DIY Geiger Counter s ESP8266 a dotykovým displejem: 4 kroky (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

AKTUALIZACE: NOVÁ A VYLEPŠENÁ VERZE S WIFI A DALŠÍMI PŘIDANÝMI FUNKCEMI ZDE

Navrhl jsem a postavil Geiger Counter-zařízení, které dokáže detekovat ionizující záření a varovat svého uživatele před nebezpečnými úrovněmi okolního záření příliš známým cvakavým hlukem. Může být také použit při hledání minerálů, aby se zjistilo, zda skála, kterou jste našli, obsahuje uranovou rudu!

Existuje mnoho stávajících sad a návodů, které jsou k dispozici online k vytvoření vlastního Geiger Counteru, ale já jsem chtěl vytvořit jeden, který je jedinečný - navrhl jsem GUI displej s dotykovým ovládáním, aby se informace zobrazovaly pěkně.

Krok 1: Základní teorie

Princip fungování Geigerova počítače je jednoduchý. Tenkostěnná trubice s nízkotlakým plynem uvnitř (nazývaná Geiger-Mullerova trubice) je napájena vysokým napětím na svých dvou elektrodách. Vytvořené elektrické pole nestačí k tomu, aby způsobilo dielektrické poškození - trubicí tedy neproudí žádný proud. To je, dokud jím neprojde částice nebo foton ionizujícího záření.

Když prochází záření beta nebo gama, může ionizovat některé molekuly plynu uvnitř a vytvářet volné elektrony a kladné ionty. Tyto částice se začnou pohybovat díky přítomnosti elektrického pole a elektrony ve skutečnosti nabírají takovou rychlost, že nakonec ionizují jiné molekuly, čímž vytvoří kaskádu nabitých částic, které na okamžik vedou elektrický proud. Tento krátký proudový proud může být detekován obvodem zobrazeným ve schématu, který pak může být použit k vytvoření cvakavého zvuku, nebo v tomto případě přiveden do mikrokontroléru, který s ním může provádět výpočty.

Používám trubku SBM-20 Geiger, protože ji lze snadno najít na eBay a je velmi citlivá na záření beta a gama.

Krok 2: Díly a konstrukce

Jako mozek pro tento projekt jsem použil desku NodeMCU založenou na mikrokontroléru ESP8266. Chtěl jsem něco, co lze naprogramovat jako Arduino, ale je dostatečně rychlé, aby pohánělo displej bez přílišného zpoždění.

Pro napájení vysokým napětím jsem použil tento vysokonapěťový DC-DC posilovač od Aliexpress k napájení 400V do Geigerovy trubice. Jen mějte na paměti, že při testování výstupního napětí jej nemůžete změřit přímo multimetrem - impedance je příliš nízká a klesne napětí, takže čtení bude nepřesné. Vytvořte dělič napětí s minimálně 100 MOhms v sérii s multimetrem a změřte napětí tímto způsobem.

Zařízení je napájeno baterií 18650, která se napájí do dalšího zesilovače, který dodává konstantní napětí 4,2 V pro zbytek obvodu.

Zde jsou všechny komponenty potřebné pro obvod:

• GM trubice SBM-20 (mnoho prodejců na eBay)
• Převodník vysokého napětí (AliExpress)
• Boost Converter pro 4,2 V (AliExpress)
• Deska NodeMCU esp8266 (Amazon)
• 2,8 "dotykový displej SPI (Amazon)
• 18650 Li-ion článek (Amazon) NEBO Libovolná 3,7 V LiPo baterie (500+ mAh)
• Držák článku 18650 (Amazon) Poznámka: tento držák baterie se ukázal být příliš velký pro desku plošných spojů a musel jsem ohnout kolíky dovnitř, abych je mohl pájet. Doporučil bych místo toho použít menší LiPo baterii a pájet JST vodiče k bateriovým podložkám na DPS.

Potřebné různé elektronické součásti (některé z nich již možná máte):

• Rezistory (ohmy): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1,8M, 3M. Doporučujeme pořídit 10M odpory pro vytvoření děliče napětí potřebného k měření výstupu vysokého napětí.
• Kondenzátory: 220 pF
• Tranzistory: 2N3904
• LED: 3 mm
• Bzučák: Jakýkoli piezoelektrický bzučák 12-17 mm
• Pojistkový držák 6,5*32 (pro bezpečné připevnění Geigerovy trubice)
• Přepínač 12 mm

Podívejte se do schématu PDF v mém GitHubu, kde uvidíte, kam všechny komponenty směřují. Obvykle je levnější objednat tyto komponenty u velkoobjemového distributora, jako je DigiKey nebo LCSC. Na stránce GitHub najdete tabulku s mým seznamem objednávek z LCSC, která obsahuje většinu výše uvedených komponent.

Zatímco PCB není potřeba, může pomoci usnadnit sestavení obvodu a vypadat úhledně. Soubory Gerber pro výrobu DPS najdete také v mém GitHubu. Od té doby, co jsem dostal svůj, jsem provedl několik oprav v návrhu DPS, takže další propojky by s novým designem neměly být potřeba. Toto však nebylo testováno.

Pouzdro je 3D vytištěno z PLA a díly najdete zde. Provedl jsem změny v souborech CAD, aby odrážely změny umístění vrtáku v DPS. Mělo by to fungovat, ale mějte na paměti, že to nebylo testováno.

Krok 3: Kód a uživatelské rozhraní

K vytvoření uživatelského rozhraní pro zobrazení jsem použil knihovnu Adafruit GFX. Kód najdete v mém účtu GitHub zde.

Domovská stránka zobrazuje dávkový příkon, počty za minutu a celkovou akumulovanou dávku od zapnutí zařízení. Uživatel si může zvolit pomalý nebo rychlý integrační režim, který změní interval pohyblivého součtu na 60 sekund nebo 3 sekundy. Bzučák a LED lze jednotlivě zapnout nebo vypnout.

K dispozici je nabídka základního nastavení, která uživateli umožňuje změnit jednotky dávky, práh výstrahy a kalibrační faktor, který spojuje CPM s dávkou. Všechna nastavení jsou uložena v paměti EEPROM, takže je lze obnovit, když je zařízení resetováno.

Krok 4: Testování a závěr

Geigerův čítač měří klikání 15–30 impulzů za minutu od přirozeného záření pozadí, což je asi to, co se očekává od elektronky SBM -20. Malý vzorek uranové rudy se registruje jako mírně radioaktivní při přibližně 400 CPM, ale torionový plášť lucerny může při držení proti trubici kliknout rychleji než 5000 CPM!

Geigerův čítač čerpá kolem 180 mA při 3,7 V, takže 2 000 mAh baterie by měla na jedno nabití vydržet přibližně 11 hodin.

Mám v plánu řádně zkalibrovat zkumavku se standardním zdrojem Cesium-137, což zpřesní odečty dávek. Pro budoucí vylepšení bych mohl také přidat funkci WiFi a funkci protokolování dat, protože ESP8266 již obsahuje integrovanou WiFi.

Doufám, že vás tento projekt zaujal! Sdílejte prosím svou sestavu, pokud nakonec vytvoříte něco podobného!