DIY Geiger Counter ESP8266 და სენსორული ეკრანი: 4 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:17

განახლება: ახალი და გაუმჯობესებული ვერსია WIFI და სხვა დამატებული მახასიათებლებით აქ

მე შევქმენი და შევქმენი გეიგერის მრიცხველი-მოწყობილობა, რომელსაც შეუძლია გამოავლინოს მაიონებელი გამოსხივება და გააფრთხილოს მისი მომხმარებელი გარემოს რადიაციის საშიში დონის შესახებ ძალიან ნაცნობი დაწკაპუნების ხმაურით. ის ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას მინერალების დასადგენად, რათა ნახოთ თუ არა თქვენს მიერ ნაპოვნი კლდეში ურანის საბადო!

არსებობს ბევრი არსებული კომპლექტი და გაკვეთილი, რომელიც ხელმისაწვდომია ინტერნეტში საკუთარი გეიგერის მრიცხველის შესაქმნელად, მაგრამ მე მინდოდა გამეკეთებინა ის, რაც უნიკალურია - მე შევიმუშავე GUI დისპლეი სენსორული კონტროლით, ასე რომ ინფორმაცია ნაჩვენებია საკმაოდ ლამაზად.

ნაბიჯი 1: ძირითადი თეორია

გეიგერის მთვლელის მუშაობის პრინციპი მარტივია. თხელი კედლის მილი დაბალი წნევის გაზით შიგნით (ე.წ. გეიგერ-მიულერის მილაკი) ენერგიულია მაღალი ძაბვით მისი ორი ელექტროდის გასწვრივ. შექმნილი ელექტრული ველი არ არის საკმარისი იმისათვის, რომ გამოიწვიოს დიელექტრიკული დაშლა - ასე რომ, დენი არ გადის მილში. ეს მანამ სანამ მაიონებელი გამოსხივების ნაწილაკი ან ფოტონი არ გაივლის მას.

როდესაც ბეტა ან გამა გამოსხივება გადის, მას შეუძლია გაზის ზოგიერთი მოლეკულის იონიზაცია, შექმნას თავისუფალი ელექტრონები და დადებითი იონები. ეს ნაწილაკები იწყებენ მოძრაობას ელექტრული ველის არსებობის გამო, ხოლო ელექტრონები ფაქტობრივად იძენენ საკმარის სიჩქარეს და იონებენ სხვა მოლეკულებს, ქმნიან დამუხტული ნაწილაკების კასკადს, რომლებიც მომენტალურად ატარებენ ელექტროენერგიას. დენის ეს მოკლე პულსი შეიძლება გამოვლინდეს სქემატურად ნაჩვენები სქემით, რომელიც შემდგომ შეიძლება გამოყენებულ იქნას დაწკაპუნების ბგერის შესაქმნელად, ან ამ შემთხვევაში მიირთვათ მიკროკონტროლერთან, რომელსაც შეუძლია გამოთვლების გაკეთება.

მე ვიყენებ SBM-20 Geiger მილს, რადგან მისი პოვნა ადვილია eBay– ზე და საკმაოდ მგრძნობიარეა ბეტა და გამა გამოსხივების მიმართ.

ნაბიჯი 2: ნაწილები და კონსტრუქცია

მე გამოვიყენე ESP8266 მიკროკონტროლერზე დაფუძნებული NodeMCU დაფა, როგორც ტვინი ამ პროექტისათვის. მინდოდა ისეთი რამ, რისი დაპროგრამებაც შესაძლებელია არდუინოს მსგავსად, მაგრამ საკმარისად სწრაფია დისპლეის მართვისთვის ზედმეტი ჩამორჩენის გარეშე.

მაღალი ძაბვის მიწოდებისთვის, მე გამოვიყენე ეს HV DC-DC გამაძლიერებელი გადამყვანი ალიექსპრესიდან, რომ მიაწოდოს 400 ვ გეიგერის მილს. უბრალოდ გახსოვდეთ, რომ გამომავალი ძაბვის შემოწმებისას თქვენ ვერ გაზომავთ მას პირდაპირ მულტიმეტრით - წინაღობა ძალიან დაბალია და ძაბვას ჩამოაგდებს, ამიტომ კითხვა არაზუსტი იქნება. შექმენით ძაბვის გამყოფი მინიმუმ 100 MOhms სერიით მულტიმეტრით და გაზომეთ ძაბვა ისე.

მოწყობილობა იკვებება 18650 ბატარეით, რომელიც იკვებება სხვა გამაძლიერებელი კონვერტორით, რომელიც უზრუნველყოფს მუდმივ 4.2 ვოლტს დანარჩენი წრედისთვის.

აქ მოცემულია სქემისათვის საჭირო ყველა კომპონენტი:

• SBM-20 GM მილი (eBay– ზე ბევრი გამყიდველი)
• მაღალი ძაბვის გამაძლიერებელი კონვერტორი (AliExpress)
• გამაძლიერებელი კონვერტორი 4.2 ვტ (AliExpress)
• NodeMCU esp8266 დაფა (ამაზონი)
• 2.8 "SPI სენსორული ეკრანი (ამაზონი)
• 18650 Li-ion cell (Amazon) ან ნებისმიერი 3.7 V LiPo ბატარეა (500+ mAh)
• 18650 უჯრედის დამჭერი (ამაზონი) შენიშვნა: ეს ბატარეის დამჭერი აღმოჩნდა ძალიან დიდი PCB– სთვის და მე მჭირდებოდა ქინძისთავების შიგნიდან გადახრა, რომ შემეძლო მისი შედუღება. მე გირჩევთ გამოიყენოთ უფრო პატარა LiPo ბატარეა და სამაგიეროდ JST მიდის PCB– ის ბატარეის ბალიშებამდე.

საჭიროა სხვადასხვა ელექტრონული კომპონენტები (თქვენ შეიძლება გქონდეთ უკვე ზოგიერთი მათგანი):

• რეზისტორები (ოჰმ): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1.8M, 3M. გირჩევთ მიიღოთ 10 მ რეზისტორები ძაბვის გამყოფის შესაქმნელად, რომელიც საჭიროა მაღალი ძაბვის გამომუშავების გასაზომად.
• კონდენსატორები: 220 pF
• ტრანზისტორი: 2N3904
• LED: 3 მმ
• ბუზერი: ნებისმიერი 12-17 მმ პიეზო ზუზერი
• დაუკრავენ დამჭერს 6.5*32 (გეიგერის მილის საიმედოდ მიმაგრებისთვის)
• გადამრთველი 12 მმ

გთხოვთ მიმართოთ PDF სქემატურს ჩემს GitHub– ში, რომ ნახოთ სად მიდის ყველა კომპონენტი. ჩვეულებრივ უფრო იაფია ამ კომპონენტების შეკვეთა ნაყარი დისტრიბუტორისგან, როგორიცაა DigiKey ან LCSC. თქვენ ნახავთ ცხრილებს ჩემი შეკვეთების სიით LCSC– დან GitHub გვერდზე, რომელიც შეიცავს უმეტესად ნაჩვენებ კომპონენტებს.

მიუხედავად იმისა, რომ PCB არ არის საჭირო, მას შეუძლია დაეხმაროს წრიული შეკრების გამარტივებაში და გამოიყურებოდეს სისუფთავე. გერბერის ფაილები PCB წარმოებისთვის შეგიძლიათ იხილოთ ჩემს GitHub– შიც. მე მივიღე რამოდენიმე შესწორება PCB დიზაინში მას შემდეგ რაც ჩემი მივიღე, ამიტომ დამატებითი მხტუნავები არ უნდა იყოს საჭირო ახალი დიზაინით. თუმცა, ეს არ არის გამოცდილი.

კორპუსი არის 3D ბეჭდვით PLA– დან და ნაწილები შეგიძლიათ იხილოთ აქ. მე შევიტანე ცვლილებები CAD ფაილებში, რათა ასახულიყო საბურღი ადგილმდებარეობის ცვლილებები PCB– ში. ის უნდა მუშაობდეს, მაგრამ გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ ეს არ არის გამოცდილი.

ნაბიჯი 3: კოდი და ინტერფეისი

მე გამოვიყენე Adafruit GFX ბიბლიოთეკა დისპლეის მომხმარებლის ინტერფეისის შესაქმნელად. კოდი შეგიძლიათ იხილოთ ჩემს GitHub ანგარიშზე აქ.

მთავარ გვერდზე ნაჩვენებია დოზის სიჩქარე, რაოდენობა წუთში და მთლიანი დაგროვილი დოზა მოწყობილობის ჩართვის დღიდან. მომხმარებელს შეუძლია აირჩიოს ნელი ან სწრაფი ინტეგრაციის რეჟიმი, რომელიც ცვლის მოძრავი თანხის ინტერვალს ან 60 წამში ან 3 წამში. ზუზერის და LED- ის ჩართვა ან გამორთვა შესაძლებელია ინდივიდუალურად.

არსებობს ძირითადი პარამეტრების მენიუ, რომელიც მომხმარებელს საშუალებას აძლევს შეცვალოს დოზის ერთეულები, განგაშის ბარიერი და დაკალიბრების ფაქტორი, რომელიც აკავშირებს CPM– ს დოზის სიჩქარესთან. ყველა პარამეტრი ინახება EEPROM– ში, ასე რომ მათი აღდგენა შესაძლებელია მოწყობილობის გადატვირთვისას.

ნაბიჯი 4: ტესტირება და დასკვნა

გეიგერის მრიცხველი ზომავს დაწკაპუნების სიჩქარეს 15 - 30 დათვლა წუთში ბუნებრივი ფონის გამოსხივებისგან, რაც დაახლოებით იმას ნიშნავს, რაც მოსალოდნელია SBM -20 მილისგან. ურანის მადნის მცირე ნიმუში რეგისტრირებულია როგორც ზომიერად რადიოაქტიური, დაახლოებით 400 CPM- ზე, მაგრამ თორირებული ფარნის მოსასხამს შეუძლია დააწკაპუნოს 5000 CPM- ზე უფრო სწრაფად, ვიდრე მილის წინააღმდეგ!

გეიგერის მრიცხველი იწონის 180 mA- ს 3.7V- ზე, ამიტომ 2000 mAh ბატარეა უნდა დატენოს დაახლოებით 11 საათს.

ვგეგმავ მილის სწორად დაკალიბრებას ცეზიუმ -137-ის სტანდარტული წყაროსთან, რაც დოზის მაჩვენებლებს უფრო ზუსტ გახდის. მომავალი გაუმჯობესებისთვის, მე ასევე შემიძლია დავამატო WiFi შესაძლებლობები და მონაცემების ჟურნალის ფუნქციონირება, რადგან ESP8266 უკვე გააჩნია WiFi ჩაშენებული.

ვიმედოვნებ, რომ თქვენთვის საინტერესო აღმოჩნდა ეს პროექტი! გთხოვთ გააზიაროთ თქვენი აღნაგობა, თუ საბოლოოდ დაამზადებთ მსგავს რამეს!