Penghitung Geiger DIY Dengan ESP8266 dan Layar Sentuh: 4 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

PEMBARUAN: VERSI BARU DAN PENINGKATAN DENGAN WIFI DAN FITUR TAMBAHAN LAINNYA DI SINI

Saya merancang dan membangun Penghitung Geiger - perangkat yang dapat mendeteksi radiasi pengion dan memperingatkan penggunanya tentang tingkat radiasi ambien yang berbahaya dengan suara klik yang terlalu familiar. Ini juga dapat digunakan saat mencari mineral untuk melihat apakah batu yang Anda temukan mengandung Bijih Uranium di dalamnya!

Ada banyak kit dan tutorial yang tersedia secara online untuk membuat Geiger Counter Anda sendiri, tetapi saya ingin membuatnya yang unik - saya merancang tampilan GUI dengan kontrol sentuh sehingga informasi ditampilkan dengan cara yang indah.

Langkah 1: Teori Dasar

Prinsip kerja dari Geiger Counter sederhana. Sebuah tabung berdinding tipis dengan gas bertekanan rendah di dalamnya (disebut Tabung Geiger-Muller) diberi energi dengan tegangan tinggi di kedua elektrodanya. Medan listrik yang dibuat tidak cukup untuk menyebabkan kerusakan dielektrik - jadi tidak ada arus yang mengalir melalui tabung. Itu sampai partikel atau foton radiasi pengion melewatinya.

Ketika radiasi beta atau gamma melewatinya, ia dapat mengionisasi beberapa molekul gas di dalamnya, menciptakan elektron bebas dan ion positif. Partikel-partikel ini mulai bergerak karena adanya medan listrik, dan elektron benar-benar mengambil kecepatan yang cukup sehingga mereka akhirnya mengionisasi molekul lain, menciptakan riam partikel bermuatan yang sesaat menghantarkan listrik. Pulsa arus singkat ini dapat dideteksi oleh rangkaian yang ditunjukkan dalam skema, yang kemudian dapat digunakan untuk membuat bunyi klik, atau dalam hal ini, diumpankan ke mikrokontroler yang dapat melakukan perhitungan dengannya.

Saya menggunakan tabung Geiger SBM-20 karena mudah ditemukan di eBay, dan cukup sensitif terhadap radiasi beta dan gamma.

Langkah 2: Bagian dan Konstruksi

Saya menggunakan papan NodeMCU berdasarkan mikrokontroler ESP8266 sebagai otak untuk proyek ini. Saya menginginkan sesuatu yang dapat diprogram seperti Arduino tetapi cukup cepat untuk menggerakkan layar tanpa terlalu banyak jeda.

Untuk suplai tegangan tinggi, saya menggunakan konverter boost HV DC-DC dari Aliexpress untuk memasok 400V ke tabung Geiger. Perlu diingat bahwa ketika menguji tegangan keluaran, Anda tidak dapat mengukurnya secara langsung dengan multimeter - impedansinya terlalu rendah dan akan menjatuhkan tegangan sehingga pembacaannya tidak akurat. Buat pembagi tegangan dengan setidaknya 100 MOhm secara seri dengan multimeter dan ukur tegangan dengan cara itu.

Perangkat ini ditenagai oleh baterai 18650 yang dimasukkan ke konverter boost lain yang memasok 4.2V konstan untuk sisa rangkaian.

Berikut adalah semua komponen yang diperlukan untuk rangkaian:

• Tabung SBM-20 GM (banyak penjual di eBay)
• Konverter Peningkatan Tegangan Tinggi (AliExpress)
• Boost Converter untuk 4.2V (AliExpress)
• Papan NodeMCU esp8266 (Amazon)
• Layar Sentuh SPI 2,8" (Amazon)
• 18650 sel Li-ion (Amazon) ATAU baterai LiPo 3,7 V (500+ mAh)
• 18650 dudukan sel (Amazon) Catatan: dudukan baterai ini ternyata agak terlalu besar untuk PCB dan saya harus membengkokkan pin ke dalam untuk bisa menyoldernya. Saya akan merekomendasikan menggunakan baterai LiPo yang lebih kecil dan menyolder JST mengarah ke bantalan baterai pada PCB.

Aneka komponen elektronik yang dibutuhkan (Anda mungkin sudah memiliki beberapa di antaranya):

• Resistor (Ohm): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1,8M, 3M. Merekomendasikan mendapatkan resistor 10M untuk membuat pembagi tegangan yang diperlukan untuk mengukur output tegangan tinggi.
• Kapasitor: 220 pF
• Transistor: 2N3904
• LED: 3mm
• Buzzer: Setiap buzzer piezo 12-17 mm
• Fuse holder 6.5*32 (untuk memasang tabung Geiger dengan aman)
• Sakelar sakelar 12 mm

Silakan lihat skema PDF di GitHub saya untuk melihat ke mana semua komponen pergi. Biasanya lebih murah untuk memesan komponen ini dari distributor massal seperti DigiKey atau LCSC. Anda akan menemukan spreadsheet dengan daftar pesanan saya dari LCSC di halaman GitHub yang berisi sebagian besar komponen yang ditunjukkan di atas.

Meskipun PCB tidak diperlukan, ini dapat membantu membuat perakitan sirkuit menjadi mudah dan membuatnya terlihat rapi. File Gerber untuk pembuatan PCB juga dapat ditemukan di GitHub saya. Saya telah membuat beberapa perbaikan pada desain PCB sejak saya mendapatkan milik saya, jadi jumper tambahan tidak diperlukan dengan desain baru. Ini belum diuji, namun.

Kasing ini dicetak 3D dari PLA dan bagian-bagiannya dapat ditemukan di sini. Saya telah membuat perubahan pada file CAD untuk mencerminkan perubahan lokasi bor di PCB. Seharusnya berfungsi, tetapi harap dicatat bahwa ini belum diuji.

Langkah 3: Kode dan UI

Saya menggunakan pustaka Adafruit GFX untuk membuat antarmuka pengguna untuk tampilan. Kode dapat ditemukan di akun GitHub saya di sini.

Halaman beranda menunjukkan laju dosis, hitungan per menit, dan total akumulasi dosis sejak perangkat dihidupkan. Pengguna dapat memilih mode integrasi lambat atau cepat yang mengubah interval jumlah bergulir menjadi 60 detik atau 3 detik. Buzzer dan LED dapat dinyalakan atau dimatikan satu per satu.

Ada menu pengaturan dasar yang memungkinkan pengguna untuk mengubah satuan dosis, ambang batas peringatan, dan faktor kalibrasi yang menghubungkan CPM dengan laju dosis. Semua pengaturan disimpan di EEPROM sehingga dapat diambil kembali saat perangkat direset.

Langkah 4: Pengujian dan Kesimpulan

Penghitung Geiger mengukur tingkat klik 15 - 30 hitungan per menit dari radiasi latar belakang alami, yang kira-kira seperti yang diharapkan dari tabung SBM-20. Sebuah sampel kecil Bijih Uranium terdaftar sebagai radioaktif sedang, sekitar 400 CPM, tetapi mantel lentera thoriated dapat membuatnya berbunyi klik lebih cepat dari 5000 CPM saat dipegang pada tabung!

Penghitung Geiger menarik sekitar 180 mA pada 3.7V, jadi baterai 2000 mAh akan bertahan sekitar 11 jam dengan pengisian daya.

Saya berencana untuk mengkalibrasi tabung dengan sumber standar Cesium-137, yang akan membuat pembacaan dosis lebih akurat. Untuk perbaikan di masa mendatang, saya juga dapat menambahkan kemampuan WiFi dan fungsi pencatatan data karena ESP8266 sudah dilengkapi dengan WiFi bawaan.

Saya harap Anda menemukan proyek ini menarik! Silakan bagikan bangunan Anda jika Anda akhirnya membuat sesuatu yang serupa!