Thiết kế mạch xử lý tín hiệu và truyền phát không dây cho đầu dò nhấp nháy báo cáo thực tập tôt nghiệp

Thiết kế mạch xử lý tín hiệu và truyền phát không dây cho đầu dò nhấp nháy... Tích hợp các kết nối không dây với hệ đo phóng xạ có thể giúp giảm liều chiếu cho nhân viên tiến hành, cập n

Thiết kế mạch xử lý tín hiệu và truyền phát không dây cho đầu dò nhấp nháy

L i c m n ời cảm ơn ảm ơn ơn

 Để hoàn thành được bài báo cáo thực tập này, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Th.S Bùi Ngọc Hà hiện đang công tác tại Viện Kĩ Thuật Hạt Nhân và Vật Lý Môi Trường

 Xin được gửi lời cảm ơn tới toàn thể giảng viên, cán bộ nhân viên Viện Kĩ Thuật Hạt Nhân và Vật Lý Môi Trường đã tận tình giảng dạy, tôi trong suốt quá trình học

 Cuối cùng, xin được cảm ơn tới Gia đình, tập thể lớp Kỹ thuật

Hạt nhân K58 đã ủng hộ, khích lệ và động viên tôi trong quá trình thực tập và báo cáo tốt nghiệp

M đ u ở đầu ầu

 Trong lĩnh vực kỹ thuật hạt nhân, đo phóng xạ nhằm đảm bảo an toàn cho dân chúng và các phép đo với nguồn phóng xạ cũng phải đảm bảo an toàn cho người tiến hành

 Hầu hết các hệ đo phóng xạ đều sử dụng kết nối có dây, người

tiến hành cần túc trực ở hiện trường đo đạc và cũng nhận thêm liều chiếu Tích hợp các kết nối không dây với hệ đo phóng xạ có thể giúp giảm liều chiếu cho nhân viên tiến hành, cập nhật số liệu liên tục lên máy tính và giúp người tiến hành thuận tiện trong

việc lắp đặt, tháo dỡ, di chuyển hệ đo

 Do đó trong quá trình thực tập tốt nghiệp tại viện Kĩ thuật hạt

nhân và Vật lý môi trường, tôi đã lựa chọn đề tài : “Thiết kế

mạch xử lý tín hiệu và truyền phát không dây cho đầu dò nhấp nháy”

M đ u ở đầu ầu

 Với mục đích của đề tài :

 Thiết kế mạch xử lý tín hiệu và truyền phát Bluetooth cho đầu dò nhấp nháy

 Nội dung thực tập tốt nghiệp gồm hai nhiệm vụ chính :

 Thiết kế mạch xử lý tín hiệu cho đầu dò nhấp nháy

 Thiết kế mạch truyền phát Bluetooth

Ph n 1: Đ t v n đ ầu ặt vấn đề ấn đề ề

Đ u dò nh p nháy ầu ấn đề

H x lý tín hi u đ u ệ xử lý tín hiệu đầu ử lý tín hiệu đầu ệ xử lý tín hiệu đầu ầu

dò

Đ u dò nh p nháy ầu ấn đề

Khi một bức xạ đi vào chất nhấp nháy, chúng sẽ phát ra một photon đi vào ống nhân quang điện, ở đó tín hiệu được nhân lên nhiều lần tạo ra một tín hiệu điện khá lớn ở lối ra.

H x lý tín hi u đ u dò ệ xử lý tín hiệu đầu ử lý tín hiệu đầu ệ xử lý tín hiệu đầu ầu

 Hệ xử lý tín hiệu gồm: tiền khuyếch đại, khối khuyếch đại

và khối đếm xung.

Ph n 2: Ph ầu ươn ng pháp và th c nghi m ực nghiệm ệ xử lý tín hiệu đầu

S đ kh i ơn ồ khối ối

Kh i x lý tín hi u ối ử lý tín hiệu đầu ệ xử lý tín hiệu đầu

Kh i vi đi u khi n ối ề ển

Kh i truy n phát không dây ối ề

1.S đ kh i ơn ồ khối ối

 Tiền khuyếch đại có nhiệm vụ phối hợp trở kháng với đầu dò, tăng

tỉ số S/N, khuyếch đại tín hiệu và tạo xung vuông biên độ chuẩn 5V

 Khối vi điều khiển đếm xung và gửi tới khối Bluetooth.

 Khối Bluetooth có nhiệm vụ truyền dữ liệu tới máy tính.

Đ u dò ầu khuy ch Ti n ềếch

đ i ại

Vi đi u ề khi n ển Bluetooth Máy tính

2 Kh i x lý tín hi u ối ử lý tín hiệu đầu ệ xử lý tín hiệu đầu

Tiền khuyếch đại nhạy điện tích có nhiệm vụ :

 Phối hợp trở kháng với đầu dò

 Nâng cao tỉ số tín hiệu trên tạp âm

 Tích phân các tín hiệu điện tích, biến đổi chúng thành xung điện thế

2 Kh i x lý tín hi u ối ử lý tín hiệu đầu ệ xử lý tín hiệu đầu

 Mạch so sánh: Tạo xung vuông chuẩn 5V

 Sử dụng các IC tốc độ cao như LF356 (5MHz), LM318 (15MHz)…

3 Kh i vi đi u khi n và hi n th ối ề ển ển ị

 Sử dụng Kit vi điều khiển Atmega 328p, 16MHz Có đầy đủ các ngoại vi như ADC, Bộ đếm, các chân điều khiển

 Phần mềm lập trình: Arduino IDE, hỗ trợ đầy đủ các tập lệnh, giúp người dùng nhanh chóng nắm bắt vi điều khiển

 Thông dụng trên thế giới, cộng đồng hỗ trợ mạnh mẽ

3 Kh i vi đi u khi n và hi n th ối ề ển ển ị

 Chuẩn giao tiếp UART : Dữ liệu sẽ truyền từng chút một cho đến khi dữ liệu được

truyền hết

 UART cách giao tiếp cơ bản và đơn giản nhất giữa vi điều khiển và máy tính, hổ trợ việc

gỡ lỗi chương trình

 Việc thao tác trên UART đã được đơn giản hóa bằng các hàm trong thư viện Arduino

 Serial.begin( tốc độ kết nối ): khởi tạo kêt nối serial

 Serial.print(val): Hàm này sẽ biến đổi dữ liệu sang chuỗi trước khi gửi

3 Kh i vi đi u khi n và hi n th ối ề ển ển ị

 Timer/Counter có chức năng định thời, đếm sự kiện, tạo xung

 Trên chip Atmega328p của Arduino có 3 bộ Timer/Counter

 Sử dụng Timer/Counter 1 để đếm xung và Timer/Counter0 để định thời

4.Kh i truy n phát không dây ối ề

 Bluetooth ra đ i v i m c đích "không dây ời cảm ơn ới mục đích "không dây ục đích "không dây hóa" chu n serial RS-232 và chu n hóa các ẩn serial RS-232 và chuẩn hóa các ẩn serial RS-232 và chuẩn hóa các giao ti p serial.ếch

 Bluetooth là m t giao ti p b ng sóng radio ột giao tiếp bằng sóng radio ếch ằng sóng radio

băng t n 2.4 đ n 2.480 GHz

ở đầu ầu ếch

 Băng t n ho t đ ng c a Bluetooth thay đ i ầu ại ột giao tiếp bằng sóng radio ủa Bluetooth thay đổi ổi liên t c v i 79 kênh (t 2.400 GHz đên ục đích "không dây ới mục đích "không dây ừ 2.400 GHz đên

2.480 GHz) Đ m b o bluetooth ch ng l i ảm ơn ảm ơn ối ại

vi c xâm nh p r t hi u qu ệ xử lý tín hiệu đầu ập rất hiệu quả ấn đề ệ xử lý tín hiệu đầu ảm ơn

 Bưới mục đích "không dây c sóng c a bluetooth là kho ng 12cm ủa Bluetooth thay đổi ảm ơnĐây cũng là chi u dài c a ăn-ten trên các ề ủa Bluetooth thay đổi module

4.Kh i truy n phát không dây ối ề

 Bluetooth thực hiện giao tiếp chủ-tớ

Thông tin được truyền đi theo

phương thức giao chuyển gói

 Giả sử có 1 mạng 6 thiết bị, User 1

muốn gửi thông tin đến User 5

 User 1 sẽ chia thông tin cần chuyển

thành gói nhỏ Các gói thông tin

được bằng đường truyền khác nhau

Thông tin có thể truyền đi rất nhanh

chóng Sau khi nhận các gói sẽ được

sắp xếp lại theo thứ tự ban đầu

4.Kh i truy n phát không dây ối ề

 Module Bluetooth HC-05 có hai chế độ

hoạt động là Command Mode và Data

Mode

 Command Mode: sử dụng tập lệnh AT

 AT+PSWD=1234 Set Pin cho thiết bị

 AT+INQ: Bắt đầu tìm kiếm thiết bị để

ghép nối

 Ở chế độ Data Mode module có thể

truyền nhận dữ liệu tới module bluetooth

khác

Th c nghi m ực nghiệm ệ xử lý tín hiệu đầu

1.Ch t o, đo đ c ếch ại ại

kh i x lý tín hi u ối ử lý tín hiệu đầu ệ xử lý tín hiệu đầu

2.Ch t o, đo đ c ếch ại ại

kh i vi đi u khi n và ối ề ển

hi n th ển ị

1.Ch t o, đo đ c kh i x lý tín hi u ếch ại ại ối ử lý tín hiệu đầu ệ xử lý tín hiệu đầu

 Dòng tiêu thụ: 20mA tại 5V

 Công suất tiêu thụ: 100mW

 Đầu vào: kết nối với dinode

của ống nhân quang

 Đầu ra: Xung vuông biên độ

chuẩn 5V

1.Ch t o, đo đ c kh i x lý tín hi u ếch ại ại ối ử lý tín hiệu đầu ệ xử lý tín hiệu đầu

 Kết quả đo đạc với nguồn Cs-137:

Xung ra từ dinode, xung dương,

300mV,20us Xung ra từ khối tiền khuyếch đại nhạy điện tích, xung âm, 1000mV,20us

1.Ch t o, đo đ c kh i x lý tín hi u ếch ại ại ối ử lý tín hiệu đầu ệ xử lý tín hiệu đầu

 Kết quả đo đạc với nguồn Cs-137:

Xung ra từ tầng khuyếch đại đảo,

xung dương, biên độ 3V, độ rộng 20us Xung ra từ mạch so sánh, xung dương, biên độ 5V, độ rộng 15 us

2.Ch t o, đo đ c kh i vi đi u khi n và ếch ại ại ối ề ển

2.Ch t o, đo đ c kh i vi đi u khi n và ếch ại ại ối ề ển

hi n th ển ị

 Phần mềm hiển thị:

 Arduino Serial Plotter: vẽ đồ thị

đầu ra của các dự án Arduino

trong thời gian thực, sử dụng

thông qua kết nối USB

Số đếm truyền lên máy tính khi đo đạc

với nguồn Cs 137 sát đầu dò.

Ph n 3: K t lu n ầu ếch ập rất hiệu quả

 Kết quả :

 Hiểu được nguyên lý hoạt động đầu dò nhấp nháy

 Thiết kế thành công mạch xử lý tín hiệu và truyền phát Bluetooth cho đầu dò nhấp nháy

 Ưu điểm:

 Tích hợp tiền khuyếch đại, khuyếch đại, khối đếm vào cùng một mạch

 Truyền dữ liệu không dây giúp đảm bảo an toàn cho người đo tại các phép đo

sử dụng nguồn phóng xạ hoạt độ lớn

 Nhược điểm:

 Mạch còn nhiều tín hiệu nhiễu, tiêu thụ công suất cao

Ph n 3: K t lu n ầu ếch ập rất hiệu quả

 Hướng phát triển:

Nâng cao độ ổn định độ bền, giảm nhiễu tín hiệu,

Nâng cao khoảng cách truyền phát không dây bằng cách sử dụng wifi,

Bluetooth 4.0 để đảm bảo an toàn cho người đo đạc

 Xây dựng các trạm quan trắc phóng xạ truyền dữ liệu lên internet và điện thoại thông minh

Xây dựng các thiết bị đo đạc truyền phát không dây ứng dụng trong kiểm tra không phá hủy

Xây dựng robot ứng phó khẩn cấp trong khi xảy ra các sự cố liên quan đến nguồn phóng xạ, thay thế con người vào đo đạc, gắp nguồn tại các vùng suất liều cao