Compteur Geiger DIY avec un ESP8266 et un écran tactile : 4 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

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J'ai conçu et construit un compteur Geiger - un appareil capable de détecter les rayonnements ionisants et d'avertir son utilisateur des niveaux de rayonnement ambiant dangereux avec le bruit de clic bien trop familier. Il peut également être utilisé lors de la recherche de minéraux pour voir si la roche que vous avez trouvée contient du minerai d'uranium !

Il existe de nombreux kits et didacticiels disponibles en ligne pour créer votre propre compteur Geiger, mais je voulais en créer un qui soit unique - j'ai conçu un écran graphique avec des commandes tactiles pour que les informations soient affichées de manière attrayante.

Étape 1: Théorie de base

Le principe de fonctionnement d'un compteur Geiger est simple. Un tube à paroi mince contenant un gaz à basse pression (appelé tube Geiger-Muller) est alimenté par une haute tension entre ses deux électrodes. Le champ électrique qui est créé n'est pas suffisant pour provoquer un claquage diélectrique - donc aucun courant ne circule dans le tube. C'est jusqu'à ce qu'une particule ou un photon de rayonnement ionisant le traverse.

Lorsque le rayonnement bêta ou gamma le traverse, il peut ioniser certaines des molécules de gaz à l'intérieur, créant des électrons libres et des ions positifs. Ces particules commencent à se déplacer en raison de la présence du champ électrique, et les électrons prennent en fait une vitesse suffisante pour finir par ioniser d'autres molécules, créant une cascade de particules chargées qui conduisent momentanément l'électricité. Cette brève impulsion de courant peut être détectée par le circuit montré dans le schéma, qui peut ensuite être utilisé pour créer le clic, ou dans ce cas, envoyé au microcontrôleur qui peut faire des calculs avec lui.

J'utilise le tube Geiger SBM-20 car il est facile à trouver sur eBay et assez sensible aux rayonnements bêta et gamma.

Étape 2: Pièces et construction

J'ai utilisé la carte NodeMCU basée sur le microcontrôleur ESP8266 comme cerveau pour ce projet. Je voulais quelque chose qui puisse être programmé comme un Arduino mais qui soit suffisamment rapide pour piloter l'affichage sans trop de décalage.

Pour l'alimentation haute tension, j'ai utilisé ce convertisseur élévateur DC-DC HV d'Aliexpress pour fournir 400V au tube Geiger. Gardez simplement à l'esprit que lors du test de la tension de sortie, vous ne pouvez pas la mesurer directement avec un multimètre - l'impédance est trop faible et la tension chutera donc la lecture sera inexacte. Créez un diviseur de tension avec au moins 100 MOhms en série avec le multimètre et mesurez la tension de cette façon.

L'appareil est alimenté par une batterie 18650 qui alimente un autre convertisseur boost qui fournit une tension constante de 4,2 V pour le reste du circuit.

Voici tous les composants nécessaires au circuit:

• Tube SBM-20 GM (beaucoup de vendeurs sur eBay)
• Convertisseur de suralimentation haute tension (AliExpress)
• Convertisseur Boost pour 4.2V (AliExpress)
• Carte NodeMCU esp8266 (Amazon)
• Écran tactile SPI 2,8" (Amazon)
• Cellule Li-ion 18650 (Amazon) OU toute batterie LiPo 3,7 V (500+ mAh)
• Support de cellule 18650 (Amazon) Remarque: ce support de batterie s'est avéré un peu trop gros pour le PCB et j'ai dû plier les broches vers l'intérieur pour pouvoir le souder. Je recommanderais d'utiliser une batterie LiPo plus petite et de souder les fils JST aux plots de la batterie sur le PCB à la place.

Divers composants électroniques nécessaires (vous en possédez peut-être déjà):

• Résistances (Ohms): 330, 1K, 10K, 22K, 100K, 1,8M, 3M. Recommandez d'obtenir des résistances de 10 M pour fabriquer un diviseur de tension nécessaire pour mesurer la sortie haute tension.
• Condensateurs: 220 pF
• Transistors: 2N3904
• DEL: 3 mm
• Buzzer: tout buzzer piézo de 12-17 mm
• Porte-fusible 6.5*32 (pour fixer solidement le tube Geiger)
• Interrupteur à bascule 12 mm

Veuillez vous référer au schéma PDF dans mon GitHub pour voir où vont tous les composants. Il est généralement moins cher de commander ces composants auprès d'un distributeur en gros comme DigiKey ou LCSC. Vous trouverez une feuille de calcul avec ma liste de commandes de LCSC sur la page GitHub qui contient la plupart des composants indiqués ci-dessus.

Bien qu'un PCB ne soit pas nécessaire, il peut faciliter l'assemblage du circuit et lui donner un aspect soigné. Les fichiers Gerber pour la fabrication de PCB peuvent également être trouvés dans mon GitHub. J'ai apporté quelques corrections à la conception du PCB depuis que j'ai reçu la mienne, donc les cavaliers supplémentaires ne devraient pas être nécessaires avec la nouvelle conception. Cela n'a cependant pas été testé.

Le boîtier est imprimé en 3D à partir de PLA et les pièces peuvent être trouvées ici. J'ai apporté des modifications aux fichiers CAO pour refléter les changements d'emplacement de forage dans le PCB. Cela devrait fonctionner, mais veuillez noter que cela n'a pas été testé.

Étape 3: Code et interface utilisateur

J'ai utilisé la bibliothèque Adafruit GFX pour créer l'interface utilisateur de l'affichage. Le code peut être trouvé dans mon compte GitHub ici.

La page d'accueil affiche le débit de dose, le nombre de coups par minute et la dose totale accumulée depuis la mise sous tension de l'appareil. L'utilisateur peut choisir un mode d'intégration lent ou rapide qui modifie l'intervalle de somme glissante à 60 secondes ou 3 secondes. Le buzzer et la LED peuvent être activés ou désactivés individuellement.

Il existe un menu de paramètres de base qui permet à l'utilisateur de modifier les unités de dose, le seuil d'alerte et le facteur d'étalonnage qui relie le CPM au débit de dose. Tous les paramètres sont enregistrés dans l'EEPROM afin qu'ils puissent être récupérés lorsque l'appareil est réinitialisé.

Étape 4: Test et conclusion

Le compteur Geiger mesure un taux de clics de 15 à 30 coups par minute à partir du rayonnement de fond naturel, ce qui correspond à peu près à ce que l'on attend d'un tube SBM-20. Un petit échantillon de minerai d'uranium s'enregistre comme modérément radioactif, à environ 400 CPM, mais un manteau de lanterne au thorié peut le faire cliquer plus rapidement que 5000 CPM lorsqu'il est maintenu contre le tube !

Le compteur Geiger consomme environ 180 mA à 3,7 V, donc une batterie de 2000 mAh devrait durer environ 11 heures avec une charge.

Je prévois de calibrer correctement le tube avec une source standard de Césium-137, ce qui rendra les lectures de dose plus précises. Pour les améliorations futures, je pourrais également ajouter une capacité WiFi et une fonctionnalité d'enregistrement de données puisque l'ESP8266 est déjà livré avec le WiFi intégré.

J'espère que vous avez trouvé ce projet intéressant ! S'il vous plaît partagez votre build si vous finissez par faire quelque chose de similaire !