Contador Geiger de bricolaje con un ESP8266 y una pantalla táctil: 4 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

ACTUALIZACIÓN: VERSIÓN NUEVA Y MEJORADA CON WIFI Y OTRAS CARACTERÍSTICAS AÑADIDAS AQUÍ

Diseñé y construí un Contador Geiger, un dispositivo que puede detectar radiación ionizante y advertir a su usuario de niveles peligrosos de radiación ambiental con el ruido de clic demasiado familiar. ¡También se puede usar al buscar minerales para ver si la roca que encontraste tiene mineral de uranio!

Hay muchos kits y tutoriales disponibles en línea para hacer su propio contador Geiger, pero quería hacer uno que fuera único: diseñé una pantalla GUI con controles táctiles para que la información se muestre de una manera bonita.

Paso 1: teoría básica

El principio de funcionamiento de un contador Geiger es simple. Un tubo de pared delgada con un gas de baja presión en el interior (llamado tubo Geiger-Muller) se energiza con un alto voltaje a través de sus dos electrodos. El campo eléctrico que se crea no es suficiente para causar una ruptura dieléctrica, por lo que no fluye corriente a través del tubo. Eso es hasta que una partícula o fotón de radiación ionizante lo atraviesa.

Cuando la radiación beta o gamma pasa, puede ionizar algunas de las moléculas de gas en el interior, creando electrones libres e iones positivos. Estas partículas comienzan a moverse debido a la presencia del campo eléctrico, y los electrones alcanzan la velocidad suficiente para terminar ionizando otras moléculas, creando una cascada de partículas cargadas que conducen la electricidad momentáneamente. Este breve pulso de corriente puede ser detectado por el circuito que se muestra en el esquema, que luego se puede usar para crear el sonido de clic o, en este caso, alimentar al microcontrolador que puede hacer cálculos con él.

Estoy usando el tubo SBM-20 Geiger ya que es fácil de encontrar en eBay y bastante sensible a la radiación beta y gamma.

Paso 2: Piezas y construcción

Usé la placa NodeMCU basada en el microcontrolador ESP8266 como cerebro para este proyecto. Quería algo que se pueda programar como un Arduino pero que sea lo suficientemente rápido como para manejar la pantalla sin demasiado retraso.

Para el suministro de alto voltaje, utilicé este convertidor elevador HV DC-DC de Aliexpress para suministrar 400V al tubo Geiger. Solo tenga en cuenta que al probar el voltaje de salida, no puede medirlo directamente con un multímetro; la impedancia es demasiado baja y el voltaje caerá, por lo que la lectura será inexacta. Cree un divisor de voltaje con al menos 100 MOhms en serie con el multímetro y mida el voltaje de esa manera.

El dispositivo funciona con una batería 18650 que se alimenta a otro convertidor elevador que suministra 4.2V constantes para el resto del circuito.

Aquí están todos los componentes necesarios para el circuito:

• Tubo GM SBM-20 (muchos vendedores en eBay)
• Convertidor de refuerzo de alto voltaje (AliExpress)
• Convertidor de impulso para 4.2V (AliExpress)
• Placa NodeMCU esp8266 (Amazon)
• Pantalla táctil SPI de 2,8 "(Amazon)
• Celda de iones de litio 18650 (Amazon) O cualquier batería LiPo de 3,7 V (500+ mAh)
• Soporte de celda 18650 (Amazon) Nota: este soporte de batería resultó ser demasiado grande para el PCB y tuve que doblar los pines hacia adentro para poder soldarlo. Recomendaría usar una batería LiPo más pequeña y soldar los cables JST a las almohadillas de la batería en la PCB.

Se necesitan varios componentes electrónicos (es posible que ya tenga algunos de estos):

• Resistencias (ohmios): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1.8M, 3M. Recomiende obtener resistencias de 10 M para hacer el divisor de voltaje necesario para medir la salida de alto voltaje.
• Condensadores: 220 pF
• Transistores: 2N3904
• LED: 3 mm
• Zumbador: cualquier zumbador piezoeléctrico de 12-17 mm
• Portafusibles 6.5 * 32 (para sujetar el tubo Geiger de forma segura)
• Interruptor de palanca 12 mm

Consulte el esquema PDF en mi GitHub para ver dónde van todos los componentes. Por lo general, es más barato pedir estos componentes a un distribuidor a granel como DigiKey o LCSC. Encontrarás una hoja de cálculo con mi lista de pedidos de LCSC en la página de GitHub que contiene la mayoría de los componentes que se muestran arriba.

Si bien no se necesita una placa de circuito impreso, puede ayudar a que el montaje del circuito sea fácil y que se vea ordenado. Los archivos Gerber para la fabricación de PCB también se pueden encontrar en mi GitHub. He realizado algunas correcciones en el diseño de PCB desde que obtuve el mío, por lo que los puentes adicionales no deberían ser necesarios con el nuevo diseño. Sin embargo, esto no ha sido probado.

El estuche está impreso en 3D en PLA y las piezas se pueden encontrar aquí. He realizado cambios en los archivos CAD para reflejar los cambios de ubicación de perforación en la PCB. Debería funcionar, pero tenga en cuenta que no se ha probado.

Paso 3: código e interfaz de usuario

Usé la biblioteca Adafruit GFX para crear la interfaz de usuario para la pantalla. El código se puede encontrar en mi cuenta de GitHub aquí.

La página de inicio muestra la tasa de dosis, recuentos por minuto y la dosis total acumulada desde que se encendió el dispositivo. El usuario puede elegir un modo de integración lento o rápido que cambia el intervalo de suma continua a 60 segundos o 3 segundos. El zumbador y el LED se pueden encender o apagar individualmente.

Hay un menú de configuración básica que permite al usuario cambiar las unidades de dosis, el umbral de alerta y el factor de calibración que relaciona el CPM con la tasa de dosis. Todas las configuraciones se guardan en la EEPROM para que puedan recuperarse cuando se reinicia el dispositivo.

Paso 4: prueba y conclusión

El contador Geiger mide una tasa de clics de 15 a 30 cuentas por minuto a partir de la radiación de fondo natural, que es lo que se espera de un tubo SBM-20. Una pequeña muestra de mineral de uranio se registra como moderadamente radiactiva, alrededor de 400 CPM, pero un manto de linterna toriado puede hacer que haga clic más rápido que 5000 CPM cuando se sostiene contra el tubo.

El contador Geiger consume alrededor de 180 mA a 3,7 V, por lo que una batería de 2000 mAh debería durar alrededor de 11 horas con una carga.

Planeo calibrar correctamente el tubo con una fuente estándar de Cesio-137, lo que hará que las lecturas de la dosis sean más precisas. Para futuras mejoras, también podría agregar capacidad WiFi y funcionalidad de registro de datos, ya que el ESP8266 ya viene con WiFi incorporado.

¡Espero que este proyecto les haya resultado interesante! ¡Comparte tu construcción si terminas haciendo algo similar!