Naredi sam Geigerjev števec z ESP8266 in zaslonom na dotik: 4 koraki (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Posodobitev: NOVA IN IZBOLJŠENA RAZLIČICA Z WIFI IN DRUGIMI DODANIMI ZNAČILNOSTI TUKAJ

Oblikoval sem in izdelal Geigerjev števec-napravo, ki lahko zazna ionizirajoče sevanje in opozori svojega uporabnika na nevarne ravni sevanja v okolju z vsem poznanim klikanjem. Uporablja se lahko tudi pri iskanju mineralov, da bi ugotovili, ali ima v kamnu, ki ste ga našli, uranovo rudo!

Na spletu je na voljo veliko obstoječih kompletov in vadnic za izdelavo lastnega Geigerjevega števca, vendar sem želel narediti edinstvenega - oblikoval sem zaslon z grafičnim vmesnikom z upravljanjem na dotik, tako da so informacije prikazane na lep način.

1. korak: Osnovna teorija

Načelo delovanja Geigerjevega števca je preprosto. Tankostenska cev z nizkotlačnim plinom v notranjosti (imenovana Geiger-Mullerjeva cev) se napaja z visoko napetostjo na dveh elektrodah. Ustvarjeno električno polje ni dovolj, da bi povzročilo razpad dielektrika - zato skozi cev ne teče tok. To je dokler delček ali foton ionizirajočega sevanja ne preide skozi to.

Ko prehaja beta ali gama sevanje, lahko ionizira nekatere molekule plina v notranjosti in ustvari proste elektrone in pozitivne ione. Ti delci se zaradi prisotnosti električnega polja začnejo premikati in elektroni dejansko nabirajo dovolj hitrosti, da na koncu ionizirajo druge molekule, kar ustvari kaskado nabitih delcev, ki za trenutek prevajajo elektriko. Ta kratek impulz toka lahko zazna vezje, prikazano na shemi, ki ga lahko nato uporabite za ustvarjanje klikajočega zvoka ali v tem primeru dovedeno do mikrokrmilnika, ki lahko z njim izračuna.

Uporabljam Geigerjevo cev SBM-20, saj jo je enostavno najti na eBayu in je precej občutljiva na beta in gama sevanje.

2. korak: Deli in konstrukcija

Kot možgane za ta projekt sem uporabil ploščo NodeMCU, ki temelji na mikrokrmilniku ESP8266. Želel sem nekaj, kar je mogoče programirati kot Arduino, vendar je dovolj hitro, da prikaže zaslon brez prevelikega zamika.

Za visokonapetostno napajanje sem uporabil ta pretvornik za povečanje napetosti DC-DC iz Aliexpress za napajanje 400V v Geigerjevo cev. Upoštevajte le, da pri testiranju izhodne napetosti ne morete izmeriti neposredno z multimetrom - impedanca je prenizka in napetost bo padla, zato bo odčitavanje netočno. Z multimetrom ustvarite razdelilnik napetosti z najmanj 100 MOhmi zaporedno in na ta način izmerite napetost.

Napravo napaja baterija 18650, ki se napaja v drug ojačevalni pretvornik, ki za preostali del tokokroga napaja konstantnih 4,2 V.

Tu so vse komponente, potrebne za vezje:

• SBM-20 GM cev (številni prodajalci na eBayu)
• Visokonapetostni ojačevalni pretvornik (AliExpress)
• Ojačevalnik za 4.2V (AliExpress)
• NodeMCU esp8266 plošča (Amazon)
• 2,8 -palčni zaslon na dotik SPI (Amazon)
• 18650 Li-ion cell (Amazon) ALI katera koli 3,7 V LiPo baterija (500+ mAh)
• 18650 držalo za celice (Amazon) Opomba: to držalo za baterijo se je izkazalo za malo preveliko za tiskano vezje, zato sem moral zatiče upogniti navznoter, da sem ga lahko spajkal. Priporočam uporabo manjše LiPo baterije in namesto tega spajkanje JST vodnikov do baterijskih blazinic na tiskanem vezju.

Potrebne so različne elektronske komponente (nekatere od teh morda že imate):

• Upori (ohmi): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1.8M, 3M. Priporočamo nakup 10M uporov za izdelavo delilnika napetosti, potrebnega za merjenje visokonapetostnega izhoda.
• Kondenzatorji: 220 pF
• Tranzistorji: 2N3904
• LED: 3 mm
• Zvočni signal: kateri koli piezo-zvočni signal 12-17 mm
• Nosilec varovalk 6,5*32 (za varno pritrditev Geigerjeve cevi)
• Preklopno stikalo 12 mm

Poglejte shemo PDF v mojem GitHubu, da vidite, kam vse komponente gredo. Običajno je ceneje naročiti te komponente pri distributerju v razsutem stanju, kot je DigiKey ali LCSC. Na strani GitHub boste našli preglednico z mojim seznamom naročil iz LCSC, ki vsebuje večino zgoraj prikazanih komponent.

Čeprav tiskano vezje ni potrebno, lahko olajša montažo vezja in naredi njen videz čeden. Datoteke Gerber za izdelavo tiskanih vezij najdete tudi v mojem GitHubu. Odkar sem dobil svojega, sem nekaj popravil v zasnovi tiskanih vezij, zato dodatni skakalci pri novi zasnovi ne bi smeli biti potrebni. Vendar to ni bilo preizkušeno.

Ohišje je 3D natisnjeno iz PLA, dele pa najdete tukaj. V datotekah CAD sem naredil spremembe, ki odražajo spremembe lokacije vrtanja v tiskanem vezju. Moral bi delovati, vendar upoštevajte, da to ni bilo preizkušeno.

3. korak: Koda in uporabniški vmesnik

Za ustvarjanje uporabniškega vmesnika za zaslon sem uporabil knjižnico Adafruit GFX. Kodo lahko najdete v mojem računu GitHub tukaj.

Domača stran prikazuje stopnjo odmerka, štetje na minuto in skupni nakopičeni odmerek od vklopa naprave. Uporabnik lahko izbere počasen ali hiter način integracije, ki spremeni interval tekočega vsote na 60 sekund ali 3 sekunde. Zvočni signal in LED lahko vklopite ali izklopite posamično.

Obstaja meni z osnovnimi nastavitvami, ki uporabniku omogoča spreminjanje odmernih enot, opozorilnega praga in faktorja umerjanja, ki povezuje CPM z močjo odmerka. Vse nastavitve so shranjene v EEPROM -u, tako da jih je mogoče pridobiti ob ponastavitvi naprave.

4. korak: Preizkus in zaključek

Geigerjev števec meri stopnjo klika 15 do 30 točk na minuto od naravnega sevanja ozadja, kar je približno tisto, kar se pričakuje od cevi SBM -20. Majhen vzorec uranove rude je registriran kot zmerno radioaktiven, pri približno 400 CPM, vendar lahko zaradi ohišja z lupinami luči klikne hitreje od 5000 CPM, če ga držimo ob cevi!

Geigerjev števec porabi približno 180 mA pri 3,7 V, zato bi morala baterija 2000 mAh zdržati približno 11 ur pri polnjenju.

Nameravam ustrezno kalibrirati epruveto s standardnim virom cezija-137, zaradi česar bodo odčitki odmerkov natančnejši. Za prihodnje izboljšave bi lahko dodal tudi zmogljivost WiFi in zapisovanje podatkov, saj ESP8266 že ima vgrajeno WiFi.

Upam, da vam je bil ta projekt zanimiv! Prosimo, delite svojo gradnjo, če na koncu naredite nekaj podobnega!