Простой дозиметр на Arduino Nano своими руками

Как сделать счетчик Гейгера своими руками: схема сборки бытового дозиметра в домашних условиях

Привет всем! Как ваши дела? Сегодня я хочу показать вам, как сделать счетчик Гейгера своими руками. Я начал создавать этот прибор примерно в начале прошлого года. С тех пор он претерпел мою лень и три полных переосмысления.

Идея сделать бытовой дозиметр появилась в самом начале моего увлечения электроникой, идея радиации всегда интересовала меня.

Шаг 1: Теория

Итак, дозиметр — на самом деле очень простой прибор, нам нужен чувствительный элемент, в нашем случае трубка Гейгера, питание для неё, обычно около 400V постоянного тока и индикатор, в простейшем случае это может быть обычный динамик. Когда ионизирующее излучение ударяется о стенку счётчика Гейгера и выбивает из неё электроны, оно заставляет газ в трубке стать проводником, поэтому ток идёт прямо на динамик и заставляет его щелкать, если вам интересно, то в сети можно найти гораздо лучшее объяснение.

Я думаю, все согласятся, что щелки — не самый информативный индикатор, тем не менее, у него есть возможность оповещать об увеличении радиационного фона, но подсчет радиации при помощи секундомера для более точных результатов — штука довольно странная, поэтому я решил добавить устройству немного мозгов.

Шаг 2: Дизайн

Давайте перейдём к практике. В качестве мозгов я выбрал Ардуино нано, программа очень проста, она считает пульс в трубке за определенное время и отображает его на экране, также она показывает милый значок-предупреждение о радиационной опасности и уровень заряда батареи.

В качестве источника энергии я использую батарейку 18650, но Ардуино нужно 5V, поэтому я встроил повышающий преобразователь DC-DC и литий-ионный аккумулятор, чтобы сделать устройство полностью автономным.

Шаг 3: Высоковольтный DC-DC

Я хорошо потрудился над высоковольтным источником питания, сделав его вручную, намотав трансформатор примерно на 600 витков на вторичной катушке, упаковав его с МОП-транзистором и PWM на Ардуино. Всё работает, но мне хотелось, чтобы вещи оставались простыми.

Всегда лучше, когда ты можешь просто купить 5 модулей, припаять 10 проводов и получить рабочий девайс, чем наматывать катушки и прикручивать PWM, ведь я хочу, чтобы каждый мог повторить моё устройство. Так что я нашел высоковольтный повышающий конвертер DC-DC, очень странно, но его оказалось очень трудно найти и самые популярные модули имели всего по 100 продаж.

Я заказал его, сделал новый корпус, но когда начал тестирование, он выдавал максимум 300V, в то время как в описании говорилось, что он выдаёт до 620V. Я попытался починить его, но проблема, скорее всего, была в трансформаторе. В любом случае, я заказал другой модуль, и он был другого размера, хотя описание было одинаковым… Я вернул свои деньги за первый модуль, но сохранил его, потому что он давал 400V, которые нам нужны, может быть максимум 450V, вместо 1200 (в китайских измерительных приборах что-то работает совсем неправильно…) В общем, я просто заново открыл спор…

Шаг 4: Компоненты

Итак, в итоге дизайн счетчика Гейгера Мюллера почти полностью состоит из этих модулей:

Высоковольтный повышающий конвертер DC-DC (Aliexpress или Amazon)
Зарядник (Aliexpress или Amazon)
5V повышающий преобразователь DC-DC (Aliexpress или Amazon)
Ардуино нано (Aliexpress или Amazon)
OLED—экран на этих фотографиях 128*64, но в итоге я использовал 128*32 (Aliexpress или Amazon)
Также нам нужен транзистор 2n3904 (Aliexpress или Amazon)
Резисторы 10M и 210K (Aliexpress или Amazon)
Конденсатор 470pf (Aliexpress или Amazon)
Кнопка-переключатель (Aliexpress или Amazon)

Аккумулятор, опциональную активную пьезо-трещалку и сам счетчик Гейгера я использовал старые советские. Модель STS-5 довольно дешевая и её легко найти на Ибэй или Амазоне, она также совместима с трубкой SBM-20 или любой другой, вам нужно просто задать параметры в программе, в моём случае количество микрорентген в час равно количеству импульсов трубки за 60 секунд. И да, вот модель кейса, напечатанного на 3Д-принтере: ссылка.

Также есть довольно дешевые наборы для создания счетчика Гейгера, которые могут вас заинтересовать: (Aliexpress или Amazon)

Шаг 5: Сборка

Давайте начнём сборку. Первое, что нужно сделать, это настроить вольтаж на высоковольтном DC-DC с потенциометром. Для STS-5 нам нужно примерно 410V. Затем просто спаяйте все модули по схеме, я использовал однопроволочные провода, это повышает стабильность конструкции и даёт возможность собрать устройство на столе, а затем просто поместить его в кейс.

Важный момент состоит в том, что нам нужно соединить минус на входе и выходе высоковольтного конвертера, я просто припаял штекер. Так как мы не можем просто присоединить Ардуино к 400V, нам понадобится простая схема с транзистором, я просто спаял их навесным методом и обернул в термоусадочную трубку, резистор 10MΩ от +400V был закреплен прямо на коннекторе.

Лучше сделать медный кронштейн для трубки, но я просто накрутил провод по кругу, всё работает нормально, не меняйте плюс и минус счетчика Гейгера. Я подсоединил дисплей к съемному кабелю, тщательно его изолировал, так как он располагался очень близко к высоковольтному модулю. Немного горячего клея. И сборка завершена!

Шаг 6: Финал

Помещаем всё в кейс, и мы готовы к тестам. Но у меня нет ничего для тестов в домашних условиях, но, кстати, фоновая радиация должна сработать. Что я могу сказать? Девайс работает. Да, всё верно. Но я вижу множество способов улучшить его, например больший дисплей, чтобы можно было отображать графические элементы, модуль Bluetooth, или использовать Зиверты вместо Рентгена.

Читать еще: Деревянный молот своими руками

Меня девайс устраивает, но если вы улучшите его, пожалуйста, поделитесь вашим устройством! Спасибо за просмотр, увидимся в следующий раз!

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Делаем своими руками спирометр на основе Ардуино Нано

Спирометр – это инструмент, используемый для измерения объема вдыхаемого и выдыхаемого воздуха нашими легкими. И сегодня мы научимся делать этот прибор на основе Arduino Nano.

О проекте

В этом уроке я создам очень простой спирометр, используя Arduino и датчик давления. Хотя этот проект не сможет претендовать на истинный прибор с точными значениями спирометрии, но вы узнаете, как работает спирометрический аппарат.

Мы будем использовать датчик давления воздуха MPX5010DP с Arduino Nano. Всякий раз, когда мы выпускаем воздух в трубу, датчик собирает данные и отправляет их в Arduino Nano. Достаточная калибровка необходима после первоначальной настройки, чтобы получить точные результаты.

Что такое спирометрия?

По сути, спирометрия – это физиологический тест, который оценивает силу ваших легких, используя датчик для измерения максимального количества воздуха, которое вы можете вдохнуть и выдохнуть. Для того, чтобы быть по-настоящему приемлемым с медицинской точки зрения, спирометрическое тестирование должно проводиться трижды воспроизводимым методом для определения принудительной жизненной емкости (FVC).

Почему важна спирометрия?

Ваш врач может посоветовать спирометрию, если у вас одышка, кашель или храп. Он может помочь диагностировать такие проблемы, как муковисцидоз, ХОБЛ и астма, или может проверить функцию легких перед операцией.

Врач или медсестра будут использовать спирометрию, чтобы проверить прогресс человека как часть лечения хронического заболевания легких. Это поможет определить влияние лекарств, включая то, как они контролируют состояние в соответствии с вашей болезнью.

Выполнение теста спирометрии

Чтобы обеспечить точные результаты теста, носите свободную одежду и не ешьте еду непосредственно перед тестом. Также избегайте следующих действий:

Курение в течение 24 часов после тестирования
Физическая нагрузка
Употребление алкоголя

Тест состоит из следующих этапов:

Зажим помещается на носу, чтобы закрыть ноздри.
Вдохните как можно больше воздуха, чтобы наполнить легкие.
Плотно прижмите губы к горловине трубки.
Дышите прямо в трубку как можно быстрее и сильнее в течение нескольких секунд.

В нашем проекте придется дышать в трубку в течение пяти секунд.

Комплектующие

Для создания на основе Ардуино спирометра нам понадобятся следующие комплектующие:

Arduino Nano
MPX5010DP сенсор давления
Символьный ЖК-дисплей 16X2 I2c
Макет
Перемычки
Труба ПВХ около 30 см на 4 см
Гибкая трубка для датчика
Пенный круг (для трубы)
Горячий клеевой пистолет

Создание спирометра

Сначала сделайте два отверстия в трубе из ПВХ. Первое соединение делаем в начале трубы, а другое в 3-4 см от конца. Эти отверстия предназначены для вставки прозрачных пластиковых трубок в трубу из ПВХ, как показано ниже.

Далее, используя пену, вырезаем круглую форму, которая может поместиться внутри одного конца трубы. Вы можете прикрепить ее к трубе, используя горячий клей. Создайте маленькое отверстие в центре для выпуска избыточного воздуха, как показано на фото ниже.

Теперь вставьте две трубки в датчик давления. Вы можете использовать стяжки на молнии для более плотного соединения.

Таким образом должно получится следующее:

Схема соединения MPX5010DP и Arduino Nano

Теперь переходим к схеме соединения MPX5010DP и Arduino Nano. Датчик давления воздуха подключен к выводу A0 Arduino Nano, а линии данных ЖК-дисплея I2C подключены к контактам A4 и A5. Кроме того, вы можете подключить зуммер и светодиоды для обратной связи по окончании теста.

Код проекта

Чтобы использовать спирометр, загрузите код, который вы можете скопировать или скачать ниже.

Вдувайте воздух в трубку в течение 5 (пяти) секунд. Затем вы можете проверить результат спирометра на ЖК-экране. После завершения теста вы можете нажать кнопку «Сброс», чтобы перезагрузить устройство для нового теста.

Простой дозиметр на Arduino Nano своими руками

Одна из главных опасностей ионизирующего излучения состоит в том, что человек своими органами чувств не способен его никак зарегистрировать и даже получение дозы превышающей смертельную скажется спустя часы после облучения. Это приводит к тому, что радиация идеально укладывается в образ незримой смерти, которая пугает многих людей гораздо больше других вполне реальных опасностей [1-2]. Так что этой угрозе часто придают больше внимания, чем она того заслуживает на практике.

Таким образом, приобретение, либо конструирование, специального прибора для измерения уровня радиации является весьма актуальным. Индикатор радиоактивности позволит точно установить стоит ли опасаться того или иного предмета. Для радиолюбителей в шкафах, у которых можно порой найти весьма неожиданные артефакты, это особенно актуально. В простейшем случае индикатор радиоактивности должен сигнализировать о заметном повышении радиационного фона, а в идеале позволять количественно оценить уровень радиации и соответственно степень опасности. Разумеется, в сети Интернет можно найти массу материалов, полезных для самостоятельного конструирования индикаторов радиоактивности разной степени сложности [3-7]. В простейшем случае можно воспроизвести индикаторы, которые не измеряют уровень радиации, а просто сигнализируют о повышении уровня радиации [8-14]. При нежелании изготавливать с нуля достаточно сложный узел со счетчиком Гейгера, высоковольтным источником питания и схемой первичной обработки сигнала хорошо подойдет соответствующий модуль для аппаратной плат формы Arduino [15], о котором дальше и пойдет речь.

Данный модуль можно питать непосредственно от платы Arduino, ток потребляемый устройством составляет около 14 мА.

Читать еще: Самодельные столы и стулья, стол своими руками и сделай сам стул

Следует заметить, что выключатель питания, при таком способе подачи питания не работает и от его положения ничего не зависит.

Процесс радиоактивного распада это абсолютно случайный процесс и предсказать когда придет сигнал о срабатывании детектора совершенно невозможно, по этой причине информацию о таком событии надо обработать как можно быстрее. Для этого хорошо подходит процедура прерывания [16-20]. Автору удалось найти описание вот такого аппаратно-программного комплекса, который представляет собой индикатор радиоактивности, подключаемый к компьютеру [21]. Использованный в данной схеме модуль заметно отличается от имеющегося у автора, однако, среди прочего в состав проекта входит код для платы Arduino [22], который выдает в последовательный порт количество распадов в минуту (cpm). По сути, программа просто считает все события с нулевого прерывания (второй цифровой порт Arduino) за период 15 с и вычисляет по нему cpm [23]. Как указывается в известной литературе [14], количество событий, регистрируемых счетчиком СТС-5 или СБМ-20 за 40 с, примерно равняется фону радиации в микрорентгенах в час. Следует заметить, что применяемый в данном приборе счетчик Гейгера типа J305 в целом конструктивно сходен с СТС-5 или СБМ-20. Таким образом, результаты счета должны по порядку совпадать с уровнем радиации в микрорентгенах в час. Автор лишь немного подредактировал программу, так что бы считывать данные из монитора последовательного порта было удобнее (программа geiger).

Для начала сравним показания нашего индикатора радиоактивности с показаниями прибора СОЭКС.

В мониторе последовательного порта, хорошо видно, что радиоактивный распад, это случайный процесс. Таким образом, показания от одного цикла измерений к другому могут заметно изменяться, это нормально и не является поводом для беспокойства. Сам по себе нормальный радиационный фон тоже не опасен, все живое на Земле эволюционировало под его воздействием, так что опасаться естественного радиационного фона, это все равно, что бояться солнечного света или дождя, хотя больше половины наших сограждан считает иначе [24]. Причиной кратковременного повышения уровня радиации, может быть, к примеру, ливень вторичных частиц, порожденный космическим излучением [25]. В целом видно, что показания индикатора радиоактивности на Arduino по порядку вполне совпадают с показаниями индикатора радиоактивности СОЭКС.

Естественно интересно посмотреть, как поведет себя прибор при существенном повышении уровня радиации. В качестве «контрольного источника» было использовано пять бусин из уранового стекла [26]. Следует заметить, что уровень радиации от такого «источника» весьма низок даже в упор и быстро уменьшается с расстоянием. Радон урановое стекло, также, по всей видимости, не выделяет [27]. Так, что единственный способ пострадать от такого «источника», это подавиться бусиной. На фотографии, хорошо видно, что линия бусин положена параллельно оси счетчика Гейгера, так, чтобы максимально возможное количество частиц попало в детектор.

В мониторе, последовательного порта, хорошо видно, что показания возросли на порядок.

Для сравнения можно взять туже линию бусин и положить на нее индикатор радиоактивности СОЭКС.

Следует отметить, что линия бусин лежит, на минимально возможном расстоянии от детектора, так чтобы как можно большая часть потока бета-частиц прошла через отверстия в корпусе, которые специально предназначенные для их пропуска.

Хорошо видно, что показания по порядку совпадают, несколько более низкие показания можно объяснить, тем, что пластиковый корпус прибора экранирует часть потока бета частиц.

Разумеется, подобная «калибровка» индикатора радиоактивности носит очень приблизительный характер, хотя бы потому, что бытовой индикатор радиоактивности СОЭКС, далеко не лабораторный прибор. Кроме этого на показания может влиять множество других факторов. Одним из самых значительных может являться изменение взаимной геометрии источника и детектора излучения. К примеру, просто повернем детектор радиации на 90 градусов, так что бы линия бусин была перпендикулярна оси детектора.

Хорошо видно, что при этом показания снизились почти в три раза, из-за того, что теперь, гораздо меньше частиц может пролететь через детектор.
В целом даже просто измерение радиации от такого близкого бета-источника в микрорентгенах в час это условность, и вообще-то так делать нельзя [28-30]. Еще можно положить бусины сбоку от детектора, так, что бы корпус экранировал бета-частицы.

Как понимает автор, изрядная часть историй о том, что «дозиметр специально так сделан, что бы занижать показания» связана именно с неумением правильно организовать процесс измерения. Еще в качестве примера можно вспомнить дозиметр «Белла» [31] у которого счетчик Гейгера закрыт свинцовым экраном, что, по мнению некоторых впечатлительных граждан явно указывает на «заговор» с целью скрыть от людей реальный уровень радиационного фона. На самом деле данный прибор предназначен, для того чтобы работать с гамма-излучением, которое, как известно, обладает высокой проникающей способностью. Тонкий свинцовый экран призван отсечь бета-излучение проникающая способность которого гораздо меньше. При этом бывают дозиметры, у которых такой свинцовый экран является съемным, например «Терра» [32]. Одним словом процесс получения объективных данных об уровне радиации весьма не прост и требует как минимум хорошего знания возможностей своего измерительного прибора, усреднения показаний за значительный интервал времени, учета влияния взаимной геометрии источника и детектора и т.п.

1) Ричард Д.Миллер Физика для будущих президентов – М.: Астрель: Полиграфиздат, 2011
2) Александр Константинов Занимательная радиация. Всё, о чём вы хотели спросить: чем нас пугают, чего мы боимся, чего следует опасаться на самом деле, как снизить риски – Новоуральск.: ООО Аристократ, 2016.
3) http://forum.rhbz.org/topic.php?forum=80&topic=51
4) http://forum.cxem.net/index.php?/topic/195844-совет-по-подключению-счётчиков-гейгера/
5) http://radiokot.ru/circuit/digital/measure/60/
6) https://pikabu.ru/story/schetchik_geygera_dlya_arduino_4990796
7) http://arduino.ru/forum/programmirovanie/schetchik-geigera-arduino
8) http://radioskot.ru/publ/byttekhnika/dozimetr_bytovoj_dgb_05b/21-1-0-898
9) http://radioskot.ru/publ/byttekhnika/schetchik_ionizirujushhikh_chastic/21-1-0-904
10) Лекомцев Д. Г. Демонстрационный индикатор радиоактивного излучения. Журнал Радио №1 2015, с. 40-41
11) Даниленко В., Кочетов Н. В лучах Беккереля. Журнал Моделист конструктор №5 1994 г. c.14-16
12) Даниленко В., Кочетов Н. В лучах Беккереля. Журнал Моделист конструктор №6 1994 г. с.28-30
13) Клементьев С. Самодельный радиометр. Журнал Юный техник №1 1956 г. с.64-65
14) Поляков В. Индикатор радиоактивности. Журнал Юный техник №7 2011 г. с.74-78
15) Здесь должна быть ссылка на мою статью Детектор радиации
16) http://radioprog.ru/post/114
17) https://all-arduino.ru/programmirovanie-arduino/attachinterrupt/
18) http://robotosha.ru/arduino/arduino-interrupts.html
19) https://all-arduino.ru/arduino-dlya-nachinayushhih-urok-14-preryvaniya/
20) http://robocraft.ru/blog/arduino/45.html
21) http://www.rhelectronics.net/store/radiation-logger.html
22) http://radioshem.net/index.php?newsid=149
23) https://modernsurvivalblog.com/nuclear/radiation-geiger-counter-the-radiation-network/
24) https://wciom.ru/index.php?id=236&uid=111345
25) http://livni.jinr.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=184&Itemid=102&lang=ru
26) https://www.youtube.com/watch?v=oGtfbQZD4uE&index=9&list=PLjrd8KXBP-Aohp0mEFUz21gh4nHuEddxu
27) https://www.youtube.com/watch?v=MJVQZhTaMbU
28) https://www.youtube.com/watch?v=jasPSAIk428&index=22&list=PLjrd8KXBP-Aohp0mEFUz21gh4nHuEddxu
29) https://www.youtube.com/watch?v=h4d5AUp-U2s&list=PLjrd8KXBP-Aohp0mEFUz21gh4nHuEddxu&index=20
30) https://www.youtube.com/watch?v=2xpHH0yJl2A&list=PLjrd8KXBP-Aohp0mEFUz21gh4nHuEddxu&index=24
31) http://forum.rhbz.org/topic.php?forum=2&topic=162
32) http://forum.rhbz.org/topic.php?forum=77&topic=1

Читать еще: Делаем воблер из пробки своими руками

Архив с программой. Специально для сайта Радиосхемы – Denev

Простой дозиметр на Arduino Nano своими руками

Доброго времени суток, уважаемые самоделкины!
В этой статье Константин, мастерская How-todo, подробно покажет способ изготовления простого дозиметра на Arduino nano и СБМ20 (СТС-5).

Дозиметр, по своему принципу работы — это весьма простое устройство.

Для его сборки нам потребуется:

Собственно, устройство регистрации заряженных частиц, в качестве которого мы будем использовать трубку Гейгера.

Высоковольтный источник питания для нее, с выходным напряжением около 400 В.
Устройство индикации, звуковой или световой, которое будет сообщать о пробоях в трубке.

В простейшем случае в качестве индикатора можно использовать динамик.

Заряженная частица, ударяясь о стенку счетчика, выбивает из нее электроны.
И в газе, которым заполнена трубка, возникает пробой. На очень короткое время через трубку поступает питание на динамик, и он щелкает. Конечно же, все согласятся, что щелчки — это не самый лучший способ получения информации.

Щелчки, конечно, смогут предупредить о повышении фона, но подсчитывать их при помощи секундомера, для получения точных показаний, просто устаревший метод.

Воспользуемся новыми технологиями, и прикрутим к трубке электронный мозг с дисплеем.

Переходим к практике. Электроника представлена в виде платы Arduino nano.
Программа весьма проста, она подсчитывает количество пробоев трубки за определенный временной интервал, и выводит полученные данные на экран.

Также в момент пробоя отображается символ радиации, а также индикатор заряда батареи.

Источником питания устройства служит аккумулятор 18650.

По причине того, что плата arduino питается от 5Вольт, установлен модуль с преобразователем.
Также установлена плата управления зарядкой аккумулятора, чтобы устройство было полностью автономным.

Трудности начались, когда автор стал решать вопрос с высоковольтным преобразователем.
Первоначально он сделал его сам. Намотал трансформатор на ферритовом сердечнике, порядка 600 витков вторички.

Сигнал на него подал из встроенного в Arduino ШИМ. Через транзистор это работает вполне нормально.

Автору же мне хотелось сделать конструкцию доступной для повторения любому, даже начинающему самоделкину.
Спустя некоторое время, Константин нашел высоковольтные преобразователи на алиэкспрессе.
Начнем испытывать покупную версию. Выдал он максимально 300 Вольт, при заявленных аж 620.

Заказав другой, он оказался других размеров, при том, что в описании указаны предыдущие.
Последний преобразователь таки сподобился выдать необходимое напряжение в 400 В, максимальное составило 450, при заявленном производителем 1200В.

Переделываем корпус под другой размер преобразователя.

В конечном итоге у нас получается конструкция, которая почти полностью состоит из модулей.

Плата управления зарядом АКБ.

5 вольтовый повышающий модуль.

Мозг в виде arduino nano.

Дисплей 128 на 64, но в итоге будет применен 128 на 32 пикселя.

Также потребуются транзисторы 2N3904, резисторы на 10МОм и 10КОм, конденсатор емкостью 470пФ.

Аккумуляторная батарея, buzzer со встроенным генератором.

И, конечно, главный элемент — счетчик Гейгера, примененная модель СТС5.

Ее можно заменить на похожий, СБМ20, да и в принципе любой похожий.
При замене счетчика необходимо будет вносить коррективы в программу, согласно документации датчика.
У использованного счетчика СТС5 количество микрорентген в час соответствуют количеству пробоев в трубке за 60 секунд.

Корпус, как обычно, распечатан на 3D принтере.