عداد جيجر DIY مع ESP8266 وشاشة تعمل باللمس: 4 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

التحديث: إصدار جديد ومحسّن مع WIFI وميزات أخرى مضافة هنا

لقد صممت وصنعت عداد جيجر - وهو جهاز يمكنه اكتشاف الإشعاع المؤين وتحذير مستخدمه من مستويات الإشعاع المحيطة الخطرة بضوضاء النقر المألوفة للغاية. يمكن استخدامه أيضًا عند البحث عن المعادن لمعرفة ما إذا كانت الصخرة التي عثرت عليها تحتوي على خام اليورانيوم!

هناك العديد من المجموعات والبرامج التعليمية الموجودة على الإنترنت لإنشاء عداد Geiger الخاص بك ، لكنني أردت أن أصنع واحدة فريدة من نوعها - لقد صممت شاشة واجهة المستخدم الرسومية مع عناصر تحكم تعمل باللمس حتى يتم عرض المعلومات بطريقة جميلة.

الخطوة 1: النظرية الأساسية

مبدأ عمل عداد جيجر بسيط. يتم تنشيط أنبوب رفيع الجدران بداخله غاز ضغط منخفض (يسمى أنبوب جيجر مولر) بجهد عالي عبر قطبين. لا يكفي المجال الكهربائي الذي تم إنشاؤه للتسبب في انهيار العازل - لذلك لا يتدفق التيار عبر الأنبوب. وذلك حتى يمر جسيم أو فوتون من الإشعاع المؤين من خلاله.

عندما يمر إشعاع بيتا أو جاما ، يمكن أن يؤين بعض جزيئات الغاز في الداخل ، مما ينتج عنه إلكترونات حرة وأيونات موجبة. تبدأ هذه الجسيمات في الحركة بسبب وجود المجال الكهربائي ، وتلتقط الإلكترونات بالفعل سرعة كافية تؤدي في النهاية إلى تأيين الجزيئات الأخرى ، مما يخلق سلسلة من الجسيمات المشحونة التي توصل الكهرباء مؤقتًا. يمكن اكتشاف هذه النبضة الموجزة للتيار بواسطة الدائرة الموضحة في المخطط ، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لإنشاء صوت النقر ، أو في هذه الحالة ، يتم تغذيتها إلى وحدة التحكم الدقيقة التي يمكنها إجراء العمليات الحسابية معها.

أنا أستخدم أنبوب SBM-20 Geiger لأنه من السهل العثور عليه على موقع eBay ، وهو حساس جدًا لإشعاع بيتا وغاما.

الخطوة 2: الأجزاء والبناء

لقد استخدمت لوحة NodeMCU على أساس متحكم ESP8266 كعقل لهذا المشروع. أردت شيئًا يمكن برمجته مثل Arduino ولكنه سريع بما يكفي لتشغيل الشاشة دون تأخير كبير.

من أجل إمداد الجهد العالي ، استخدمت محول التعزيز HV DC-DC هذا من Aliexpress لتزويد 400 فولت لأنبوب جيجر. فقط ضع في اعتبارك أنه عند اختبار جهد الخرج ، لا يمكنك قياسه مباشرة بمقياس متعدد - تكون المعاوقة منخفضة جدًا وستنخفض الجهد لذا ستكون القراءة غير دقيقة. قم بإنشاء مقسم جهد لا يقل عن 100 أوم متسلسل باستخدام المتر المتعدد وقياس الجهد بهذه الطريقة.

يتم تشغيل الجهاز بواسطة بطارية 18650 تغذي محول دفعة آخر يوفر 4.2 فولت ثابت لبقية الدائرة.

فيما يلي جميع المكونات اللازمة للدائرة:

• أنبوب SBM-20 GM (العديد من البائعين على موقع eBay)
• محول زيادة الجهد العالي (AliExpress)
• محول دفعة 4.2 فولت (AliExpress)
• لوحة NodeMCU esp8266 (أمازون)
• شاشة لمس SPI مقاس 2.8 بوصة (أمازون)
• 18650 خلية ليثيوم أيون (أمازون) أو أي بطارية ليبو 3.7 فولت (500+ مللي أمبير)
• 18650 حامل خلية (أمازون) ملاحظة: تبين أن حامل البطارية هذا كبير جدًا بالنسبة لـ PCB واضطررت إلى ثني المسامير إلى الداخل لأتمكن من لحامها. أوصي باستخدام بطارية LiPo أصغر ويؤدي اللحام JST إلى وسادات البطارية الموجودة على PCB بدلاً من ذلك.

المكونات الإلكترونية المتنوعة المطلوبة (قد يكون لديك بالفعل بعض هذه المكونات):

• المقاومات (أوم): 330 ، 1 ك ، 10 ك ، 22 ك ، 100 ك ، 1.8 م ، 3 م. نوصي بالحصول على مقاومات 10M لصنع مقسم الجهد اللازم لقياس خرج الجهد العالي.
• المكثفات: 220 pF
• الترانزستورات: 2N3904
• الصمام: 3 مم
• الجرس: أي جرس بيزو 12-17 مم
• حامل فيوز 6.5 * 32 (لربط انبوب جيجر بشكل آمن)
• تبديل التبديل 12 ملم

يرجى الرجوع إلى مخطط PDF في GitHub الخاص بي لمعرفة أين تذهب جميع المكونات. عادة ما يكون من الأرخص طلب هذه المكونات من موزع بالجملة مثل DigiKey أو LCSC. ستجد جدول بيانات يحتوي على قائمة الطلبات الخاصة بي من LCSC في صفحة GitHub التي تحتوي على معظم المكونات الموضحة أعلاه.

على الرغم من عدم الحاجة إلى ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، إلا أنه يمكن أن يساعد في جعل تجميع الدائرة أمرًا سهلاً ويجعلها تبدو أنيقة. يمكن العثور على ملفات Gerber لتصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور في GitHub أيضًا. لقد أجريت بعض الإصلاحات لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور منذ أن حصلت على تصميمي ، لذلك لا حاجة إلى وصلات العبور الإضافية مع التصميم الجديد. هذا لم يتم اختباره ، مع ذلك.

العلبة مطبوعة ثلاثية الأبعاد من PLA ويمكن العثور على الأجزاء هنا. لقد أجريت تغييرات على ملفات CAD لتعكس تغييرات موقع الحفر في PCB. يجب أن يعمل ، لكن يرجى ملاحظة أن هذا لم يتم اختباره.

الخطوة 3: الكود وواجهة المستخدم

لقد استخدمت مكتبة Adafruit GFX لإنشاء واجهة المستخدم للعرض. يمكن العثور على الكود في حسابي على GitHub هنا.

تعرض الصفحة الرئيسية معدل الجرعة ، وعددها في الدقيقة ، وإجمالي الجرعة المتراكمة منذ تشغيل الجهاز. يمكن للمستخدم اختيار وضع التكامل البطيء أو السريع الذي يغير فاصل المجموع المتداول إما إلى 60 ثانية أو 3 ثوانٍ. يمكن تشغيل أو إيقاف تشغيل الجرس و LED بشكل فردي.

توجد قائمة إعدادات أساسية تسمح للمستخدم بتغيير وحدات الجرعة وعتبة التنبيه وعامل المعايرة الذي يربط التكلفة لكل ألف ظهور بمعدل الجرعة. يتم حفظ جميع الإعدادات في EEPROM حتى يمكن استرجاعها عند إعادة ضبط الجهاز.

الخطوة 4: الاختبار والاستنتاج

يقيس عداد جيجر معدل النقر من 15 إلى 30 حسابًا في الدقيقة من إشعاع الخلفية الطبيعي ، وهو ما يعني تقريبًا ما هو متوقع من أنبوب SBM-20. يتم تسجيل عينة صغيرة من خام اليورانيوم على أنها مشعة بشكل معتدل ، عند حوالي 400 CPM ، ولكن عباءة الفانوس الثوري يمكن أن تجعلها تنقر أسرع من 5000 CPM عند رفعها مقابل الأنبوب!

يستهلك عداد جيجر حوالي 180 مللي أمبير عند 3.7 فولت ، لذلك يجب أن تدوم بطارية 2000 مللي أمبير في الساعة حوالي 11 ساعة عند الشحن.

أخطط لمعايرة الأنبوب بشكل صحيح بمصدر قياسي من السيزيوم 137 ، مما يجعل قراءات الجرعة أكثر دقة. للتحسينات المستقبلية ، يمكنني أيضًا إضافة إمكانية WiFi ووظيفة تسجيل البيانات نظرًا لأن ESP8266 يأتي بالفعل مع WiFi مدمج.

أتمنى أن تكون قد وجدت هذا المشروع ممتعًا! يرجى مشاركة التصميم الخاص بك إذا انتهى بك الأمر إلى صنع شيء مشابه!