Направи си сам брояч на Гейгер с ESP8266 и сензорен екран: 4 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

АКТУАЛИЗИРАНЕ: НОВА И ПОДОБРЕНА ВЕРСИЯ С WIFI И ДРУГИ ДОБАВЕНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТУК

Проектирах и изградих брояч на Гайгер-устройство, което може да открие йонизиращо лъчение и да предупреди потребителя си за опасни нива на радиация в околната среда с добре познатия щракване. Може да се използва и при търсене на минерали, за да се види дали скалата, която сте открили, има в себе си уранова руда!

Има много съществуващи комплекти и уроци, достъпни онлайн, за да направите свой собствен брояч на Geiger, но исках да направя един уникален - проектирах GUI дисплей с сензорни контроли, така че информацията да се показва по красив начин.

Стъпка 1: Основна теория

Принципът на работа на брояч на Гайгер е прост. Тънкостенна тръба с газ с ниско налягане вътре (наречена тръба на Гайгер-Мюлер) се захранва с високо напрежение в двата си електрода. Създаденото електрическо поле не е достатъчно, за да причини диелектрично разрушаване - така че през тръбата не протича ток. Това е докато частица или фотон на йонизиращо лъчение не премине през него.

Когато бета или гама радиацията преминава, тя може да йонизира някои от молекулите на газа вътре, създавайки свободни електрони и положителни йони. Тези частици започват да се движат поради наличието на електрическо поле и електроните всъщност набират достатъчно скорост, за да завършат с йонизиране на други молекули, създавайки каскада от заредени частици, които за момент провеждат електричество. Този кратък импулс на ток може да бъде открит от схемата, показана на схемата, която след това може да се използва за създаване на щракащ звук или в този случай да се подава към микроконтролера, който може да прави изчисления с него.

Използвам тръбата на Гайгер SBM-20, тъй като е лесна за намиране в eBay и доста чувствителна към бета и гама радиация.

Стъпка 2: Части и конструкция

Използвах платката NodeMCU на базата на микроконтролера ESP8266 като мозък за този проект. Исках нещо, което може да се програмира като Arduino, но е достатъчно бързо, за да управлява дисплея без твърде много забавяне.

За захранване с високо напрежение използвах този HV DC-DC усилващ преобразувател от Aliexpress, за да доставя 400V към тръбата на Гайгер. Само имайте предвид, че когато тествате изходното напрежение, не можете да го измерите директно с мултицет - импедансът е твърде нисък и той ще намали напрежението, така че отчитането ще бъде неточно. Създайте делител на напрежение с поне 100 MOhms последователно с мултицета и измерете напрежението по този начин.

Устройството се захранва от батерия 18650, която се захранва в друг усилващ преобразувател, който захранва постоянни 4.2V за останалата част от веригата.

Ето всички компоненти, необходими за веригата:

• SBM-20 GM тръба (много продавачи в eBay)
• Конвертор за повишаване на напрежението (AliExpress)
• Boost Converter за 4.2V (AliExpress)
• NodeMCU esp8266 платка (Amazon)
• 2.8 "SPI сензорен екран (Amazon)
• 18650 литиево-йонна клетка (Amazon) ИЛИ всяка 3,7 V LiPo батерия (500+ mAh)
• 18650 държач за клетка (Amazon) Забележка: този държач на батерията се оказа малко прекалено голям за печатната платка и трябваше да огъна щифтовете навътре, за да мога да го запоя. Бих препоръчал вместо това да използвате по -малка LiPo батерия и да запоявате JST проводници към батерийните подложки на печатната платка.

Необходими са различни електронни компоненти (може би вече имате някои от тях):

• Резистори (ома): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1.8M, 3M. Препоръчваме да вземете 10M резистори, за да направите делител на напрежение, необходим за измерване на изхода за високо напрежение.
• Кондензатори: 220 pF
• Транзистори: 2N3904
• LED: 3 мм
• Звънец: Всеки 12-17 мм пиезо зумер
• Стойка за предпазител 6.5*32 (за сигурно закрепване на тръбата на Гайгер)
• Превключвател 12 мм

Моля, вижте PDF схемата в моя GitHub, за да видите къде отиват всички компоненти. Обикновено е по -евтино да поръчате тези компоненти от дистрибутор на едро като DigiKey или LCSC. Ще намерите електронна таблица с моя списък с поръчки от LCSC на страницата на GitHub, която съдържа повечето от компонентите, показани по -горе.

Въпреки че печатната платка не е необходима, тя може да улесни монтажа на веригата и да изглежда спретнато. Файловете Gerber за производство на печатни платки могат да бъдат намерени и в моя GitHub. Направих няколко поправки в дизайна на печатни платки, откакто получих моя, така че допълнителните джъмпери не трябва да са необходими с новия дизайн. Това обаче не е тествано.

Калъфът е 3D разпечатан от PLA и частите могат да бъдат намерени тук. Направих промени в CAD файловете, за да отразяват промените в местоположението на тренировката в печатната платка. Трябва да работи, но имайте предвид, че това не е тествано.

Стъпка 3: Код и потребителски интерфейс

Използвах библиотеката Adafruit GFX, за да създам потребителски интерфейс за дисплея. Кодът може да бъде намерен в моя акаунт в GitHub тук.

Началната страница показва мощността на дозата, броя в минута и общата натрупана доза от включването на устройството. Потребителят може да избере бавен или бърз режим на интеграция, който променя интервала на подвижната сума на 60 секунди или 3 секунди. Звуковият сигнал и светодиодът могат да се включват или изключват поотделно.

Има меню с основни настройки, което позволява на потребителя да променя дозовите единици, прага за предупреждение и коефициента на калибриране, който свързва CPM с мощността на дозата. Всички настройки се записват в EEPROM, за да могат да бъдат извлечени при нулиране на устройството.

Стъпка 4: Тестване и заключение

Броячът на Гайгер измерва честотата на кликване 15 - 30 броя в минута от естествената фонова радиация, което е приблизително това, което се очаква от тръбата SBM -20. Малка извадка от уранова руда се регистрира като умерено радиоактивна, при около 400 CPM, но мантията на фонари може да накара да щракне по -бързо от 5000 CPM, когато се държи срещу тръбата!

Броячът на Geiger черпи около 180 mA при 3.7V, така че батерията от 2000 mAh трябва да издържи около 11 часа при зареждане.

Планирам правилно да калибрирам епруветката със стандартен източник на цезий-137, което ще направи показанията на дозата по-точни. За бъдещи подобрения бих могъл да добавя и възможности за WiFi и записване на данни, тъй като ESP8266 вече се предлага с вградена WiFi.

Надявам се този проект да ви е бил интересен! Моля, споделете вашата конструкция, ако в крайна сметка направите нещо подобно!