DIY-Geigerzähler mit einem ESP8266 und einem Touchscreen - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:18

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Ich habe einen Geigerzähler entworfen und gebaut - ein Gerät, das ionisierende Strahlung erkennen und seinen Benutzer mit dem nur allzu bekannten Klickgeräusch vor gefährlicher Umgebungsstrahlung warnen kann. Es kann auch verwendet werden, wenn Sie nach Mineralien suchen, um zu sehen, ob das Gestein, das Sie gefunden haben, Uranerz enthält!

Es gibt viele bestehende Kits und Tutorials, die online verfügbar sind, um Ihren eigenen Geigerzähler zu erstellen, aber ich wollte einen einzigartigen machen - ich habe ein GUI-Display mit Touch-Steuerung entworfen, damit die Informationen auf schöne Weise angezeigt werden.

Schritt 1: Grundlegende Theorie

Das Funktionsprinzip eines Geigerzählers ist einfach. Ein dünnwandiges Rohr mit einem Niederdruckgas im Inneren (als Geiger-Müller-Rohr bezeichnet) wird mit einer Hochspannung über seine beiden Elektroden gespeist. Das erzeugte elektrische Feld reicht nicht aus, um einen dielektrischen Durchschlag zu verursachen – daher fließt kein Strom durch die Röhre. Das heißt, bis ein Teilchen oder Photon ionisierender Strahlung es durchdringt.

Wenn Beta- oder Gammastrahlung durchdringt, kann sie einige der Gasmoleküle im Inneren ionisieren, wodurch freie Elektronen und positive Ionen erzeugt werden. Diese Teilchen beginnen sich aufgrund des elektrischen Feldes zu bewegen, und die Elektronen nehmen tatsächlich genug Geschwindigkeit auf, um andere Moleküle zu ionisieren, wodurch eine Kaskade geladener Teilchen entsteht, die vorübergehend Strom leiten. Dieser kurze Stromimpuls kann von der im Schaltplan gezeigten Schaltung erkannt werden, die dann verwendet werden kann, um das Klickgeräusch zu erzeugen, oder in diesem Fall dem Mikrocontroller zugeführt werden, der damit Berechnungen durchführen kann.

Ich verwende die SBM-20 Geiger-Röhre, da sie bei eBay leicht zu finden ist und ziemlich empfindlich gegenüber Beta- und Gammastrahlung ist.

Schritt 2: Teile und Konstruktion

Ich habe das NodeMCU-Board basierend auf dem ESP8266-Mikrocontroller als Gehirn für dieses Projekt verwendet. Ich wollte etwas, das wie ein Arduino programmiert werden kann, aber schnell genug ist, um das Display ohne zu große Verzögerung anzusteuern.

Für die Hochspannungsversorgung habe ich diesen HV-DC-DC-Aufwärtswandler von Aliexpress verwendet, um 400V an die Geigerröhre zu liefern. Denken Sie nur daran, dass Sie die Ausgangsspannung beim Testen nicht direkt mit einem Multimeter messen können - die Impedanz ist zu niedrig und die Spannung sinkt, sodass die Anzeige ungenau ist. Erstellen Sie einen Spannungsteiler mit mindestens 100 MOhm in Reihe mit dem Multimeter und messen Sie so die Spannung.

Das Gerät wird von einer 18650-Batterie gespeist, die in einen anderen Aufwärtswandler speist, der für den Rest der Schaltung konstant 4,2 V liefert.

Hier sind alle Komponenten, die für die Schaltung benötigt werden:

• SBM-20 GM-Rohr (viele Verkäufer bei eBay)
• Hochspannungs-Aufwärtswandler (AliExpress)
• Aufwärtswandler für 4,2 V (AliExpress)
• NodeMCU esp8266-Board (Amazon)
• 2,8" SPI-Touchscreen (Amazon)
• 18650 Li-Ion-Zelle (Amazon) ODER Beliebiger 3,7 V LiPo-Akku (500+ mAh)
• 18650 Zellenhalter (Amazon) Hinweis: Dieser Batteriehalter ist für die Platine etwas zu groß geraten und ich musste die Pins nach innen biegen, um ihn verlöten zu können. Ich würde empfehlen, einen kleineren LiPo-Akku zu verwenden und stattdessen JST-Kabel an die Akkupads auf der Platine zu löten.

Verschiedene benötigte elektronische Komponenten (vielleicht haben Sie bereits einige davon):

• Widerstände (Ohm): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1,8M, 3M. Empfehlen Sie den Kauf von 10M-Widerständen für die Herstellung eines Spannungsteilers, der zum Messen der Hochspannungsausgabe erforderlich ist.
• Kondensatoren: 220 pF
• Transistoren: 2N3904
• LED: 3mm
• Summer: Jeder 12-17 mm Piezo-Summer
• Sicherungshalter 6,5*32 (um das Geigerrohr sicher zu befestigen)
• Kippschalter 12 mm

Bitte beachten Sie das PDF-Schema in meinem GitHub, um zu sehen, wohin alle Komponenten gehören. Es ist normalerweise billiger, diese Komponenten bei einem Großhändler wie DigiKey oder LCSC zu bestellen. Sie finden eine Tabelle mit meiner Bestellliste von LCSC auf der GitHub-Seite, die die meisten der oben gezeigten Komponenten enthält.

Eine Leiterplatte wird zwar nicht benötigt, kann aber dazu beitragen, die Schaltungsmontage zu vereinfachen und ordentlich aussehen zu lassen. Die Gerber-Dateien für die PCB-Herstellung sind ebenfalls in meinem GitHub zu finden. Ich habe ein paar Korrekturen am PCB-Design vorgenommen, seit ich meins bekommen habe, so dass die zusätzlichen Jumper mit dem neuen Design nicht benötigt werden sollten. Dies wurde jedoch nicht getestet.

Das Gehäuse ist aus PLA 3D gedruckt und die Teile sind hier zu finden. Ich habe Änderungen an den CAD-Dateien vorgenommen, um die Änderungen der Bohrposition in der Leiterplatte widerzuspiegeln. Es sollte funktionieren, aber bitte beachten Sie, dass dies nicht getestet wurde.

Schritt 3: Code und Benutzeroberfläche

Ich habe die Adafruit GFX-Bibliothek verwendet, um die Benutzeroberfläche für das Display zu erstellen. Den Code finden Sie hier in meinem GitHub-Account.

Auf der Startseite werden die Dosisleistung, die Anzahl pro Minute und die akkumulierte Gesamtdosis seit dem Einschalten des Geräts angezeigt. Der Benutzer kann einen langsamen oder schnellen Integrationsmodus wählen, der das rollierende Summenintervall entweder auf 60 Sekunden oder 3 Sekunden ändert. Summer und LED können einzeln ein- oder ausgeschaltet werden.

Es gibt ein Grundeinstellungsmenü, mit dem der Benutzer die Dosiseinheiten, die Warnschwelle und den Kalibrierungsfaktor ändern kann, der den CPM mit der Dosisleistung in Beziehung setzt. Alle Einstellungen werden im EEPROM gespeichert, damit sie beim Zurücksetzen des Geräts wieder abgerufen werden können.

Schritt 4: Test und Schlussfolgerung

Der Geigerzähler misst eine Klickrate von 15 - 30 Zählungen pro Minute bei natürlicher Hintergrundstrahlung, was ungefähr dem entspricht, was von einer SBM-20-Röhre erwartet wird. Eine kleine Probe von Uranerz wird bei etwa 400 CPM als mäßig radioaktiv registriert, aber ein thorierter Laternenmantel kann sie schneller als 5000 CPM klicken lassen, wenn er gegen die Röhre gehalten wird!

Der Geigerzähler zieht bei 3,7 V etwa 180 mA, so dass ein 2000-mAh-Akku mit einer Ladung etwa 11 Stunden halten sollte.

Ich plane, das Röhrchen mit einer Standardquelle von Cäsium-137 richtig zu kalibrieren, wodurch die Dosismessungen genauer werden. Für zukünftige Verbesserungen könnte ich auch WLAN- und Datenprotokollierungsfunktionen hinzufügen, da der ESP8266 bereits mit integriertem WLAN ausgestattet ist.

Ich hoffe, Sie fanden dieses Projekt interessant! Bitte teilen Sie Ihren Build, wenn Sie am Ende etwas Ähnliches erstellen!