Uradi sam Geigerov brojač s ESP8266 i zaslonom osjetljivim na dodir: 4 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

AŽURIRANJE: NOVU I POBOLJŠANU VERZIJU S WIFI -em I DRUGIM DODATNIM ZNAČAJKAMA OVDJE

Dizajnirao sam i izgradio Geigerov brojač-uređaj koji može detektirati ionizirajuće zračenje i upozoriti svoje korisnike na opasne razine zračenja iz okoline poznatim zvukom klika. Također se može koristiti prilikom traženja minerala kako bi se utvrdilo ima li stijena koju ste pronašli u sebi rude urana!

Postoje mnogi postojeći setovi i vodiči dostupni na Internetu za izradu vlastitog Geigerovog brojača, ali želio sam napraviti jedan jedinstven - dizajnirao sam GUI zaslon s kontrolama dodirom tako da se informacije prikazuju na lijep način.

Korak 1: Osnovna teorija

Princip rada Geiger brojača je jednostavan. Cijev s tankim stijenkama s unutarnjim plinom niskog tlaka (nazvana Geiger-Mullerova cijev) napaja se visokim naponom preko svoje dvije elektrode. Stvoreno električno polje nije dovoljno da izazove raspad dielektrika - pa cijev ne teče kroz cijev. To je sve dok čestica ili foton ionizirajućeg zračenja ne prođe kroz nju.

Kad beta ili gama zračenje prođe, može ionizirati neke molekule plina u sebi, stvarajući slobodne elektrone i pozitivne ione. Ove čestice počinju se kretati zbog prisutnosti električnog polja, a elektroni zapravo poprimaju dovoljnu brzinu da na kraju ioniziraju druge molekule, stvarajući kaskadu nabijenih čestica koje trenutno provode električnu energiju. Ovaj kratki impuls struje može se otkriti krugom prikazanim na shemi, koji se zatim može upotrijebiti za stvaranje zvuka klikanja, ili u ovom slučaju doveden u mikrokontroler koji s njim može izračunati.

Koristim Geiger cijev SBM-20 jer ju je lako pronaći na eBayu i prilično je osjetljiva na beta i gama zračenje.

Korak 2: Dijelovi i konstrukcija

Koristio sam ploču NodeMCU zasnovanu na mikrokontroleru ESP8266 kao mozak za ovaj projekt. Htio sam nešto što se može programirati poput Arduina, ali je dovoljno brzo da pokrene zaslon bez previše kašnjenja.

Za visokonaponsko napajanje koristio sam ovaj HV DC-DC pretvarač pojačanja s Aliexpressa za opskrbu 400V Geiger cijevi. Samo imajte na umu da prilikom testiranja izlaznog napona ne možete ga mjeriti izravno multimetrom - impedancija je preniska pa će pasti napon pa će očitanje biti netočno. S multimetrom stvorite razdjelnik napona s najmanje 100 MOhms u nizu i na taj način izmjerite napon.

Uređaj se napaja iz baterije 18650 koja se napaja u drugi pretvarač koji napaja konstantnih 4,2 V za ostatak kruga.

Ovdje su sve komponente potrebne za krug:

• SBM-20 GM cijev (mnogi prodavači na eBayu)
• Visokonaponski pretvarač (AliExpress)
• Boost pretvarač za 4,2 V (AliExpress)
• NodeMCU esp8266 ploča (Amazon)
• 2.8 "SPI zaslon osjetljiv na dodir (Amazon)
• 18650 Li-ion cell (Amazon) ILI bilo koja Li-Ion baterija od 3,7 V (500+ mAh)
• 18650 držač za ćelije (Amazon) Napomena: pokazalo se da je ovaj držač baterije prevelik za PCB i morao sam saviti igle prema unutra da bih ga mogao lemiti. Ja bih preporučio korištenje manje LiPo baterije i lemljenje JST kabela umjesto baterija na PCB -u.

Potrebne su razne elektroničke komponente (možda već imate neke od ovih):

• Otpornici (ohmi): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1.8M, 3M. Preporučujemo nabavku 10M otpornika za izradu razdjelnika napona potrebnog za mjerenje visokonaponskog izlaza.
• Kondenzatori: 220 pF
• Tranzistori: 2N3904
• LED: 3 mm
• Zvučni signal: Bilo koji piezo-zvučni signal od 12-17 mm
• Nosač osigurača 6,5*32 (za sigurno pričvršćivanje Geiger cijevi)
• Prekidač 12 mm

Molimo pogledajte PDF shemu u mom GitHubu da vidite gdje sve komponente idu. Obično je jeftinije naručiti ove komponente od distributera za velike količine, poput DigiKeya ili LCSC -a. Na stranici GitHub pronaći ćete proračunsku tablicu s mojim popisom narudžbi iz LCSC -a koja sadrži većinu gore prikazanih komponenti.

Iako PCB nije potreban, može pomoći da se sklop sklopa učini lakim i da izgleda uredno. Gerber datoteke za proizvodnju PCB -a mogu se pronaći i na mom GitHubu. Uradio sam nekoliko popravaka na dizajnu PCB -a otkad sam ga nabavio, tako da dodatni skakači ne bi trebali biti potrebni s novim dizajnom. To, međutim, nije testirano.

Kućište je 3D ispisano iz PLA, a dijelove možete pronaći ovdje. Uradio sam promjene u CAD datotekama kako bi odražavale promjene mjesta bušenja na PCB -u. Trebalo bi raditi, ali imajte na umu da ovo nije testirano.

Korak 3: Kôd i korisničko sučelje

Koristio sam Adafruit GFX knjižnicu za stvaranje korisničkog sučelja za zaslon. Kôd se može pronaći na mom GitHub računu ovdje.

Početna stranica prikazuje brzinu doze, brojanje u minuti i ukupnu akumuliranu dozu od uključivanja uređaja. Korisnik može izabrati spor ili brz način integracije koji mijenja interval tekućeg zbroja na 60 sekundi ili 3 sekunde. Zvučni signal i LED mogu se pojedinačno uključiti ili isključiti.

Postoji izbornik osnovnih postavki koji korisniku omogućuje promjenu jedinica doze, praga upozorenja i kalibracijskog faktora koji povezuje CPM s snagom doze. Sve postavke spremaju se u EEPROM kako bi se mogle dohvatiti prilikom resetiranja uređaja.

Korak 4: Testiranje i zaključak

Geigerov brojač mjeri klikovni postotak od 15 - 30 odbrojavanja u minuti od prirodnog pozadinskog zračenja, što je otprilike ono što se očekuje od cijevi SBM -20. Mali uzorak rude urana registriran je kao umjereno radioaktivan, na oko 400 CPM, ali plašt s tornziranim fenjerom može ga natjerati da klikne brže od 5000 CPM kad se drži uz cijev!

Geigerov brojač troši oko 180 mA na 3,7 V, pa bi baterija od 2000 mAh trebala trajati oko 11 sati pri punjenju.

Planiram pravilno kalibrirati epruvetu standardnim izvorom cezija-137, što će očitavanje doze učiniti točnijim. Za buduća poboljšanja mogao bih dodati i mogućnost WiFi -a i bilježenje podataka budući da ESP8266 već dolazi s ugrađenom WiFi mrežom.

Nadam se da vam je ovaj projekt bio zanimljiv! Podijelite svoju izradu ako na kraju napravite nešto slično!