Saya mengembangkan dan mengumpulkan
penghitung Geiger - perangkat yang mampu mendeteksi radiasi pengion dan peringatan tentang tingkat radiasi berbahaya di lingkungan dengan klik yang biasa. Ini juga dapat digunakan untuk mencari mineral, dan menentukan apakah bijih uranium ditemukan di batu yang Anda temukan!
Di Internet Anda dapat menemukan banyak kit yang siap pakai dan instruksi untuk merakit counter Geiger, tetapi saya ingin melakukan sesuatu yang unik - dan saya mengembangkan layar GUI dengan kontrol sentuh dan tampilan informasi yang indah di layar.
Langkah 1: teori dasar
Prinsip operasi penghitung Geiger sederhana. Sebuah tabung berdinding tipis dengan gas pada tekanan rendah di dalamnya (tabung Geiger-Muller) terkena arus tegangan tinggi. Medan listrik yang dihasilkan tidak cukup untuk kerusakan dielektrik, sehingga arus tidak mengalir melalui tabung - sampai foton radiasi pengion melewatinya.
Ketika radiasi beta atau gamma melewati tabung, itu dapat mengionisasi bagian dari molekul gas di dalamnya, yang mengarah pada penampilan elektron bebas dan ion positif. Partikel mulai bergerak di bawah pengaruh medan listrik, dan elektron memperoleh kecepatan yang cukup untuk mulai mengionisasi molekul lain, yang mengarah ke kaskade partikel bermuatan yang mulai mengalirkan arus untuk waktu yang singkat. Denyut arus singkat ini dapat dideteksi menggunakan sirkuit di atas, yang menghasilkan bunyi klik, atau, seperti dalam kasus ini, mentransfer informasi ke mikrokontroler yang dapat melakukan perhitungan dengan data ini.
Saya menggunakan tabung SBM-20 Geiger-Muller karena mudah ditemukan di eBay dan sangat sensitif terhadap radiasi beta dan gamma.
Langkah 2: bagian dan perakitan
Sebagai sebuah proyek saya menggunakan otak NodeMCU papan dengan mikrokontroler ESP8266. Saya ingin mengambil sesuatu yang dapat diprogram seperti Arduino, dan itu akan cukup cepat untuk membuat gambar di layar tanpa penundaan.
Untuk memasok tegangan tinggi, saya menggunakan
transformator dengan Aliexpress - ini memasok 400 V ke tabung Geiger-Muller. Perlu diingat bahwa ketika memeriksa tegangan output, itu tidak dapat diukur secara langsung dengan multimeter - jika impedansinya terlalu rendah, tegangan akan turun dan pembacaannya tidak akurat. Buat pembagi tegangan dengan resistansi setidaknya 100 megohms secara seri dengan multimeter.
Perangkat ini didukung oleh baterai 18650, melalui transformator lain yang memasok 4,2 V stabil ke sirkuit yang tersisa.
Berikut adalah daftar semua komponen yang diperlukan:
- Handset GM SBM-20 (pencarian di eBay).
- Trafo Tegangan Tinggi ( AliExpress ).
- Transformer untuk 4.2V ( AliExpress ).
- Papan NodeMCU esp8266 ( Amazon ).
- Layar sentuh SPI 2,8 "( Amazon ).
- 18650 baterai ( Amazon ) atau baterai LiPo 3,7 V (500+ mAh).
- 18650 tempat baterai ( Amazon ). Dudukan ini ternyata terlalu besar untuk papan, dan saya harus membengkokkan kontak ke dalam. Saya sarankan mengambil baterai LiPo yang lebih kecil dan menyolder kabel dari konektor JST ke kontak daya di papan tulis.
Berbagai komponen elektronik:
- Resistor pada 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1,8M, 3M Ohm. Untuk membuat pembagi tegangan, resistor 10 MĪ© juga diperlukan.
- Kapasitor: 220 pF.
- Transistor: 2N3904.
- LED 3 mm.
- Tweeter: elemen piezoelektrik pada 12-17 mm.
- Fuse holder 6.5 x 32 (untuk pemasangan tabung yang andal).
- Saklar 12 mm.
Di
GitHub saya
, saya memposting diagram dalam PDF - ini menunjukkan cara menghubungkan semua komponen. Kemungkinan besar, lebih murah untuk memesannya dari pedagang grosir seperti DigiKey atau LCSC. GitHub memiliki papan nama dengan pesanan saya dengan LCSC untuk sebagian besar komponen.
Tidak perlu membuat papan, tetapi dengan itu perakitan sirkuit menjadi lebih mudah dan lebih akurat. Saya juga memposting file Gerber untuk board di GitHub. Setelah saya menerima papan yang sudah jadi, saya membuat beberapa koreksi di sirkuit, jadi jumper tambahan di sirkuit baru tidak diperlukan - walaupun saya tidak memeriksanya.
Kasing ini dicetak pada printer 3D yang terbuat dari plastik PLA, dapat
diunduh di sini . Saya men-tweak file CAD dengan menambahkan lubang untuk melampirkan papan baru. Semuanya harus bekerja, walaupun saya belum mengujinya.
Langkah 3: kode dan antarmuka pengguna
Untuk membuat antarmuka tampilan, saya menggunakan perpustakaan Adafruit GFX. Kode
diposting di GitHub .
Halaman utama antarmuka menunjukkan dosis saat ini, jumlah operasi per menit dan total dosis akumulasi sejak perangkat dihidupkan. Pengguna dapat beralih antara penjumlahan cepat dan lambat, mengubah interval untuk menghitung jumlah menengah dari 3 hingga 60 detik. Squeaker dan LED dapat dinyalakan dan dimatikan secara terpisah.
Ada menu pengaturan dasar yang memungkinkan pengguna untuk mengubah unit dosis, ambang peringatan dan faktor kalibrasi, yang menghubungkan jumlah operasi per menit dan tingkat dosis. Semua pengaturan disimpan di EEPROM, dan dikembalikan setelah restart.
Langkah 4: verifikasi dan kesimpulan
Penghitung Geiger dipicu 15-30 kali per menit dari radiasi latar alami, yang diharapkan dari tabung SBM-20. Sampel kecil bijih uranium dicatat sebagai radioaktif sedang, sekitar 400 klik per menit, dan
lampu thorium dapat menyebabkan penghitung mencatat 5.000 klik per menit, jika Anda tetap dekat dengannya!
Meteran mengkonsumsi 180 mA pada 3,7 V, jadi baterai 2000 mAh akan bertahan sekitar 11 jam.
Saya berencana untuk mengkalibrasi tabung secara akurat pada sumber standar cesium-137, yang akan membuat pembacaan lebih akurat. Perangkat tambahan di masa depan termasuk dukungan WiFi dan perekaman data, karena ESP8266 memiliki WiFi bawaan.
Saya harap Anda menemukan proyek saya menarik!