هذه البلورة بخاصية التألق الإشعاعي - حيث تثير الجزيئات المشحونة والفوتونات عالية الطاقة (الأشعة السينية ومجموعة غاما) توهجًا فيها ، وينبعث الضوء في شكل تلألؤ قصير ، حول وميكرو ثانية ، ومضة من الضوء -. هذا الفلاش ضعيف جدًا بحيث لا يمكن رؤيته بالعين أو اكتشافه بالطريقة المعتادة. الخلايا الكهروضوئية ، الثنائيات الضوئية ومقاوم للضوء ليست حساسة للغاية لهذا الغرض. لتقييم حجم الكارثة ، سأقدم الأرقام التالية.

تنتج أشعة جاما بطاقة 1 ميغا فولت ، ممتصة تمامًا في بلورة CsI (Tl) ، ما يقرب من 40،000 فوتون من الضوء الأخضر. دعونا نحاول التقاط هذا الضوء باستخدام الثنائي الضوئي. لنفترض أنهم جميعًا يحصلون على ثنائي ضوئي (في الواقع ، هذا غير واقعي وجيد إذا كان نصفهم فقط يحصلون عليه). ودعونا نقول أن لدينا الثنائي الضوئي المثالي ، مع إخراج كمية من 100 ٪. وهذا يعني أن كل من الفوتونات سوف ينشئ زوجًا واحدًا من ثقب الإلكترون في بنية الثنائي الضوئي. وللحصول على الزخم ، نحصل على 40،000 كهروضوئية. وهذا النبض يستمر ، كما نعلم ، 1 μs. لذلك ، في الثانية سيكون لدينا 4 ∙ 10 ¹⁰ photoelectrons. تبلغ شحنة الإلكترون 1.6 ∙ 10 ^-19 C ، والشحنة الكهروضوئية 4 ∙ 10 ¹⁰ هي 6.4 6.4 10 ^-9 C ، أي أن القوة الحالية التي سيحدثها وميض التلألؤ في الثنائي الضوئي الخاص بنا هي مجرد عدد قليل من المصابيح النانوية! وإذا كنت تتذكر أن الفوتونات ليست جميعها تحصل أيضًا على الثنائي الضوئي ، وأن عائدها الكمومي ليس 100٪ ... وإلى جانب ذلك ، فإن الإلكترون فولت الضخم هو طاقة إشعاعات غاما القاسية إلى حد ما ، وسيكون من الجيد رؤية طاقات أقل بكثير. بشكل عام ، الثنائيات الضوئية غير مناسبة عمليا لنا هنا. بدلا من ذلك ، فهي مناسبة - ولكن بصعوبة كبيرة.

عادة ما تستخدم المضاعفات الكهروضوئية (وتستخدم الآن) لالتقاط هذه النبضات الضعيفة من الضوء. في كل منها ، خرج كل إلكترون ضوئي خرج من الكاثود الضوئي يتضاعف على نظام الدينود ، مما أعطى ربحًا لملايين المرات ، ولم يعد النبض الحالي في الأنود نانو ، ولكن لم يعد من الملليمات ، ولم يعد تسجيل هذا النبض صعباً. لكن PMTs عبارة عن أسطوانة زجاجية هشة ذات حجم صلب ، وهي عبارة عن كيلو فولت من الطاقة ، والتي تتطلب بالإضافة إلى ذلك ثباتًا عاليًا. بشكل عام ، يتم تمثيله بشكل سيء في جهاز بحجم الجيب.

لحسن الحظ ، تتوفر الآن أجهزة كشف ضوئي أشباه الموصلات يمكنها التنافس بحساسية مع PMTs. من قال الثنائيات ضوئية الانهيار؟ نعم ، هم تقريبا. فقط ثنائيات الانهيار الجليدي ، على الرغم من أن لديها تضخيم داخلي للضوئية بسبب مضاعفة الانهيارات الجليدية للناقلات ، لديها عدد من المشكلات التكنولوجية التي لا تسمح بصنع منطقة حساسة يبلغ قطرها بضعة ملليمترات على الأقل. بالإضافة إلى ذلك ، ديود الانهيار الكلاسيكي لديه معامل تضخم الانهيار دون حيل معقدة من 10-200 فقط ، وهو ضئيل مقارنة بخاصية التضخيم البالغة مليون مرة من PMT. تم القضاء على كل هذه العيوب من الثنائي الضوئي الانهيار في ظهرت مؤخرا في السوق Si-PMT أو SiPM. إنها أساسًا مصفوفة للعديد من الثنائيات الضوئية الجليدية التي تعمل في وضع ما قبل الانهيار ، حيث يكون الفوتون الواحد قادرًا على إثارة تطور انهيار الانهيار الجليدي. يشبه هذا الوضع تشغيل عداد جيجر. كل خلية من الخلايا لديها مخطط الطمس الخاص بها ، والذي بسببه يتوقف الانهيار الجليدي على الفور وتصبح الخلية جاهزة مرة أخرى لتسجيل فوتون جديد. ترتبط جميع الخلايا (بمخططات التبريد الخاصة بها) بشكل متوازٍ على بلورة Si-PMT ، ويتم تلخيص النبضات الحالية المتدفقة من خلالها ، بحيث يكون متوسط ​​التيار متناسقًا مع إضاءة البلورة. ومن السهل جدًا استخدام مثل هذا PMT من السيليكون - وهو ما يكفي لتطبيق انحياز عكسي عليه - حوالي 28-29 فولت من خلال مقاوم للعديد من الكيلومترات ، والتي يمكن أخذ الإشارة منها. لا حاجة إلى المزيد - لا مصدر طاقة بالكيلوفولت أو مقسم للديناميات. و Si-PMT نفسها عبارة عن مربع صغير من السيليكون بقياس 3 × 3 أو 6 × 6 مم. بالمناسبة ، إذا قمت بإزالة الانحياز العكسي منه أو خفضته إلى عدة فولتات ، فإنه يعمل مثل الثنائي الضوئي العادي.


لذلك ، يستخدم الكاشف الخاص بنا Si-PMTs وكريستال CsI (Tl) ، حيث يتم تطبيق طبقة من زيوت التشحيم الضوئية للقضاء على فجوة الهواء بين البلورة ونافذة الكاشف الضوئي. وعلى الجزء العلوي من الكريستال و Si-PMT مغطاة بالعديد من الطبقات من فيلم الفلوروبلاستيك رقيقة ، والمعروفة باسم الشريط FUM. هذا الطلاء لديه انعكاس منتشر للغاية. إن الكاشف مغطى بشريط من الألمنيوم في الأعلى ، مما يوفر الحماية من الضوء الخارجي والختم - بلورة يوديد السيزيوم قابلة للذوبان في الماء بسهولة ، كما أن أصغر آثار الرطوبة التي تدخل الكاشف سوف تدمره. لحسن الحظ ، على عكس "النسبية" - يوديد الصوديوم ، فإن CsI لا تملك عمليا خاصية استرطابية - أي أنها لا تجذب الرطوبة من الهواء. يجب معالجة بلورات يوديد الصوديوم فقط في بيئة غاز خاملة جافة تمامًا وتوضع في حاويات عالية الإغلاق كما لو كان من الضروري إنشاء فراغ شديد التداخل فيها ، وفي الهواء العادي فقط يتم طمسها أمام أعيننا. وبالعكس ، يمكن بسهولة معالجة يوديد السيزيوم على شكل بلورات مفردة في الهواء (على سبيل المثال ، منشار منشار خشبي عادي للمعادن ورمله بورق زجاجي) ، مع تجنب آثار الماء السائل فقط وتذكر أن البلورة تحتوي على ثاليوم شديد السمية. ومع ذلك ، نظرًا لصغر حجمها ، سيتم تحديد السمية الحادة (ولكن غير المزمنة!) من خلال اليود وليس الثاليوم.

لن أقدم النصيحة بشأن التصنيع الذاتي للكاشف ، حيث أنني لم أتعامل معه (تم تقديم الكاشف النهائي إليكم من قِبل المطور والشركة المصنعة KBRadar في مقابل بعض القطع الأثرية ذات القيمة للمهندسين الإلكترونيين) ، سأقدم فقط المعلمات الخاصة به. حجمها: يبلغ حجم البلورة 8x8x50 ملم ، و Si-PMT MicroFC 30035 من شركة SensL الأيرلندية (وهي الآن عبارة عن قسم شبه دائم) ككشاف ضوئي. يمكن العثور على مجموعة متنوعة من نصائح التصنيع عبر الإنترنت. مع زيادة طفيفة في الحجم ، يمكنك أخذ بلورة CsI (Tl) أو NaI (Tl) قياسية في عبوة "أصلية" بأحجام صغيرة (10x40 ، 18x30 مم ، إلخ). صحيح أنه كلما كان حجم نافذة الإخراج أكبر ، كلما زاد سوء عمل الكاشف الضوئي بحجم 3x3 مم ، لذا فإنني أوصي بشدة بأخذ MicroFC 60035 أكبر (وأكثر تكلفة) مع قطر نافذة الإخراج. بالمناسبة ، فإن نظيرات Broadcom المماثلة لهذه الكواشف الضوئية ليست كذلك أوصت للاستخدام. بالإضافة إلى السكن (WLCSP-16) ، والذي لا يهضم تمامًا للحام في المنزل ، فإن لديهم أيضًا مستوى أعلى من الضوضاء تقريبًا.

تمت معالجة بلورات CsI (Tl) على النحو التالي. في جميع العينات ، كان السطح الجانبي مغطيًا. تم تنفيذ طحن الأطراف أولاً على ورق زجاجي رفيع ، ثم على قطعة قماش حرير. لطحن أفضل ، تم استخدام أكسيد السيريوم المخفف في الكحول الإيثيلي. عندما تم تحقيق طحن الزجاج الشفافية. إذا كان من الضروري اختزال البلورة إلى سمك كبير ، فقد تم نشرها ببساطة بخيط مغموس بالماء. ثم تم تنفيذ المعالجة في نفس التسلسل.

(Gorbunov V.I.، Kuleshov V.K. فيما يتعلق بمسألة اختيار الأحجام المثالية من أدوات التلألؤ لعيب التنظير للمنتجات // معهد إيزف تومسك للفنون التطبيقية. 1965. V.138. S.42-48.)

جزء التناظرية

يظهر مخططها في الشكل أعلاه. يتكون من العقد الرئيسية التالية:

• دائرة الإدخال
• المقارنة.
• كاشف الذروة.

الكاشف متصل بموصل إدخال XP1. يتم توصيل الكاثود Si-PMT - إلى السن 3 (HV) ، والأنود - إلى السنون 1 (DET) ، وإلى السنون 2 (GND) الشاشة المعدنية للكاشف - غلافه مصنوع من شريط لاصق من الألومنيوم.

تتكون دائرة الإدخال من مقاومة الحمل للكاشف R2 والمقاومة المقيدة للتيار R1 ، والتي ستحاول حماية الكاشف في حالة حدوث مشكلة ، مثل توفير جهد تحيز عكسي مرتفعًا عن غير قصد أو تزويد جهد الاستقطاب العكسي بشكل غير صحيح بدلاً من ذلك ، إذا كان الكاشف نفسه متصلًا بشكل غير صحيح. جنبا إلى جنب مع السعة من PMT السيليكون (حوالي 900 pF) ، فإنها تشكل نبضات الجهد مع ارتفاع الوقت حوالي 1 μs ووقت السقوط حوالي 15 μs. قبل التقديم على مدخلات المقارنة ، يتم تمرير الإشارة عبر مكثف 470 pF يفصل الدائرة عن التيار المباشر ، بالإضافة إلى مقاومة دخل مقسم R3R5R6 ، يقصر النبضة إلى 2-3 μs.

تم استخدام LMV7239 microcircuit كمقارن ، حيث تم الجمع بين انخفاض استهلاك الطاقة والسرعة العالية الكافية (أقل من 100 ns) عند فرق الجهد المنخفض للإدخال. يشكل مقسم الجهد R3R5R6 مع الدارة المدمجة R4C3 جهد عائم "عائم" ، مما يجعل المقارنة غير حساسة إلى حد ما للتيار المظلم للكاشف وتتغير في دخل الإدخال مع درجة الحرارة. يتم التحكم في حساسية المقارنة عن طريق اختيار المقاومة R5 في مجموعة من عشرات أوم. يتم تشكيل نبض مستطيل من الأقطاب السلبية في الناتج من المقارنة. قد تهتز الحافة الخلفية لهذا النبض قليلاً بسبب ضوضاء المكشاف ، ولكن محاولة التخلص من هذا الارتداد عن طريق إدخال التباطؤ أدت إلى انخفاض في الحساسية ، وبشكل عام ، إلى نتائج أسوأ. تقوم هذه النبضة بوابات كاشف الذروة ويتم تغذيتها إلى الجزء الرقمي ، حيث ينتج عنها انقطاع المتحكم الدقيق.

إن اللقطة الواحدة على جهاز التوقيت المدمج DA2 (LMC555CM ، في الواقع - جهاز ضبط وقت 555 تقليدي ، فقط في إصدار CMOS) يولد نبضة (قطبية موجبة) مدتها 10 μs (تحددها سلسلة توقيت R7C6) عند حافة خرج النبضة عند خرج المقارنة. يتم قلب هذه النبضة باستخدام DD1 (عاكس TinyLogic فردي في حزمة SOT23-5) ويتم تطبيقه على مفتاح DD2 ، الذي يضعف مكثف كاشف الذروة C12 في حالة عدم وجود نبضات الإدخال. في لحظة وصول النبضة ، تتم إزالة الدائرة القصيرة بواسطة 10 indicateds المشار إليها.

يتم إنشاء كاشف الذروة وفقًا للدائرة الكلاسيكية غير المقلوبة. , . , DA2.1 , , ( ). , , , . , ! - , , . , C12.

, , (, , , ). C9. R8 , ( – DA2 ). , , , .

, . , – , . , ( ) , 10 , 1206, NP0 .
DA2 , , , R9 R10.


TRIG 2-4 10 , , SP. 10 , , TRIG «» , ( ) .
للتشغيل ، تتطلب الدائرة جهدين للإمداد: 3.3 - 5 فولت لتشغيل الدائرة والجهد "العالي" من 28-29 فولت لتحيز المكشاف. الاستهلاك الحالي حوالي 2.5 مللي أمبير. وفقًا لدائرة "الجهد العالي" ، يعتمد الاستهلاك الحالي على حمل الكاشف وعند مستويات إشعاع الخلفية توجد عدة وحدات مصغرة. يتم تجميعها على لوحة دوائر مطبوعة بحجم 64 × 22 مم باستخدام تركيب السطح.

, , TRIG – . - (, ) . TRIG «». , TRIG SP , , , .

:

• , ;
• , ;
• الدوائر المساعدة للوحة المفاتيح والشاشة وبطاقة SD ، إلخ.

يظهر مخطط الطاقة (أعتذر على الفور لعدم جلب المخططات الإضافية إلى المعايير والمأخوذة مباشرةً من Eagle) في الشكل أدناه.



- , X1. - «» 2,3 *, , .. . DA1 , USB-. - , LTC4054-4,2. 350 700 R4 . , 500 USB , . DA2 , , R5R63 ( ). CHRG DA1 : , , , , . DA1 LTC4054-4,2 ST — STC4054. LTC4054 : , , , . - «» TP4056: , , 4,2 — , … , — , - . : , , SO-8 — , SOT-23-5.

VT1VD1R7 USB , DA1 .

. DA3 5 , , 28 , — . , POWER_ON. DA6.

DA5. DC-DC LM2731. MT3608, 28-29 (, 28 , ). , (R12R13) 50-60 , C20, ( !). R11 FB ( 3 DA5) ( ). . . , .

DA3, , , DA6 (, , R9 R10). . DA4 3,3 , 3,0, .

DA7 , , 3,3 . , 2,3 . , STM32L151 RTC, - ( ).



وهذا هو بقية الدوائر لوحة النظام.

قلب النظام هو MK STM32L151CBT6A (على عكس التماثلية بدون الفهرس A ، يحتوي على ضعف ذاكرة الوصول العشوائي - 32 كيلو بايت). وشاركت جميع ما يقرب من 48 من نتائجه. الاستثناءان هما PA9 و PA10 ، وهما أيضًا RxD و TxD من USART الأول ، فقط في حال قمت بصنع وسادات اتصال لهم ، والتي يسهل لحامها في المستقبل. من الميزات الموجودة هنا نظام صعب بعض الشيء لتحديد حالة مخرجات CHRG DA1 مع تضمين وحدة سحب من PB14 ، عندما تحتاج إلى تحديد ما إذا كانت البطارية تشحن أو تم شحنها بالفعل ، ويتم توصيل مكبر الصوت في الطور عبر العاكس DD2. يظهر خطأي في الرسم البياني: عندما يتم تبديل MK إلى وضع الاستعداد ، يتم تعليق إدخال هذا العاكس في الهواء ، مما يؤدي إلى استهلاك إضافي كبير وحتى توليد. هنا تحتاج إلى سحب هذا الإدخال على الأرض من خلال المقاوم 100 كيلو. يجب الانتباه إلى جودة مرنانات الكوارتز ، وخاصة ZQ1. مع ساعة الكوارتز القياسية التي تبلغ 12 pF ، لن تعمل ساعة جهاز التحكم بشكل طبيعي ، وعليك أن تبحث عن كوارتز نادر بسعة تحميل تبلغ 7 pF. إلى ZQ2 MK أكثر ولاءً ، لكن مع أول الكوارتز الصيني الذي ظهر ، يمكنك هنا أن تبدأ في تكرار الخطأ أو لا تعمل. لسوء الحظ ، فإن خط STM32Lxx (إنها هي) يتطلب الكثير من جودة الكوارتز.

يتم توصيل لوحة المفاتيح بطريقة قياسية إلى حد ما - يتم سحب خطوط المنافذ بواسطة المقاومات الخارجية R17-R21 إلى الطاقة ويتم الضغط على الأرض باستخدام الأزرار. على لوحة المفاتيح لقمع الثرثرة ، يتم لحام سلاسل RC بالتوازي مع الأزرار. عندما تضغط على الزر "تشغيل" باستخدام العاكس DD3 ، يتم إنشاء إشارة عالية المستوى ، والتي يتم تطبيقها على مدخلات WKUP وتستيقظ MK إذا كان في حالة الاستعداد. لمنع التشغيل غير المقصود من التداخل ، يتم تثبيت سلسلة R22C23. ترتبط خطوط لوحة المفاتيح بخطوط منفذ متتالية ، مما يتيح لك قراءتها في أمر قراءة منفذ واحد.
يتم توصيل بطاقة microSD في وضع SPI بسبب عدم وجود وحدة تحكم SDIO في MK. يتم توصيل منفذ USB بأبسط الطرق من خلال مقاومين في خطي DP و DM. تتميز أجهزة STM32 MK بأنفسهم بأنها "بلوط" تمامًا من حيث الإحصائيات ، ولن يكون هناك أي اتصالات خارجية أخرى (باستثناء البرامج الثابتة SWD) لجهاز قياس الإشعاع ، لذلك لا يمكنك القيام بحماية جدية للمنفذ من الجهد الزائد.

دائرة الطاقة من MK مأخوذة من ورقة البيانات وليس لديها أي ميزات. عند التعديل على محث L6 ، قمت بإضافة مقاوم 100 أوم بالتتابع ، مما قلص تقلبات الجهد في VDDA بشكل كبير. يمكن زيادة السعة C30 إلى 1 فهرنهايت عن طريق لحام بالتوازي مع ذلك (على نفس المواقع) مكثف آخر بمقدار 0.01 فهرنهايت.

عند استخدام الطاقة ، يبدأ مصدر 3.3 فولت على الفور في العمل ، مما يولد طاقة لعضو الكنيست. يتم إيقاف تشغيل مصادر الطاقة الأخرى. بعد بدء تشغيل MC وتهيئة الأجهزة الطرفية ، فإنه يرفع خط POWER_ON (المنفذ PA15) ، ويبدأ مصدر 5 فولت ويوفر الطاقة للجزء التمثيلي ومصدر الجهد العالي. لتشغيل قوة الشاشة ، تحتاج إلى رفع خط DISP_ON (PA8) ، وبالمثل ، لتشغيل وحدة الملاحة عبر الأقمار الصناعية ، يتم رفع خط GPS_EN (PA1) ، ولكن على عكس الشاشة ، لا يوجد مفتاح طاقة خاص به ، يتم استخدام مدخلات التحكم في الطاقة للمستقبل نفسه (يجب أن يكون). يتم إيقاف تشغيل الشاشة عندما يكون الجهاز يعمل فقط عن طريق إزالة الطاقة منه.

يتم إرسال نبضات العد (TRIG) من الكتلة التناظرية إلى الخط PB0 ، مما يسبب انقطاعًا على حافة السقوط. يتم تغذية البقول التي تحمل معلومات حول طاقة الجسيمات (SP) إلى القناة الحادية والعشرين من ADC. تبلغ مدة "الرف" لهذه النبضة ، والتي يظل خلالها المستوى دون تغيير ، ما يقرب من 10 ،s ، مما يسمح لك بإجراء العديد من تحويلات ADC بعد "استيقاظ" MC وإدخال المقاطعة. المقاوم R34 يزيل "رنين".

يبلغ حجم اللوحة الأم 64 × 80 مم ، وهي مصممة لتركيب معظم المقاومات والمكثفات بحجم 0603. يتم تثبيت معظم العناصر على جانب واحد ، باستثناء ثلاثة مكثفات في دائرة إمداد الطاقة في MK ومقاومتين تشكل مقسم جهد البطارية لقياسه.

نصائح التجميع والتكليف

تبدأ اللوحة التمثيلية في العمل فورًا إذا تم تجميعها دون أخطاء. في الإصدار الأولي ، لم تكن هناك عناصر R8 و C9 على السبورة ، وبدونها عملت الدائرة بدون عيب من المولد ، لكن سعة النبض في خرج SP كانت عشوائية ومستقلة عن سعة النبض عند الإدخال. مقدمة من هذه العناصر تصحيح الوضع.

إذا كان الجزء التمثيلي من الجهاز متحمسًا ، فهناك صراع واحد فقط مع هذا - حماية خط TRIG وتقليل طول كابل الاتصال. يجب أن يكون الاتصال بالكاشف أقصر ويحمي.

يجب اختيار R5 من خلال مرور النبضات الموثوقة التي يقدمها الكاشف مع إعداد americium-241 في غياب تفاعل مقارن للضوضاء المظلمة لـ Si-PMTs عند درجة حرارة التشغيل القصوى.

يجب غسل اللوحة التمثيلية جيدًا وشاملًا بعيدًا عن أصغر آثار التدفق ، خاصة في منطقة كاشف الذروة ، ويجب تجفيفها جيدًا ثم تسخينها عند 150 درجة مئوية. مقاومة العزل حتى بالغيغابايت ستؤدي إلى تفاقم عملها وجعلها غير مستقرة.

ابدأ في بناء لوحة النظام من مصادر الطاقة. أولاً ، اجمع مصدر 3.3 فولت وتأكد من أنه يعمل. بعد ذلك - مصدر 5 فولت (لا ينسى الاتصال بـ POWER_ON مؤقتًا مع ناقل + 3.3 فولت) ، ثم مصدر جهد عالي. قبل تشغيله لأول مرة ، اضبط R13 على الموضع العلوي في الرسم البياني ولا تقم بلحام C20 حتى يتم ضبط الجهد. اضبط الجهد على 28 فولت على مصدر الجهد العالي ، وتأكد من أن الشاحن يعمل بشكل صحيح من خلال مراقبة جهد البطارية أثناء الشحن. بعد التحقق من الأداء والجهد الصحيح على جميع حافلات الطاقة ، يمكنك لحام MK وجميع التفاصيل المتعلقة به. للتحقق من عضو الكنيست ، من المستحسن أن تكتب وميض بعض الوامض فيه. لا تنسى أن فلاش وعرض.

سيتم وصف عملية المعايرة في العدد القادم.

* * *

هذا ليس سوى الجزء الأول من المقال. الثاني سوف يصف جزء البرنامج وإجراء المعايرة. في غضون ذلك ، بالنسبة لأولئك الذين لا يستطيعون الانتظار - النشرات .

يمكن تنزيل ملفات النسر ذات المخططات الدائرية وتخطيطات ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، بالإضافة إلى الإصدار الثابت الحالي من برامج MK الثابتة وعرضها من Google Drive على هذا الرابط. يعمل وضع البحث فقط في هذه البرامج الثابتة ، والنموذج الحالي بدلاً من القائمة. لست مستعدًا بعد لوضع برامج ثابتة أكثر فاعلية.

يرجى ملاحظة: لا تتطابق التسميات الموضعية في دارات الألواح التمثيلية في الشكل الوارد في المقال وفي مشروع إيجل ، كما لا توجد عناصر R8 و C9 (وفقًا للمخطط من المقال) قمت بتثبيتها باستخدام مشرط على السبورة النهائية.

تم تصميم الأسلاك من لوحات لتصنيع المصنع ، ل LUT ، الخ سيتعين إعادة تدويرها (يؤلمك كثيرًا من الأقراص). نعم ، لدي بعض اللوحات الجاهزة. إذا كان أي شخص يحتاج إليها - الكتابة في اتفاق شخصي.