Licznik Geigera DIY z ESP8266 i ekranem dotykowym: 4 kroki (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

AKTUALIZACJA: NOWA I ULEPSZONA WERSJA Z WIFI I INNYMI DODATKOWYMI FUNKCJAMI TUTAJ

Zaprojektowałem i zbudowałem licznik Geigera - urządzenie, które może wykrywać promieniowanie jonizujące i ostrzegać użytkownika o niebezpiecznym poziomie promieniowania otoczenia za pomocą dobrze znanego odgłosu kliknięcia. Można go również użyć podczas poszukiwania minerałów, aby sprawdzić, czy znaleziona skała zawiera rudę uranu!

Istnieje wiele istniejących zestawów i samouczków dostępnych online, aby stworzyć własny licznik Geigera, ale chciałem stworzyć taki, który jest wyjątkowy - zaprojektowałem wyświetlacz GUI z dotykowymi elementami sterującymi, aby informacje były wyświetlane w ładny sposób.

Krok 1: Podstawowa teoria

Zasada działania licznika Geigera jest prosta. Cienkościenna rurka z gazem pod niskim ciśnieniem w środku (zwana rurką Geigera-Mullera) jest zasilana wysokim napięciem na swoich dwóch elektrodach. Wytworzone pole elektryczne nie wystarcza do spowodowania przebicia dielektryka - więc przez rurkę nie przepływa żaden prąd. Dzieje się tak, dopóki nie przejdzie przez nią cząsteczka lub foton promieniowania jonizującego.

Kiedy przechodzi promieniowanie beta lub gamma, może jonizować niektóre cząsteczki gazu w środku, tworząc wolne elektrony i jony dodatnie. Cząstki te zaczynają się poruszać z powodu obecności pola elektrycznego, a elektrony faktycznie przyspieszają na tyle, że jonizują inne cząsteczki, tworząc kaskadę naładowanych cząstek, które chwilowo przewodzą prąd. Ten krótki impuls prądu może zostać wykryty przez obwód pokazany na schemacie, który może być następnie wykorzystany do wytworzenia dźwięku kliknięcia, lub w tym przypadku, doprowadzony do mikrokontrolera, który może z nim wykonać obliczenia.

Używam rurki Geigera SBM-20, ponieważ łatwo ją znaleźć na eBayu i jest dość wrażliwa na promieniowanie beta i gamma.

Krok 2: Części i konstrukcja

Jako mózg do tego projektu wykorzystałem płytkę NodeMCU opartą na mikrokontrolerze ESP8266. Chciałem czegoś, co można zaprogramować jak Arduino, ale jest wystarczająco szybkie, aby sterować wyświetlaczem bez zbytniego opóźnienia.

Do zasilania wysokiego napięcia użyłem tego konwertera HV DC-DC boost z Aliexpress, aby dostarczyć 400V do lampy Geigera. Pamiętaj tylko, że testując napięcie wyjściowe, nie możesz zmierzyć go bezpośrednio multimetrem - impedancja jest zbyt niska i napięcie spadnie, więc odczyt będzie niedokładny. Za pomocą multimetru utwórz dzielnik napięcia z co najmniej 100 MOhmami i zmierz w ten sposób napięcie.

Urządzenie jest zasilane baterią 18650, która zasila kolejny konwerter doładowania, który zapewnia stałe napięcie 4,2 V dla reszty obwodu.

Oto wszystkie elementy potrzebne do obwodu:

• Tuba SBM-20 GM (wielu sprzedawców w serwisie eBay)
• Konwerter doładowania wysokiego napięcia (AliExpress)
• Konwerter doładowania do 4.2V (AliExpress)
• Płyta NodeMCU esp8266 (Amazonka)
• 2,8-calowy ekran dotykowy SPI (Amazonka)
• 18650 ogniwo Li-ion (Amazon) LUB Dowolna bateria LiPo 3,7 V (500+ mAh)
• Uchwyt na ogniwa 18650 (Amazon) Uwaga: ten uchwyt baterii okazał się trochę za duży na płytkę drukowaną i musiałem wygiąć piny do wewnątrz, aby móc go przylutować. Polecam użyć mniejszego akumulatora LiPo i zamiast tego przylutować przewody JST do padów akumulatora na płytce drukowanej.

Potrzebne różne komponenty elektroniczne (możesz już mieć niektóre z nich):

• Rezystory (omy): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1,8M, 3M. Zalecamy uzyskanie rezystorów 10M do wykonania dzielnika napięcia potrzebnego do pomiaru wysokiego napięcia wyjściowego.
• Kondensatory: 220 pF
• Tranzystory: 2N3904
• LED: 3mm
• Brzęczyk: dowolny brzęczyk piezoelektryczny 12-17 mm
• Uchwyt bezpiecznika 6,5*32 (do bezpiecznego mocowania rurki Geigera)
• Przełącznik dwustabilny 12 mm

Proszę zapoznać się ze schematem PDF w moim GitHub, aby zobaczyć, gdzie idą wszystkie komponenty. Zwykle taniej jest zamówić te komponenty u hurtowego dystrybutora, takiego jak DigiKey lub LCSC. Arkusz kalkulacyjny z moją listą zamówień z LCSC znajdziesz na stronie GitHub, która zawiera większość komponentów pokazanych powyżej.

Chociaż płytka drukowana nie jest potrzebna, może ułatwić montaż obwodu i sprawić, że będzie wyglądał schludnie. Pliki Gerber do produkcji PCB można również znaleźć na moim GitHubie. Wprowadziłem kilka poprawek w projekcie PCB, odkąd dostałem swoją, więc dodatkowe zworki nie powinny być potrzebne w nowym projekcie. Nie zostało to jednak przetestowane.

Obudowa jest wydrukowana w 3D z PLA, a części można znaleźć tutaj. Wprowadziłem zmiany w plikach CAD, aby odzwierciedlić zmiany lokalizacji wiertła w płytce drukowanej. Powinno działać, ale pamiętaj, że nie zostało to przetestowane.

Krok 3: Kod i interfejs użytkownika

Do stworzenia interfejsu użytkownika wyświetlacza wykorzystałem bibliotekę Adafruit GFX. Kod można znaleźć na moim koncie GitHub tutaj.

Strona główna pokazuje prędkość dawkowania, liczbę na minutę oraz całkowitą skumulowaną dawkę od momentu włączenia urządzenia. Użytkownik może wybrać wolny lub szybki tryb integracji, który zmienia interwał sumy kroczącej na 60 sekund lub 3 sekundy. Brzęczyk i diodę LED można włączać i wyłączać indywidualnie.

Dostępne jest menu ustawień podstawowych, które umożliwia użytkownikowi zmianę jednostek dawki, progu alarmowego i współczynnika kalibracji, który wiąże CPM z szybkością dawki. Wszystkie ustawienia są zapisywane w pamięci EEPROM, dzięki czemu można je odzyskać po zresetowaniu urządzenia.

Krok 4: Testowanie i wnioski

Licznik Geigera mierzy szybkość klikania 15-30 zliczeń na minutę z naturalnego promieniowania tła, czyli mniej więcej tego, czego oczekuje się od lampy SBM-20. Mała próbka rudy uranu jest umiarkowanie radioaktywna, przy około 400 CPM, ale torowany płaszcz latarni może sprawić, że kliknie szybciej niż 5000 CPM, gdy zostanie przytrzymany przy rurze!

Licznik Geigera pobiera około 180 mA przy 3,7 V, więc bateria o pojemności 2000 mAh powinna wystarczyć na około 11 godzin na ładowaniu.

Planuję właściwie skalibrować probówkę standardowym źródłem cezu-137, co sprawi, że odczyty dawki będą dokładniejsze. W przypadku przyszłych ulepszeń mógłbym również dodać funkcję Wi-Fi i funkcję rejestrowania danych, ponieważ ESP8266 jest już wyposażony we wbudowane Wi-Fi.

Mam nadzieję, że ten projekt był dla Ciebie interesujący! Podziel się swoją budową, jeśli zrobisz coś podobnego!