一种基于CPS的辐射监测设备制造技术

本发明专利技术涉及一种基于CPS的辐射监测设备，属于工业安全保障技术领域。本发明专利技术包括降压稳压电源模块、STM32L MCU模块、通信模块、LoRa网关、LCD1602显示模块和M4011盖革计数器模块。STM32L MCU模块分别与通信模块、M4011盖革计数器模块，LCD1602显示模块连接，STM32L MCU模块与通信模块通信连接，降压稳压电源模块为STM32L MCU模块、通信模块、M4011盖革计数器模块、LCD1602显示模块供电。本发明专利技术能够通过M4011盖革管测量辐射脉冲和STM32L MCU模块处理辐射脉冲信号然后实时显示当前辐射量，并通过LoRa通信模块或NB

【技术实现步骤摘要】
一种基于CPS的辐射监测设备


[0001]本专利技术涉及一种基于CPS的辐射监测设备，属于工业安全保障


技术介绍

[0002]关于辐射影响的危害，小到大理石辐射和电磁辐射，大到核辐射和各种高危行业(对辐射量接触较大的工业生产)，已知长期受辐射照射，会使人体产生不适，严重的可造成人体器官和系统的损伤，导致各种疾病的发生，如：白血病、再生障碍性贫血、各种肿瘤、眼底病变、生殖系统疾病、早衰等。而刊登在美国期刊的另一项研究显示，辐射远端监控比实际人员近距离测量更安全。
[0003]如果由人工使用盖革计数器对辐射较高地区进行例行检查，尽管有防护服(且部分防护服造价昂贵，使用寿命短)的保护也会吸收一定量的辐射，长此以往也会对身体造成危害，如果使用一定的监测传感网络可以有效减少人员的出动次数，也可对相关行业人员的身体健康起到一定的保护作用。
[0004]本专利技术的技术来源于云南省基础研究计划重点项目(202001AS070064)；云南省技术创新人才项目(2019HB113)；云南省“万人计划”产业技术领军人才项目(云发改人事[2019]1096 号)资助。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于CPS的辐射监测嵌入式实时传输设备与系统，以期在实现小型化与低功耗的同时，解决辐射检测和监控安全的问题，同时也可以起到对于偏远地区会产生辐射的设备运行是否完好，是否存在超负荷运行的可能，并且避免了长期人工检测高辐射区对人体造成的影响。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种基于CPS的辐射监测设备，包括降压稳压电源模块、STM32L MCU模块、通信模块、LoRa网关、LCD1602显示模块和M4011盖革计数器模块。
[0007]STM32L MCU模块分别与通信模块、M4011盖革计数器模块，LCD1602显示模块连接， STM32L MCU模块与通信模块通信连接，降压稳压电源模块为STM32L MCU模块、通信模块、M4011盖革计数器模块、LCD1602显示模块供电。
[0008]所述M4011盖革计数器模块可以检测各种电离性放射源，像α、β、中子等粒子以及γ射线，包括M4011盖革管U11、电阻R11、电阻R12、变阻器R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C11、电容C12、电容C13、CMOS11晶体管、HVW5P
‑
500NG1 变压稳压芯片。
[0009]传统盖革电路通常采用多级放大电路，如使用多个MOS元件，这会导致电路整体的构造复杂化，同时也增加了不稳定因素。
[0010]所述的M4011盖革计数器模块由HVW5P
‑
500NG1变压稳压芯片完成变压转换，其引脚 1接R12，R12另一端接入5V供电端，引脚2接变阻器R13，R13另一端接400V+电压输出，支路一个电容C12接地，引脚3接地，M4011盖革管U11阳极接电容C11和电阻R11并联后接400V+电压，盖革管阴极接电阻R14，电阻R14串联电阻R15和电容C13的并联电路下拉接地，在R14
和R15之间并联接入R16，R16接入CMOS管CMOS11基极，CMOS11发射极接地，集电极接电阻R17接5V电压然后与5G
‑
555芯片构成施密特触发器，完成M4011 输出脉冲的模数整形。相较于传统的计数电路并不使用施密特触发器对计数数据进行数模整形，因而解决了转换过程导致采样数据有部分可能会存在失真以致测量计数结构不准确的问题。
[0011]其中5G
‑
555芯片的引脚1接地，引脚2和引脚3连接在一起并入MOS管源极，引脚3 接STM32L151单片机用作SPI通信，引脚4和引脚8接5V电压，引脚5和引脚7悬空。
[0012]所述STM32L MCU模块包括STM32L151C8T6单片机、晶振电路、复位电路、模式选择电路。
[0013]所述晶振电路包括电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电阻R21、晶振Y21、晶振Y22；电源负极同时接电容C21、电容C22、电容C23、电容C24的一端；电容C21的另一端接晶振Y1的一端和STM32L151C8T6单片机的引脚3；电容C22的另一端接晶振Y1的另一端和STM32L151C8T6单片机的引脚4；电容C23的另一端接晶振Y2的一端和电阻R22 的一端，C23同时接STM32L151C8T6单片机的引脚5；电容C24的另一端接晶振Y2的另一端和电阻R22的另一端，同时接STM32L151C8T6单片机的引脚6。
[0014]所述复位电路包括电容C25、电阻R21、轻触开关S1；电阻R24的一端串接电阻R25，再接3.3V电源正极，同时R24与R25中并入电容C26，C26另一端并接STM32L151C8T6 的48引脚然后接地；轻触开关S1的一端和电容C25的一端同时接3.3V电源的负极；电阻 R21的另一端、开关S1的另一端和电容C25的另一端同时接STM32L151C8T6单片机的引脚 7。
[0015]所述模式选择电路包括电阻R24电阻R25；电阻R25的一端接3.3V电源的负极，电阻 R24的另一端接STM32L151C8T6单片机的引脚44；STM32L151C8T6单片机的引脚1、引脚 9、引脚24、引脚36、引脚47连接3.3V电源的正极；STM32L151C8T6单片机的引脚8、引脚23、引脚35、引脚48连接3.3V电源的负极；STM32L151C8T6单片机的引脚11接74HC595 芯片的14引脚SI端，STM32L151C8T6单片机的引脚12接74HC595芯片的12引脚RCK端， STM32L151C8T6单片机的引脚13接74HC595芯片的11引脚SCK端，STM32L151C8T6单片机的引脚25接M4011电路中的5G
‑
555芯片的引脚3。
[0016]所述通信模块可以为NB
‑
IoT通信模块，包括WH
‑
NB73、SIM卡、电容C31、C32电容、电阻R31、电阻R32、电感L31。
[0017]WH
‑
NB73的引脚1、引脚2接电感L31和电容C31的一端，C31的另一端接地， WH
‑
NB73的引脚3和引脚4同时接R31的一端，R31另一端接C31，并在同一节点处下拉接地，L31和C32并接3.3V电源，同时C32的一端接电阻R32的一端，R32另一端和R31的下拉节点相接，在R32、R31、C31之间同一节点处下拉接地；WH
‑
NB73的引脚36和引脚 35接STM32L151C8T6单片机芯片的引脚31和引脚30，WH
‑
NB73的引脚17、引脚42、引脚40、引脚39接地。
[0018]将SIM卡插入到SIM卡槽中，SIM卡槽电路包括电阻R33、电阻R34、电阻R35，电容 C33、电容C34，卡槽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CPS的辐射监测设备，其特征在于：包括降压稳压电源模块(2
‑
1)、STM32LMCU模块(1
‑
2)、通信模块、LoRa网关、LCD1602显示模块(1
‑
4)和M4011盖革计数器模块(1
‑
1)；STM32L MCU模块(1
‑
2)分别与通信模块、M4011盖革计数器模块(1
‑
1)，LCD1602显示模块(1
‑
4)连接，STM32L MCU模块(1
‑
2)与通信模块通信连接，降压稳压电源模块(2
‑
1)为STM32L MCU模块(1
‑
2)、通信模块、M4011盖革计数器模块(1
‑
1)、LCD1602显示模块(1
‑
4)供电。2.根据权利要求1所述的基于CPS的辐射监测设备，其特征在于：所述M4011盖革计数器模块(1
‑
1)包括M4011盖革管U11、电阻R11、电阻R12、变阻器R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C11、电容C12、电容C13、CMOS11晶体管、HVW5P
‑
500NG1变压稳压芯片；M4011盖革管电路由HVW5P
‑
500NG1变压稳压芯片完成变压转换，其引脚1接R12，R12另一端接入5V供电端，引脚2接变阻器R13，R13另一端接400V+电压输出，支路一个电容C12接地，引脚3接地，M4011盖革管U11阳极接电容C11和电阻R11并联后接400V+电压，盖革管阴极接电阻R14，电阻R14串联电阻R15和电容C13的并联电路下拉接地，在R14和R15之间并联接入R16，R16接入CMOS管CMOS11基极，CMOS11发射极接地，集电极接电阻R17接5V电压然后与5G
‑
555芯片构成施密特触发器，其中5G
‑
555芯片IC2引脚1接地，引脚2和引脚3连接在一起并入MOS管源极，引脚3接STM32L151单片机用作SPI通信，引脚4和引脚8接5V电压，引脚5和引脚7悬空。3.根据权利要求1所述的基于CPS的辐射监测设备，其特征在于：所述STM32L MCU模块(1
‑
2)包括STM32L151C8T6单片机、晶振电路、复位电路、模式选择电路；所述晶振电路包括电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电阻R21、晶振Y21、晶振Y22；电源负极同时接电容C21、电容C22、电容C23、电容C24的一端；电容C21的另一端接晶振Y1的一端和STM32L151C8T6单片机的引脚3；电容C22的另一端接晶振Y1的另一端和STM32L151C8T6单片机的引脚4；电容C23的另一端接晶振Y2的一端和电阻R22的一端，C23同时接STM32L151C8T6单片机的引脚5；电容C24的另一端接晶振Y2的另一端和电阻R22的另一端，同时接STM32L151C8T6单片机的引脚6；所述复位电路包括电容C25、电阻R21、轻触开关S1；电阻R24的一端串接电阻R25，再接3.3V电源正极，同时R24与R25中并入电容C26，C26另一端并接STM32L151C8T6的48引脚然后接地；轻触开关S1的一端和电容C25的一端同时接3.3V电源的负极；电阻R21的另一端、开关S1的另一端和电容C25的另一端同时接STM32L151C8T6单片机的引脚7；所述模式选择电路包括电阻R24电阻R25；电阻R25的一端接3.3V电源的负极，电阻R24的另一端接STM32L151C8T6单片机的引脚44；STM32L151C8T6单片机的引脚1、引脚9、引脚24、引脚36、引脚47连接3.3V电源的正极；STM32L151C8T6单片机的引脚8、引脚23、引脚35、引脚48连接3.3V电源的负极；STM32L151C8T6单片机的引脚11接74HC595芯片的14引脚SI端，STM32L151C8T6单片机的引脚12接74HC595芯片的12引脚RCK端，STM32L151C8T6单片机的引脚13接74HC595芯片的11引脚SCK端，STM32L151C8T6单片机的引脚25接M4011电路中的5G
‑
555芯片的引脚3。4.根据权利要求1所述的基于CPS的辐射监测设备，其特征在于：所述通信模块为NB
‑
IoT通信模块(1
‑
3*)，包括WH
‑
NB73、SIM卡、电容C31、C32电容、电阻R31、电阻R32、电感L31；
WH
‑
NB73的引脚1、引脚2接电感L31和电容C31的一端，C31的另一端接地，WH
‑
NB73的引脚3和引脚4同时接R31的一端，R31另一端接C31，并在同一节点处下拉接地，L31和C32并接3.3V电源，同时C32的一端接电阻R32的一端，R32另一端和R31的下拉节点相接，在R32、R31、C31之间同一节点处下拉接地；WH
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晶，杨洋，冯勇，李英娜，
申请(专利权)人：云南枭润科技服务有限公司，
类型：发明
国别省市：