Taulell Geiger de bricolatge amb un ESP8266 i una pantalla tàctil: 4 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

ACTUALITZACIÓ: VERSIÓ NOVA I MILLORADA AMB WIFI I ALTRES FUNCIONS AGREGADES AQUÍ

Vaig dissenyar i construir un comptador Geiger, un dispositiu que pot detectar radiacions ionitzants i advertir al seu usuari de nivells de radiació ambiental perillosos amb el soroll de clic massa conegut. També es pot utilitzar quan busqueu minerals per veure si la roca que heu trobat té mineral d’urani.

Hi ha molts kits i tutorials existents disponibles en línia per fer el vostre propi comptador Geiger, però volia fer-ne un de únic: he dissenyat una pantalla GUI amb controls tàctils perquè la informació es mostri de manera bonica.

Pas 1: teoria bàsica

El principi de funcionament d’un comptador Geiger és senzill. Un tub de parets primes amb un gas de baixa pressió a l’interior (anomenat tub Geiger-Muller) s’energia amb una alta tensió a través dels seus dos elèctrodes. El camp elèctric que es crea no és suficient per provocar un trencament dielèctric, de manera que no circula corrent pel tub. Això és fins que una partícula o fotó de radiació ionitzant la travessa.

Quan passa la radiació beta o gamma, pot ionitzar algunes de les molècules de gas que hi ha a l’interior, creant electrons lliures i ions positius. Aquestes partícules comencen a moure’s a causa de la presència del camp elèctric, i els electrons realment augmenten la velocitat suficient per acabar ionitzant altres molècules, creant una cascada de partícules carregades que condueixen momentàniament l’electricitat. Aquest breu pols de corrent es pot detectar mitjançant el circuit mostrat a l'esquema, que després es pot utilitzar per crear el so de clic o, en aquest cas, alimentar-se al microcontrolador que pot fer càlculs amb ell.

Estic fent servir el tub SBM-20 Geiger, ja que és fàcil de trobar a eBay i és força sensible a la radiació beta i gamma.

Pas 2: peces i construcció

Vaig utilitzar la placa NodeMCU basada en el microcontrolador ESP8266 com a cervell d’aquest projecte. Volia alguna cosa que es pogués programar com un Arduino, però que sigui prou ràpid per conduir la pantalla sense massa retard.

Per al subministrament d’alta tensió, he utilitzat aquest convertidor d’alimentació DC-CC HV de Aliexpress per subministrar 400V al tub Geiger. Tingueu en compte que quan proveu el voltatge de sortida, no el podeu mesurar directament amb un multímetre: la impedància és massa baixa i baixarà el voltatge, de manera que la lectura serà inexacta. Creeu un divisor de tensió amb almenys 100 MOhms en sèrie amb el multímetre i mesureu la tensió d’aquesta manera.

El dispositiu funciona amb una bateria 18650 que s’alimenta en un altre convertidor d’alimentació que proporciona una constant de 4,2V per a la resta del circuit.

Aquests són tots els components necessaris per al circuit:

• Tub SBM-20 GM (molts venedors a eBay)
• Convertidor d’alçada d’alta tensió (AliExpress)
• Convertidor Boost per a 4.2V (AliExpress)
• Tauler NodeMCU esp8266 (Amazon)
• Pantalla tàctil SPI de 2,8 "(Amazon)
• Cèl·lula Li-Ion 18650 (Amazon) O qualsevol bateria LiPo de 3,7 V (més de 500 mAh)
• Suport de cèl·lules 18650 (Amazon) Nota: aquest suport de la bateria va resultar ser una mica massa gran per al PCB i vaig haver de doblar els passadors cap a dins per poder soldar-lo. Recomanaria fer servir una bateria LiPo més petita i soldar els cables JST als coixinets de la bateria del PCB.

Es necessiten components electrònics diversos (és possible que ja en tingueu alguns):

• Resistències (ohms): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1,8M, 3M. Es recomana obtenir resistències de 10 M per fer que el divisor de tensió sigui necessari per mesurar la sortida d'alta tensió.
• Condensadors: 220 pF
• Transistors: 2N3904
• LED: 3 mm
• Zumbador: qualsevol zumbador piezoelèctric de 12-17 mm
• Portafusibles 6,5 * 32 (per fixar el tub Geiger de forma segura)
• Interruptor alternador de 12 mm

Consulteu l’esquema PDF del meu GitHub per veure cap a on van tots els components. Normalment és més barat demanar aquests components a un distribuïdor massiu com DigiKey o LCSC. Trobareu un full de càlcul amb la llista de comandes de LCSC a la pàgina GitHub que conté la majoria dels components que es mostren més amunt.

Tot i que no es necessita cap PCB, pot ajudar a fer el muntatge del circuit fàcil i que tingui un aspecte net. Els fitxers Gerber per a la fabricació de PCB també es poden trobar al meu GitHub. He fet algunes solucions al disseny del PCB des que vaig obtenir el meu, de manera que no haurien de ser necessaris els ponts addicionals amb el nou disseny. No obstant això, això no s'ha provat.

El cas està imprès en 3D de PLA i les parts es poden trobar aquí. He fet canvis als fitxers CAD per reflectir els canvis en la ubicació del trepant al PCB. Hauria de funcionar, però tingueu en compte que no s’ha provat.

Pas 3: Codi i interfície d'usuari

He utilitzat la biblioteca Adafruit GFX per crear la interfície d'usuari de la pantalla. El codi es pot trobar al meu compte de GitHub aquí.

A la pàgina inicial es mostra el percentatge de dosis, els recomptes per minut i la dosi total acumulada des que es va engegar el dispositiu. L'usuari pot triar un mode d'integració lent o ràpid que canvia l'interval de suma variable a 60 o 3 segons. El timbre i el LED es poden activar o desactivar individualment.

Hi ha un menú de configuració bàsica que permet a l'usuari canviar les unitats de dosi, el llindar d'alerta i el factor de calibratge que relaciona el CPM amb la velocitat de dosi. Tots els paràmetres es guarden a l'EEPROM perquè es puguin recuperar quan es restableixi el dispositiu.

Pas 4: proves i conclusions

El comptador Geiger mesura un percentatge de clics de 15 a 30 recomptes per minut a partir de la radiació natural de fons, que és aproximadament el que s’espera d’un tub SBM-20. Una petita mostra de mineral d’urani es registra com a moderadament radioactiva, a uns 400 CPM, però un mantell de llanterna toriat pot fer que faci clic més ràpid que 5000 CPM quan es manté contra el tub.

El comptador Geiger dibuixa al voltant de 180 mA a 3,7 V, de manera que una bateria de 2000 mAh hauria de durar unes 11 hores amb una càrrega.

Penso calibrar correctament el tub amb una font estàndard de cesi-137, que farà que les lectures de dosi siguin més precises. Per a futures millores, també podria afegir la capacitat WiFi i la funcionalitat de registre de dades, ja que l’ESP8266 ja inclou WiFi integrada.

Espero que us hagi semblat interessant aquest projecte! Comparteix la teva versió si acabes creant alguna cosa similar.