传统的核辐射丈量仪器常采取探头与主控仪器分离的办法，而且主控仪器常日采取 32 位 ARM7 处理器乃至 8 位单片机系统来进行掌握，数据采集常采取速率较低的 ADC 芯片。硬件电路繁芜、体历年夜、集成度低、功能单一。近年 ARM 公司 Cortex—M 系列 ARM 核的推出将微掌握器的性能提高到一个崭新的高度，同时功耗与本钱大大降落。本文先容一种紧张基于最新 Cortex—M3 核的 STM32 微处理器，利用 NaI探测器，领悟无线通信，位置定位功能、具备大容量 SD 卡文件数据存储、USB 传输接口的γ能谱仪设计。
1、 系统总体构造
本能谱仪因此意法半导体出品的 STM32 芯片为主掌握器，搭配 NAI 探测器及外围电路构建的硬件平台;以嵌入式实时操作系统 uCosII2.9.0 为软件平台，进行驱动开拓，运用程序管理。系统总体构造如图 1 所示。
基于 STM32 的多功能γ能谱仪设计
2、 系统硬件设计
电源部分采取锂电池组供电，经由电源管理模块产生探头所需高压外，还需供应旗子暗记调理，掌握回路所需事情电源;主掌握器部分采集 GPS模块定位数据，实时时钟模块韶光数据，加入到辐射丈量数据中作为数据标志;同时将丈量结果显示在 TFT 液晶屏上，或者通过 USB 电路传送至上位机;在主掌握浸染下，系统定时会将丈量数据保存至 SD 卡，存储数据以备回查。在系统硬件设计中，主掌握器回路，前置放大及脉冲成型电路、甄别电路及 GPS 电路是本能谱仪重点改进之处。谱仪硬件组成如图 2 所示。
基于 STM32 的多功能γ能谱仪设计
2.1 主掌握器 STM32
为了充分发挥 Cortex—M3 核特点，降落能谱仪功耗的同时提升系统处理速率和其他性能，系统采取 STM32 系列 32 Bit 微掌握器，芯片型号为 STM32F103ZETT6。该芯片事情频率为 72 MHz，内置高速存储器，64K 的 SRAM 和 512K 的 Flash，具备丰富的增强 IO 端口和连接到两条 APB 总线的外设。器件包含两个 12 bit 的 ADC，3 个通用 16 Bit 定时器和一个 PWM 定时器，还包含标准和前辈的通信接口：2 个 I2C 和 SHI，5 个 USART，1 个 USB 和 CAN。事情电压为常见的 3.3V。该芯片专门设计于集高性能、低功耗、实时运用、具有竞争价格与一体的产品设计领域需求。
2.2 前置放大及脉冲放大成形电路
为了知足现场事情灵敏的脉冲放大器哀求，选用φ75x75 mm NaI（TI）探测器，能量分辨率一样平常可达到 8%（铯 137 源）。探测器事情后经光电倍增管产生的旗子暗记首先通过前置放大器和主放大器调理，用于对探测器输出旗子暗记的幅度放大和脉冲成形。前置放大器由高速、低漂移、宽频带集成运算放大器 AD844 构成的电压跟随器，主放大器包括极零相消电路、可调主放大器、有源积分滤波电路。主放大器由 AD8066 配套周围电路组成如图 3 所示。
基于 STM32 的多功能γ能谱仪设计
图 4 为积分滤波成形电路。前一级是二阶有源积分滤波成形电路。随后紧跟一级无源 RC 积分电路。核脉冲旗子暗记经由积分滤波成形电路后，就可以得到顶部较圆，信噪比较高的高斯型波形旗子暗记，方便后续电路处理。
基于 STM32 的多功能γ能谱仪设计
2.3 甄别电路
脉冲整形后旗子暗记通过峰值检测及相应掌握电路，然后送入主掌握器模数转换器进行采集。为肃清高能或低能噪声对丈量的滋扰，对脉冲幅度需采取幅度甄别器来对旗子暗记进行甄别，只许可一定幅度的脉冲通过，供后继电路采集。此部分电路采取 LM339 电压比较器，其输入阻抗高，开环增益大，电压上升速率快，规复韶光短，详细设计如图 5 所示。
基于 STM32 的多功能γ能谱仪设计
2.4 GPS 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丈量，对丈量点详细位置及丈量详细韶光无法记录，也无法实现大量数据的存储，以供应历史数据回查功能。为了战胜以上缺陷，本能谱仪进行了改进。
为了实现辐射源实时位置的监测，系统须要配置定位设备，由于辐射源的适用场合紧张是室内，而普通的 GPS 在室内无旗子暗记，无法知足实际运用须要，本系统选用 GPS 和 CDMA 移动通信双重定位技能的 GPS-one 模块来实现辐射源的实时定位，GPS-one 是美国高通公司开拓的基于 CDMA
技能标准的定位技能，采取 Client/Server 办法。他将无线赞助 A—GPS 和高等前向链路 AFLT 三角定位这两种定位技能有机结合，实现高精度、高可靠性和较高定位速率。在 A—GPS 定位技能无法利用的环境中，会自动采取 AFLT 三角定位技能，从而确保定位的成功率和准确度。本谱仪利用的 GPS-one 模块详细型号为 DTGS8—8000 DTGS8—800 模块具有标准的 RS232 接口，可通过 TTL—RS232 转换器与 STM32 连接，采取标准的 AT 指令驱动模块事情。
辐射强度丈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;实时时钟电路采取 DS1337 日历芯片，利用 STM32 内部集成的串行 IIC 总线接口与之连接。上述设备连接办法大略，通信可靠，大大降落了系统尺寸，提高了稳定性。
2.5 其他外围电路
经由外围电路调理过的核辐射脉冲旗子暗记通过 STM32 内置的高速 ADC 进行丈量，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取 REF3233，为系统供应精密 3.3 V 参考电压，保障数据采集精确。
利用 STM32 内置全速 USB2.0 接口，合营多少电阻电容，扩展 USB 接口，作为上位 PC 机与谱仪通讯利用。上述部分详细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 数据传输和处理一共 7 个任务。由于核旗子暗记的随机性和峰值旗子暗记的韶光间隔不可预见性。辐射强度丈量主要数据处理，采取 DMA 中断办法，担保采集数据能够快速得到处理。
各个任务利用 uCosII 供应的行列步队机制循环处理上位机命令和键盘命令。任务中设置处理函数，根据命令不同，关照数据处理任务处理数据，关照 SD 卡任务备份数据，以及将 GPS 加入至辐射丈量数据等。键盘扫描任务进行用户指令的识别，将其发送随处置任务;LCD 显示任务完成辐射数据谱线及干系参数的显示。
SD 卡数据存储采取开源的 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干系构造体初始化，然后相应按键指令后将丈量数据采取定期或非定期写入，往后后续利用进行翻查。USB 数据传输任务相应上位机指令，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，开始运行运用程序。
4 、结论
通过实地利用，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%旁边。
该系统其他技能参数为：γ射线能量剖析范围为 20 keV～3.0 MeV，连续丈量数据符合放射性统计涨落规律，利用 NAI 探测器时，整机功耗为小于 990 mW，实测 USB 最大传输速率为 1 Mbps，在核辐射现场丈量中有较好的运用前景。
