DIY Geiger -tæller med en ESP8266 og en berøringsskærm: 4 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

OPDATERING: NY OG FORBEDRET VERSION MED WIFI OG ANDRE TILFØJTE FUNKTIONER HER

Jeg designede og byggede en Geiger Counter-en enhed, der kan registrere ioniserende stråling og advare brugeren om farlige omgivende strålingsniveauer med den alt for velkendte klikstøj. Det kan også bruges, når man leder efter mineraler for at se, om den sten, man fandt, har uranmalm i sig!

Der er mange eksisterende kits og selvstudier tilgængelige online for at lave din egen Geiger -tæller, men jeg ville lave en, der er unik - jeg designede et GUI -display med berøringskontroller, så oplysningerne vises på en smuk måde.

Trin 1: Grundlæggende teori

Arbejdsprincippet for en Geiger -tæller er enkelt. Et tyndvægget rør med en lavtryksgas indeni (kaldet et Geiger-Muller-rør) får strøm med en høj spænding over sine to elektroder. Det elektriske felt, der er skabt, er ikke nok til at forårsage dielektrisk nedbrydning - så der strømmer ingen strøm gennem røret. Det er, indtil en partikel eller foton af ioniserende stråling går igennem den.

Når beta- eller gammastråling passerer igennem, kan det ionisere nogle af gasmolekylerne indeni og skabe frie elektroner og positive ioner. Disse partikler begynder at bevæge sig på grund af tilstedeværelsen af det elektriske felt, og elektronerne tager faktisk tilstrækkelig hastighed til, at de ender med at ionisere andre molekyler, hvilket skaber en kaskade af ladede partikler, som kortvarigt leder elektricitet. Denne korte strømpuls kan detekteres af kredsløbet vist i skematikken, som derefter kan bruges til at oprette kliklyden, eller i dette tilfælde tilføres mikrokontrolleren, der kan foretage beregninger med den.

Jeg bruger SBM-20 Geiger-røret, da det er let at finde på eBay og ret følsomt over for beta- og gammastråling.

Trin 2: Dele og konstruktion

Jeg brugte NodeMCU -kortet baseret på ESP8266 mikrokontroller som hjernen til dette projekt. Jeg ville have noget, der kan programmeres som en Arduino, men er hurtigt nok til at køre displayet uden for meget forsinkelse.

Til højspændingsforsyningen brugte jeg denne HV DC-DC boost-konverter fra Aliexpress til at levere 400V til Geiger-røret. Bare husk på, at når du tester udgangsspændingen, kan du ikke måle den direkte med et multimeter - impedansen er for lav, og den vil tabe spændingen, så aflæsningen bliver unøjagtig. Opret en spændingsdeler med mindst 100 MOhms i serie med multimeteret og mål spændingen på den måde.

Enheden drives af et 18650 batteri, der føder til en anden boost -konverter, der leverer en konstant 4,2V til resten af kredsløbet.

Her er alle de komponenter, der er nødvendige til kredsløbet:

• SBM-20 GM-rør (mange sælgere på eBay)
• Højspændingsforstærker (AliExpress)
• Boost -konverter til 4.2V (AliExpress)
• NodeMCU esp8266 board (Amazon)
• 2,8 "SPI Touchscreen (Amazon)
• 18650 Li-ion-celle (Amazon) ELLER ethvert 3,7 V LiPo-batteri (500+ mAh)
• 18650 celleholder (Amazon) Bemærk: Denne batteriholder viste sig at være lidt for stor til printkortet, og jeg måtte bøje stifterne indad for at kunne lodde det. Jeg vil anbefale at bruge et mindre LiPo -batteri og lodning af JST fører til batteripuderne på printet i stedet.

Påkrævet diverse elektroniske komponenter (du har muligvis allerede nogle af disse):

• Modstande (ohm): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1.8M, 3M. Anbefal at få 10M modstande til at lave spændingsdeler, der er nødvendig for at måle højspændingsudgang.
• Kondensatorer: 220 pF
• Transistorer: 2N3904
• LED: 3 mm
• Summer: Enhver 12-17 mm piezo summer
• Sikringsholder 6.5*32 (for at fastgøre Geiger -rør sikkert)
• Vippekontakt 12 mm

Se venligst PDF -skematikken i mit GitHub for at se, hvor alle komponenter går. Det er normalt billigere at bestille disse komponenter fra en bulkdistributør som DigiKey eller LCSC. Du finder et regneark med min ordreliste fra LCSC på GitHub -siden, der indeholder de fleste af komponenterne vist ovenfor.

Selvom der ikke er brug for et printkort, kan det hjælpe med at gøre kredsløbssamlingen let og få den til at se pæn ud. Gerber -filerne til PCB -fremstilling kan også findes i min GitHub. Jeg har lavet et par rettelser til PCB -designet, siden jeg fik mit, så de ekstra jumpere skulle ikke være nødvendige med det nye design. Dette er dog ikke blevet testet.

Sagen er 3D -printet ud af PLA, og delene kan findes her. Jeg har foretaget ændringer i CAD -filerne for at afspejle ændringer i boreplaceringen i printkortet. Det burde fungere, men vær opmærksom på, at dette ikke er blevet testet.

Trin 3: Kode og brugergrænseflade

Jeg brugte Adafruit GFX -biblioteket til at oprette brugergrænsefladen til displayet. Koden kan findes på min GitHub -konto her.

Hjemmesiden viser dosishastigheden, tællinger pr. Minut og den samlede akkumulerede dosis siden enheden blev tændt. Brugeren kan vælge en langsom eller hurtig integrationstilstand, der ændrer rullesumintervallet til enten 60 sekunder eller 3 sekunder. Summer og LED kan tændes eller slukkes individuelt.

Der er en grundlæggende indstillingsmenu, der gør det muligt for brugeren at ændre dosisenhederne, advarseltærsklen og kalibreringsfaktoren, der relaterer CPM til dosishastighed. Alle indstillinger gemmes i EEPROM, så de kan hentes, når enheden nulstilles.

Trin 4: Test og konklusion

Geiger -tælleren måler en klikhastighed på 15 - 30 tællinger i minuttet fra naturlig baggrundsstråling, hvilket handler om, hvad der forventes fra et SBM -20 -rør. En lille prøve af uranmalm registreres som moderat radioaktiv, omkring 400 CPM, men en thoriated lanterne kappe kan få den til at klikke hurtigere end 5000 CPM, når den holdes op mod røret!

Geiger -tælleren trækker omkring 180 mA ved 3,7V, så et 2000 mAh batteri skal vare omkring 11 timer på en opladning.

Jeg planlægger at kalibrere røret korrekt med en standard kilde til Cæsium-137, hvilket vil gøre dosisaflæsningerne mere nøjagtige. Til fremtidige forbedringer kan jeg også tilføje WiFi -kapacitet og datalogfunktion, da ESP8266 allerede leveres med WiFi indbygget.

Jeg håber, at du fandt dette projekt interessant! Del venligst din build, hvis du ender med at lave noget lignende!