【正文】 結(jié)構(gòu)， CPU 中的 16 個寄存器和常數(shù)發(fā)生器使 MSP430 微控制器能達到最高的代碼效率；靈活的時鐘源可以使器件達到最低的功率消耗；數(shù)字控制的振蕩器 (DCO)可使器件從低功耗模式迅速喚醒，在少于6us 的時間內(nèi)激活到活躍的工作方式。 MSP430 系列單片機 TI 公司的 MSP430 系列單片機是 一種超低功耗的混合信號控制器，其中包括一系列器件，它們針對不同的應用而由各種不同的模塊組成。 (3) 抗干擾能力強，適應溫度范圍寬，在各種惡劣環(huán)境下都能可靠地工作，這是其他機型無法比擬的。 單片機具有如下特點： (1) 小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化，它能方便地組裝成各種智能式控制設備以及各種智能儀表。 第 3 章 MSP430 單片機原理 11 第 3 章 MSP430 單片機原理 概述 單片機的概念及特點 將中央處理器、存儲器、 I/O 接口電路以及連接它們的總線都集成在一塊芯片上的計算機，即所謂的單片微型計算機，簡稱單片機。 本章小結(jié) 本章主要敘述了放射性檢測儀器的原理，并對常用的三類放射檢測儀器原理及其特點進行了詳細的敘述，即電離型檢測器、閃 爍檢測器和半導體檢測器。因滲入的鋰不取代晶格中的原有原子，而是夾雜其間，從而大大增大了鍺的電阻率，即在探測 γ 射線時有較大的靈敏區(qū)域。對 γ 射線一般采用鍺半導體做檢測元件，因為鍺原子序數(shù)較大，對 γ 射線吸收效果更好。但由于其元件體積很小，較容易實現(xiàn)對組織中某點進行吸收劑量測定。因此，前者輸出脈沖電流大小的統(tǒng)計漲落比較小，對外來射線能量有很好的分辨率，適宜于做能譜分析。例如，對硅半導體是 ，對鍺半導體是 ，而對 NaI 閃爍探測體來說，從其中發(fā)出一個光電子平均能量約 3000eV。半導體檢測器可用作測量 α射線、 β射線和 γ 射線的輻射。 半導體檢測器 半導體檢測器的工作原理與電離型檢測器相似，但其檢測元件是固態(tài)半導體。此外，這種儀器還能測量照射量和吸收劑量。譜圖中的每一個峰與某一特定核素相對應，從峰面積又可以量度該核素的存在量。由于它對不同能量的射線具有很高的分辨率，所以又可做譜儀使用。它具有一個閃爍體，當射線進入其中是產(chǎn)生閃光，然后用光電倍增管將閃光訊號放大、記錄下來。 圖 21 蓋革計數(shù)館系統(tǒng)示意圖 為減小本底計數(shù)和達到防護目的，一般將計數(shù)管放在鉛或生鐵制成的屏蔽室中，其他部件裝配 在一個儀器外殼內(nèi)，合稱定標器。它的工作特點是：不管入射粒子引起初級電離的離子數(shù)有多少，經(jīng)過氣體放大后，最后到達陽極的電子數(shù)都一樣，所以輸出脈沖高度也一樣。管中還充有少量猝滅氣體 (如乙醇、二乙醚、溴等 )，其電離勢比氬氣低，作用是防止計數(shù)管在一次放電后發(fā)生連續(xù)放電。在輻射監(jiān)測儀器中，可將它做成攜帶式的輻射指示儀或放射性污染監(jiān)測儀。 蓋革 (GM)計數(shù)管 蓋革計數(shù)管也稱蓋革謬勒計數(shù)管，是目前應用最為廣泛的放射性檢測器，它被普遍地用于檢測 β 射線和 γ 射線強度。兩極間電壓約為1500~5000V，在此電壓下，能使由電離產(chǎn)生的電子在收集電極近處高速加速，并在前進途中進一步發(fā)生連續(xù)性的次級電離，使電流的放大倍數(shù)達到410 左右。由于這個原因，正比計數(shù)管大多用于低能 γ射線的能譜測量和鑒定放射性核素用的 α射線的能譜測量。 正比計數(shù)管 正比計數(shù)管檢測器廣泛用于 α 粒子和 β 粒子的計數(shù)，優(yōu)點是工作性能穩(wěn)定、本底響應低。由于這種類型的檢測器對任何電離都有響應，所以在甄別射線類型方面，它是無能為力的?，F(xiàn)將三種電離型檢測器分別介紹如下。電流電離室是測量由電離作用而產(chǎn)生的電離電流，適用于測量強放射性；正比計 數(shù)管和蓋革計數(shù)管則是測量由每一入射粒子引起電離作用而產(chǎn)生的脈沖式電壓變化，從而對入射粒子逐個計數(shù)，燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 8 它適合于測量弱放射性。 表 21 各種常用的放射性檢測器及其應用 射線種類 檢測器 特點 α射線 閃爍檢測器 正比計數(shù)管 半導體檢測器 電流電離室 核乳膠 檢測靈敏度低，探測面積大 檢測效率高，技術(shù)要求高 本底小，靈敏度高，探測面積小 測較大放射形活度 可記錄單個 α粒， 研究其徑跡、射程 β射線 正比計數(shù)管 蓋革計數(shù)管 閃爍檢測器 半導體檢測器 檢測效率高，裝置體積大 檢測效率高，裝置體積大 檢測效率低，本底小 探測面積小，裝置體積小 γ射線 閃爍檢測器 半導體檢測器 檢測效率高，能量分辨能力強 能量分辨能力強，裝置體積小 電離型檢測器 電離型檢測器是利用射線通過氣體介質(zhì)時使氣體發(fā)生電離的原理制成的探測器。 放射性檢測的基本原理是：利用射線與物質(zhì)間的相互作用，這種作用包括電離、發(fā)光、熱效應、化學效應和能產(chǎn)生次級粒子的核反應等。 第 2 章 放射性檢測儀器原理 7 第 2 章 放射性檢測儀器原理 放射性檢測儀器基本原理 放射性檢測儀器種類很多，實際工作中，需根據(jù)監(jiān)測目的、試樣形態(tài)、射線類型、強度及能量等因素進行選擇。其中包括了系統(tǒng)硬件設計和軟件設計。 (4) 個人外照射劑量的測定：個人劑量是佩帶在身體適當部位，用來測量個人外照射劑量的儀器，有輕便、小型、容易使用和價格低廉等特點 ]4[ 。常用的樣品預處理的方法有蛻變法、共沉淀法、灰化法、電化學法、離子交換法、溶劑萃取法等。 (1) 樣品的采集：對于放射性監(jiān)測的環(huán)境樣品來說，有累積采樣和瞬間采樣兩種方式。定期監(jiān)測的一般步驟是采樣、樣品預處理、樣品總放射性或放射性核素的測定；連續(xù)監(jiān)測是在現(xiàn)場安裝放射性自動監(jiān)測儀器，實現(xiàn)采樣、預處理和測定自動化。 對放射性核素具體測量的內(nèi)容有：①放射源強度，半衰期，射線種類及能量；②環(huán)境和人體中放射性物質(zhì)含量、放射性強度、空間照射量或電燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 6 離輻射劑量 。因此，輻射不僅可以擾亂和破壞機體細胞、組織的正常代謝活動，而且可以直接破壞細胞和組織的結(jié)構(gòu)，對人體產(chǎn)生軀體損傷效應 (如白血病、惡性腫瘤、生育力降低、壽命縮 短等 )和遺傳損傷效應 (如流產(chǎn)、遺傳性死亡和先天畸形等 )。放射性物質(zhì)對人類的危害主要是輻射損傷，所謂輻射損傷是是有射線引發(fā)人體組織發(fā)生有害化學反應引起的。 三、放射性污染的危害 放射性核素可通過呼吸道吸入、 消化道攝入、皮膚或黏膜侵入三種途徑進入人體并在體內(nèi)蓄積。 (3) 工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、科研等部門的排放廢物：這些部門使用放射性核素日益廣泛，其排放廢物也是主要的人為污染源之一。 (2) 核工業(yè)：包括原子能反應堆、原子能電站、核動力艦艇等。 (1) 核試驗及航天事故：包括大氣層核試驗、地下核爆炸冒頂事故及第 1 章 緒論 5 外層空間核動力航具事故等。 (3) 自然界中單獨存在的核素：這類核素約有 20 種，它們的特點是具有極長的半衰期，它們的另一個特點是強度極弱，只有采用極靈敏的檢測技術(shù)才能發(fā)現(xiàn)它們。由宇宙射線與大氣層、土壤、水中的核素發(fā)生反應產(chǎn)生的放射性核素約有 20 余種。在自然條件下，大氣、水體和土壤等物質(zhì)中都會含有微量的放射性物質(zhì)，尤其在當今世界，原子能工業(yè)迅速發(fā)展，核武器爆炸、核事故屢有發(fā)生，放射性物質(zhì)在醫(yī)學、國防、科研、民用等領(lǐng)域的應用不斷 擴大，有可能使環(huán)境中的放射性水平高于天然本底值或超過規(guī)定標準，構(gòu)成放射性污染，危害人體和生物。如 α射線、 β 射線、 γ 射線等。常見的衰變有 α、 β、 γ 和電子俘獲四種形式。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 4 環(huán)境放射性監(jiān)測 基礎(chǔ)知識 自然界的各種物質(zhì)都是由元素組成的，而組成元素的基本單位是原子。已開展了環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測、環(huán)境質(zhì)量周報、日報、預報監(jiān)測；污染源監(jiān)測、污染事故應急監(jiān)測、污染物總量控制監(jiān)測、污染源解析監(jiān)測，環(huán)境污染治理工程效果監(jiān)測等等。到 2021 年，國控環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡調(diào)整為：環(huán)境空氣監(jiān)測網(wǎng)站 226 個，測點數(shù) 793 個；酸雨監(jiān)測網(wǎng)站 239 個，測點數(shù) 472 個；水質(zhì)監(jiān)測 網(wǎng)站 197 個，監(jiān)測斷面 1074 個；生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)站 15 個。國控的空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)站 103 個、酸雨監(jiān)測網(wǎng)站 113 個、水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)站 135 個。這些跨行政區(qū)劃的專業(yè)監(jiān)測網(wǎng)絡的建立，開始打破了單純以行政區(qū)劃分為單元的環(huán)境監(jiān)測管理體制，適應了流域環(huán)境管理提供決策依據(jù)。 1992 年由國家環(huán)保局會同各有關(guān)部門組建了由 27 個部門的 54 個環(huán)境監(jiān)測站組成的“國家環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)”。內(nèi)容涉及優(yōu)化布點、分析方法、儀器設備、計算機應用、數(shù)據(jù)分析評價以及標準物質(zhì)的開發(fā)研究等?；拘纬闪藦谋O(jiān)測點位優(yōu)化、樣品的采集與輸送，實驗室分析到數(shù)據(jù)處理、報告的綜合編寫等全過程的監(jiān)測質(zhì)量保證體系。由環(huán)保部門和其他部門的有關(guān)單位開發(fā)研制了第 1 章 緒論 3 100 多種環(huán)境標準物質(zhì)為實驗室質(zhì)控提供了保證。 目前，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展主要集中在： (1) 以現(xiàn)場人工采樣和實驗室分析為主向多參數(shù)網(wǎng)絡在線、多功能自動化監(jiān)測方向發(fā)展； (2) 環(huán)境樣品預處理技術(shù)由手工單樣品處理向在線自動化和批量化處理方向發(fā)展； (3) 由較窄領(lǐng)域的局部監(jiān)測、單純的地面環(huán)境監(jiān)測向全方位領(lǐng)域監(jiān)測和與遙感環(huán)境監(jiān)測相結(jié)合的方向發(fā)展； (4) 野外和現(xiàn)場環(huán) 境監(jiān)測儀器將向便攜式、小型化方向發(fā)展； (5) 環(huán)境監(jiān)測儀器向物理、化學、生物、電子、光學等技術(shù)綜合應用的高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展； (6) 環(huán)境監(jiān)測方法的綜合性、靈敏性和多功能性日益增強，方法檢測限越來越低 ]3[ 。當污染程度接近或超過環(huán)境標準時，可發(fā)布指令、通告并采取保護措施。 80 年代初，發(fā)達國家相繼建立了自動連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，并使用了遙感、遙測手段，監(jiān)測儀器用電子計算機遙控，數(shù)據(jù)用有線或無線傳輸?shù)姆绞剿偷奖O(jiān)測中心控制室，經(jīng)電子計算機處理，可自動打印成指定的表格，畫成污染態(tài)勢、濃度分布。同時，從點污染的監(jiān)測發(fā)展到面污染及其區(qū)域性的監(jiān)測，這 一階段稱之為環(huán)境監(jiān)測階段，也稱為主動監(jiān)測或目的的監(jiān)測階段。所以環(huán)境分析只是環(huán)境監(jiān)測的一部分。所以用生物 (動物、植物 )的生態(tài)、群落、受害癥狀等的變化作為判斷燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 2 環(huán)境質(zhì)量的標準更為確切可靠。這一階段稱之為污 染監(jiān)測階段或被動監(jiān)測階段。由于環(huán)境污染物通常處于痕量級 (ppm、 ppb)甚至更低，并且基體復雜，流動性變異性大，又涉及空間分布及變化，所以對分析的靈敏度、準確度、分辨率和分析速度等提出了很高要求。 環(huán)境監(jiān)測的全過程是發(fā)現(xiàn)問題，按標準制定監(jiān)測方案，采集樣品，處理樣品，按標準分析方法進行分析測試 ，數(shù)據(jù)處理，按有關(guān)規(guī)定進行綜合評價，提出環(huán)境保護意見等等 [1]。 隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，環(huán)境污染問題不斷出現(xiàn)，使環(huán)境監(jiān)測內(nèi)涵擴大了?！氨O(jiān)測”從廣義上講，是為了追蹤污染物種類、濃度的變化在一定時期內(nèi)對污染進行重復 測定；從狹義上講，是為了判斷是否達到標準或評價環(huán)境管理和控制環(huán)境系統(tǒng)的效果，對污染物進行定期測定。 Chip microprocessor control。 Radioactivity monitor。系統(tǒng)的軟件設計包括 數(shù)據(jù) 采集、數(shù)碼顯示、鍵盤、參數(shù)設定、數(shù)據(jù)通訊等 程序，運用 IAR 公司為 MSP430 系列單片機開發(fā)的 C430 集成開發(fā)環(huán)境和 C 語言調(diào)試器作為程序開發(fā)工具完成了軟件的調(diào)試。本儀器具有數(shù)據(jù)采集、實時顯示、閾值設定、通訊、越限報警等主要功能。目前最常用的 檢測器有三類，即電離型檢測器、閃爍檢測器和半導體檢測器。 畢業(yè)設計 (論文 ) 有害射線監(jiān)測器設計 學院 (系 ) 電氣工程學院 年級專業(yè) 電氣工程及其自動化 學生姓名 指導教師 答辯日期 摘 要 I 摘 要 環(huán)境放射性監(jiān)測是環(huán)保工作中的一項重要任務，尤其在當今世界，原子能工業(yè)迅速發(fā)展，放射性物質(zhì)在醫(yī)學、國防、航天、科研、民用等領(lǐng)域的應用不斷擴大，有可能使環(huán)境中的放射性水平超過規(guī)定標準，構(gòu)成放射性污染，危害人體和生物，為此，有必要對環(huán)境中的放射性物質(zhì)進行經(jīng)常性的檢測。 放射性檢測儀器種類很多，它的基本原理基于射線與物質(zhì)間相互作用所產(chǎn)生的各種效應。 本文設計了一種基于 MSP430 單片機實現(xiàn)的有害射線監(jiān)測器。在 系統(tǒng)的硬件設計中，對主要硬件 MSP430F4250 單片機及其外圍電路進行了詳細的論述。 關(guān)鍵詞 環(huán)境監(jiān)測；放射性監(jiān)測；有害射線監(jiān)測；單片機控制； MSP430 II Abstract The environment radio monitor is an important mission in the environmental protection work,particularly in nowadays world,the atomic industry develops quickly,the radio material’s application in the medical science,national defense,aerospace,research,public realm have extend continuously,make probably the radio level in the environment exceed provision stand