DIY Geigeri loendur ESP8266 ja puuteekraaniga: 4 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

UUENDAMINE: UUS JA PARANDATUD VERSIOON WIFI JA MUUD LISATUD FUNKTSIOONIDEGA SIIN

Kujundasin ja ehitasin Geigeri loenduri-seadme, mis tuvastab ioniseeriva kiirguse ja hoiatab oma kasutajat ümbritseva keskkonna ohtliku kiirguse eest liiga tuttava klõpsatusega. Seda saab kasutada ka mineraalide otsimisel, et näha, kas leitud kivimil on uraanimaaki!

Internetis on saadaval palju olemasolevaid komplekte ja õpetusi oma Geigeri loenduri tegemiseks, kuid tahtsin teha ainulaadse - kujundasin puutetundlike juhtnuppudega GUI -ekraani, nii et teave kuvatakse ilusal viisil.

Samm: põhiteooria

Geigeri loenduri tööpõhimõte on lihtne. Õhukese seinaga toru, mille sees on madalrõhugaas (nimetatakse Geigeri-Mülleri toruks), on oma kahe elektroodi kohal kõrgepingega. Loodud elektriväljast ei piisa dielektrilise rikke tekitamiseks - seega ei voola vool läbi toru. Seda seni, kuni sealt läheb läbi ioniseeriva kiirguse osake või footon.

Kui beeta- või gammakiirgus läbib, võib see mõningaid gaasimolekule ioniseerida, luues vabu elektrone ja positiivseid ioone. Need osakesed hakkavad elektrivälja tõttu liikuma ja elektronid koguvad tegelikult piisavalt kiirust, et lõpuks ioniseerida teisi molekule, luues laetud osakeste kaskaadi, mis juhivad hetkeks elektrit. Seda lühikest voolupulsi saab tuvastada skeemil näidatud vooluahela abil, mida saab seejärel kasutada klõpsatava heli tekitamiseks või sel juhul juhtida mikrokontrollerile, kes saab sellega arvutusi teha.

Ma kasutan SBM-20 Geigeri toru, kuna seda on eBayst lihtne leida ning see on beeta- ja gammakiirguse suhtes üsna tundlik.

2. etapp: osad ja ehitus

Selle projekti ajendina kasutasin ESP8266 mikrokontrolleril põhinevat NodeMCU plaati. Tahtsin midagi, mida saab programmeerida nagu Arduino, kuid mis on piisavalt kiire, et juhtida ekraani ilma liigse viivituseta.

Kõrgepingetoite jaoks kasutasin seda Aliexpressi HV DC-DC võimendusmuundurit, et toita Geigeri torule 400 V. Pidage ainult meeles, et väljundpinge testimisel ei saa te seda multimeetriga otse mõõta - takistus on liiga madal ja see vähendab pinget, nii et näit on ebatäpne. Looge multimeetriga järjestikku vähemalt 100 MOhmi pingejagur ja mõõtke pinge sel viisil.

Seadme toiteallikaks on 18650 aku, mis toidab teise võimendusmuundurit, mis varustab ülejäänud vooluahelat konstantse 4,2 V pingega.

Siin on kõik ahela jaoks vajalikud komponendid:

• SBM-20 GM toru (paljud eBay müüjad)
• Kõrgepinge võimendusmuundur (AliExpress)
• 4,2 V võimendusmuundur (AliExpress)
• NodeMCU esp8266 plaat (Amazon)
• 2,8 "SPI puuteekraan (Amazon)
• 18650 Li-ion cell (Amazon) VÕI mis tahes 3,7 V LiPo aku (500+ mAh)
• 18650 rakuhoidik (Amazon) Märkus: see akuhoidik osutus trükkplaadi jaoks natuke liiga suureks ja ma pidin jootmiseks nööpnõelad sissepoole painutama. Ma soovitaksin kasutada väiksemat LiPo akut ja JST jootmine viib selle asemel trükkplaadil olevate akupatjade juurde.

Vaja on mitmesuguseid elektroonilisi komponente (mõned neist võivad teil juba olemas olla):

• Takistid (oomid): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1.8M, 3M. Soovitame hankida 10M takistid kõrgepinge väljundi mõõtmiseks vajaliku pingejaguri tegemiseks.
• Kondensaatorid: 220 pF
• Transistorid: 2N3904
• LED: 3 mm
• Signaal: mis tahes 12-17 mm piesosummer
• Kaitsmehoidik 6,5*32 (Geigeri toru turvaliseks kinnitamiseks)
• Lüliti 12 mm

Palun vaadake minu GitHubi PDF -skeemi, et näha, kuhu kõik komponendid lähevad. Tavaliselt on odavam tellida neid komponente hulgimüüjalt, näiteks DigiKey või LCSC. GitHubi lehelt leiate arvutustabeli minu tellimuste loendiga LCSC -lt, mis sisaldab enamikku ülaltoodud komponente.

Kuigi trükkplaati pole vaja, võib see lihtsustada vooluahela kokkupanekut ja muuta see kenaks. PCB tootmiseks mõeldud Gerberi failid leiate ka minu GitHubist. Olen PCB kujunduses pärast selle saamist mõned parandused teinud, seega ei tohiks uue disainiga täiendavaid džemprid vaja minna. Seda pole aga testitud.

Korpus on 3D -trükitud PLA -st ja osad leiate siit. Olen muutnud CAD -faile, et kajastada puurimiskoha muutusi trükkplaadil. See peaks toimima, kuid pidage meeles, et seda pole testitud.

3. samm: kood ja kasutajaliides

Ekraani kasutajaliidese loomiseks kasutasin Adafruit GFX raamatukogu. Koodi leiate minu GitHubi kontolt siit.

Kodulehel kuvatakse doosikiirus, loendused minutis ja kogunenud koguannus pärast seadme sisselülitamist. Kasutaja saab valida aeglase või kiire integratsioonirežiimi, mis muudab jooksva summa intervalli 60 sekundiks või 3 sekundiks. Summurit ja LED -i saab eraldi sisse või välja lülitada.

Seal on põhiseadete menüü, mis võimaldab kasutajal muuta doosiühikuid, hoiatusläve ja kalibreerimistegurit, mis seob CPM -i doosikiirusega. Kõik seaded salvestatakse EEPROM -i, et neid oleks võimalik taastada seadme lähtestamisel.

4. samm: testimine ja järeldused

Geigeri loendur mõõdab loodusliku taustkiirguse klõpsamissagedust 15–30 loendit minutis, mis on umbes see, mida SBM -20 torult oodatakse. Väike proov uraanimaaki registreerib mõõdukalt radioaktiivseks, kiirusega umbes 400 CPM, kuid torniga laternamantel võib klõpsata toru vastu hoides kiiremini kui 5000 CPM!

Geigeri loendur võtab 3,7 V juures umbes 180 mA, seega peaks 2000 mAh aku laetuna vastu pidama umbes 11 tundi.

Plaanin tuubi korralikult kalibreerida standardse Cesium-137 allikaga, mis muudab annuse näidud täpsemaks. Tulevaste täiustuste jaoks võiksin lisada ka WiFi -funktsiooni ja andmete logimise funktsionaalsuse, kuna ESP8266 on juba sisseehitatud WiFi -ga kaasas.

Loodan, et leidsite selle projekti huvitavaks! Palun jagage oma ehitust, kui lõpuks midagi sarnast teete!