DIY Geiger Counter Na may isang ESP8266 at isang Touchscreen: 4 na Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:12

UPDATE: BAGO AT PINAGPATINGING VERSION MAY WIFI AT IBA PANG Dagdag na TAMPOK DITO

Nagdisenyo at nagtayo ako ng isang Geiger Counter - isang aparato na makakakita ng ionizing radiation at binalaan ang gumagamit nito ng mapanganib na mga antas ng ambient radiation na may masyadong pamilyar na ingay sa pag-click. Maaari din itong magamit kapag nagmamanman ng mga mineral upang makita kung ang bato na iyong natagpuan ay mayroong Uranium Ore dito!

Maraming mga umiiral na mga kit at tutorial na magagamit online upang makagawa ng iyong sariling Geiger Counter, ngunit nais kong gumawa ng isa na kakaiba - Dinisenyo ko ang isang pagpapakita ng GUI na may mga kontrol sa pagpindot upang ang impormasyon ay ipinakita sa isang magandang paraan.

Hakbang 1: Pangunahing Teorya

Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng isang Geiger Counter ay simple. Ang isang manipis na pader na may tubo na may mababang presyon na gas sa loob (tinatawag na isang Geiger-Muller Tube) ay pinapaglakas ng isang mataas na boltahe sa kabuuan ng dalawang electrode nito. Ang electric field na nilikha ay hindi sapat upang maging sanhi ng pagkasira ng dielectric - kaya't walang kasalukuyang dumadaloy sa tubo. Hanggang sa dumaan dito ang isang maliit na butil o poton ng ionizing radiation.

Kapag dumaan ang beta o gamma radiation, maaari nitong mai-ionize ang ilan sa mga molekulang gas sa loob, na lumilikha ng mga libreng elektron at positibong mga ions. Ang mga maliit na butil na ito ay nagsisimulang gumalaw dahil sa pagkakaroon ng larangan ng elektrisidad, at ang mga electron ay talagang nakakakuha ng sapat na bilis na nagtatapos sila sa pag-ionize ng iba pang mga molekula, lumilikha ng isang kaskad ng mga sisingilin na mga partikulo na pansamantalang nagsasagawa ng kuryente. Ang maikling pulso ng kasalukuyang ito ay maaaring napansin ng circuit na ipinapakita sa eskematiko, na maaaring magamit upang likhain ang tunog ng pag-click, o sa kasong ito, pinakain sa microcontroller na maaaring gawin ang mga kalkulasyon dito.

Gumagamit ako ng SBM-20 Geiger tube dahil madali itong makita sa eBay, at medyo sensitibo sa beta at gamma radiation.

Hakbang 2: Mga Bahagi at Konstruksiyon

Ginamit ko ang board ng NodeMCU batay sa ESP8266 microcontroller bilang utak para sa proyektong ito. Nais ko ang isang bagay na maaaring mai-program tulad ng isang Arduino ngunit sapat na mabilis upang himukin ang display nang walang labis na pagkahuli.

Para sa supply ng mataas na boltahe, ginamit ko ang converter ng boost ng DC DC-DC na ito mula sa Aliexpress upang maibigay ang 400V sa Geiger tube. Tandaan lamang na kapag sinusubukan ang output boltahe, hindi mo ito masusukat nang direkta sa isang multimeter - ang impedance ay masyadong mababa at ibabagsak nito ang boltahe kaya't hindi wasto ang pagbabasa. Lumikha ng isang divider ng boltahe na may hindi bababa sa 100 MOhms sa serye gamit ang multimeter at sukatin ang boltahe sa ganoong paraan.

Ang aparato ay pinalakas ng isang 18650 na baterya na nagpapakain sa isa pang boost converter na nagbibigay ng isang pare-pareho na 4.2V para sa natitirang circuit.

Narito ang lahat ng mga sangkap na kinakailangan para sa circuit:

• SBM-20 GM tube (maraming mga nagbebenta sa eBay)
• Mataas na Boltahe na Boost Converter (AliExpress)
• Boost Converter para sa 4.2V (AliExpress)
• NodeMCU esp8266 board (Amazon)
• 2.8 "SPI Touchscreen (Amazon)
• 18650 Li-ion cell (Amazon) O Anumang 3.7 V LiPo na baterya (500+ mAh)
• Ang may-ari ng 18650 cell (Amazon) Tandaan: ang may hawak ng baterya na ito ay naging isang maliit na masyadong malaki para sa PCB at kailangan kong yumuko sa loob ng mga pin upang ma-solder ito. Inirerekumenda ko ang paggamit ng isang mas maliit na baterya ng LiPo at ang paghihinang na JST ay humahantong sa mga pad ng baterya sa PCB sa halip.

Iba't ibang mga elektronikong sangkap na kinakailangan (maaaring mayroon ka ng ilan sa mga ito):

• Mga Resistor (Ohms): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1.8M, 3M. Inirerekumenda ang pagkuha ng 10M resistors para sa paggawa ng boltahe divider na kinakailangan upang masukat ang output ng mataas na boltahe.
• Mga Capacitor: 220 pF
• Mga Transistor: 2N3904
• LED: 3mm
• Buzzer: Anumang 12-17 mm piezo buzzer
• May hawak ng piyus 6.5 * 32 (upang ilakip nang ligtas ang Geiger tube)
• Toggle switch 12 mm

Mangyaring mag-refer sa eskematiko ng PDF sa aking GitHub upang makita kung saan pumupunta ang lahat ng mga sangkap. Karaniwan itong mas mura upang mag-order ng mga sangkap na ito mula sa isang maramihang distributor tulad ng DigiKey o LCSC. Makakakita ka ng isang spreadsheet kasama ang aking listahan ng order mula sa LCSC sa pahina ng GitHub na naglalaman ng karamihan sa mga sangkap na ipinakita sa itaas.

Habang ang isang PCB ay hindi kinakailangan, makakatulong ito na gawing madali ang circuit Assembly at gawin itong maayos. Ang mga Gerber file para sa pagmamanupaktura ng PCB ay matatagpuan din sa aking GitHub. Gumawa ako ng ilang mga pag-aayos sa disenyo ng PCB mula nang makuha ko ang akin, kaya't ang mga karagdagang jumper ay hindi kailangan ng bagong disenyo. Gayunpaman, hindi ito nasubok.

Ang kaso ay naka-print sa 3D sa labas ng PLA at ang mga bahagi ay matatagpuan dito. Gumawa ako ng mga pagbabago sa mga CAD file upang maipakita ang mga pagbabago sa lokasyon ng drill sa PCB. Dapat itong gumana, ngunit mangyaring tandaan na hindi ito nasubok.

Hakbang 3: Code at UI

Ginamit ko ang Adafruit GFX library upang likhain ang interface ng gumagamit para sa display. Ang code ay matatagpuan sa aking GitHub account dito.

Ipinapakita ng home page ang rate ng dosis, bilangin bawat minuto, at ang kabuuang naipon na dosis mula nang nabuksan ang aparato. Maaaring pumili ang gumagamit ng isang mabagal o mabilis na mode ng pagsasama na nagbabago ng agwat ng pag-sum sum sa alinman sa 60 segundo o 3 segundo. Ang buzzer at LED ay maaaring i-toggle o i-off nang paisa-isa.

Mayroong pangunahing menu ng mga setting na nagbibigay-daan sa gumagamit na baguhin ang mga yunit ng dosis, ang threshold ng alerto, at ang kadahilanan ng pagkakalibrate na nauugnay sa CPM sa rate ng dosis. Ang lahat ng mga setting ay nai-save sa EEPROM upang maaari silang makuha kapag na-reset ang aparato.

Hakbang 4: Pagsubok at Konklusyon

Ang Geiger Counter ay sumusukat sa isang rate ng pag-click na 15 - 30 na bilang bawat minuto mula sa natural background radiation, na tungkol sa kung ano ang inaasahan mula sa isang SBM-20 tube. Ang isang maliit na sample ng Uranium Ore ay nagrerehistro bilang katamtamang radioactive, sa paligid ng 400 CPM, ngunit ang isang thoriated lantern mantle ay maaaring gawin itong pag-click nang mas mabilis kaysa sa 5000 CPM kapag pinigilan laban sa tubo!

Ang counter ng Geiger ay kumukuha ng halos 180 mA sa 3.7V, kaya ang isang 2000 mAh na baterya ay dapat tumagal ng halos 11 oras sa isang pagsingil.

Plano kong maayos na i-calibrate ang tubo na may isang karaniwang mapagkukunan ng Cesium-137, na gagawing mas tumpak ang mga pagbabasa ng dosis. Para sa mga pagpapabuti sa hinaharap, maaari din akong magdagdag ng kakayahan sa WiFi at pag-andar ng pag-log ng data dahil ang ESP8266 ay mayroon nang naka-built in na WiFi.

Inaasahan kong nahanap mo ang kawili-wiling proyekto na ito! Mangyaring ibahagi ang iyong pagbuo kung sa wakas ay gumagawa ka ng isang katulad na bagay!