DIY Geiger számláló ESP8266 -tal és érintőképernyővel: 4 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

FRISSÍTÉS: ÚJ és továbbfejlesztett verzió WIFI -vel és egyéb hozzáadott funkciókkal ITT

Megterveztem és megépítettem egy Geiger számlálót-egy olyan eszközt, amely képes érzékelni az ionizáló sugárzást, és figyelmezteti felhasználóját a veszélyes környezeti sugárzási szintekre a túlságosan ismert kattogó zajjal. Használható ásványok felderítésekor is, hogy lássa, hogy a talált kőzet uránércet tartalmaz -e!

Számos létező készlet és oktatóanyag érhető el online a saját Geiger számlálójának elkészítéséhez, de egyedit akartam készíteni - terveztem egy GUI kijelzőt érintőképernyős vezérléssel, így az információ szép módon jelenik meg.

1. lépés: Alapelmélet

A Geiger számláló működési elve egyszerű. Egy vékony falú csövet, amelynek belsejében alacsony nyomású gáz van (ezt Geiger-Muller csőnek nevezik), két elektródáján nagy feszültséggel táplálják. A létrehozott elektromos mező nem elegendő a dielektromos meghibásodáshoz - tehát nem folyik áram a csőben. Mindaddig, amíg az ionizáló sugárzás részecskéje vagy fotonja át nem megy rajta.

Amikor a béta- vagy gamma -sugárzás áthalad, ionizálhatja a benne lévő gázmolekulák egy részét, szabad elektronokat és pozitív ionokat hozva létre. Ezek a részecskék az elektromos mező jelenléte miatt mozogni kezdenek, és az elektronok valóban felveszik a kellő sebességet ahhoz, hogy végül ionizálják a többi molekulát, és létrehozzák a töltött részecskék kaszkádját, amelyek pillanatnyilag vezetik az elektromosságot. Ezt a rövid áramimpulzust a vázlatban bemutatott áramkör érzékelheti, amely aztán a kattanó hang létrehozásához használható, vagy ebben az esetben a mikrokontrollerhez táplálja, amely számításokat végezhet vele.

Az SBM-20 Geiger csövet használom, mivel könnyen megtalálható az eBay-en, és elég érzékeny a béta- és gamma-sugárzásra.

2. lépés: Alkatrészek és kivitelezés

A projekt agyaként az ESP8266 mikrokontrollerre épülő NodeMCU kártyát használtam. Valami olyat szerettem volna, ami programozható, mint egy Arduino, de elég gyors ahhoz, hogy túl sok késés nélkül vezesse a kijelzőt.

A nagyfeszültségű tápellátáshoz ezt az Aliexpress HV DC-DC erősítőátalakítót használtam, hogy 400 V-ot táplálhassak a Geiger csőbe. Ne feledje, hogy a kimeneti feszültség tesztelésekor nem mérheti közvetlenül multiméterrel - az impedancia túl alacsony, és leesik a feszültség, így a leolvasás pontatlan lesz. Hozzon létre egy feszültségosztót legalább 100 MOhm sorban a multiméterrel, és mérje meg a feszültséget.

A készüléket egy 18650 -es akkumulátor táplálja, amely egy másik erősítő átalakítóba táplálkozik, amely állandó 4,2 V -ot szolgáltat az áramkör többi részére.

Itt található az áramkörhöz szükséges összes alkatrész:

• SBM-20 GM cső (sok eladó az eBay-en)
• Nagyfeszültségű erősítő átalakító (AliExpress)
• Boost Converter 4.2V -hoz (AliExpress)
• NodeMCU esp8266 kártya (Amazon)
• 2,8 hüvelykes SPI érintőképernyő (Amazon)
• 18650 Li-ion cella (Amazon) VAGY bármilyen 3,7 V-os LiPo akkumulátor (500+ mAh)
• 18650 cellatartó (Amazon) Megjegyzés: ez az elemtartó kicsit túl nagynak bizonyult a NYÁK -hoz, és be kellett hajlítanom a csapokat, hogy forraszthassam. Azt javaslom, hogy használjon kisebb LiPo akkumulátort, és forrasztja a JST vezetékeket a NYÁK akkumulátorpárnáihoz.

Különféle elektronikus alkatrészekre van szükség (ezek közül néhány már lehet):

• Ellenállások (ohm): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1.8M, 3M. Javasoljuk, hogy szerezzen 10M ellenállást a nagyfeszültségű kimenet méréséhez szükséges feszültségosztó elkészítéséhez.
• Kondenzátorok: 220 pF
• Tranzisztorok: 2N3904
• LED: 3 mm
• Zümmögő: Bármilyen 12-17 mm-es piezo zümmere
• Biztosítéktartó 6,5*32 (a Geiger cső biztonságos rögzítéséhez)
• Váltókapcsoló 12 mm

Kérjük, tekintse meg a GitHub PDF -sémáját, hogy megtudja, hová kerül az összes összetevő. Általában olcsóbb megrendelni ezeket az alkatrészeket egy tömeges forgalmazótól, például a DigiKey -től vagy az LCSC -től. A GitHub oldalon talál egy táblázatot az LCSC rendelési listájával, amely tartalmazza a fent látható összetevők nagy részét.

Bár PCB -re nincs szükség, ez megkönnyítheti az áramkör összeszerelését és szép megjelenést kölcsönözhet. A NYÁK -gyártáshoz használt Gerber -fájlok megtalálhatók a GitHub -ban is. Az enyém megszerzése óta néhány javítást végeztem a NYÁK -konstrukción, így az új kialakítással nem szükséges a további áthidalók. Ezt azonban nem tesztelték.

A tok 3D nyomtatott, PLA -ból, és az alkatrészek itt találhatók. Módosítottam a CAD fájlokat, hogy tükrözzék a fúró helyének változásait a NYÁK -ban. Működnie kell, de kérjük, vegye figyelembe, hogy ezt nem tesztelték.

3. lépés: Kód és felhasználói felület

Az Adafruit GFX könyvtárat használtam a kijelző felhasználói felületének létrehozásához. A kód itt található a GitHub -fiókomban.

A kezdőlapon megjelenik az adagolási sebesség, a percenkénti számlálás és a készülék bekapcsolása óta felhalmozott teljes dózis. A felhasználó választhat egy lassú vagy gyors integrációs módot, amely a gördülő összeg intervallumát 60 másodpercre vagy 3 másodpercre változtatja. A hangjelző és a LED külön -külön be- és kikapcsolható.

Van egy alapbeállítási menü, amely lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy módosítsa a dózisegységeket, a riasztási küszöböt és a kalibrációs tényezőt, amely a CPM -et az adagolási sebességhez viszonyítja. Minden beállítás az EEPROM -ba kerül mentésre, így az eszköz alaphelyzetbe állításakor letölthetőek.

4. lépés: Tesztelés és következtetés

A Geiger számláló percenként 15–30 számlálási sebességet mér a természetes háttérsugárzásból, ami körülbelül az SBM -20 csövektől várható. Egy kis minta uránércet mérsékelten radioaktívnak regisztrál, körülbelül 400 CPM -nél, de a thoriated lámpás köpeny gyorsabban kattinthat, mint 5000 CPM, ha a cső ellen tartja!

A Geiger számláló körülbelül 180 mA -t fogyaszt 3,7 V -nál, tehát egy 2000 mAh -s akkumulátornak körülbelül 11 órán keresztül kell töltenie.

Azt tervezem, hogy megfelelően kalibrálom a csövet egy szabványos cézium-137 forrással, ami pontosabbá teszi az adag leolvasását. A jövőbeni fejlesztésekhez hozzáadhatom a WiFi képességet és az adatnaplózási funkciókat is, mivel az ESP8266 már beépített WiFi -vel rendelkezik.

Remélem, érdekesnek találta ezt a projektet! Kérlek oszd meg a konstrukciódat, ha végül valami hasonlót készítesz!