DIY Geiger -räknare med en ESP8266 och en pekskärm: 4 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

UPPDATERING: NY OCH FÖRBÄTTRAD VERSION MED WIFI OCH ANDRA TILLFÖLJADE FUNKTIONER HÄR

Jag konstruerade och byggde en Geiger Counter-en enhet som kan upptäcka joniserande strålning och varna användaren för farliga omgivande strålningsnivåer med det alltför välbekanta klickljudet. Den kan också användas när man letar efter mineraler för att se om berget man hittat har uranmalm i sig!

Det finns många existerande kit och självstudier tillgängliga online för att göra din egen Geiger Counter, men jag ville göra en som är unik - jag utformade en GUI -display med pekskontroller så att informationen visas på ett vackert sätt.

Steg 1: Grundteori

Arbetsprincipen för en Geiger Counter är enkel. Ett tunnväggigt rör med en lågtrycksgas inuti (kallas ett Geiger-Muller-rör) matas med en hög spänning över sina två elektroder. Det elektriska fält som skapas är inte tillräckligt för att orsaka dielektrisk nedbrytning - så ingen ström flyter genom röret. Det är tills en partikel eller foton av joniserande strålning går igenom den.

När beta- eller gammastrålning passerar kan den jonisera några av gasmolekylerna inuti och skapa fria elektroner och positiva joner. Dessa partiklar börjar röra sig på grund av närvaron av det elektriska fältet, och elektronerna tar faktiskt upp tillräckligt med hastighet för att de ska jonisera andra molekyler, vilket skapar en kaskad av laddade partiklar som för en stund leder elektricitet. Denna korta strömpuls kan detekteras av kretsen som visas i schemat, som sedan kan användas för att skapa ett klickljud, eller i detta fall matas till mikrokontrollern som kan göra beräkningar med det.

Jag använder SBM-20 Geiger-röret eftersom det är lätt att hitta på eBay och ganska känsligt för beta- och gammastrålning.

Steg 2: Delar och konstruktion

Jag använde NodeMCU -kortet baserat på ESP8266 mikrokontroller som hjärnan för detta projekt. Jag ville ha något som kan programmeras som en Arduino men är tillräckligt snabb för att köra displayen utan för mycket fördröjning.

För högspänningsförsörjningen använde jag denna HV DC-DC boost-omvandlare från Aliexpress för att leverera 400V till Geiger-röret. Tänk bara på att när du testar utspänningen kan du inte mäta den direkt med en multimeter - impedansen är för låg och den kommer att tappa spänningen så att avläsningen blir felaktig. Skapa en spänningsdelare med minst 100 MOhms i serie med multimetern och mät spänningen på det sättet.

Enheten drivs av ett 18650 -batteri som matas in i en annan boost -omvandlare som levererar konstant 4,2V för resten av kretsen.

Här är alla komponenter som behövs för kretsen:

• SBM-20 GM-rör (många säljare på eBay)
• Högspänningsförstärkare (AliExpress)
• Boost -omvandlare för 4.2V (AliExpress)
• NodeMCU esp8266 -kort (Amazon)
• 2,8 "SPI -pekskärm (Amazon)
• 18650 Li-ion cell (Amazon) ELLER 3,7 V LiPo batteri (500+ mAh)
• 18650 cellhållare (Amazon) Obs: den här batterihållaren visade sig vara lite för stor för kretskortet och jag var tvungen att böja stiften inåt för att kunna lödda den. Jag skulle rekommendera att använda ett mindre LiPo -batteri och lödning av JST leder till batteridynorna på kretskortet istället.

Övriga elektroniska komponenter behövs (du kan redan ha några av dessa):

• Motstånd (Ohm): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1.8M, 3M. Rekommendera att skaffa 10M motstånd för att göra spänningsdelare som behövs för att mäta högspänningsutmatning.
• Kondensatorer: 220 pF
• Transistorer: 2N3904
• LED: 3 mm
• Summer: Alla 12-17 mm piezosummer
• Säkringshållare 6,5*32 (för att fästa Geiger -röret säkert)
• Vippströmställare 12 mm

Se PDF -schemat i min GitHub för att se vart alla komponenter går. Det är vanligtvis billigare att beställa dessa komponenter från en bulkdistributör som DigiKey eller LCSC. Du hittar ett kalkylblad med min beställningslista från LCSC på GitHub -sidan som innehåller de flesta komponenterna som visas ovan.

Medan ett kretskort inte behövs kan det hjälpa till att göra kretsmonteringen enkel och få den att se snygg ut. Gerber -filerna för PCB -tillverkning finns också i min GitHub. Jag har gjort några korrigeringar av PCB -designen sedan jag fick min, så de extra hopparna borde inte behövas med den nya designen. Detta har dock inte testats.

Fodralet är 3D -utskrivet av PLA och delarna hittar du här. Jag har gjort ändringar i CAD -filerna för att återspegla ändringarna i borrplatsen i kretskortet. Det borde fungera, men observera att detta inte har testats.

Steg 3: Kod och användargränssnitt

Jag använde Adafruit GFX -biblioteket för att skapa användargränssnittet för displayen. Koden finns i mitt GitHub -konto här.

Hemsidan visar doshastigheten, räkningarna per minut och den totala ackumulerade dosen sedan enheten startades. Användaren kan välja ett långsamt eller snabbt integrationsläge som ändrar rullningssumman till antingen 60 sekunder eller 3 sekunder. Summern och lysdioden kan slås på eller av individuellt.

Det finns en grundinställningsmeny som låter användaren ändra dosenheter, varningströskel och kalibreringsfaktor som relaterar CPM till doshastighet. Alla inställningar sparas i EEPROM så att de kan hämtas när enheten återställs.

Steg 4: Testning och slutsats

Geigermätaren mäter en klickfrekvens på 15 - 30 räkningar per minut från naturlig bakgrundsstrålning, vilket handlar om vad som förväntas från ett SBM -20 -rör. Ett litet urval av uranmalm registreras som måttligt radioaktivt, vid cirka 400 CPM, men en thoriated lyktmantel kan få det att klicka snabbare än 5000 CPM när det hålls upp mot röret!

Geiger -räknaren drar runt 180 mA vid 3,7V, så ett 2000 mAh batteri bör räcka cirka 11 timmar på en laddning.

Jag planerar att korrekt kalibrera röret med en standardkälla av Cesium-137, vilket kommer att göra dosavläsningarna mer exakta. För framtida förbättringar kan jag också lägga till WiFi -kapacitet och dataloggningsfunktioner eftersom ESP8266 redan levereras med WiFi inbyggt.

Jag hoppas att du tyckte att det här projektet var intressant! Dela gärna ditt bygge om du slutar göra något liknande!