„Pasidaryk pats“„Geiger“skaitiklis su ESP8266 ir jutikliniu ekranu: 4 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

ATNAUJINIMAS: NAUJA IR PATVIRTINTA VERSIJA SU WIFI IR KITOMIS PAPILDOMOMIS FUNKCIJOMIS ČIA

Suprojektavau ir sukūriau „Geiger“skaitiklį-prietaisą, galintį aptikti jonizuojančiąją spinduliuotę ir įspėti savo vartotoją apie pavojingą aplinkos spinduliuotės lygį per visiems žinomą spragtelėjimo triukšmą. Jis taip pat gali būti naudojamas ieškant mineralų, kad sužinotumėte, ar jūsų rastoje uolienoje yra urano rūdos!

Internete galima rasti daugybę esamų rinkinių ir vadovėlių, kad sukurtumėte savo „Geiger“skaitiklį, tačiau norėjau sukurti unikalų - sukūriau GUI ekraną su jutikliniais valdikliais, kad informacija būtų rodoma gana gražiai.

1 žingsnis: pagrindinė teorija

„Geiger“skaitiklio veikimo principas yra paprastas. Plonasienis vamzdis, kurio viduje yra žemo slėgio dujos (vadinamas „Geiger-Muller“vamzdžiu), yra įjungtas aukšta įtampa per du jo elektrodus. Sukurto elektrinio lauko nepakanka dielektriniam gedimui sukelti, todėl srovė per vamzdį neteka. Tai yra tol, kol pro jį praeina jonizuojančiosios spinduliuotės dalelė ar fotonas.

Kai praeina beta ar gama spinduliuotė, ji gali jonizuoti kai kurias viduje esančias dujų molekules, sukurdama laisvus elektronus ir teigiamus jonus. Šios dalelės pradeda judėti dėl elektrinio lauko buvimo, o elektronai iš tikrųjų įgyja pakankamai greitį, kad galiausiai jonizuotų kitas molekules, sukurdami įkrautų dalelių kaskadą, kuri akimirksniu praleidžia elektrą. Šį trumpą srovės impulsą galima aptikti schemoje pavaizduota grandine, kuri vėliau gali būti naudojama spragtelėjimo garsui sukurti, arba šiuo atveju paduodama į mikrovaldiklį, kuris gali su juo atlikti skaičiavimus.

Aš naudoju „SBM-20 Geiger“vamzdelį, nes jį lengva rasti „eBay“ir jis yra gana jautrus beta ir gama spinduliuotei.

2 žingsnis: dalys ir konstrukcija

Aš naudoju „NodeMCU“plokštę, pagrįstą ESP8266 mikrovaldikliu, kaip šio projekto smegenis. Aš norėjau kažko, ką būtų galima užprogramuoti kaip „Arduino“, bet kuris yra pakankamai greitas, kad būtų galima vairuoti ekraną be per didelio delsimo.

Aukštos įtampos tiekimui aš naudoju šį „HV DC-DC“stiprintuvo keitiklį iš „Aliexpress“, kad galėčiau tiekti 400 V įtampą į „Geiger“vamzdį. Tiesiog nepamirškite, kad bandydami išėjimo įtampą negalite jos tiesiogiai matuoti multimetru - varža per maža ir įtampa sumažės, todėl rodmenys bus netikslūs. Su multimetru sukurkite mažiausiai 100 MOh įtampos daliklį nuosekliai ir išmatuokite įtampą.

Įrenginys maitinamas iš 18650 baterijos, kuri tiekiama į kitą padidinimo keitiklį, kuris tiekia pastovią 4,2 V likusiai grandinei.

Čia yra visi grandinei reikalingi komponentai:

• SBM-20 GM vamzdis (daugelis „eBay“pardavėjų)
• Aukštos įtampos stiprinimo keitiklis („AliExpress“)
• 4,2 V („AliExpress“) „Boost Converter“
• „NodeMCU esp8266“plokštė („Amazon“)
• 2,8 colio SPI jutiklinis ekranas („Amazon“)
• 18650 ličio jonų elementas („Amazon“) ARBA bet kuri 3,7 V LiPo baterija (500+ mAh)
• 18650 ląstelių laikiklis („Amazon“) Pastaba: šis akumuliatoriaus laikiklis pasirodė šiek tiek per didelis PCB ir aš turėjau sulenkti kaiščius į vidų, kad galėčiau jį lituoti. Aš rekomenduočiau naudoti mažesnę „LiPo“bateriją ir lituoti JST laidus prie PCB akumuliatoriaus pagalvėlių.

Reikalingi įvairūs elektroniniai komponentai (kai kuriuos iš jų jau galite turėti):

• Rezistoriai (omai): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1.8M, 3M. Rekomenduojama įsigyti 10M rezistorių, kad būtų sukurtas įtampos skirstytuvas, reikalingas aukštos įtampos išėjimui matuoti.
• Kondensatoriai: 220 pF
• Tranzistoriai: 2N3904
• LED: 3 mm
• Garsinis signalas: bet koks 12-17 mm pjezo garsinis signalas
• Saugiklių laikiklis 6,5*32 (norint tvirtai pritvirtinti Geigerio vamzdelį)
• Perjungimo jungiklis 12 mm

Norėdami pamatyti, kur eina visi komponentai, skaitykite mano „GitHub“PDF schemą. Paprastai pigiau užsisakyti šiuos komponentus iš masinio platintojo, pvz., „DigiKey“ar LCSC. Skaičiuoklę su mano užsakymų sąrašu iš LCSC rasite „GitHub“puslapyje, kuriame yra dauguma aukščiau pateiktų komponentų.

Nors PCB nereikia, jis gali palengvinti grandinės surinkimą ir atrodyti tvarkingai. „Gerber“failus, skirtus PCB gamybai, taip pat galite rasti mano „GitHub“. Nuo tada, kai gavau savo, padariau keletą PCB dizaino pataisų, todėl papildomi džemperiai neturėtų būti reikalingi naudojant naują dizainą. Tačiau tai nebuvo išbandyta.

Korpusas yra 3D spausdintas iš PLA, o dalis rasite čia. Pakeičiau CAD failus, kad atspindėčiau gręžimo vietos pakeitimus PCB. Tai turėtų veikti, tačiau atminkite, kad tai nebuvo išbandyta.

3 žingsnis: kodas ir vartotojo sąsaja

Ekrano vartotojo sąsajai sukurti naudojau „Adafruit GFX“biblioteką. Kodą rasite mano „GitHub“paskyroje čia.

Pagrindiniame puslapyje rodoma dozės norma, skaičius per minutę ir visa sukaupta dozė nuo prietaiso įjungimo. Vartotojas gali pasirinkti lėtą arba greitą integracijos režimą, kuris keičia einamosios sumos intervalą į 60 sekundžių arba 3 sekundes. Signalas ir šviesos diodas gali būti įjungti arba išjungti atskirai.

Yra pagrindinis nustatymų meniu, leidžiantis vartotojui keisti dozės vienetus, įspėjimo slenkstį ir kalibravimo koeficientą, kuris susieja MUT su dozės greičiu. Visi nustatymai išsaugomi EEPROM, todėl juos galima atkurti iš naujo nustatant įrenginį.

4 žingsnis: bandymai ir išvados

„Geiger“skaitiklis matuoja paspaudimų dažnį 15–30 kartų per minutę nuo natūralios foninės spinduliuotės, kuri yra maždaug tokia, kokios tikimasi iš SBM -20 vamzdžio. Nedidelis urano rūdos mėginys registruojamas kaip vidutiniškai radioaktyvus, esant maždaug 400 KMT, tačiau storas žibinto apvalkalas gali priversti jį spustelėti greičiau nei 5000 MUT, kai jis laikomas prieš vamzdelį!

„Geiger“skaitiklis sunaudoja apie 180 mA esant 3,7 V įtampai, todėl 2000 mAh baterija, pakrauta, turėtų trukti apie 11 valandų.

Planuoju tinkamai sukalibruoti mėgintuvėlį su standartiniu Cezio-137 šaltiniu, todėl dozės rodmenys bus tikslesni. Ateityje norėčiau patobulinti „WiFi“galimybes ir duomenų registravimo funkcijas, nes ESP8266 jau yra integruotas „WiFi“.

Tikiuosi, kad šis projektas jums buvo įdomus! Pasidalykite savo konstrukcija, jei galų gale padarysite kažką panašaus!