บทท 3

การออกแบบและสราง

การออกแบบ และสรางโครงงาน เครองวดปรมาณกมมนตภาพรงสประจาบคคลชนดเกบ

ขอมลบนหนวยความจาเครองน จะอธบายหลกการทางานและออกแบบการสรางดงน

3.1 หลกการทางาน

การทางานของเครองวดรงส ในภาคตรวจวดรงส จะใชหววดรงสแบบไกเกอร -มลเลอร ใน

การตรวจวดรงส เมอหววดรงสตรวจจบรงสได หววดกจะสงสญญาณพ ลสไปท

ไมโครคอนโทรลเลอรซงทาหนาทเปนภาคประมวลผล ไมโครคอนโทรลเลอรจะทาการนบ

สญญาณและประมวลผลแปลงคาเปนหนวยของการไดรบรงส และสงไปทภาคแสดงผล ซงการ

แสดงผลจะประกอบไปดวย หนาจอ LCD ทาการแสดงคาเชงตวเลข ลาโพงทาการแสดงคาเปน

สญญาณเสยง และ การบนทกขอมล จะบนทกคาทแสดงผลออกมาลงใน SD-Card เพอใชสาหรบ

เกบเปนฐานขอมล

รปท 3.1 บลอกไดอะแกรมแสดงหลกการทางาน

31

3.2 การออกแบบวงจรแตละภาคภายในโครงงาน

วงจรและหลกการทางานของ เครองวดปรมาณกมมนตภาพรงสประจาบคคลชนดเกบ

ขอมลบนหนวยความจา สามารถแบงออกเปนภาคการทางานตางๆ ดงตอไปน

3.2.1 ภาคแหลงจายไฟฟา

เปนภาคจายไฟฟาใหกบสวนตางๆ โดยไฟฟาจากแบตเตอรขนาดแรงดน 12 โวลต จะถก

ลดแรงดนใหเหลอ 5 โวลต ดวยชดวงจร Regulator ดงรปท 3.2 ไฟฟาขนาดแรงดน 5 โวลต นจะถก

ใชในการปอนใหกบวงจรอเลกทรอนกสและโมดลตางๆ ไดแกไมโครคอนโทรลเลอรและวงจร

ควบคม โมดลหนาจอแสดงผลแอลซด โมดล SD-Card วงจรกาเนดสญญาณเสยง เปนตน

รปท 3.2 วงจร Regulator 5 โวลต

นอกจากนนยงมชดวงจร Regulator ดงรปท 3.3 เพอทาการลดขนาดแรงดนไฟฟาจาก 5

โวลต ลงเหลอ 3.3 โวลต เพอปอนใหกบไอซเบอร SN74LVC245A ในภาคบนทกขอมล

รปท 3.3 วงจร Regulator 3.3 โวลต

32

3.2.2 ภาคตรวจวดรงส

จะประกอบไปดวยหววดรงส วงจรผลตไฟฟาแรงดนสงและวงจรปรบแตงรป

คลนสญญาณ ซงจะอธบายในแตละสวนดงน

3.2.2.1 หววดรงส

เลอกใชหววดรงสแบบ Geiger-Muller Tube ของบรษท LND รน 712 ซงสามารถตรวจวด

ไดทงรงสบตา และรงสแกมมา มยานการวด 0.1 - 100 มลลเรนทเกน ตองมไฟฟากระแสตรงแรงดน

สงขนาด 500 โวลต จากวงจรผลตไฟฟาแรงดนสงปอนใหกบขวอาโนด และขวแคโธด ของหววด

รงส ในขณะทไดรบปรมาณรงส หววดรงสจะทาการสงสญญาณพลสออกมาทางขวแคโธด

สญญาณทไดจะเดนทางไปทวงจรปรบแตงรปคลนสญญาณตอไป

รปท 3.4 การทางานของหววดรงสแบบ Geiger-Muller Tube

รปท 3.5 หววดรงสแบบ Geiger-Muller Tube ของบรษท LND รน 712

33

รปท 3.6 ขอมลจาเพาะของหววดรงสแบบ Geiger-Muller Tube รน LND-712

3.2.2.2 วงจรผลตไฟฟาแรงดนสง

ทาหนาทผลตไฟฟากระแสตรงแรงดนสง เพอปอนใหกบหววดรงส โดยการทางานจะรบ

สญญาณพลส (PWM) ขนาด 4 กโลเฮรตซ จากไมโครคอนโทรลเลอร (PIC18F4550) เขามาทไอซ

มอสเฟส ( IRFPF50) เพอทาการผลตไฟฟาแรงดนสง และผานไดโอด ( UF4006) เพอแปลงจาก

สญญาณไฟฟากระแสสลบใหเปนไฟฟากระแสตรง สาหรบปอนใหกบขวอาโนดและขวแคโธด

ของหววดรงส

34

3.2.2.3 วงจรปรบแตงรปคลนสญญาณ

ทาหนาทปรบแตงรปคลนสญญาณทออกจากหววดรงส โดยใช ทรานซสเตอร (C945) ปรบแตงรปคลนสญญาณใหมความสงของคลน 5 โวลต เพอ ความเหมาะสม ให

ไมโครคอนโทรลเลอร สามารถทาการนบวด และทาการประมวลผลสญญาณทไดนนในภาค

ประมวลผลตอไป

รปท 3.7 วงจรผลตไฟฟาแรงดนสงและวงจรปรบแตงรปคลนสญญาณในภาคตรวจวดรงส

35

3.2.3 ภาคควบคมการทางานและประมวลผล

ไมโครคอนโทรลเลอร PIC18F4550 จะทาหนาทควบคมการทางานของเครองวดรงส

พรอมกบทาหนาทประมวลผลสญญาณทไดจากภาคตรวจวดรงส ใหเปนขอมลเพอสงใหกบ

ภาคแสดงผล และภาคบนทกขอมลอกดวย หนาทของไมโครคอนโทรลเลอรจะอธบายในแตละ

สวนดงน

รปท 3.8 บลอกไดอะแกรมแสดงการควบคมสวนตางๆโดยไมโครคอนโทรลเลอร

36

3.2.3.1 ควบคมการทางาน

ไ มโครคอนโทรลเลอร จะควบคมการทางาน เครองวดรงส และสวนตางๆภายใน เครองวด

รงส ไดแก สงสญญาณพลสเพอควบคมวงจรผลตไฟฟาแรงดนสง ควบคมการทางานของ

ภาคแสดงผลทงหนาจอแอลซด และลาโพง ควบคมการทางานของโมดล SD-Card

รปท 3.9 วงจรภาคประมวลผลโดยไมโครคอนโทรลเลอร (PIC18F4550)

37

การทางานของเครองวดรงส เมอเรมเปด สวตซ เครองจะเรมทางานในโหมด นบคารงส

ประจาบคคล เปนอนดบแรก เราสามารถเปลยนโหมดการใชงานไดดวยการกดทปมโหมด โดย

โปรแกรมจะทาการตรวจสอลอยตลอดเวลาวา ปมโหมดไดถกกดหรอไม ถาปมโหมดถกกด

เครองวดรงสกจะทาการเปลยนโหมดการใชงานไปเปนโหมดสารวจรงส

Start

system_Init()

mode=counter

btn_read()

Ifmode==counter

Ifmode==survey

run(counter)

run(survey)Yes

Yes

รปท 3.10 โฟลวชารตการทางานของไมโครคอนโทรลเลอร

38

3.2.3.2 ประมวลผลสญญาณ การประมวลผลสญญาณโดยไ มโครคอนโทรลเลอร จะทาการนบคาความถของสญญาณ

และทาการประมวลผลแปลงเปนคาการไดรบรงสในหนวย มลล เรนทเกน (mR) โดยหลกการ

คานวณนนจะอางองจากกราฟ กราฟความสมพนธระหวางคาปรมาณรงสกบความถ ของหววดรงส

แบบไกเกอร-มลเลอร ของบรษท LND รน 712 ดงรปท 3.8 เมอสามารถประมวลผลไดผลลพธออก

มาแลว ผลลพธทไดนนจะถกนาไปแสดงผลในสวนภาคแสดงผลตอไป

รปท 3.11 กราฟความสมพนธระหวางคาปรมาณรงสกบความถ ของหววดรงสแบบ

Geiger-Muller Tube ของบรษท LND รน 712

39

Start

CPS ≤ 18

18 < CPS ≤ 2000

2000 < CPS ≤ 3000

3000 < CPS ≤ 4000

4000 < CPS ≤ 5000

5000 < CPS ≤ 6000

(CPS-3.03) / 14.97

(CPS-500) / 10

(CPS-1332.5) / 6.67

CPS / 10

(CPS-3335) / 3.33

6000

No

No

No

No

No

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

CPS / 14.97Yes

6000 < CPS ≤ 7000 (CPS-3336) / 3.33Yes

7000 < CPS ≤ 8000 (CPS-5779) / 1.11Yes

No

8000 < CPS ≤ 9000 CPS-6000Yes

No

9000 < CPS ≤ 10000

(CPS-8000) / 0.3333Yes

No

No

รปท 3.12 โฟลวชารตโปรแกรมแปลงคาความถเปนคาปรมาณรงส

40

การกาหนดคาการรบสญญาณของอนพตไ มโครคอนโทรลเลอร นน จะกาหนดทขา

T0CON ซงทาหนาทเปนพอรตอนพตของไ มโครคอนโทรลเลอร วธการนนจะเขาไปกาหนดสวน

ของโปรแกรมในสวนของ Prescaler ของ T0CON ตวอยางเชน ถาตองการกาหนดการรบสญญาณ 2

ลกคลน และใหไ มโครคอนโทรลเลอ ร นบคาเปน 1 กใหทาการกาหนดคา Prescaler เปน 1:2 เปน

ตน วธการกาหนดคา Prescaler นนสามารถดไดจากขอมลดงรปท 3.9

รปท 3.13 การกาหนดคา Prescaler ในไมโครคอนโทรลเลอร PIC18F4550

41

3.2.4 ภาคแสดงผล

การแสดงผลของเครองวดรงส จะแสดงผลในรปแบบขอมลเชงตวเลขหรอแถบระดบทจะ

บอกถงปรมาณของรงสทตรวจพบไดทางหนาจอแอลซดขนาด 16 ตวอกษร 2 บรรทด และแสดงผล

ในรปแบบสญญาณเสยงออกทางลาโพงแบบเปยโซ ซงการแสดงผลในแตละโหมดจะมลกษณะท

แตกตางกนไป

รปท 3.14 วงจรจอแสดงผลแอลซด

เมอไดรบสญญาณขอมลจากภาคประมวลผล ไมโครคอนโทรลเลอร จะแสดงผลออกเปน

ขอมลในรปแบบเชงตวเลขทนบได และระดบสเกล ทแสดงระดบความเขมของคาระดบปรมาณ

รงส เพอใหผใชงานสามารถอานคารงสททาการตรวจวดไดในทนท พรอมทงของสญญาณเสยง ม

การใชงานอย 2 โหมด ตามลกษณะการใชงาน ดงน

3.3.1 การแสดงผลในโหมดนบคารงสประจาบคคล (Counter Mode)

ใชงานในการนบคารงสสะสมของบคคลทปฏบตงานทางดานเกยวกบรงส ซงแสดงคาใน

รปแบบเชงตวเลขทางหนาจอแอลซด มหนวยเปนมลล เรนทเกน (mR) เพอบอกคาสะสมของรงสท

ไดในขณะปฏบตงานทางดานเกยวกบรงส

42

รปท 3.15 หนาจอแสดงผลในโหมดนบคารงสประจาบคคล

1.) แสดงคาสญญาณความถจากหววดรงส มหนวยเปน Hz

หมายเหต : ถามเครองหมาย * คาทอานไดนนจะตองถกหารดวย 10

2.) แสดงคารงสทไดรบ มหนวยเปน mR / Hr

3.) แสดงคารงสทไดรบ มหนวยเปน mR / s

3.3.2 การแสดงผลในโหมดสารวจรงส (Survey Mode)

ใชงานในการสารวจพนท หรอวสดทตองสงสยวาอาจมรงสปนเปอนอย จะแสดงคาใน

รปแบบแถบระดบ และสญญาณเสยงจากลาโพง ซงจะมระดบมากหรอนอยขนอยกบคาความเขม

ของรงสทตรวจพบในขณะนน

รปท 3.16 หนาจอแสดงผลในโหมดสารวจรงส

1.) แสดงคารงสทตรวจพบ มหนวยเปนเปอรเซนต

2.) แสดงคารงสททตรวจพบ มหนวยเปน mR / Hr

3.) แสดงคาแถบระดบความเขมของคารงสทตรวจพบ

43

3.2.5 ภาคบนทกขอมล

การบนทกขอมลลงใน SD-Card นน จะกระทาเฉพาะในโหมดนบคารงสประจาบคคล เพอ

บนทกคาปรมาณสะสมของรงสทไดรบ ของผทปฏบตงานทางดานเกยวกบรงส ใหสามารถเกบ

บนทกขอมลเพอเปนฐานขอมลสาหรบไวมาดไดในภายหลง วาผปฏบตงานนนสมผสรงสไปมาก

เทาใด

ในภาคบนทกขอมลนน จะทาการบนทกคาปรมาณสะสมของรงส โดย

ไมโครคอนโทรลเลอร จะสงสญญาณขอมลมาทภาคบนทกขอมล โดยผานไอซ Interface เบอร

SN74LVC245A เพอลดแรงดนของสญญาณจาก 5 โวลต ลงเหลอ 3.3 โวลต เนองจากสญญาณท

ตดตอกนระหวางไ มโครคอนโทรลเลอร กบโมดล SD-Card นนมความถสง จงเลอกใชไอซในการ

ลดแรงดนของสญญาณแทนการใชวงจรแบงแรงดน

รปท 3.17 วงจรในภาคบนทกขอมล

ในสวนชองเสยบ SD-Card เลอกใชเปนชดโมดลรน ET-MINI SD/MMC เนองจากมชอง

เสยบการดและขาตอใชงานทสามารถเชอมตอกบไมโครคอนโทรลเลอรไดอยางสะดวก

44

รปท 3.18 ชดโมดล ET-MINI SD/MMC

การด SD-Card ทนามาใชงานนน จะตองทาการ Format เปนแบบ FAT 16 เสยกอนจงจะ

นามาใชงานได เนองจากขอมลทตดตอกนระหวางไ มโครคอนโทรลเลอร กบโมดล SD-Card เปน

แบบ 16 บต

รปท 3.19 รปแบบ SD-Card ทนามาใชงาน

รปท 3.20 การจดขาของการด SD-Card

45

รปท 3.21 วธการ Format SD-Card แบบ FAT 16

การบนทกขอมลจะกระทา ทกๆครงทเขาสการทางานในโหมดนบคารงสประจาบคคล

(Counter Mode) โปรแกรมจะทาการสรางไฟลบนทกขอมลใหมทกๆครง เพอปองกนการบนทก ซ า

กนของแตละไฟล ไฟลทถกสรางขนมานนจะทาการบนทกคารงสทไดรบลง SD-Card ทกๆ 1 นาท

โดยสงเกตไดจาก หลอดไฟแสดงสถานะ CARD BUSY จะสวาง ขนในขณะทเครองกาลงทาการ

บนทกขอมล ขอมลทบนทกไดนนสามารถนาไปเปดดได ในคอมพวเตอรดวยโปรแกรม Notepad

ไฟลเหลานจะใชทาการเกบเปนฐานขอมล สาหรบ ผทตองการเขา มาดสถตในการ บนทกขอมลคา

รงสทไดรบในภายหลงได

46

รปท 3.22 ไฟลและขอมลทบนทกใน SD-Card เมอเปดดในคอมพวเตอร

1.) ไฟลบนทกคาปรมาณสะสมของรงสทไดรบ จะถกสรางใหมทกๆครงทเรมการทางาน

ในโหมดนบคารงสประจาบคคล

2.) ขอมลภายในไฟล จะประกอบไปดวย

Day:Hour:Min:Sec : แสดงเวลาททาการบนทกขอมล

Time : แสดงเวลาในทกๆ 1 นาท จะทาการบนทกขอมล 1 ครง

Dose mRem : แสดงคาปรมาณสะสมของรงสทไดรบ ในทกๆ 1 นาท

Total Dose mRem : แสดงคาปรมาณสะสมของรงสทไดรบ รวมทงหมด

47

รปท

3.2

3 วง

จรรว

มท งห

มด