DIY Geigera skaitītājs ar ESP8266 un skārienekrānu: 4 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

ATJAUNINĀT: JAUNU UN UZLABOTU VERSIJU AR WIFI UN CITĀM PAPILDINĀTĀM FUNKCIJĀM ŠEIT

Es projektēju un uzbūvēju Geigera skaitītāju-ierīci, kas spēj noteikt jonizējošo starojumu un brīdināt savu lietotāju par bīstamu apkārtējās vides starojuma līmeni ar pārāk pazīstamo klikšķu troksni. To var izmantot arī, meklējot minerālus, lai noskaidrotu, vai jūsu atrastajā klintī ir urāna rūda!

Tiešsaistē ir pieejami daudzi esošie komplekti un apmācības, lai izveidotu savu Geigera skaitītāju, bet es gribēju izveidot unikālu - es izveidoju GUI displeju ar skārienvadības ierīcēm, lai informācija tiktu parādīta diezgan.

1. solis: Pamata teorija

Geigera skaitītāja darbības princips ir vienkāršs. Plānsienu caurule ar zema spiediena gāzi (saukta par Geigera-Millera cauruli) tiek darbināta ar augstu spriegumu abos tā elektrodos. Izveidotais elektriskais lauks nav pietiekams, lai izraisītu dielektrisko sabrukumu - tāpēc caur cauruli neplūst strāva. Tas ir līdz brīdim, kad caur to iziet jonizējošā starojuma daļiņa vai fotons.

Kad beta vai gamma starojums iet cauri, tas var jonizēt dažas gāzes molekulas, radot brīvos elektronus un pozitīvos jonus. Šīs daļiņas sāk kustēties elektriskā lauka klātbūtnes dēļ, un elektroni faktiski uzņem pietiekami lielu ātrumu, lai galu galā jonizētu citas molekulas, veidojot uzlādētu daļiņu kaskādi, kas momentāni vada elektrību. Šo īso strāvas impulsu var noteikt shēmā parādītā shēma, kuru pēc tam var izmantot, lai radītu klikšķināšanas skaņu, vai arī šajā gadījumā to var ievadīt mikrokontrolleram, kas ar to var veikt aprēķinus.

Es izmantoju SBM-20 Geigera cauruli, jo to ir viegli atrast vietnē eBay, un tā ir diezgan jutīga pret beta un gamma starojumu.

2. solis: detaļas un konstrukcija

Šim projektam es izmantoju NodeMCU plati, kuras pamatā ir mikrokontrolleris ESP8266. Es gribēju kaut ko tādu, ko var ieprogrammēt kā Arduino, bet kas ir pietiekami ātrs, lai vadītu displeju bez pārāk lielas kavēšanās.

Augstsprieguma padevei es izmantoju šo HV DC-DC pastiprinātāja pārveidotāju no Aliexpress, lai piegādātu 400 V geigera caurulei. Vienkārši paturiet prātā, ka, pārbaudot izejas spriegumu, jūs to nevarat izmērīt tieši ar multimetru - pretestība ir pārāk zema, un tā samazinās spriegumu, tāpēc rādījums būs neprecīzs. Ar multimetru izveidojiet virknes sprieguma dalītāju ar vismaz 100 MOhm un izmēriet spriegumu.

Ierīci darbina 18650 akumulators, kas tiek ievadīts citā pastiprinātāja pārveidotājā, kas pārējo ķēdi piegādā nemainīgu 4,2 V.

Šeit ir visas ķēdē nepieciešamās sastāvdaļas:

• SBM-20 GM caurule (daudzi pārdevēji vietnē eBay)
• Augstsprieguma pastiprinātājs (AliExpress)
• Palielināšanas pārveidotājs 4,2 V (AliExpress)
• NodeMCU esp8266 plate (Amazon)
• 2,8 collu SPI skārienekrāns (Amazon)
• 18650 Li-ion cell (Amazon) VAI jebkurš 3,7 V LiPo akumulators (500+ mAh)
• 18650 šūnu turētājs (Amazon) Piezīme: šis akumulatora turētājs izrādījās nedaudz par lielu PCB, un man vajadzēja saliekt tapas uz iekšu, lai varētu to lodēt. Es ieteiktu izmantot mazāku LiPo akumulatoru un lodēt JST pie akumulatora spilventiņiem uz PCB.

Nepieciešami dažādi elektroniskie komponenti (iespējams, daži no tiem jau ir pieejami):

• Rezistori (omi): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1.8M, 3M. Ieteicams iegādāties 10M rezistorus, lai izveidotu sprieguma dalītāju, kas nepieciešams augstsprieguma izejas mērīšanai.
• Kondensatori: 220 pF
• Tranzistori: 2N3904
• LED: 3 mm
• Signāls: Jebkurš 12-17 mm pjezo skaņas signāls
• Drošinātāju turētājs 6,5*32 (lai droši piestiprinātu Geigera cauruli)
• Pārslēgšanas slēdzis 12 mm

Lūdzu, skatiet PDF shēmu manā GitHub, lai redzētu, kur atrodas visas sastāvdaļas. Parasti ir lētāk pasūtīt šīs sastāvdaļas no vairumtirdzniecības izplatītāja, piemēram, DigiKey vai LCSC. GitHub lapā jūs atradīsit izklājlapu ar manu pasūtījumu sarakstu no LCSC, kurā ir lielākā daļa iepriekš redzamo komponentu.

Lai gan PCB nav vajadzīgs, tas var palīdzēt atvieglot ķēdes montāžu un padarīt to glītu. Gerber failus PCB ražošanai var atrast arī manā GitHub. Kopš es ieguvu PCB dizainu, esmu veicis dažus labojumus, tāpēc ar jauno dizainu papildu džemperi nav vajadzīgi. Tomēr tas nav pārbaudīts.

Korpuss ir 3D izdrukāts no PLA, un detaļas var atrast šeit. Esmu veicis izmaiņas CAD failos, lai atspoguļotu urbšanas vietas izmaiņas PCB. Tam vajadzētu darboties, taču, lūdzu, ņemiet vērā, ka tas nav pārbaudīts.

3. darbība: kods un lietotāja saskarne

Es izmantoju Adafruit GFX bibliotēku, lai izveidotu displeja lietotāja interfeisu. Kods ir atrodams manā GitHub kontā šeit.

Mājas lapa parāda devas ātrumu, skaitu minūtē un kopējo uzkrāto devu kopš ierīces ieslēgšanas. Lietotājs var izvēlēties lēnu vai ātru integrācijas režīmu, kas mainīs slīdošās summas intervālu uz 60 sekundēm vai 3 sekundēm. Signālu un gaismas diodi var ieslēgt vai izslēgt atsevišķi.

Ir pamata iestatījumu izvēlne, kas ļauj lietotājam mainīt devas vienības, trauksmes slieksni un kalibrēšanas koeficientu, kas saista MPT ar devas ātrumu. Visi iestatījumi tiek saglabāti EEPROM, lai tos varētu atgūt, atiestatot ierīci.

4. solis: pārbaude un secinājumi

Geigera skaitītājs mēra klikšķu skaitu 15 - 30 reizes minūtē no dabiskā fona starojuma, kas ir aptuveni tas, kas tiek gaidīts no SBM -20 caurules. Neliels urāna rūdas paraugs tiek reģistrēts kā vidēji radioaktīvs, pie aptuveni 400 MPT, bet, pārspīlēts laternas apvalks, tas var likt noklikšķināt ātrāk par 5000 MPT, ja tas tiek turēts pret cauruli!

Geigera skaitītājs patērē aptuveni 180 mA pie 3,7 V, tāpēc 2000 mAh akumulatoram ar uzlādi vajadzētu ilgt aptuveni 11 stundas.

Es plānoju pareizi kalibrēt mēģeni ar standarta Cēzija-137 avotu, kas padarīs devas rādījumus precīzākus. Turpmākiem uzlabojumiem es varētu pievienot arī WiFi iespējas un datu reģistrēšanas funkcionalitāti, jo ESP8266 jau ir aprīkots ar iebūvētu WiFi.

Es ceru, ka jums šis projekts šķita interesants! Lūdzu, kopīgojiet savu konstrukciju, ja galu galā izveidojat kaut ko līdzīgu!