DIY Geiger Counter با ESP8266 و صفحه لمسی: 4 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

به روز رسانی: نسخه جدید و بهبود یافته با WIFI و سایر ویژگی های اضافی در اینجا

من شمارشگر Geiger را طراحی و ساختم-دستگاهی که می تواند تشعشعات یونیزان را تشخیص داده و با سر و صدای کلیک بسیار آشنا ، کاربران خود را از سطوح خطرناک تشعشعات محیطی هشدار دهد. همچنین می تواند هنگام جستجوی مواد معدنی مورد استفاده قرار گیرد تا ببیند آیا سنگی که پیدا کرده اید دارای سنگ اورانیوم است یا خیر!

بسیاری از کیت ها و آموزش های موجود به صورت آنلاین در دسترس هستند تا شمارنده Geiger خود را بسازید ، اما من می خواستم یکی را منحصر به فرد بسازم - من یک صفحه نمایش GUI با کنترل های لمسی طراحی کردم تا اطلاعات به شکلی زیبا نمایش داده شود.

مرحله 1: نظریه اساسی

اصل کار شمارنده گایگر ساده است. یک لوله دیواره نازک با گاز فشار پایین در داخل (که لوله گایگر مولر نامیده می شود) با ولتاژ بالا در دو الکترود خود تغذیه می شود. میدان الکتریکی ایجاد شده برای ایجاد شکست دی الکتریک کافی نیست - بنابراین هیچ جریانی از لوله عبور نمی کند. این تا زمانی است که یک ذره یا فوتون از تابش یونیزه کننده از طریق آن عبور کند.

وقتی تابش بتا یا گاما از بین می رود ، می تواند برخی از مولکولهای گاز داخل را یونیزه کرده و الکترونهای آزاد و یونهای مثبت ایجاد کند. این ذرات به دلیل وجود میدان الکتریکی شروع به حرکت می کنند و الکترونها در واقع سرعت کافی را می یابند و در نهایت مولکول های دیگر را یونیزه می کنند و آبشار ذرات باردار را ایجاد می کنند که لحظه ای الکتریسیته را هدایت می کنند. این پالس مختصر جریان را می توان با مدار نشان داده شده در شماتیک تشخیص داد ، سپس می توان از آن برای ایجاد صدای کلیک استفاده کرد ، یا در این مورد به میکروکنترلر تغذیه می شود که می تواند با آن محاسبات را انجام دهد.

من از لوله SBM-20 Geiger استفاده می کنم زیرا یافتن آن در eBay آسان است و نسبت به تابش بتا و گاما بسیار حساس است.

مرحله 2: قطعات و ساخت و ساز

من از تخته NodeMCU مبتنی بر میکروکنترلر ESP8266 به عنوان مغز این پروژه استفاده كردم. من چیزی را می خواستم که بتوان آن را مانند یک آردوینو برنامه ریزی کرد اما به اندازه کافی سریع است که بدون تاخیر زیاد صفحه نمایش را هدایت کند.

برای تامین ولتاژ بالا ، از این مبدل تقویت کننده HV DC-DC از Aliexpress برای تامین 400 ولت به لوله Geiger استفاده کردم. فقط به خاطر داشته باشید که هنگام آزمایش ولتاژ خروجی ، نمی توانید آن را مستقیماً با مولتی متر اندازه گیری کنید - امپدانس بسیار کم است و ولتاژ را کاهش می دهد ، بنابراین قرائت نادرست است. با مولتی متر یک تقسیم کننده ولتاژ با حداقل 100 MOhms سری ایجاد کنید و ولتاژ را به این ترتیب اندازه گیری کنید.

این دستگاه از یک باتری 18650 تغذیه می کند که از مبدل تقویت کننده دیگری تغذیه می کند که 4.2 ولت ثابت را برای بقیه مدار تامین می کند.

در اینجا همه اجزای مورد نیاز برای مدار آمده است:

• لوله GM SBM-20 (بسیاری از فروشندگان در eBay)
• مبدل افزایش ولتاژ بالا (AliExpress)
• تقویت کننده برای 4.2 ولت (AliExpress)
• برد NodeMCU esp8266 (آمازون)
• صفحه نمایش لمسی 2.8 اینچی (آمازون)
• 18650 سلول Li-ion (آمازون) یا هر گونه باتری LiPo 3.7 ولت (500+ میلی آمپر ساعت)
• نگهدارنده سلول 18650 (آمازون) توجه: این نگهدارنده باتری برای PCB کمی بزرگتر بود و من مجبور شدم پین ها را به داخل خم کنم تا بتوانم آن را لحیم کنم. توصیه می کنم به جای آن از باتری LiPo کوچکتر و لحیم کاری JST به پد باتری روی PCB استفاده کنید.

قطعات الکترونیکی متفرقه مورد نیاز (ممکن است برخی از آنها را قبلاً داشته باشید):

• مقاومت (اهم): 330 ، 1K ، 10K ، 22K ، 100K ، 1.8M ، 3M. دریافت مقاومت 10M برای ایجاد تقسیم ولتاژ مورد نیاز برای اندازه گیری خروجی ولتاژ بالا را توصیه کنید.
• خازن ها: 220 pF
• ترانزیستورها: 2N3904
• LED: 3 میلی متر
• زنگ: هرگونه وزوز پیزو 12-17 میلی متری
• نگهدارنده فیوز 6.5*32 (برای اتصال ایمن لوله Geiger)
• تعویض سوئیچ 12 میلی متر

لطفاً به شماتیک PDF موجود در GitHub من مراجعه کنید تا ببینید همه اجزا به کجا می روند. معمولاً سفارش این قطعات از یک توزیع کننده عمده مانند DigiKey یا LCSC ارزان تر است. در صفحه GitHub یک صفحه گسترده با لیست سفارشات من از LCSC پیدا خواهید کرد که حاوی بیشتر اجزای نشان داده شده در بالا است.

در حالی که PCB مورد نیاز نیست ، می تواند به سهولت مونتاژ مدار و مرتب جلوه دادن آن کمک کند. فایل های Gerber برای تولید PCB را می توانید در GitHub من نیز پیدا کنید. من از زمان دریافت طرح PCB چند اصلاح در طراحی PCB انجام داده ام ، بنابراین با طراحی جدید نباید به پرش های اضافی نیاز داشت. با این حال ، این مورد آزمایش نشده است.

قاب به صورت سه بعدی از PLA چاپ می شود و قطعات را می توانید در اینجا پیدا کنید. من تغییراتی در فایل های CAD ایجاد کرده ام تا تغییرات محل مته در PCB را نشان دهد. باید کار کند ، اما لطفاً توجه داشته باشید که این مورد آزمایش نشده است.

مرحله 3: کد و رابط کاربری

من از کتابخانه Adafruit GFX برای ایجاد رابط کاربری صفحه استفاده کردم. کد را می توانید در حساب GitHub من در اینجا پیدا کنید.

صفحه اصلی میزان دوز ، تعداد در دقیقه و کل دوز انباشته از زمان روشن شدن دستگاه را نشان می دهد. کاربر می تواند حالت یکپارچه سازی آهسته یا سریع را انتخاب کند که فاصله جمع نورد را به 60 ثانیه یا 3 ثانیه تغییر می دهد. زنگ و LED را می توان به صورت جداگانه روشن یا خاموش کرد.

یک منوی تنظیمات اساسی وجود دارد که به کاربر اجازه می دهد واحدهای دوز ، آستانه هشدار و عامل کالیبراسیون را تغییر دهد که CPM را به میزان دوز مرتبط می کند. همه تنظیمات در EEPROM ذخیره می شوند تا هنگام تنظیم مجدد دستگاه بازیابی شوند.

مرحله 4: آزمایش و نتیجه گیری

شمارنده گایگر نرخ کلیک 15 تا 30 شمارش را در دقیقه از تابش طبیعی پس زمینه اندازه گیری می کند ، که تقریباً از لوله SBM -20 انتظار می رود. یک نمونه کوچک از سنگ معدن اورانیوم به عنوان رادیواکتیو متوسط در حدود 400 CPM ثبت می شود ، اما یک گوشته فانوس توری می تواند باعث شود سریعتر از 5000 CPM وقتی روی لوله نگه داشته شود کلیک کند!

شمارنده Geiger در حدود 180 میلی آمپر در 3.7 ولت کار می کند ، بنابراین یک باتری 2000 میلی آمپر ساعتی باید حدود 11 ساعت با یک بار شارژ کار کند.

من قصد دارم لوله را با منبع استاندارد Cesium-137 کالیبره کنم ، که قرائت دوز را دقیق تر می کند. برای پیشرفت های بعدی ، می توانم قابلیت WiFi و قابلیت ثبت اطلاعات را نیز اضافه کنم ، زیرا ESP8266 از قبل دارای WiFi داخلی است.

امیدوارم این پروژه برای شما جالب بوده باشد! لطفاً در صورت ساختن چیزی مشابه ، ساخت خود را به اشتراک بگذارید!