ESP8266 ve Dokunmatik Ekranlı DIY Geiger Sayacı: 4 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

GÜNCELLEME: WIFI VE DİĞER EKLENEN ÖZELLİKLER İLE YENİ VE GELİŞTİRİLMİŞ VERSİYON BURADA

Bir Geiger Sayacı tasarladım ve yaptım - iyonlaştırıcı radyasyonu algılayabilen ve kullanıcısını çok tanıdık tıklama sesiyle tehlikeli ortam radyasyon seviyeleri konusunda uyaran bir cihaz. Ayrıca, bulduğunuz kayanın içinde Uranyum Cevheri olup olmadığını görmek için mineral ararken de kullanılabilir!

Kendi Geiger Sayacınızı yapmak için çevrimiçi olarak mevcut birçok kit ve öğretici var, ancak benzersiz bir tane yapmak istedim - bilgilerin güzel bir şekilde görüntülenmesi için dokunmatik kontrollere sahip bir GUI ekranı tasarladım.

Adım 1: Temel Teori

Bir Geiger Sayacının çalışma prensibi basittir. İçinde düşük basınçlı gaz bulunan ince duvarlı bir tüp (Geiger-Muller Tüpü olarak adlandırılır), iki elektrotu boyunca yüksek voltajla enerjilendirilir. Yaratılan elektrik alanı, dielektrik bozulmaya neden olmak için yeterli değildir - bu nedenle tüpten akım geçmez. Ta ki bir iyonlaştırıcı radyasyon parçacığı veya fotonu içinden geçene kadar.

Beta veya gama radyasyonu geçtiğinde, içindeki gaz moleküllerinin bir kısmını iyonize ederek serbest elektronlar ve pozitif iyonlar oluşturabilir. Bu parçacıklar, elektrik alanının varlığı nedeniyle hareket etmeye başlar ve elektronlar, diğer molekülleri iyonize etmeye yetecek kadar hız alır ve anlık olarak elektriği ileten yüklü parçacıklar dizisi oluşturur. Bu kısa akım darbesi, şematikte gösterilen devre tarafından tespit edilebilir, bu daha sonra tıklama sesini oluşturmak için kullanılabilir veya bu durumda, onunla hesaplamalar yapabilen mikro denetleyiciye beslenir.

eBay'de bulunması kolay olduğu ve beta ve gama radyasyonuna karşı oldukça hassas olduğu için SBM-20 Geiger tüpünü kullanıyorum.

Adım 2: Parçalar ve Yapı

Bu proje için beyin olarak ESP8266 mikrodenetleyici tabanlı NodeMCU kartını kullandım. Arduino gibi programlanabilen, ancak ekranı çok fazla gecikme olmadan sürecek kadar hızlı bir şey istedim.

Yüksek voltaj kaynağı için, Geiger tüpüne 400V sağlamak için Aliexpress'den gelen bu HV DC-DC yükseltici dönüştürücüyü kullandım. Çıkış voltajını test ederken, bunu doğrudan bir multimetre ile ölçemeyeceğinizi unutmayın - empedans çok düşüktür ve voltajı düşüreceğinden okuma hatalı olacaktır. Multimetre ile seri olarak en az 100 MOhms'lik bir voltaj bölücü oluşturun ve voltajı bu şekilde ölçün.

Cihaz, devrenin geri kalanı için sabit bir 4.2V sağlayan başka bir yükseltici dönüştürücüye beslenen 18650 pil ile çalışır.

Devre için gerekli tüm bileşenler şunlardır:

• SBM-20 GM tüpü (eBay'de birçok satıcı)
• Yüksek Voltaj Yükseltme Dönüştürücü (AliExpress)
• 4.2V için Boost Dönüştürücü (AliExpress)
• NodeMCU esp8266 kartı (Amazon)
• 2,8" SPI Dokunmatik Ekran (Amazon)
• 18650 Li-ion hücre (Amazon) VEYA Herhangi bir 3,7 V LiPo pil (500+ mAh)
• 18650 hücre tutucu (Amazon) Not: Bu pil tutucu, PCB için biraz fazla büyük çıktı ve lehimleyebilmek için pimleri içe doğru bükmek zorunda kaldım. Daha küçük bir LiPo pil kullanmanızı ve bunun yerine JST uçlarını PCB üzerindeki pil pedlerine lehimlemenizi tavsiye ederim.

Gerekli çeşitli elektronik bileşenler (bunlardan bazılarına zaten sahip olabilirsiniz):

• Dirençler (Ohm): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1.8M, 3M. Yüksek voltaj çıkışını ölçmek için gereken voltaj bölücü yapmak için 10M dirençler almanızı öneririz.
• Kondansatörler: 220 pF
• Transistörler: 2N3904
• LED: 3mm
• Buzzer: Herhangi bir 12-17 mm piezo buzzer
• Sigorta tutucusu 6.5*32 (Geiger tüpünü güvenli bir şekilde takmak için)
• Geçiş anahtarı 12 mm

Tüm bileşenlerin nereye gittiğini görmek için lütfen GitHub'ımdaki PDF şemasına bakın. Bu bileşenleri DigiKey veya LCSC gibi bir toplu dağıtımcıdan sipariş etmek genellikle daha ucuzdur. Yukarıda gösterilen bileşenlerin çoğunu içeren GitHub sayfasında LCSC'den sipariş listemi içeren bir elektronik tablo bulacaksınız.

Bir PCB gerekli olmasa da, devre montajını kolaylaştırmaya ve düzgün görünmesine yardımcı olabilir. PCB üretimi için Gerber dosyaları da GitHub'ımda bulunabilir. Benimkini aldığımdan beri PCB tasarımında birkaç düzeltme yaptım, bu nedenle yeni tasarımda ek jumper'lara ihtiyaç duyulmamalı. Ancak bu test edilmemiştir.

Kasa PLA'dan 3D olarak basılmıştır ve parçalar burada bulunabilir. PCB'deki matkap konumu değişikliklerini yansıtmak için CAD dosyalarında değişiklikler yaptım. Çalışması gerekir, ancak bunun test edilmediğini lütfen unutmayın.

3. Adım: Kod ve Kullanıcı Arayüzü

Ekranın kullanıcı arayüzünü oluşturmak için Adafruit GFX kitaplığını kullandım. Kodu GitHub hesabımda burada bulabilirsiniz.

Ana sayfa, cihaz açıldığından beri doz oranını, dakikadaki sayıları ve toplam birikmiş dozu gösterir. Kullanıcı, yuvarlanan toplam aralığını 60 saniye veya 3 saniye olarak değiştiren yavaş veya hızlı bir entegrasyon modu seçebilir. Zil ve LED ayrı ayrı açılıp kapatılabilir.

Kullanıcının doz birimlerini, uyarı eşiğini ve CPM'yi doz hızıyla ilişkilendiren kalibrasyon faktörünü değiştirmesine olanak tanıyan bir temel ayarlar menüsü vardır. Tüm ayarlar EEPROM'a kaydedilir, böylece cihaz sıfırlandığında geri alınabilirler.

Adım 4: Test Etme ve Sonuç

Geiger Sayacı, doğal arka plan radyasyonundan dakikada 15 - 30 sayımlık bir tıklama oranını ölçer; bu, bir SBM-20 tüpünden beklenenlerle ilgilidir. Küçük bir Uranyum Cevheri numunesi, yaklaşık 400 CPM'de orta derecede radyoaktif olarak kaydedilir, ancak kalın bir fener mantosu, tüpe tutulduğunda 5000 CPM'den daha hızlı tıklamasını sağlayabilir!

Geiger sayacı 3,7V'de yaklaşık 180 mA çeker, bu nedenle 2000 mAh pil şarjla yaklaşık 11 saat dayanmalıdır.

Tüpü, doz okumalarını daha doğru hale getirecek standart bir Sezyum-137 kaynağı ile uygun şekilde kalibre etmeyi planlıyorum. Gelecekteki iyileştirmeler için, ESP8266 zaten yerleşik WiFi ile geldiğinden, WiFi özelliği ve veri kaydı işlevselliği de ekleyebilirim.

Umarım bu projeyi ilginç bulmuşsunuzdur! Sonunda benzer bir şey yaparsanız lütfen yapınızı paylaşın!