Uradi sam Gajgerov brojač sa ESP8266 i ekranom osjetljivim na dodir: 4 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:06

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

Dizajnirao sam i izgradio Geigerov brojač-uređaj koji može otkriti ionizirajuće zračenje i upozoriti svog korisnika na opasne nivoe zračenja iz okoline poznatim šumom pri klikanju. Može se koristiti i pri traženju minerala kako bi se utvrdilo ima li u stijeni koju ste pronašli rudu urana!

Postoji mnogo postojećih kompleta i vodiča dostupnih na Internetu za izradu vašeg vlastitog Geiger 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. Tankozidna cijev 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 kroz cijev ne protiče struja. 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 ubiru dovoljnu brzinu da na kraju ioniziraju druge molekule, stvarajući kaskadu nabijenih čestica koje trenutno provode električnu energiju. Ovaj kratki impuls struje može se otkriti pomoću kruga prikazanog na shemi, koji se zatim može koristiti za stvaranje zvuka klika, ili u ovom slučaju doveden do mikrokontrolera koji s njim može vršiti proračune.

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 NodeMCU ploču zasnovanu na mikrokontroleru ESP8266 kao mozak za ovaj projekat. 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 napajanje 400 V na Geigerovu cijev. Samo imajte na umu da prilikom testiranja izlaznog napona ne možete ga mjeriti izravno multimetrom - impedancija je preniska i pašće 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)
• Pretvarač visokog napona (AliExpress)
• Pojačavač za 4.2V (AliExpress)
• NodeMCU esp8266 ploča (Amazon)
• 2.8 "SPI ekran osetljiv na dodir (Amazon)
• 18650 Li-ion ćelija (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 pinove prema unutra da bih ga mogao lemiti. Ja bih preporučio korištenje manje LiPo baterije i lemljenje JST kabela do baterija na PCB -u.

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

• Otpornici (oma): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1.8M, 3M. Preporučujemo nabavku 10M otpornika za izradu djelitelja 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 na mom GitHubu da vidite gdje sve komponente idu. Obično je jeftinije naručiti ove komponente od distributera za velike količine kao što su DigiKey ili LCSC. Na stranici GitHub pronaći ćete proračunsku tablicu s mojom listom 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 štampanih ploča mogu se naći i na mom GitHub -u. Uradio sam nekoliko popravki na dizajnu PCB -a otkad sam ga nabavio, tako da dodatni skakači ne bi trebali biti potrebni s novim dizajnom. Ovo, međutim, nije testirano.

Kućište je 3D štampano od PLA -e, a dijelove možete pronaći ovdje. Uneo sam izmene u CAD datoteke da odražavaju promene lokacije 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 biblioteku za kreiranje korisničkog interfejsa za prikaz. Kôd se može pronaći na mom GitHub računu ovdje.

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

Postoji izbornik osnovnih postavki koji omogućava korisniku da promijeni jedinice doze, prag upozorenja i faktor kalibracije koji povezuje CPM sa snagom doze. Sve postavke se spremaju u EEPROM tako da se mogu preuzeti kada se uređaj resetira.

Korak 4: Testiranje i zaključak

Gajgerov brojač mjeri brzinu klika od 15 - 30 tačaka u minuti od prirodnog pozadinskog zračenja, što je otprilike ono što se očekuje od SBM -20 cijevi. Mali uzorak rude uranijuma registrira se kao umjereno radioaktivan, na oko 400 CPM, ali omotač fenjera s tornijom može natjerati da klikne brže od 5000 CPM ako se drži uz cijev!

Geiger -ov 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 sa standardnim izvorom cezijuma-137, što će očitavanje doze učiniti preciznijim. Za buduća poboljšanja, također bih mogao dodati WiFi mogućnosti i funkciju bilježenja podataka budući da ESP8266 već dolazi s ugrađenom WiFi mrežom.

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