Selbstgemachter Geigerzähler auf ESP8266 mit Touchscreen

Ich habe einen Geigerzähler entwickelt und zusammengebaut - ein Gerät, das ionisierende Strahlung erkennen und mit bekannten Klicks vor gefährlichen Strahlungswerten in der Umgebung warnen kann. Es kann auch verwendet werden, um nach Mineralien zu suchen und festzustellen, ob Uranerz in dem gefundenen Stein gefunden wird!

Im Internet finden Sie viele vorgefertigte Kits und Anweisungen zum Zusammenbau eines Geigerzählers, aber ich wollte etwas Einzigartiges tun - und habe ein GUI-Display mit Touch-Steuerung und einer schönen Anzeige von Informationen auf dem Bildschirm entwickelt.

Schritt 1: Grundlegende Theorie

Das Funktionsprinzip des Geigerzählers ist einfach. Ein dünnwandiges Rohr mit Gas mit niedrigem Druck im Inneren (Geiger-Müller-Rohr) ist einem Hochspannungsstrom ausgesetzt. Das erzeugte elektrische Feld reicht nicht für einen dielektrischen Durchschlag aus, so dass der Strom nicht durch die Röhre fließt - bis das Photon ionisierender Strahlung durch sie hindurchgeht.

Wenn Beta- oder Gammastrahlung durch die Röhre strömt, kann sie einen Teil der Gasmoleküle im Inneren ionisieren, was zum Auftreten von freien Elektronen und positiven Ionen führt. Teilchen beginnen sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes zu bewegen, und Elektronen gewinnen genug Geschwindigkeit, um andere Moleküle zu ionisieren, was zu einer Kaskade geladener Teilchen führt, die für kurze Zeit Strom zu leiten beginnen. Dieser kurze Stromimpuls kann unter Verwendung des obigen Schemas erfasst werden, das ein Klickgeräusch erzeugt, oder wie in diesem Fall Informationen an den Mikrocontroller übertragen, der Berechnungen mit diesen Daten durchführen kann.

Ich benutze die Geiger-Müller-Röhre SBM-20, weil sie bei eBay leicht zu finden ist und sehr empfindlich auf Beta- und Gammastrahlung reagiert.

Schritt 2: Teile und Montage

Als Gehirn des Projekts habe ich die NodeMCU-Karte mit dem ESP8266-Mikrocontroller verwendet. Ich wollte etwas nehmen, das wie Arduino programmiert werden kann und das schnell genug ist, um das Bild ohne Verzögerung auf dem Bildschirm zu rendern.

Zur Versorgung mit Hochspannung habe ich einen Transformator mit Aliexpress verwendet , der die Geiger-Müller-Röhre mit 400 V versorgt. Beachten Sie, dass die Ausgangsspannung bei der Überprüfung nicht direkt mit einem Multimeter gemessen werden kann. Wenn die Impedanz zu niedrig ist, fällt die Spannung ab und die Messwerte sind ungenau. Stellen Sie einen Spannungsteiler mit einem Widerstand von mindestens 100 Megaohm in Reihe mit dem Multimeter.

Das Gerät wird von einer 18650-Batterie über einen anderen Transformator gespeist, der den verbleibenden Stromkreis mit stabilen 4,2 V versorgt.

Hier ist eine Liste aller notwendigen Komponenten:

• SBM-20 GM Mobilteil (Suche bei eBay).
• Hochspannungstransformator ( AliExpress ).
• Transformator für 4,2 V ( AliExpress ).
• NodeMCU esp8266 board ( Amazon ).
• 2,8 "SPI-Touchscreen ( Amazon ).
• 18650-Akku ( Amazon ) oder ein beliebiger 3,7-V-LiPo-Akku (über 500 mAh).
• 18650 Batteriehalter ( Amazon ). Dieser Halter erwies sich als zu groß für das Board, und ich musste die Kontakte nach innen biegen. Ich empfehle, einen kleineren LiPo-Akku zu nehmen und die Drähte vom JST-Anschluss an die Stromkontakte auf der Platine anzulöten.

Verschiedene elektronische Komponenten:

• Widerstände bei 330, 1 K, 10 K, 22 K, 100 K, 1,8 M, 3 M Ohm. Um einen Spannungsteiler zu erstellen, sind auch 10 MΩ-Widerstände erforderlich.
• Kondensatoren: 220 pF.
• Transistoren: 2N3904.
• LED 3 mm.
• Hochtöner: jedes piezoelektrische Element auf 12-17 mm.
• Sicherungshalter 6,5 x 32 (zur zuverlässigen Montage des Rohrs).
• 12 mm Schalter.

Auf meinem GitHub habe ich das Diagramm als PDF veröffentlicht - es zeigt, wie alle Komponenten verbunden werden. Höchstwahrscheinlich ist es billiger, sie bei Großhändlern wie DigiKey oder LCSC zu bestellen. GitHub hat für die meisten Komponenten ein Typenschild mit meiner Bestellung bei LCSC.

Es ist nicht notwendig, eine Platine herzustellen, aber damit wird die Montage der Schaltung einfacher und genauer. Ich habe auch die Gerber-Dateien für das Board auf GitHub gepostet. Nachdem ich die fertige Karte erhalten hatte, nahm ich einige Korrekturen in der Schaltung vor, sodass zusätzliche Jumper in der neuen Schaltung nicht benötigt werden - obwohl ich sie nicht überprüft habe.

Das Gehäuse wird auf einem 3D-Drucker aus PLA-Kunststoff gedruckt und kann hier heruntergeladen werden . Ich habe die CAD-Dateien optimiert, indem ich Löcher zum Anbringen einer neuen Platine hinzugefügt habe. Alles sollte funktionieren, obwohl ich es nicht getestet habe.

Schritt 3: Code und Benutzeroberfläche

Zum Erstellen der Anzeigeoberfläche habe ich die Adafruit GFX-Bibliothek verwendet. Der Code wird auf GitHub veröffentlicht .

Auf der Hauptseite der Benutzeroberfläche werden die aktuelle Dosis, die Anzahl der Operationen pro Minute und die seit dem Einschalten des Geräts akkumulierte Gesamtdosis angezeigt. Der Benutzer kann zwischen schneller und langsamer Summierung wechseln und das Intervall für die Berechnung der Zwischensummen von 3 auf 60 Sekunden ändern. Der Quietscher und die LED können separat ein- und ausgeschaltet werden.

Es gibt ein Menü mit Grundeinstellungen, mit dem der Benutzer die Dosiseinheit, den Warnschwellenwert und den Kalibrierungsfaktor ändern kann, die die Anzahl der Operationen pro Minute und die Dosisleistung in Beziehung setzen. Alle Einstellungen werden im EEPROM gespeichert und nach einem Neustart wiederhergestellt.

Schritt 4: Überprüfung und Schlussfolgerung

Der Geigerzähler wird 15 bis 30 Mal pro Minute durch natürliche Hintergrundstrahlung ausgelöst, was von der SBM-20-Röhre zu erwarten ist. Eine kleine Probe von Uranerz wird mit etwa 400 Klicks pro Minute als mäßig radioaktiv aufgezeichnet, und eine Thoriumlampe kann dazu führen, dass der Zähler 5.000 Klicks pro Minute aufzeichnet, wenn Sie ihn in der Nähe halten!

Das Messgerät verbraucht 180 mA bei 3,7 V, daher sollte eine 2000-mAh-Batterie etwa 11 Stunden halten.

Ich plane, das Röhrchen auf einer Standardquelle für Cäsium-137 genau zu kalibrieren, um die Messwerte genauer zu machen. Zukünftige Verbesserungen umfassen WiFi-Unterstützung und Datenaufzeichnung, da der ESP8266 über integriertes WiFi verfügt.

Ich hoffe du fandest mein Projekt interessant!