דלפק גייגר DIY עם ESP8266 ומסך מגע: 4 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

עדכון: גרסה חדשה ומשופרת עם WIFI ותכונות נוספות שנוספו כאן

עיצבתי ובניתי Geiger Counter-מכשיר שיכול לזהות קרינה מייננת ולהזהיר את המשתמש שלו מרמות קרינה סביבתית מסוכנת עם רעש הלחיצה הכל כך מוכר. ניתן להשתמש בו גם בעת חיפוש אחר מינרלים כדי לראות אם בסלע שמצאת יש עפר אורניום!

יש הרבה ערכות קיימות והדרכות זמינות באינטרנט לייצור מונה Geiger משלך, אבל רציתי ליצור אחת ייחודית - עיצבתי תצוגת GUI עם פקדי מגע כך שהמידע יוצג בצורה יפה.

שלב 1: תיאוריה בסיסית

עקרון העבודה של מונה גייגר הוא פשוט. צינור בעל קירות דקים ובתוכו גז בלחץ נמוך (הנקרא צינור גייגר-מולר) מופעל באמצעות מתח גבוה על פני שתי האלקטרודות שלו. השדה החשמלי שנוצר אינו מספיק כדי לגרום להתמוטטות דיאלקטרית - כך שלא זורם זרם דרך הצינור. כלומר עד שחלקיק או פוטון של קרינה מייננת עובר דרכו.

כאשר קרינת בטא או גמא עוברת, היא יכולה ליינן חלק ממולקולות הגז שבתוכם, ליצור אלקטרונים חופשיים ויונים חיוביים. חלקיקים אלה מתחילים לנוע עקב הימצאות השדה החשמלי, והאלקטרונים למעשה תופסים מספיק מהירות עד שהם בסופו של דבר ייננים מולקולות אחרות, ויוצרים מפל של חלקיקים טעונים המוליכים לרגע חשמל. ניתן לזהות את דופק הזרם הקצר הזה על ידי המעגל המוצג בתרשים, ולאחר מכן ניתן להשתמש בו ליצירת צליל הלחיצה, או במקרה זה, מוזן אל המיקרו -בקר שיכול לבצע איתו חישובים.

אני משתמש בצינור SBM-20 Geiger מכיוון שקל למצוא אותו ב- eBay, ורגיש למדי לקרינת בטא וגמא.

שלב 2: חלקים ובנייה

השתמשתי בלוח NodeMCU המבוסס על המיקרו -בקר ESP8266 בתור המוח לפרויקט זה. רציתי משהו שניתן לתכנת כמו ארדואינו אבל הוא מספיק מהיר כדי להניע את התצוגה בלי יותר מדי פיגור.

עבור אספקת המתח הגבוה, השתמשתי בממיר HV DC-DC זה מ- Aliexpress כדי לספק 400V לצינור Geiger. רק זכור כי כאשר בודקים את מתח היציאה, אינך יכול למדוד אותו ישירות באמצעות מולטימטר - העכבה נמוכה מדי והיא תוריד את המתח כך שהקריאה לא תהיה מדויקת. צור מחלק מתח עם לפחות 100 MOhms בסדרה עם multimeter ולמדוד את המתח כך.

המכשיר מופעל על ידי סוללה 18650 המזינה לממיר דחיפה נוסף המספק 4.2V קבוע לשאר המעגל.

להלן כל המרכיבים הדרושים למעגל:

• צינור SBM-20 GM (מוכרים רבים ב- eBay)
• ממיר הגברת מתח גבוה (AliExpress)
• ממיר Boost עבור 4.2V (AliExpress)
• לוח NodeMCU esp8266 (אמזון)
• מסך מגע SPI 2.8 אינץ '(אמזון)
• 18650 תא ליתיום (אמזון) או כל סוללת LiPo 3.7 V (500+ מיליאמפר / שעה)
• מחזיק תאים 18650 (אמזון) הערה: מחזיק הסוללות הזה התברר כקצת גדול מדי עבור הלוח והכרחי והייתי צריך לכופף את הפינים פנימה בכדי להצליח להלחם אותו. אני ממליץ להשתמש בסוללת LiPo קטנה יותר ולהוביל הלחמה JST אל כריות הסוללה על הלוח במקום.

יש צורך ברכיבים אלקטרוניים שונים (ייתכן שכבר יש לך כמה מאלה):

• נגדים (אוהם): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1.8M, 3M. ממליץ להשיג נגדים של 10M לייצור מחלק מתח הדרוש למדידת תפוקת מתח גבוה.
• קבלים: 220 pF
• טרנזיסטורים: 2N3904
• LED: 3 מ"מ
• זמזם: כל זמזם פיאצו בגודל 12-17 מ"מ
• מחזיק נתיכים 6.5*32 (לחיבור צינור גייגר בצורה מאובטחת)
• מתג מתג 12 מ"מ

עיין בסכימת ה- PDF ב- GitHub שלי כדי לראות לאן כל הרכיבים מגיעים. בדרך כלל זול יותר להזמין רכיבים אלה ממפיץ בכמויות גדולות כמו DigiKey או LCSC. תמצא גיליון אלקטרוני עם רשימת ההזמנות שלי מ- LCSC בדף GitHub המכיל את רוב הרכיבים המוצגים למעלה.

אמנם אין צורך ב- PCB, אך הוא יכול לעזור להקל על הרכבת המעגלים ולגרום לו להיראות מסודר. את קובצי Gerber לייצור PCB ניתן למצוא גם ב- GitHub שלי. עשיתי כמה תיקונים לעיצוב ה- PCB מאז שקיבלתי את שלי, כך שלא יהיה צורך במגשרים הנוספים עם העיצוב החדש. אולם הדבר לא נבדק.

המארז מודפס בתלת מימד מתוך PLA ואת החלקים ניתן למצוא כאן. ביצעתי שינויים בקבצי CAD בכדי לשקף את שינויי מיקום התרגיל ב- PCB. זה אמור לעבוד, אך שים לב שזה לא נבדק.

שלב 3: קוד וממשק משתמש

השתמשתי בספריית AdFruit GFX ליצירת ממשק המשתמש לתצוגה. הקוד ניתן למצוא בחשבון GitHub שלי כאן.

דף הבית מציג את קצב המינון, הספירות לדקה, והמינון הכולל שנצבר מאז שהמכשיר הופעל. המשתמש יכול לבחור מצב אינטגרציה איטי או מהיר שמשנה את מרווח הסכום המתגלגל ל -60 שניות או 3 שניות. ניתן להפעיל או לכבות את הזמזם ואת ה- LED בנפרד.

יש תפריט הגדרות בסיסי המאפשר למשתמש לשנות את יחידות המינון, סף ההתראה וגורם הכיול המתייחס בין המחיר לאלף הופעות לשיעור המינון. כל ההגדרות נשמרות ב- EEPROM כך שניתן לאחזר אותן כאשר המכשיר מאופס.

שלב 4: בדיקה ומסקנה

מונה Geiger מודד קצב קליקים של 15 - 30 ספירות לדקה מקרינת רקע טבעית, שזה בערך מה שצפוי מצינור SBM -20. דגימה קטנה של עפרות אורניום נרשמת כרדיואקטיבית בינונית, בסביבות 400 עלות לאלף הופעות, אך מעטפת עששית קוצנית יכולה לגרום לה ללחוץ מהר יותר מ -5000 עלות לאלף הופעות כשהיא מונחת על הצינור!

דלפק גייגר שואב בסביבות 180 mA ב -3.7 וולט, כך שסוללה של 2000 מיליאמפר / שעה אמורה להימשך כ -11 שעות בטעינה.

אני מתכוון לכייל את הצינור כראוי עם מקור סטנדרטי של צזיום -137, מה שיהפוך את קריאות המינון למדויקות יותר. לשיפורים עתידיים, אוכל גם להוסיף יכולת WiFi ופונקציונליות רישום נתונים מכיוון ש- ESP8266 כבר מגיע עם WiFi מובנה.

אני מקווה שמצאת פרויקט מעניין! אנא שתף את המבנה שלך אם בסופו של דבר תעשה משהו דומה!