こんにちは、Habr。
私は、マイクロプロセッサとマイクロコントローラをベースにしたデバイスの開発を専門とする電子技術者です。 何年もの間、このクラフトは私をまったく悩ませませんでした。そのため、暇なときでも、コントローラーに基づいてあらゆる種類の電子クラフトを設計しています。 それでも、リードスイッチが入力にあり、LEDが出力にある場合でも、小さな鉄片に少し命を吹き込むのは良いことです。
先日、ここでカブをかきました。これは、家庭で何が役立つかということをテーマにしています。 インターネット全般、特にHabréで興味深いアイデアを検索した結果、人々は自家製の携帯電話に興味を持っていることがわかりました-そのような自家製の製品のコンポーネント（GSMモデム、RFコネクタ、アンテナ、SIMホルダー）はよりアクセスしやすくなり、トピックは本当に興味深いものになりました。 たとえば、記事「携帯電話の日曜大工」（ パート1 、 パート2 ）と「 携帯電話を組み立てるデザイナー 」がHabréで公開されました。
残念ながら、私はすでに自家製の携帯電話を収集しました。 もちろん、このようなデザインをわずかに異なる形式で作成する価値があります。AVRマイクロコントローラーをARMに置き換え、グラフィックディスプレイを追加し、ボードに描かれたアンテナの代わりに標準の外部アンテナを使用します。それは長い間行われ、さらには機能し、夕方の怠inessと先延ばしに勝ちます。 予測されたたわごとが誰によっても行われなかった場合、それははるかに楽しくなり、特定の疑問がある場合はさらに良くなります。
端的に言えば、新しいアイデアを探した結果、線量計を内蔵した自家製の携帯電話を作ることに決めたとしか言えません。
一般的に
サンプルの電話仕様は次のとおりです。
ハードウェアスタッフィング：
•GSMモデムSIM900
•ARM Cortex-M3 STM32プロセッサ
•カラーディスプレイ
•ガンマ放射線検出器
•内蔵リレー
•プロセッサポートは櫛型コネクタにルーティングされるため、追加のボードを接続できます。
•プロセッサのJTAGは櫛型コネクタに出力されるため、デバッガを接続してソフトウェアを調整できます。
ソフトウェア：
•音声通話（ダイヤル、ダイヤル、着信呼び出しの受信）
•ワンタッチクイックコール（SOSボタン）
•SMS（受信、送信）
•GSMと線量計の統合（放射線レベルが特定のしきい値を超えたときに、事前に決められた番号に電話する、SMSメッセージを生成する、またはその両方）
•GSMとリレーの統合（通話とSMSのリレー制御）
•線量計とリレーの統合（特定の放射線レベルでリレーをオンにする）
イデオロギー：
•線量計電話の鉄とソフトウェア（回路、ソースコード、CADファイル）は無料で利用できます（オープンソースハードウェア）
回路の断片の設計からデバイスの開発を始めましょう。
放射線検出器
あらゆる種類の放射能（アルファ、ベータ、ガンマ）を検出できる古典的な放射線検出器は、ガイガーミュラーカウンターに基づいて構築されています。 国内の線量計では、SBM-20またはSBM-21カウンターが使用されますが、外国の線量計ではLND7317が使用されます。 Geiger-Mullerカウンターには多くの利点がありますが、かなり大きな欠点もあります-高価格とアクセスのしやすさです。 たとえば、Kickstarterのクラウドファンディングプロジェクトの一環として提供されたLND7317に基づく線量計は、完成したデバイスを800ドルで販売することを約束して400ドルで販売されました。タグ、おそらく800ドルに近い "）。
幸いなことに、ガイガーミュラーカウンターに代わるものがあります-PINダイオードに基づく半導体検出器です。 マキシムは、PINダイオードに加えて低ノイズオペアンプとコンパレータを使用するアプリケーションノート「アプリケーションノート2236、ガンマ光子放射検出器」を発行しました。 PINダイオードがガンマ量子を検出するたびに、数マイクロ秒の持続時間で回路の出力に短いデジタルパルスが生成されます。まさに、外部割り込みをマイクロコントローラーに接続することです。 検出されたガンマ量子の数に関する統計情報を数十から数百秒にわたって蓄積することにより、取得した値を（もちろん、キャリブレーション後）通常のmicroRまたはmSvに再計算し、内蔵ディスプレイでユーザーに表示できます。
元のスキームを少し変更しました：
BPW34Sに置き換えられたPINダイオード（Chip-Dipで利用可能）;
オペアンプはLMH6672に、コンパレータはLM311に置き換えられ、安価で手頃な価格になりました（Promelectronicsで入手可能）。
回路には12 Vと5 Vの2つの供給電圧があるので、 78L05パワーチップを追加しました。これはどのラジオストールでも購入できます。 5 Vチャンネルの消費電流は少ないと思われるため、リニアスタビライザーの低効率は、デバイスの総エネルギーバランスに実質的に影響を与えません。 検出回路はこちらです。
半導体検出器を使用する場合、アルファ線とベータ線が「見えない」ことを忘れないでください（幸いなことに、放射線源から離れるとかなり速く減衰します）。ガンマ線の検出では、ガイガーミュラーカウンターよりも劣ります（わかります）プロセスの物理、高エネルギーのガンマ量子は両方のタイプのデバイスによって検出されますが、低エネルギーの量子はガイガーミュラーカウンターを励起するのに十分なエネルギーしかなく、PINダイオードの検出器は機能しません; 疑問を持つのは、）コメントで自分の意見を表明します。
図に示されている詳細が利用できない場合は、アナログをピックアップしてみてください。 多くの場合、Kompel Webサイトでのパラメトリック検索が役立ちます。 たとえば、オペアンプのカタログに 「ノイズ」フィルタを含めることにより、低ノイズのオペアンプのリストを取得できます。 同様のフィルタリング機能もTerraelectronics カタログにあります。
GSMモデム
アプライアンスの重要な部分。 幸いなことに、本格的なGSM / GPRSモデムが回路の一部として実際に認識されるときが来ました-買って、はんだ付けして、動作しています。 バグ、機能、およびそれらの互いの分離の検索に関連するシャーマニズムはもちろん存在しますが、一般に、この領域に入るためのしきい値は非常に低いです。
私の意見では、最も人気のあるオプションはSIM900 GSM / GPRSモデムであり、私にとっては専門会議 （初心者の電話ビルダーにとって最良の知識源）のトピックの数が私のポイントを確認しています。
GSMモデムの接続図はこちらです。
中央コントローラーからの管理は、UART（RXD、TXD回路）を介して実装されます。 コントローラがモデムの動作モードを変更できるように、PWRKEYチェーンが必要です。 PWRKEYが存在するにもかかわらず、ハードウェアのモデムから電力を除去する機能が必要です（D1 ST1S10PHR電源回路のピン2のENA 回路 ）。 ST2それらについて覚えておく必要が少なくなります）と低価格。
ディスプレイ
ここで私はまだ考えています。
一方では、 WG12864タイプの一般的で実績のあるディスプレイがあります-モノクロ、128 x 64ピクセル、パラレルインターフェイスを介したデータの読み込み。 一方、中国の国内産業は、カラフルで安価な代替品を積極的に提供しています-カラーTFTディスプレイ、128 x 160ピクセル、SPIを介したデータのダウンロード（PCBトレースを大幅に簡素化）。 そのようなディスプレイをある程度安定して中国から購入できるのか、あるいは売り手がing死の速度で回転するのかは明らかではありません。 誰かが中国でそのようなディスプレイを安定して購入した経験がある場合は、コメントを購読解除してください。
これまでのところ、WG12864と一部の中国のnonameの両方をはんだ付けできるように、回路を設計し、電話の回路基板を作成する最もバランスのとれたオプションのようです。
マイクロコントローラー
コントローラーの代わりに、STMのARM Cortex-M3が表示されます。
なぜARMなのか？
私の意見では、ごく最近（3〜5〜7年前の商用）、一般的な用途（放射線ではなく、マイクロ消費ではない）の組み込みシステムの設計者は、幅広いコントローラを使用していました。 個人的には、PICから始めて、i8051にしっかりと座った後、AVRを独自に研究し、すでに多くのプロジェクトを実行しました。 しかし、今では実質的に選択の余地はないと思います。 ARMは、価格/機能だけでなく、価格だけでも同じAVRを実行します！ これが生産機能やマーケティングの考慮事項によってどのように説明できるかはわかりませんが、開発者としての私だけが、ARMへの移行は避けられないように思えます。 他のアーキテクチャの支持者の議論を聞いてうれしいですが、個人的には、AVRとi8051の両方をより良い世界に向けて実施しています。
STM32を選ぶ理由
STMの ARMコントローラーは、 NXPやTIのコントローラーよりも根本的に優れているとは思いません。 AVRの対象となるARMを選択したとき、STM32はNXPと同じくらい優れていて、少し安く、さらに最小のSTMケースは最小のNXPよりも小さかったです。
プロセッサの観点からすると、線量計の携帯電話の機能は非常にシンプルであり、超高性能は必要ありません。そのため、TQFP-48パッケージのSTM32F101C8T6のようなプロセッサは非常に適しています。 しかし、キーボード（多くの脚）、ディスプレイ（多くの脚）、特にあらゆる種類の便利な拡張可能なニシタキを置くことができる外部ボードを接続する必要性を念頭に置いて、TQFP-64でSTM32F103RBT6を使用することをお勧めします。
建設的
詳細が記載された「シンプルな」ボードという形のデザインは、やや最適ではないように思えます。 もちろん、DIYはDIYであり、回路基板の緑色のマスクを熟考することは、経験豊富なプロと意欲的なアマチュアの両方の目を楽しませるでしょう。 加えて、私には思えるように、自作のケースは、もちろんその機能（防塵、使いやすさなど）を果たしますが、どういうわけかデバイスの全体的な雰囲気を損ねます。 OKW +特殊なメンブレンキーボードのケースを使用できます。これにより、優れた触感が得られますが、これにより、デバイスの全体的なコストとオーラが大幅に増加します...
私にとって最適なオプションは、2つのプレキシガラスプレートを使用することです.1つは切り抜きなしで巻き取り、デバイスを下から閉じ、もう1つは巻き取り、ボタン、ディスプレイ、スピーカー、マイク用の切り抜きを上部に取り付けます。 私の意見では、成功例は、たぶん、「内臓」の外観が機能を妨げないように、わずかに色付けされたプレキシガラスを好むでしょう。
続行しますか？
sayingにもあるように、「事実、主題」。 そのようなデバイスを作るかどうか？ 始まりが興味深く、そのような機能を備えたデバイスが需要がある場合、作業は続行されます。 また、プロジェクトの最初の段階でエラーを修正することで、後で多くの神経とお金を節約できるので、コメントと批判にも感謝します。