Contor Geiger DIY cu un ESP8266 și un ecran tactil: 4 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

ACTUALIZARE: VERSIUNE NOUĂ ȘI ÎMBUNĂTĂȚITĂ CU WIFI ȘI ALTE CARACTERISTICI ADĂUGATE AICI

Am proiectat și construit un contor Geiger - un dispozitiv care poate detecta radiațiile ionizante și îi avertizează utilizatorul de niveluri periculoase de radiații ambientale cu zgomotul de clic prea familiar. Poate fi folosit și atunci când căutați minerale pentru a vedea dacă roca pe care ați găsit-o are minereu de uraniu!

Există multe kituri și tutoriale existente disponibile online pentru a vă crea propriul contor Geiger, dar am vrut să fac unul unic - am proiectat un afișaj GUI cu comenzi tactile, astfel încât informațiile să fie afișate într-un mod frumos.

Pasul 1: Teoria de bază

Principiul de funcționare al unui contor Geiger este simplu. Un tub cu pereți subțiri cu gaz de joasă presiune în interior (numit tub Geiger-Muller) este alimentat cu o tensiune ridicată peste cei doi electrozi ai săi. Câmpul electric creat nu este suficient pentru a provoca defecțiuni dielectrice - deci nu curge curent prin tub. Asta până când o particulă sau foton de radiație ionizantă trece prin ea.

Când radiația beta sau gamma trece, poate ioniza unele dintre moleculele de gaz din interior, creând electroni liberi și ioni pozitivi. Aceste particule încep să se miște datorită prezenței câmpului electric, iar electronii cresc de fapt suficientă viteză încât să ajungă să ionizeze alte molecule, creând o cascadă de particule încărcate care conduc momentan electricitatea. Acest scurt impuls de curent poate fi detectat de circuitul prezentat în schemă, care poate fi apoi utilizat pentru a crea sunetul de clic sau, în acest caz, alimentat la microcontrolerul care poate face calcule cu acesta.

Folosesc tubul SBM-20 Geiger, deoarece este ușor de găsit pe eBay și destul de sensibil la radiațiile beta și gamma.

Pasul 2: Piese și construcții

Am folosit placa NodeMCU bazată pe microcontrolerul ESP8266 ca creier pentru acest proiect. Am vrut ceva care poate fi programat ca un Arduino, dar este suficient de rapid pentru a conduce ecranul fără prea mult decalaj.

Pentru alimentarea cu înaltă tensiune, am folosit acest convertor de tensiune DC-DC HV de la Aliexpress pentru a furniza 400V tubului Geiger. Rețineți că atunci când testați tensiunea de ieșire, nu o puteți măsura direct cu un multimetru - impedanța este prea mică și va scădea tensiunea, astfel încât citirea va fi inexactă. Creați un divizor de tensiune cu cel puțin 100 MOhms în serie cu multimetrul și măsurați tensiunea în acest fel.

Dispozitivul este alimentat de o baterie 18650 care se alimentează într-un alt convertor de alimentare care furnizează o valoare constantă de 4,2V pentru restul circuitului.

Iată toate componentele necesare circuitului:

• Tub SBM-20 GM (mulți vânzători pe eBay)
• Convertor de înaltă tensiune (AliExpress)
• Convertor Boost pentru 4.2V (AliExpress)
• Placa NodeMCU esp8266 (Amazon)
• Ecran tactil SPI de 2,8 "(Amazon)
• 18650 Li-ion cell (Amazon) SAU Orice baterie LiPo de 3,7 V (500+ mAh)
• Suport pentru celule 18650 (Amazon) Notă: acest suport pentru baterie s-a dovedit a fi puțin prea mare pentru PCB și a trebuit să îndoi pinii spre interior pentru a-l putea lipi. Aș recomanda utilizarea unei baterii LiPo mai mici și lipirea JST duce la tampoanele bateriei de pe PCB.

Sunt necesare componente electronice diverse (este posibil să aveți deja unele dintre acestea):

• Rezistoare (ohmi): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1,8M, 3M. Vă recomandăm să obțineți rezistențe de 10 M pentru a face necesar divizorul de tensiune pentru a măsura ieșirea de înaltă tensiune.
• Condensatoare: 220 pF
• Tranzistoare: 2N3904
• LED: 3mm
• Buzzer: orice buzzer piezo de 12-17 mm
• Suport siguranțe 6.5 * 32 (pentru a atașa în siguranță tubul Geiger)
• Comutator de comutare 12 mm

Vă rugăm să consultați schema PDF din GitHub pentru a vedea unde merg toate componentele. De obicei, este mai ieftin să comandați aceste componente de la un distribuitor în vrac, cum ar fi DigiKey sau LCSC. Veți găsi o foaie de calcul cu lista mea de comenzi de la LCSC în pagina GitHub care conține majoritatea componentelor prezentate mai sus.

Deși nu este necesar un PCB, acesta poate ajuta la simplificarea ansamblului circuitului și la aspectul curat. Fișierele Gerber pentru fabricarea PCB pot fi găsite și în GitHub. Am făcut câteva soluții la designul PCB-ului de când am primit-o pe a mea, așa că jumperii suplimentari nu ar trebui să fie necesari cu noul design. Cu toate acestea, acest lucru nu a fost testat.

Carcasa este imprimată 3D din PLA și piesele pot fi găsite aici. Am făcut modificări în fișierele CAD pentru a reflecta schimbările de locație ale burghiului în PCB. Ar trebui să funcționeze, dar vă rugăm să rețineți că acest lucru nu a fost testat.

Pasul 3: Cod și interfață de utilizare

Am folosit biblioteca Adafruit GFX pentru a crea interfața cu utilizatorul pentru afișaj. Codul poate fi găsit în contul meu GitHub aici.

Pagina de pornire arată rata dozei, numărările pe minut și doza totală acumulată de la pornirea dispozitivului. Utilizatorul poate alege un mod de integrare lent sau rapid, care schimbă intervalul de sumă rulantă la 60 de secunde sau 3 secunde. Buzzer-ul și LED-ul pot fi activate sau dezactivate individual.

Există un meniu de setări de bază care permite utilizatorului să schimbe unitățile de dozare, pragul de alertă și factorul de calibrare care leagă CPM de rata dozei. Toate setările sunt salvate în EEPROM, astfel încât să poată fi recuperate la resetarea dispozitivului.

Pasul 4: Testare și concluzie

Contorul Geiger măsoară o rată de clic de 15 - 30 de puncte pe minut din radiația naturală de fond, care este aproximativ ceea ce se așteaptă de la un tub SBM-20. Un mic eșantion de minereu de uraniu se înregistrează ca moderat radioactiv, la aproximativ 400 CPM, dar o manta lanternă toriată îl poate face să facă clic mai repede decât 5000 CPM atunci când este ținut în fața tubului!

Contorul Geiger atrage în jur de 180 mA la 3,7 V, deci o baterie de 2000 mAh ar trebui să dureze aproximativ 11 ore la încărcare.

Am de gând să calibrez corect tubul cu o sursă standard de cesiu-137, care va face citirile dozei mai precise. Pentru îmbunătățiri viitoare, aș putea adăuga și capacitatea WiFi și funcționalitatea de înregistrare a datelor, deoarece ESP8266 vine deja cu WiFi încorporat.

Sper că ți s-a părut interesant acest proiect! Vă rugăm să partajați versiunea dvs. dacă ajungeți să faceți ceva similar!