Comptador de radioactivitat (IoT) i ecosistema de monitorització: 6 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Estat: inèdit

Última actualització del microprogramari C-GM el 10 de juny de 2019 amb nova versió 1.3 Aplicació A-GM última actualització el 25 de novembre de 2019 amb nova versió 1.3

Aquest projecte de comptador C-GM D. I. Y de baix cost (50 $ / 43 €) proporciona maquinari i firmware per construir un dispositiu de comptador Geiger-Müller, també conegut com G. M. comptador per a la mesura contínua del nivell de radioactivitat. Es basa en un Arduino Nano, una pantalla LCD de 20 caràcters x 4 línies, una targeta Ethernet W5100, una font d'alimentació de 400 V i molt pocs components al voltant. El nombre de components s'ha reduït al mínim per facilitar el muntatge i reduir el cost.

• El comptador C-GM pot funcionar com a comptador de radioactivitat autònom
• o per assegurar un seguiment de la radioactivitat a llarg termini, el comptador C-GM es pot utilitzar en associació amb A-GM Manager (a la seqüela) que és una aplicació web de codi obert que s’executa en un servidor SOHO (per exemple, QNAP ven servidors de Small Office Home Office). A-GM Manager també pot publicar les mesures de comptador C-GM al mapa compartit mundial gestionat per GMC MAP. Finalment, també hi ha una versió Node-RED per a la integració del comptador C-GM amb Node-RED, com ara el framework QNAP IoT.

Vegeu també el comptador W-GM, una versió Wifi portàtil amb bateria (22 $ / 27 €) basada en ESP32 Heltec compatible amb l’ecosistema actual.

IMPORTANT (risc de descàrregues elèctriques)

El dispositiu necessita una font d'alimentació de 400 volts. Tot i que el lliurament actual seguirà sent molt baix, desaconsello a les persones no acostumades a tractar amb electrònica i electricitat que provin de construir aquest dispositiu, sinó que triïn un producte comercial (vegeu els productes compatibles disponibles a la secció Ecosistema).

Pas 1: l'ecosistema

Només us pot interessar construir el comptador C-GM. Per descomptat que pot!

Però també podeu estar disposat a implementar el punt de mesura de la radioactivitat local i l’evolució del nivell de traça al llarg del temps. Això es pot fer mitjançant el nostre ecosistema anterior.

Per a aquells que tenen dificultats per construir maquinari, he trobat comptadors de GQ Electronics LLC ©, com ara el GMC-320V5, que és compatible amb el nostre gestor A-GM (no tinc interessos ni contactes amb aquesta empresa, així que no em pregunteu més sobre la seva productes).

NOTA: Hi ha disponibles documentacions exhaustives sobre el dispositiu de comptador C-GM i el gestor A-GM en format PDF per orientar-vos a través de la creació de dispositius i la implementació del sistema ecològic.

Es pot trobar i baixar de SourceForge tota la informació necessària per muntar el maquinari i el firmware del dispositiu de comptador C-GM.

Pas 2: el dispositiu de comptador C-GM

CARACTERÍSTIQUES

• Detecció de radiació: beta, gamma, raigs X.
• Tub GM: STS-5 (CTC-5) / SBM-20 (tensió de funcionament de 400 V)
• Suport lingüístic: només anglès
• Valor màxim 65 535 CPM / 425 µSv / h (teòric)

• Mostra els valors:

  • CPM actual
  • ΜSv / h actual
  • ΜSv / h màxim des de l'inici
  • Mitjana de µSv / h des de l'inici
  • Temps transcorregut des de l'inici
  • Nivell al gràfic de barres
  • Alarma
    • Llindar definit per l'usuari
    • Missatges d’alarma a la pantalla LCD
    • La llum de fons LCD parpelleja
  • Flash LED per a cada pols de radiació beta / gamma
    • El LED parpelleja cada segon si el tub GM és detectiu
    • El LED continua encès quan la connexió de xarxa falla

  • So d’àudio

    • Bip per cada pols de radiació beta / gamma
    • Alarma sonora sonora

  • Control del dispositiu des de:

    • Menú intern del dispositiu
    • USB (requereix una consola sèrie com ara Termite) o Ethernet (mitjançant un navegador web)
  • Connexió de xarxa mitjançant DHCP
  • Suport per a la interfície web d'A-GM Manager

  • Paràmetres definits per l'usuari (des del menú o mitjançant la interfície web)

    • Factor de conversió de tubs GM (CPM a µSv / h)
    • Llindar d'alarma al CPM
    • Buzzer activat o desactivat
    • Temps d'espera de visualització
    • Activeu la xarxa per a la comunicació amb el gestor A-GM
    • Definició IP del servidor A-GM (mitjançant USB o A-GM Manager)
    • H. V. intern calibració del voltímetre (mitjançant USB o A-GM Manager)
    • Els paràmetres es poden desar permanentment a EEPROM

Pas 3: crear el comptador C-GM

Descripció breu

Consulteu el fitxer PDF per obtenir més informació

HARDWARE

El muntatge del maquinari del comptador C-GM s’ha fet de la manera més senzilla possible mitjançant l’ús de components mínims disponibles per a nosaltres (per exemple, Amazon o eBay) i el cablejat mínim. No hi ha cap placa de circuit imprès dedicada (PCB), sinó una placa de punts simple cara (també coneguda com Perfboard) de baix cost amb coixinet de soldadura per a cada forat (Veroboard).

• La resistència GM 5.6MΩ es ven directament a la presa RCA.
• La placa Ethernet està connectada a l’Arduino Nano mitjançant un connector 2x5.
• Els pins del connector de la placa Ethernet passen pel Perforboard per assegurar-ne la fixació.
• L'Arduino Nano està soldat al Perfboard.
• La capacitat C1 (10nF / 2kV) es solda al connector de sortida de la part posterior de l’HV. mòdul.
• Hi ha una soldadura de filferro de corretja a la part posterior de l’HV. mòdul entre l'entrada i la sortida GND.
• La resistència R6 (47KΩ) es solda directament al pas de terra del LED.
• El mòdul W5100 Ethernet RST no està connectat a l’Arduino RST. Al pin RST del pin del mòdul W5100 hi ha una resistència i una capacitat. Si està connectat a l'Arduino RST, això impedeix descarregar un nou firmware a l'Arduino. L’inconvenient és la necessitat d’apagar l’alimentació per restablir l’Ethernet.

PROGRAMARI

La programació del dispositiu de comptador C-GM es pot fer mitjançant el fitxer HEX del dispositiu de comptador C-GM.

Necessitareu una utilitat UpLoader com Xloader (el lloc web de l'autor actualment està tancat, hi ha una còpia disponible aquí) o ArduinoSketchUploader (fonts C # que s'han de compilar). Hi ha altres alternatives disponibles al lloc web d’Arduino.

• CGM_vx.x.x.hex Utilitzeu aquest fitxer per mantenir el gestor d'arrencada natiu del vostre Arduino Nano.
• CGM_v1.x.x.x_bootloader.hex Utilitzeu aquest fitxer per fer flash el firmware C-GM i el seu carregador d'arrencada.

---

NOVETAT v1.3: Per desactivar la xarxa, premeu el botó durant l'arrencada (fins a entrar al menú i després sortiu del menú). Això evita bloquejar-se contínuament a causa dels intents de connexió de xarxa que impedeixen entrar al menú per establir nous paràmetres de xarxa (em sorprèn que ningú informi que es molesti amb això fins ara!)

Pas 4: utilitzar el comptador C-GM

Descripció breu

Llegiu el PDF per obtenir més informació

El dispositiu de comptador C-GM compta el nombre d’impulsos de radiació (CPM) durant un període d’un minut (finestra de desplaçament) i converteix aquest recompte en un valor de micro Sievert per hora (µSv / h) mitjançant el G. M. factor de conversió de tubs.

• A l’inici, la pantalla de presentació mostra la versió i els drets d’autor del firmware del dispositiu de comptador C-GM.
• Aproximadament 5 segons després de l’engegada, la pantalla de benvinguda es tanca i el comptador inicia la mesura de la radiació.

La interfície d'usuari es va fer molt senzilla i només hi ha un commutador de control per controlar les pantalles i el menú del dispositiu.

Segons la durada del botó, hi ha dues accions possibles.

1. Prémer curt = SELECCIONAR L'usuari prem el botó menys de mig segon.
2. Prémer llarg = NEXT L'usuari prem el botó més de mig segon.

Per ENTRAR al menú o validar una entrada de menú, feu una pulsació llarga. Per despertar la pantalla, aneu a la següent pantalla o entrada de menú, feu una pulsació curta.

Hi ha 5 pantalles d'informació:

1 - PANTALLA DE RADIACIÓ La pantalla d'informació per defecte mostra els valors de radiació actuals, com ara la mesura actual de µSV / h, el valor màxim de µSV / h des de l'engegada, el valor CPM actual i la mitjana de µSV / h des de l'alimentació. Els missatges es mostren a la línia de fons.

2 - PANTALLA DOSÍMETRE

Aquesta pantalla mostra valors des de l’engegada, inclosos el temps transcorregut, el nombre total de recomptes i la dosi equivalent expressada tant en micro-Sievert com en micro-Rem.

3 - PANTALLA GM TUBE

Mostra el factor de conversió del tub GM de CPM a µSv / h, el valor actual d’alta tensió (llegit des del voltímetre intern) i el llindar d’alarma (en CPM).

4 - PANTALLA DE XARXA

Mostra l'adreça IP del dispositiu (Dev) (assignada pel servei DHCP) i l'adreça IP del servidor remot A-GM (Svr).

5 - PANTALLA DE CRÈDITS

Mostra la versió i la data del firmware, així com els drets d'autor.

MENÚ DE CONFIGURACIÓ

Hi ha 7 pantalles de menús per configurar el dispositiu. Cal configurar alguns paràmetres mitjançant els ports de comunicació (sèrie o xarxa).

Pas 5: Implementació de l'ecosistema general

Descripció breu

Llegiu el PDF per obtenir més informació

El projecte A-GM té com a objectiu proporcionar una mesura contínua a llarg termini del nivell de radioactivitat. Inclou una aplicació web de codi obert (gestor A-GM) que s’executa en un servidor SOHO (per exemple, NAS de QNAP per a servidors de petites oficines a casa) connectat a un dispositiu de comptador de radioactivitat Geiger-Muller, com ara comptadors C-GM o comptadors compatibles de GQ. Electronics LLC.

Per resumir el sistema general:

• A-GM Manager L'aplicació web que controla i emmagatzema contínuament els nivells de radiació beta / gamma adquirits de Geiger-Muller Counters en un servidor local. Les dades es poden redirigir al lloc web GMC. MAP per compartir dades a tot el món mitjançant un compte d'usuari.
• C-GM Counter Un maquinari i firmware de codi obert per a Ethernet G. M. comptador desenvolupat i proporcionat per Ad’Novea® que s’executa amb el gestor A-GM.
• Dispositius GMC-320 Els dispositius GMC-320 / 5xx / 6xx són venuts per GQ Electronics LLC © i permeten la redirecció de mesures al lloc web GMC. MAP directament des del dispositiu mitjançant una connexió WiFi. A-GM Manager admet aquests dispositius per registrar les mesures de radiació al vostre servidor i garantir la redirecció al lloc web GMC. MAP.

CARACTERÍSTIQUES

• Suport lingüístic per a anglès, francès, japonès, rus i xinès
• Assistència per a comptadors C-GM i comptadors Geiger-Muller o dispositius compatibles amb GQ Electronics LLC
• Superviseu la radioactivitat durant un període de retenció definit per l'usuari (90 dies com a màxim) o mensual (vegeu la imatge)
• Si el nivell supera el llindar definit per l'usuari; els correus electrònics s’envien fins a 5 adreces de correu electrònic.
• Mostra el nivell de radiació actual en µSv / hi el nivell màxim durant el període de retenció (enregistrament)
• Traceu el traç amb funcions de zoom i panoràmica (1 hora, 6 hores, 24 hores, 1 setmana i 4 setmanes)
• Es pot descarregar el registre durant el període de retenció i es poden baixar dades mensuals quan estiguin disponibles
• Descàrrega i configuració protegida amb inici de sessió i contrasenya
• Detecció de fallades del tub GM i enviament de correu electrònic a l'administrador
• Redirecció de dades al lloc web GMC. MAP (cal un compte d'usuari a gmcmap)
• Suport per a pantalles d'ordinadors d'escriptori, tauletes i telèfons intel·ligents.

DESCARREGAR

El codi postal següent es pot extreure al directori web del servidor SOHO. Per als propietaris de QNAP NAS, hi ha un paquet QPKG disponible a SourceForge.

La darrera versió 1.3 es pot descarregar des de SourceForge

Pas 6: la integració de l'IoT

Descripció breu

Hi ha disponible una versió limitada Node-RED completament independent d'A-GM per a l'entorn QNAP IoT. És una aplicació de gestor A-GM diferent i limitada que només es pot utilitzar per a la supervisió.

Com que el comptador C-GM és capaç de proporcionar dades de mesura en format JSON, és un candidat fàcil per a la integració de l’IoT. Alguns proveïdors SOHO / NAS, com ara QNAP, ofereixen marcs IoT disponibles a les seves màquines per a dispositius IoT que admeten el format de dades JSON.

Aquí s’adjunta un fitxer NodeRED disponible que he desenvolupat per a la integració en el framework QNAP IOT. Permet accedir a les dades del comptador C-GM des de qualsevol ordinador o dispositiu mòbil.