Desenvolvi e montei um
contador Geiger - um dispositivo capaz de detectar radiação ionizante e alertar sobre níveis perigosos de radiação no ambiente com cliques familiares. Ele também pode ser usado para procurar minerais, e determinar se há um que você encontrou rocha minério de urânio!
Na Internet, você pode encontrar muitos kits prontos e instruções para montar um contador Geiger, mas eu queria fazer algo único - e desenvolvi uma interface gráfica com controle por toque e uma bela exibição de informações na tela.
Etapa 1: teoria básica
O princípio de operação do contador Geiger é simples. Um tubo de parede fina com gás a baixa pressão no interior (tubo Geiger-Muller) é exposto à alta tensão. O campo elétrico gerado não é suficiente para a quebra dielétrica; portanto, a corrente não flui através do tubo - até que o fóton da radiação ionizante passe por ele.
Quando a radiação beta ou gama passa pelo tubo, ela pode ionizar parte das moléculas de gás no interior, o que leva ao aparecimento de elétrons livres e íons positivos. As partículas começam a mover-se sob a influência de um campo eléctrico, e electrões ganhando velocidade suficiente para iniciar ioniza outras moléculas, o que conduz a uma cascata de partículas carregadas que são brevemente começam a conduzir corrente. Este breve impulso de corrente pode ser registada por meio deste esquema, o que cria o encaixe de som, ou, como no presente caso, transmite a informação para o microcontrolador, que pode executar cálculos com estes dados.
Eu uso o tubo SBM-20 Geiger-Muller porque é fácil de encontrar no eBay e é bastante sensível à radiação beta e gama.
Etapa 2: peças e montagem
Como um projeto que eu usei cérebro da placa nodemcu com microcontrolador esp8266. Eu queria pegar algo que pudesse ser programado como o Arduino, e que fosse rápido o suficiente para renderizar a imagem na tela sem demora.
Para fornecer alta tensão, usei um
transformador com o Aliexpress - ele fornece 400 V ao tubo Geiger-Muller. Por favor note que no momento do check sua tensão de saída não ligar o multímetro para medir diretamente - em gotas muito baixa tensão de impedância, ea leitura será imprecisa. Adicione um divisor de tensão com uma resistência de, pelo menos, 100 megaohms sequencialmente com multímetro.
O dispositivo é alimentado por uma bateria recarregável de formato 18650 através de outro transformador de fornecimento estável 4,2 V para o resto do circuito.
Aqui está uma lista de todos os componentes necessários:
- Aparelho SBM-20 GM (pesquise no eBay).
- Transformador de alta tensão ( AliExpress ).
- Transformador para 4.2V ( AliExpress ).
- Placa NodeMCU esp8266 ( Amazon ).
- Tela sensível ao toque SPI de 2,8 "( Amazon ).
- 18650 ( Amazon ) ou qualquer lipo bateria de 3,7 V (500 + mAh).
- Suporte de bateria 18650 ( Amazon ). Esse suporte acabou sendo grande demais para o quadro, e eu tive que dobrar os contatos para dentro. Eu recomendo pegar uma bateria LiPo menor e soldar os fios do conector JST aos contatos de energia na placa.
Vários componentes eletrônicos:
- Resistores de 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1,8M, 3M Ohms. Para criar um divisor de tensão, também são necessários resistores de 10 MΩ.
- Capacitores: 220 pF.
- Transistores: 2N3904.
- LED 3 mm.
- Tweeter: qualquer elemento piezoelétrico de 12 a 17 mm.
- Suporte de fusível 6,5 x 32 (para montagem confiável do tubo).
- Interruptor de 12 mm.
No meu
GitHub, publiquei o diagrama em PDF - ele mostra como conectar todos os componentes. Provavelmente, é mais barato encomendá-los a atacadistas como DigiKey ou LCSC. O GitHub tem uma placa de identificação com meu pedido no LCSC para a maioria dos componentes.
Vestido do negócio é opcional mas com ele construir o circuito torna-se mais fácil e mais puro. Também publiquei os arquivos Gerber para o quadro no GitHub. Depois de receber a placa pronta, fiz várias correções no circuito, para que não sejam necessários jumpers adicionais no novo circuito - embora eu não tenha verificado.
O estojo está impresso em uma impressora 3D feita de plástico PLA, que pode ser
baixada aqui . Apertei os arquivos CAD adicionando furos para anexar uma nova placa. Tudo deve funcionar, embora eu não o tenha testado.
Passo 3: o código e a interface de utilizador
Para criar a exibição da interface I utilizado biblioteca Adafruit GFX. O código
é publicado no GitHub .
A página principal da interface mostra a dose atual, o número de operações por minuto e a dose total acumulada desde que o dispositivo foi ligado. O usuário pode alternar entre somas rápidas e lentas, alterando o intervalo para o cálculo de somas intermediárias de 3 para 60 segundos. O squeaker e o LED podem ser ligados e desligados separadamente.
Há um menu de configurações básicas que permite ao usuário alterar a unidade de dose, o limite de aviso e o fator de calibração, que relaciona o número de operações por minuto e a taxa de dose. Todas as configurações são armazenadas no EEPROM, e restaurado após o reinício.
Passo 4: Verificar e assinatura
O contador Geiger é acionado 15 a 30 vezes por minuto a partir da radiação natural de fundo, o que é esperado do tubo SBM-20. Uma pequena amostra de minério de urânio é registrada como moderadamente radioativa, a cerca de 400 cliques por minuto, e uma
lâmpada de tório pode fazer com que o contador registre 5.000 cliques por minuto, se você o mantiver próximo!
O medidor consome 180 mA a 3,7 V, portanto, uma bateria de 2000 mAh deve durar cerca de 11 horas.
I planejar para calibrar com precisão o receptor a uma fonte padrão de césio-137, que iria tornar a leitura mais precisa. Os aprimoramentos futuros incluem suporte a WiFi e gravação de dados, pois o ESP8266 possui Wi-Fi embutido.
Espero que você tenha achado meu projeto interessante!