Kaunter Geiger DIY Dengan ESP8266 dan Skrin Sentuh: 4 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

KEMASKINI: VERSI BARU DAN TINGKAT DENGAN WIFI DAN CIRI-CIRI TAMBAHAN LAIN DI SINI

Saya merancang dan membina Geiger Counter - peranti yang dapat mengesan sinaran pengion dan memberi amaran kepada penggunanya mengenai tahap radiasi ambien berbahaya dengan bunyi klik yang terlalu biasa. Ia juga dapat digunakan ketika mencari mineral untuk melihat apakah batu yang anda temukan memiliki Bijih Uranium di dalamnya!

Terdapat banyak kit dan tutorial yang ada dalam talian untuk membuat Geiger Counter anda sendiri, tetapi saya ingin membuatnya yang unik - saya merancang paparan GUI dengan kawalan sentuh sehingga maklumat itu dipaparkan dengan cara yang cantik.

Langkah 1: Teori Asas

Prinsip kerja Geiger Counter adalah mudah. Tiub berdinding nipis dengan gas tekanan rendah di dalam (disebut Geiger-Muller Tube) digerakkan dengan voltan tinggi di kedua elektrodnya. Medan elektrik yang dihasilkan tidak mencukupi untuk menyebabkan kerosakan dielektrik - jadi tidak ada arus yang mengalir melalui tiub. Iaitu sehingga zarah atau foton sinaran pengion menembusinya.

Apabila sinaran beta atau gamma melewati, ia dapat mengionkan beberapa molekul gas di dalamnya, menghasilkan elektron bebas dan ion positif. Zarah-zarah ini mula bergerak kerana adanya medan elektrik, dan elektron benar-benar mengambil kelajuan yang cukup sehingga mereka akhirnya mengionkan molekul lain, mewujudkan lata zarah bermuatan yang sesaat mengalirkan elektrik. Denyutan arus pendek ini dapat dikesan oleh rangkaian yang ditunjukkan dalam skema, yang kemudian dapat digunakan untuk membuat suara klik, atau dalam hal ini, dimasukkan ke mikrokontroler yang dapat melakukan pengiraan dengannya.

Saya menggunakan tabung SBM-20 Geiger kerana senang didapati di eBay, dan cukup sensitif terhadap sinaran beta dan gamma.

Langkah 2: Bahagian dan Pembinaan

Saya menggunakan papan NodeMCU berdasarkan mikrokontroler ESP8266 sebagai otak untuk projek ini. Saya mahukan sesuatu yang dapat diprogramkan seperti Arduino tetapi cukup pantas untuk menggerakkan paparan tanpa terlalu banyak kelewatan.

Untuk bekalan voltan tinggi, saya menggunakan penukar rangsangan HV DC-DC ini dari Aliexpress untuk membekalkan 400V ke tabung Geiger. Perlu diingat bahawa semasa menguji voltan keluaran, anda tidak dapat mengukurnya secara langsung dengan multimeter - impedansnya terlalu rendah dan ia akan menurunkan voltan sehingga bacaannya tidak tepat. Buat pembahagi voltan dengan sekurang-kurangnya 100 MOhms secara bersiri dengan multimeter dan ukur voltan dengan cara itu.

Peranti ini dikuasakan oleh bateri 18650 yang masuk ke penukar penguat lain yang membekalkan 4.2V tetap untuk litar yang lain.

Berikut adalah semua komponen yang diperlukan untuk litar:

• Tiub SBM-20 GM (banyak penjual di eBay)
• Penukar Tegangan Tinggi (AliExpress)
• Boost Converter untuk 4.2V (AliExpress)
• Papan NodeMCU esp8266 (Amazon)
• Skrin Sentuh SPI 2.8 "(Amazon)
• Sel Li-ion 18650 (Amazon) ATAU Mana-mana bateri LiPo 3,7 V (500+ mAh)
• Pemegang sel 18650 (Amazon) Catatan: pemegang bateri ini ternyata terlalu besar untuk PCB dan saya terpaksa membengkokkan pin ke dalam untuk dapat menyoldernya. Saya akan mengesyorkan menggunakan bateri LiPo yang lebih kecil dan pematerian JST ke pad bateri pada PCB sebagai gantinya.

Komponen elektronik lain-lain diperlukan (anda mungkin sudah ada):

• Perintang (Ohms): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1.8M, 3M. Mengesyorkan mendapatkan perintang 10M untuk membuat pembahagi voltan yang diperlukan untuk mengukur output voltan tinggi.
• Kapasitor: 220 pF
• Transistor: 2N3904
• LED: 3mm
• Buzzer: Mana-mana buzzer piezo 12-17 mm
• Pemegang fius 6.5 * 32 (untuk memasang tiub Geiger dengan selamat)
• Toggle suis 12 mm

Sila rujuk skema PDF di GitHub saya untuk melihat ke mana semua komponen pergi. Selalunya lebih murah untuk memesan komponen ini dari pengedar pukal seperti DigiKey atau LCSC. Anda akan menemui spreadsheet dengan senarai pesanan saya dari LCSC di halaman GitHub yang mengandungi sebahagian besar komponen yang ditunjukkan di atas.

Walaupun PCB tidak diperlukan, ia dapat membantu menjadikan pemasangan litar mudah dan menjadikannya kelihatan kemas. Fail Gerber untuk pembuatan PCB boleh didapati di GitHub saya juga. Saya telah membuat beberapa perbaikan pada reka bentuk PCB sejak saya memperolehnya, jadi pelompat tambahan tidak diperlukan dengan reka bentuk baru. Ini belum diuji.

Sarungnya dicetak 3D dari PLA dan bahagiannya boleh didapati di sini. Saya telah membuat perubahan pada fail CAD untuk menggambarkan perubahan lokasi gerudi di PCB. Ia mesti berfungsi, tetapi harap maklum bahawa ini belum diuji.

Langkah 3: Kod dan UI

Saya menggunakan perpustakaan Adafruit GFX untuk membuat antara muka pengguna untuk paparan. Kodnya boleh didapati di akaun GitHub saya di sini.

Halaman utama menunjukkan kadar dos, jumlah per minit, dan jumlah dos terkumpul sejak peranti dihidupkan. Pengguna dapat memilih mod integrasi perlahan atau cepat yang mengubah selang jumlah bergulir menjadi 60 saat atau 3 saat. Buzzer dan LED boleh dihidupkan atau dimatikan secara individu.

Terdapat menu tetapan asas yang memungkinkan pengguna mengubah unit dos, ambang amaran, dan faktor penentukuran yang menghubungkan CPM dengan kadar dos. Semua tetapan disimpan di EEPROM sehingga dapat diambil ketika peranti diset semula.

Langkah 4: Ujian dan Kesimpulan

The Geiger Counter mengukur kadar klik 15 - 30 kiraan per minit dari sinaran latar semula jadi, yang mengenai apa yang diharapkan dari tabung SBM-20. Sebilangan kecil sampel Bijih Uranium sebagai radioaktif sederhana, sekitar 400 BPS, tetapi mantel lentera bertori dapat membuatnya klik lebih cepat daripada 5000 BPS ketika menahan tabung!

Kaunter Geiger menarik sekitar 180 mA pada 3.7V, jadi bateri 2000 mAh harus bertahan sekitar 11 jam dengan pengisian.

Saya merancang untuk mengkalibrasi tiub dengan betul dengan sumber standard Cesium-137, yang akan menjadikan bacaan dos lebih tepat. Untuk penambahbaikan masa depan, saya juga dapat menambahkan keupayaan WiFi dan fungsi log data kerana ESP8266 sudah dilengkapi dengan WiFi terpasang.

Saya harap anda dapati projek ini menarik! Sila kongsi bangunan anda jika akhirnya membuat sesuatu yang serupa!