DIY Geiger -laskuri, jossa ESP8266 ja kosketusnäyttö: 4 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

PÄIVITYS: UUSI JA PARANNETTU VERSIO WIFI- JA MUISTA LISÄOMINAISUUDISTA TÄSTÄ

Suunnittelin ja rakensin Geiger-laskurin-laitteen, joka tunnistaa ionisoivan säteilyn ja varoittaa käyttäjää vaarallisesta ympäristön säteilytasosta aivan tutulla napsautuksella. Sitä voidaan käyttää myös etsiessään mineraaleja nähdäksesi, onko löytämässäsi kivessä uraanimalmia!

Netistä on saatavana monia olemassa olevia sarjoja ja opetusohjelmia oman Geiger -laskurin luomiseksi, mutta halusin tehdä sellaisen, joka on ainutlaatuinen - suunnittelin graafisen käyttöliittymän, jossa on kosketusohjaimet, joten tiedot näytetään kauniilla tavalla.

Vaihe 1: Perusteoria

Geiger -laskurin toimintaperiaate on yksinkertainen. Ohutseinämäinen putki, jossa on matalapainekaasu (nimeltään Geiger-Muller-putki), saa jännitteen kahdella elektrodillaan. Luotu sähkökenttä ei riitä aiheuttamaan dielektristä hajoamista - joten virta ei virtaa putken läpi. Tämä tapahtuu, kunnes ionisoivan säteilyn hiukkanen tai fotoni kulkee sen läpi.

Kun beeta- tai gammasäteily kulkee läpi, se voi ionisoida osan kaasumolekyyleistä muodostaen vapaita elektroneja ja positiivisia ioneja. Nämä hiukkaset alkavat liikkua sähkökentän läsnäolon vuoksi, ja elektronit todella ottavat riittävän nopeuden, jotta ne lopulta ionisoivat muita molekyylejä, jolloin syntyy ladattuja hiukkasia, jotka johtavat hetkellisesti sähköä. Tämä lyhyt virran pulssi voidaan havaita kaaviossa esitetyllä piirillä, jota voidaan sitten käyttää napsautusäänen luomiseen, tai tässä tapauksessa syöttää mikrokontrolleriin, joka voi tehdä sen kanssa laskelmia.

Käytän SBM-20 Geiger -putkea, koska se on helppo löytää eBaysta ja se on melko herkkä beeta- ja gammasäteilylle.

Vaihe 2: Osat ja rakenne

Käytin tämän projektin aivoina ESP8266 -mikrokontrolleriin perustuvaa NodeMCU -korttia. Halusin jotain, joka voidaan ohjelmoida kuten Arduino, mutta joka on riittävän nopea ajamaan näyttöä ilman liikaa viivettä.

Suurjännitelähteenä käytin tätä Aliexpressin HV DC-DC-tehostusmuunninta 400 V: n syöttämiseksi Geiger-putkeen. Muista vain, että kun testaat lähtöjännitettä, et voi mitata sitä suoraan yleismittarilla - impedanssi on liian pieni ja se laskee jännitettä, joten lukema on epätarkka. Luo jännitejakaja, jossa on vähintään 100 MOhms sarjaan yleismittarilla, ja mittaa jännite tällä tavalla.

Laitteen virtalähteenä on 18650 -akku, joka syöttää toiseen tehonmuuntimeen, joka syöttää vakion 4,2 V: n muulle piirille.

Tässä ovat kaikki piiriin tarvittavat komponentit:

• SBM-20 GM -putki (monet myyjät eBayssa)
• Korkeajännitevahvistin (AliExpress)
• Tehostusmuunnin 4,2 V: lle (AliExpress)
• NodeMCU esp8266 -kortti (Amazon)
• 2,8 tuuman SPI -kosketusnäyttö (Amazon)
• 18650 litiumionikenno (Amazon) TAI mikä tahansa 3,7 V: n LiPo-akku (500+ mAh)
• 18650 -kennopidike (Amazon) Huomautus: tämä paristopidike osoittautui hieman liian suureksi PCB: lle ja minun piti taivuttaa tapit sisäänpäin voidakseni juottaa sen. Suosittelen käyttämään pienempää LiPo -akkua ja JST -johtojen johtamista PCB: n akkutyynyihin.

Tarvitaan erilaisia elektronisia komponentteja (sinulla saattaa olla joitakin näistä jo):

• Vastukset (ohmia): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1.8M, 3M. Suosittelemme hankkimaan 10M vastukset suurjännitelähdön mittaamiseen tarvittavan jännitteenjakajan valmistamiseksi.
• Kondensaattorit: 220 pF
• Transistorit: 2N3904
• LED: 3 mm
• Summeri: Mikä tahansa 12-17 mm pietsosummeri
• Sulakkeen pidike 6,5*32 (Geiger -putken kiinnittämiseksi tukevasti)
• Vaihtokytkin 12 mm

Katso GitHubin PDF -kaaviosta, missä kaikki komponentit menevät. Yleensä on halvempaa tilata nämä komponentit irtotavaramyyjältä, kuten DigiKey tai LCSC. Löydät laskentataulukon tilausluettelostani LCSC: ltä GitHub -sivulta, joka sisältää suurimman osan yllä olevista komponenteista.

Vaikka piirilevyä ei tarvita, se voi helpottaa piirikokoonpanoa ja näyttää siistiltä. Piirilevyjen valmistukseen tarkoitetut Gerber -tiedostot löytyvät myös GitHubistani. Olen tehnyt joitain korjauksia piirilevyn suunnitteluun omani hankkimisen jälkeen, joten uusia puseroita ei tarvita uuden mallin kanssa. Tätä ei kuitenkaan ole testattu.

Kotelo on 3D -tulostettu PLA: sta ja osat löytyvät täältä. Olen tehnyt muutoksia CAD -tiedostoihin vastaamaan poran sijainnin muutoksia PCB: ssä. Sen pitäisi toimia, mutta huomaa, että tätä ei ole testattu.

Vaihe 3: Koodi ja käyttöliittymä

Käytin Adafruit GFX -kirjastoa näytön käyttöliittymän luomiseen. Koodi löytyy GitHub -tililtäni täältä.

Kotisivulla näkyy annosnopeus, minuuttilaskut ja laitteen virran kytkemisen jälkeen kertynyt kokonaisannos. Käyttäjä voi valita hitaan tai nopean integrointitilan, joka muuttaa liukuvan summan aikaväliksi joko 60 sekuntia tai 3 sekuntia. Summeri ja LED voidaan kytkeä päälle tai pois päältä erikseen.

On perusasetusvalikko, jonka avulla käyttäjä voi muuttaa annosyksiköitä, hälytyskynnystä ja kalibrointikerrointa, joka yhdistää tuhannen näyttökerran hinnan annosnopeuteen. Kaikki asetukset tallennetaan EEPROMiin, jotta ne voidaan noutaa, kun laite nollataan.

Vaihe 4: Testaus ja johtopäätös

Geiger -laskuri mittaa napsautussuhteen 15 - 30 laskua minuutissa luonnollisesta taustasäteilystä, mikä vastaa SBM -20 -putken odotuksia. Pieni näyte uraanimalmia rekisteröi kohtalaisesti radioaktiiviseksi, noin 400 CPM: llä, mutta thoriated -lyhtyvaippa voi saada sen napsahtamaan nopeammin kuin 5000 CPM, kun se pidetään putkea vasten!

Geiger -laskuri kuluttaa noin 180 mA 3,7 V jännitteellä, joten 2000 mAh: n akun pitäisi kestää noin 11 tuntia latauksella.

Aion kalibroida putken oikein Cesium-137-vakiolähteellä, mikä tekee annoslukemista tarkempia. Tulevia parannuksia varten voisin lisätä myös WiFi -ominaisuuden ja tiedonkeruutoiminnon, koska ESP8266 sisältää jo sisäänrakennetun WiFi -yhteyden.

Toivottavasti pidit tätä projektia mielenkiintoisena! Jaa rakennelma, jos päädyt tekemään jotain vastaavaa!