Статистика
Время:
Зарегистрированных: 83062
Последним зарегистрирован: skif2025
Рекорд посещаемости: 12585
Групп пользователей: 4
 Группы:
[Admin] [Cоучастник] [Автор] [Модератор]
 Сейчас на сайте
 Всего: 179
 Гостей: 146
 Анонимных: 3
 Пользователей: 30
 Зарегистрированные:
Vit9xr tvi feliks Niculas krest steelan83 blaze LOGR hlopoleg Rikki radiofan grab Werewolf Виктр klausspezial Alexavc h2987Y5Q2q54B amzodiak dimasg tillman vladko Epsilon pasadenec fifteenth SSh1957 Aries FANATIK Rifle andynvkz AlexZimin

> Дозиметры -> Дозиметр MyGeiger
Дозиметр MyGeiger

Автор: Paodaf
также опубликовано на:
http://mygeiger.org

UPD 10/08/13 Добавлена схема и прошивка для смд дозиметра на PIC16F648A. Смотрим внизу страницы!

UPD 26/09/13 В статье обновлена прошивка для дозиметра на PIC16F876A от 19/09/13
UPD 22/02/14 Добавлена урезанная версия прошивки PIC16F628A для смд дозиметра
UPD 11/05/15 Добавлены обновленные прошивки для PIC16F648A для смд дозиметра до версии 1.02

image

Схема Дозиметра (от 15.03.2013)
Печатная Плата
Расположение Элементов на Плате
Крупное фото готовой платы
Список Компонентов BOM
Прошивка для PIC16F876A (от 19.09.2013)
Видео работы / переключения режимов / калибровки


Данная разработка находится в свободном доступе. Все интересующиеся могут повторять и использовать этот прибор, но напомню что измерение уровня радиации может быть не точное, поэтому не советую полагаться на показания прибора если вы находитесь в сильно загрязненной области чтобы избежать вреда здоровью. Помните что проект задумывался как образовательный.
К плате дозиметра может быть подключена любая из доступных вам трубка гейгера. Я советую использовать СБМ-20, СТС-5, J305, СИ-29БГ, СБТ-11, M4011 или LDN712.

Преобразователь высокого напряжения

Мое простое описание работы преобразователя:
схема без трансформатора что гарантирует ее легкую повторяемость. IC2 CMOS 555 генерирует прямоугольные импульсы около 14КГц. Из-за того что Т2 постоянно открывается и закрывается, на индукторе L2 происходят скачки тока с напряжением около 200В. Так как трубка потребляет очень маленький ток, около нескольких мкА, то преобразователь работает как источник постоянного напряжения. После умножителя получаем напряжение от 350-450В. Точная регулировка производится многооборотным потенциометром Р1 благодаря обратной связи на Т1. Как только импульсы тока становятся слишком большими Т1 прикрывает таймер тем самым уменьшая напряжение. Напряжение на выходе преобразователя немного меняется при разряде батареек, но его значения остаются в пределах плато трубки. Можно использовать и обычный NE555 вместо CMOS555, но надо помнить что NE555 не работает на напряжениях ниже 4.5В и требует конденсатор на 5 выводе. Диоды нужны быстрые 1N4937 / FR157 / UF4007. Катушка L2 должна быть 10 мили-генри на ферритовом сердечнике 6х8 или 8х10, а не зеленая индуктивность ввиде резистора! R13 это нагрузочный резистор трубки и он устанавливается согласно даташиту (5-15 мега Ом). Подбором R7 можно тоже немного менять выходное напряжение. Его нужно слегка уменьшить если вам нужно 500В а не 400В.

Настройку высокого напряжения нужно производить с помощью внешнего 100М делителя так как внутреннее сопротивление мультиметра перегрузит схему! Соединяем десять 10М последовательных резисторов и мультиметр и ставим в точку HV TP, потом замеряем напряжение. Реальное паряжение вычисляется по формуле:
Vout = Vread * ((100M + Rvoltmeter) / Rvoltmeter)
Где Rvoltmeter это внутреннее сопротивление вашего мультиметра. Естественно, регулировку напряжения надо производить когда трубка и микроконтроллер отключены от платы.

Описание работы похожего высоковольтного преобразователя на 555
Страница 44, Tom Napier "Biasing Geiger Tube" Nuts and Volts Jan 2004

Я советую использовать CMOS555, но если вы не можете ее найти то можно заменить на обычный NE555, только не забудьте подпаять 10нФ конденсатор с пятой ножки на землю. Питающее напряжение в этом случае не должно опускаться ниже 4.5В иначе таймер не запускается.

Схема индикации

Регистрация и усиление импульсов выполнена на NPN транзисторе Т3. Транзистор работает в режиме электронного ключа – каждый раз когда с трубки приходит импульс он открывается меняя тем самым логический уровень на его коллекторе. Эта смена состояний является триггером для микроконтроллера и для IC3. На IC3 таймере собран одновибратор. Его задача растянуть слишком короткий импульс до 50 мкс чтобы мигнуть диодом и включить буззер. Пищалка, обратите внимание, должна работать от постоянного напряжения (active type 5V).

Цифровая часть PIC16F876A

Данная прошивка дозиметра позволяет измерять количество импульсов с трубки Гейгера и высчитывать радиационную дозу в Зв/ч или Рн/ч. Период измерения равен 10 секундам. Коэффициент преобразования из CPM (импульсы в минуту) в дозу можно менять при калибровке прибора. Диапазон коэффициента преобразования меняется от 0.0010 до 0.0250 с шагом 0.0001. Это значит что прибор можно откалибровать почти под все виды популярных трубок Гейгера (для примера СБМ20 имеет коэффициент равный 0.0057, а J305 0.0081. Далее я также приведу расчет откуда берутся эти цифры. Конечно каждую конкретную трубку желательно калибровать на эталонном источнике радиации). Коэффициент записывается в EEPROM для сохранения параметров после отключения питания.

Примеры рассчета откуда берется коэффициент преобразования даны на этом сайте

Прибор имеет задаваемый уровень CPM при котором активируется предупреждение о высокой радиации. Например можно подключить к плате внешний реле-модуль или дополнительный светодиод. Уровень срабатывания регулируется от 100 до 5000 CPM с шагом 10. Микроконтроллер меняет логический уровень с 0 на 1 на RC5.

image
Пример подключения внешнего реле-модуля

Дозиметр может быть подключен к компьютеру через UART. Для этого надо использовать мою программу Radiation Logger for Windows (или любую другую программу COM Terminal) Также потребуется USB – Virtual COM TTL модуль на основе FTDI FT232 / PL2303 / CP2102. Эти модули стоят очень дешево. Либо подключить дозиметр напрямую к COM порту через MAX232. Настройки для связи по UART: Baud Rate 9600; Stop Bit 1; Parity none; Data Bits 8. Технические подробности подключения описаны в пдф файле программы. Программа абсолютно бесплатная и позволяет писать лог-файлы на жесткий диск а также строить графики из полученных ранее логов. Скачать Radiation Logger можно по ссылке выше.

image
Фото для примера как подключить дозиметер к компьютеру по UART через USB модуль FTDI

В дополнение я сконфигурировал порт RC4 (Line2) для связи с Arduino. Порт контроллера RC4 используется для генерации внешних прерываний для Ардуино. Соединяем пин RC4 с выводом №2 на плате согласно схеме подключения ниже. Схема со вторым дисплеем только для примера, вы уже сами решите как можно использовать ресурсы ардуино.

image
Схема подключения к Ардуино UNO
Ардуино и плата дозиметра

С помощью ардуино, W5100 и этого дозиметра можно организовать онлайн мониторинг радиации в вашем городе или предприятии. Есть несколько бесплатных сайтов позволяющих загружать данные онлайн, лично я выбрал http://xively.com изза доступных библиотек. Мой мониторинг доступен по ссылке Радиация Онлайн. Для отображения графика надо нажать на Graphs.
Мой программный код для ардуино можно скачать тут https://github.com/RH-Electronics/Xively/bl...ster/xively.ino или написать самому используя готовые примеры.

image

Благодаря подсказке soll2 теперь нормально работает высоковольтный вольтметер на плате. Можно измерять напряжение с погрешностью в 5 вольт что в принципе не существенно для трубки. Чтобы исключить влияние наводок программа игнорирует напряжение ниже 200 вольт. Пришлось внести небольшие изменения в схему: R11 заменен на 100К 1%, а R10 исключен из схемы, следует вместо него поставить перемычку на плате. Настраивать или проверять напряжение нужно при питании 5В (USB) так как контроллер использует опорное напряжение Vdd.

Для проверки напряжения преобразователя во время калибровки замыкаем Jmp1 на стадии измерения напряжения. Подстраиваем с помощью Р1. Потом обязательно убираем джампер. На всякий случай можно удостовериться более точно с помощью внешнего 100М делителя.

image

Переход в Режим Калибровки
Чтобы перейти в режим калибровки требуется долгое (до 10 секунд) нажатие на S4. Сначала появится вольтметер и можно отверткой и Р1 подкорректировать высокое напряжение на трубке. Вольтметер работает корректно только если питать прибор от USB, от напряжений выше или ниже 5В будет врать. Потом жмем S3 и переходим в настройку фактора преобразования из CPM в дозу. S3(+) S2(-) S2(OK).

Чтобы поменять единицы измерения (выбрать Зиверты или Рентгены) нужно при подаче питания нажать долго на S4. Появится меню настройки опасного уровня а потом опция выбора единиц измерения. Навигация S3(+) S2(-) S2(OK)

Фактор преобразования и Единицы измерения запоминаются в памяти еепром и будут загружены при следующем включении!

Переключение Режимов Замера
Можно переключать кнопкой S3 во время работы. Searching - быстрый режим когда замер за 10 секунд умножается на 6. Monitoring - накопительный медленный режим, когда каждые 10 секунд замеряется количество импульсов и суммируется с пятью предыдущими значениями 10-секундных замеров.

Подсветка Дисплея
Подсветка дисплея включается и отключается коротким нажатием на S1. Переключать подсветку можно только во время работы прибора, а не во время калибровки. Для экономии батарейки подстветка автоматитечки отключается если уровень радиации ниже установленной, по умолчанию ниже 300CPM. Подстветка автоматически включается как только порог превышен и тем самым визуально сообщает об опасности.

Сборка и настройка дозиметра

Сборку желательно произвести на печатной плате а не на макетной. Не забудьте проверить нужно ли вам зеркалить рисунок платы перед распечаткой для вашего принтера. Конечно на макетной плате тоже будет работать, только постарайтесь делать соединительные провода как можно короче чтобы помехи с преобразователя не попадали в цифровую часть. По моему мнению и опыту на плате стоит достаточное количество фильтрующих элементов включая п-фильтр на L1.
После того как плата спаяна не спешите ее включать. Проверьте качество пайки и промойте ее в IPA99% так как малейшая грязь в районе высокого напряжения может повлиять на работу схемы.
Установите IC2 и IC3 в колодки для микросхем и настройте Р1 на 50 ом. Jmp1 следует отключить. Подключите внешний 100М делитель к HV TP.

Прибор можно питать от USB, 3х 1.5В или 4х 1.2В батареек. Важно не превышать 5.4В чтобы не спалить контроллер или дисплей. Потребление тока без подсветки дисплея будет равно от 10мА до 30мА и зависит от интенсивности импульсов с трубки.

Подключите питание и настройте выходное напряжение на 400В. Замыкая терминалы для подключения трубки, убедитесь что загорается светодиод и слышен писк буззера. Замыкать терминалы можно пальцами одной руки, ток слишком маленький чтобы навредить но всеже будьте осторожны.
После этого нужно вставить прошитый микроконтроллер либо прошить его когда он уже на плате. Для прошивки контроллера отключите Jmp1 и Jmp2. Подключите ICSP программатор согласно фотографии.

image
Подключение ICSP программатора крупным планом

После завершения прошивки, Jmp2 следует вернуть обратно и вставить в плату дисплей.

Если что-то не работает

Схема высоковольтного преобразователя проверена неоднократно. Не я ее придумал. Так что если у вас отсутствует высокое напряжение, то проверяйте правильность монтажа и исправность всех элементов, а также правильно ли вы измеряете высокое напряжение. Номиналы деталей также важны. 10 мили-генри в катушке, а не 10 микро-генри! Диоды быстрые, а не 1n4007. Т2 высоковольтный транзистор с напряжением коллектор-эмиттер 300В и способный работать на частоте преобразователя. Желательно использовать номиналы со схемы.

Если после всех усилий у вас что-то не работает можно написать на форум. Я постараюсь ответить на все вопросы по мере свободного времени. Конструктивная критика приветствуется.
Обсудить на форуме




Дозиметр на PIC16F648

Автор: Paodaf


Для желающих собрать мини-дозиметер на смд компонентах и PIC16F648A. Считает CPM, CPS, дозу в мкЗв/ч или мкРн/ч, а также показывает на дисплее циклически счет частиц от 0-65500. Совместим с программой Radiation Logger по UART через USB-FTDI переходник. Имеет аудио выход на наушники или УЗЧ, аудио разьем также можно использовать с Geiger Bot.
Схема питается от 3.7В Li-po 300мА/ч и включает зарядное устройство от USB MCP73831T. Энергопотребление без подстветки дисплея от 3.5mA, с подстветкой от 5.0mA. Благодаря ICL7660 установленной на плате, в схеме используется обычный 5-вольтовый HD44780 дисплей, лучше не инверсионный. Контрастность подбирается резистором R14, на VEE должно быть от -0.80В до -0.50В при подключенном дисплее.

image

Cхема в большом формате
Старая прошивка для PIC16F648A 1.00 для СБМ-20
Все ревизии прошивок для разных трубок PIC16F648A 1.00-1.02
Печатная плата в лей


image

Еепром используется для хранения настроек коэффициента преобразования для радиации (0х00) и ШИМ для генерации высокого напряжения (0х01)

1. Преобразователь HV можно настроить через байт 0х01 в еепром от 300В до 600В,a может даже выше, по умолчанию в прошивке настроено на 450В (+-10В) 0х30, меняйте с небольшим шагом и измеряйте. Для 550В (+-10В) 0х40. [b]ОЧЕНЬ ВАЖНО: преобразователь будет проседать даже от 100М делителя! Поэтому нужно спаять хотябы 300М делитель для измерения напряжения или лучше найти резистор 1Гигаом 1%.
Тыкать мультиметром без 300M делителя в надежде измерить высокое напряжения бесполезно!

Чтобы высокое напряжение не проседало ниже нижней границы плато под нагрузкой, настраивать нужно сразу на верний предел. Скажем если у СБМ-20 это 480В, то ориентироваться надо именно на такое напряжение на фоне. Под сильной нагрузкой оно сползет до 350В-380В. В схеме и прошивке нету обратной связи по напряжению, поэтому изначально надо устанавливать его с запасом на вернюю границу плато.


2. Коэффициент преобразования из CPM в мкЗв/мкРн тоже конролируется через байт в еепром, скажем если вам надо 0.0081, то пишем 81 (0х51) в ячейку 0х00
Вот значения для наиболее популярных трубок для перевода из имп/мин в мкЗв/час:

SBM-20 0.0057
SBM-19 0.0021
SI-29BG 0.0082
SI-180G 0.0031
LND-712 0.0081
LND-7317 0.0024
J305 0.0081
SBT11-A 0.0031
SBT-9 0.0117
SBT-10 0.0013 (спасибо afonkin "Если я не ошибаюсь, то для СБТ-10 1мкр\сек=385расп\сек
следовательно 1мр\сек=385000расп\сек отсюда 1мкр\час=385000\3600=107расп\сек, тогда 107расп\сек\мр\час=107*60=6420\8,77=732,04расп\мин\мзв\час из этого следует что conversation factor=
1\732,04=0,0013 ")

Детали, сборка и настройка
В идеале плата должна быть 2-с сторонней, но можно просто поставить перемычки как сделал я. Обратите внимание на разьем TRRS, у него внутри 4 контакта а не 3. Такие используются для айпода. Четвертый контакт нужен для подключения к айподу и программе Geiger Bot. Если бот не нужен можно изменить печатку и поставить свой разьем для наушников/узч. Можно также подключить пьезо-буззер напрямую к микроконтроллеру и убрать из схемы C6, C7, R6, R7, R8, R9. Контроллер генерирует меандр 20ms 1Кгц на выходе аудио. Индуктор L1 Radial 6x8 10mH. После пайки плату обязательно промыть в изопропиловом спирте чтобы смыть флюс, иначе будут проблемы с высоким напряжением. Для прошивки контроллера отключите джампер JMP1 и подключите ICSP программатор, проверьте данные в EEPROM и измените их если нужно. После прошивки джампер надо вернуть обратно иначе контроллер не заработает. Кнопка S2 внешняя, но также может быть заменена джампером. Батарейку я закрепил на двухстороннем скотче на самой плате, а трубку Гейгера подключил проводками к плате. Настраивать в схеме нужно только высокое напряжение через еепром и контрастность дисплея. Если на дисплее ничего не показывается проверьте что на VEE есть отрицательное напряжение хотябы -0.50 вольт. Можно эксперементально менять конденсаторы в обвязке 7660 и резистор R14. Высокое напряжение надо проверить с помощью 300М делителя и перепрошить байт в еепром если вам надо выше/ниже.

Данные на дисплее
В верхней строке слева отображаются импульсы в минуту CPM, справа общий счет частиц. В нижней строке слева показывается доза в мкРн/ч или в мкЗв/ч, справа импульсы в секунду CPS. На нормальном фоне CPS практически всегда будет равно нулю, этот параметр становиться полезным пля проверки радиоактивных семплов.

Алгоритм счета
Контроллер считает импульсы за 10 секунд и хранит 5 предыдущих значений, потом все значения складываются для получения точного CPM за прошедшую минуту. Такой способ дает наиболее точное значение и отлично подходит для мониторинга фоновой радиации. Недостаток это необходимость ждать минуту для окончательного замера дозы. В случае если радиация резко повышается то лучше ориентироваться по значению CPS, если оно постоянно выше 1 имп/сек то значит фон уже опасный.

image

Какую максимальную дозу радиации можно измерить этим дозиметром?
Важно помнить, что контроллер это только счетная машинка, он не измеряет радиацию, а считает пришедшие с трубки прерывания. В зависимости от коэффициента преобразования далее идет перерасчет в Зиверты или Рентгены, CPM умножается на коэффициент. Поэтому говоря о возможно максимальной дозе на дисплее дозиметра всегда надо учитывать какой у вас коэффициент записан в памяти контроллера. Чтобы программа поместилась в память контроллера мне пришлось ограничить максимально возможные дозы отображаемые корректно на дисплее. Для зивертов это 9.99mSv/h (9990 мкЗв/ч) а для ренген это 99.9mRn/h (99900 мкРН/ч) Получается что в зивертах максимальные приделы уровня выше. Это стоит учитывать и переключиться на зиверты если измеряете что то очень радиоактивное.

Предел в зивертах для коэффициента 0.0081
Предел в рентгенах для коэффициента 0.0081

9000 герц я думаю это придел для этой прошивки, так как уже не успевает обновляться дисплей. Но на практике я думаю такую радиацию около 3 мили-Зивертов никто не будет измерять этим прибором!
Максимально реальный уровень который мне удалось найти в радиоактивно-загрязненной зоне и тестировать там дозиметер это было 100 микро-Зивертов (или 11375 микро-Рентген). Свыше этого прибор будет занижать показания! Поэтому на очень высоких уровнях радиации его можно использовать только как индикатор.

Урезанная версия прошивки для PIC16F628A
Так как не всегда можно найти 648А процессор, то я подготовил урезанную версию прошивки для 628А контроллера. По сути 628А такой же как 648А, но памяти в 2 раза меньше. Поэтому чтобы уместится в 2Кб я оставил на дисплее только дозу в мкЗв/ч. В этой версии настройка параметров высокого напряжения и фактора преобразования также проводится через ячейки EEPROM как и у 648А версии. По прежнему есть функция лога CPM по UART (2400baud). Схема и печатка такая же как и для версии 648А! Но пришлось отказаться от мкРентген и звука для наушников, хотя если подключить Active Buzzer напрямую к первой ножке контроллера, то пикать он будет. Не забывайте проверить высокое напряжение через 1Гом делитель и поменять фактор преобразования для своей трубки, по умолчанию выставлено около 450В и фактор для СИ29БГ.

Прошивка для PIC16F628A (от 22.02.2014)

image

[SIZE=14]Обсудить на форуме[/color]

Алексей.


Чтобы подготовиться к ОГЭ по Физике - нашими преподавателями и учениками проводится огромная работа

    РадиоКОТ - популярно об электронике. Авторские схемы, новые разработки. Обучение по электронике, микроконтроллерам, ПЛИС. Форум   banner DIPTRACE - САМЫЙ ЛУЧШИЙ ТАКСИРОВЩИК ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Portal-X