WiFiGeiger

[atlantis86]

Jednym z pierwszych "poważniejszych" projektów jakie zrealizowałem był EtherGeiger - sieciowy detektor promieniowania jonizującego. Jego pierwsza wersja powstała gdzieś około 2014 roku, jako praktyczny sprawdzian umiejętności zdobytych podczas nauki programowania mikrokontrolerów. Był to projekt, do którego co jakiś czas wracałem, przygotowując jego odświeżoną wersję, korzystającą z mocniejszego mikrokontrolera, wyposażoną w nowe możliwości itp. Jakiś czas temu (trochę w ramach żartu) powstała jeszcze jedna wersja tego projektu - RetroGeiger, tym razem zbudowany na elementach retro.

Odkąd na rynku pojawiły się moduły ESP8266, obiecywałem sobie, że zrobię w końcu bezprzewodową wersję tego urządzenia. Zawsze jednak albo brakowało mi czasu, albo miałem do zrobienia jakiś ważniejszy projekt. Jakiś czasy temu zaprojektowałem jednak w końcu płytkę i korzystając z chwili wolnego czasu podczas epidemii, w końcu wykonałem prototyp.

Prawdę mówiąc pod pewnymi względami WiFiGeiger jest krokiem wstecz w stosunku do najnowszej wersji EtherGeigera, opartej na układzie z rodziny PIC32. Jest to podyktowane stosunkowo niewielkimi możliwościami modułu ESP8266, a przede wszystkim niezbyt obszerną listą dostępnych peryferiów. Nowoczesne mikrokontrolery pozwalają na podłączenie urządzeń USB, można wiec lokalnie zapisywać pomiary na PenDrive. Tutaj z oczywistych powodów taka opcja odpadała. Pinów nie wystarczyło nawet na podłączenie karty SD, zupełnie więc zrezygnowałem z funkcji lokalnego przechowywania pomiarów - aktualną wartość można jedynie odczytać przez sieć. Nawet sam pomiar liczby impulsów generowanych przez "tubę" Geigera jest bardziej ubogi. We wcześniejszych wersjach mogłem do tego zadania oddelegować jeden z wolnych liczników mikrokontrolera, tutaj po prostu wykorzystuję przerwanie wyzwalane zewnętrznym przerwaniem.

Analogowa część projektu nie zmieniła się prawie wcale od czasu wersji przewodowej. Napięcie 400V dla "tuby" Geigera jest generowane przez przetwornicę flyback, zrealizowaną na układzie MC34063. Impulsy są wzmacniane przez wzmacniacz operacyjny A358. Zmianą w stosunku do poprzedniej wersji jest zastosowanie zegara czasu rzeczywistego na układzie DS3231, z podtrzymywaniem kondensatorowym.

Oprogramowanie jest na razie mocno testowe i prowizoryczne, sklecone na szybko z kawałków kodu poprzednich wersji EthereiGera oraz moich innych projektów opartych na ESP8266. Na chwilę obecną nie zdążyłem jeszcze zaimplementować obsługi sensora temperatury, ciśnienia i wilgotności powierza. Prawdopodobnie zresztą spróbuję przepisać kod jeszcze raz, korzystając z RTOS-SDK, ponieważ z tego co mi wiadomo firma Espressif ma zamiar wycofać wsparcie dla NONOS-SDK, z którego korzystałem do tej pory. 

A tutaj cała rodzina razem - EtherGeiger w najnowszej wersji, RetroGeiger oraz WiFiGeiger. 🙂

[Treker (Damian Szymański)]

@atlantis86 kolejny oryginalny projekt 🙂 Dzięki za opis - właśnie go zatwierdziłem, więc jest już widoczny publicznie.

[FlyingDutch]

Cześć @atlantis86,

bardzo fajny projekt - sam chciałbym posiadać podobny układ. Mam kilka pytań:

1) Jaki jest zakres pomiarowy urządzenia (minimalny i maksymalny) -najlepiej w Rentgenach na godzinę lub mili Siwertach na godzinę

2) Jakie rodzaje promieniowania przyrząd wykrywa/mierzy (Alfa, Beta, Gamma)?

3) Jak można sprawdzić/skalibrować przyrząd (widziałem, że można kupić w sieci źródła promieniowania z mikroskopijną ilością Ameryku)

4) Czy ewentualnie mógłbyś udostępnić schemat i projekt płytki PCB?

5) Czy samą "lampę" - użyty model licznika Geigera można dostać i za ile?

Przepraszam, za taką liczbę pytań , ale projekt na prawdę mnie bardzo interesuje.

Pozdrawiam

 

[atlantis86]

2 godziny temu, FlyingDutch napisał:

1) Jaki jest zakres pomiarowy urządzenia (minimalny i maksymalny) -najlepiej w Rentgenach na godzinę lub mili Siwertach na godzinę

Trudno jest mi podać konkretne wartości - trzeba by się wczytać w specyfikę zastosowanej "tuby" - w tym przypadku jest to radziecka STS-5. Jest to metalowa rurka wypełniona określonym gazem. Po obydwu stronach są dwie elektrody, do których jest przyłożone napięcie rzędu 400V - normalnie za małe, żeby wewnątrz tuby doszło do jonizacji i przepływu prądu. Jednak jeśli przez tubę przeleci akurat wysokoenergetyczna cząstka, gaz wewnątrz na moment się jonizuje, a miedzy elektrodami zaczyna płynąć prąd. Jest to rejestrowane jako chwilowy spadek napięcia na elektrodach. Im więcej takich spadków, tym więcej naładowanych cząstek i tym większe promieniowanie.

Tuba posiada jednak pewien "czas martwy" - to znaczy czas trwania impulsu, podczas którego kolejna cząstka zostanie przegapiona. Czyli w pewnym momencie dojdzie do takiej sytuacji, kiedy promieniowanie będzie na tyle duże, że tuba nie będzie w stanie zliczać kolejnych, następujących po sobie wyładowań. Jednak jeśli taka sytuacja nastąpi, to prawdopodobnie i tak będzie to moim najmniejszym zmartwieniem. 😉

Generalnie STS-5 była projektowana do pomiaru stosunkowo niewielkich wartości promieniowania, zaczynających się w okolicy tła. W warunkach większej radiacji były używane inne czujniki. Wewnątrz lepszych liczników Geigera zwykle instalowano cały zestaw czujników, które były przełączane w zależności od wybranego zakresu pomiarowego. Te tuby na wyższe zakresy są zwykle mniejsze i dostępne za grosze, więc amatorzy często wykorzystują je w takich projektach. Ja celowo jednak postawiłem na STS-5, ponieważ czujnik ma monitorować promieniowanie tła w mojej okolicy, a nie wnętrze reaktora w elektrowni atomowej. 😉

2 godziny temu, FlyingDutch napisał:

2) Jakie rodzaje promieniowania przyrząd wykrywa/mierzy (Alfa, Beta, Gamma)?

Do pomiaru promieniowania alfa służą czujniki ze specjalnym okienkiem mikowym. STS-5 ma metalową obudowę, więc raczej większość rejestrowanych odczytów będzie pochodziła od fotonów promieniowania gamma. W okolicy Krakowa rejestruje normalne promieniowanie tła - około 0,1 uS/h.

2 godziny temu, FlyingDutch napisał:

3) Jak można sprawdzić/skalibrować przyrząd (widziałem, że można kupić w sieci źródła promieniowania z mikroskopijną ilością Ameryku)

Dokładnej kalibracji nie przeprowadziłem. Urządzenie pokazuje efekt pomiaru na dwa sposoby - jako liczbę impulsów na minutę oraz w postaci uS/h. Ta druga jest obliczana w oparciu o stałą, którą kiedyś znalazłem gdzieś w Internecie i która sprawdza się o tyle, że generuje wiarygodny wynik jeśli chodzi o promieniowanie tła.

W tej chwili nie mam możliwości sprawdzenia tego z rzeczywistym źródłem promieniowania, ale eksperymentując z poprzednią wersją skorzystałem z pomocy znajomego fizyka, który udostępnił do testu próbkę skały, która która pokazywała odczyt nieco wyższy od tła.

2 godziny temu, FlyingDutch napisał:

4) Czy ewentualnie mógłbyś udostępnić schemat i projekt płytki PCB?

Oczywiście, jest na moim GitHubie. 😉

https://github.com/marekw1986/WiFiGeiger

Z uwagi na tymczasową naturę oprogramowania, nie wrzucałem tam kodu. Pewnie udostępnię go dopiero, gdy napiszę nową, właściwą wersję w oparciu o RTOS-SDK.

2 godziny temu, FlyingDutch napisał:

5) Czy samą "lampę" - użyty model licznika Geigera można dostać i za ile?

Można kupić na Allegro, za jakieś 40-50 zł.

 

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[jbanaszczyk]

Dnia 13.11.2020 o 15:32, atlantis86 napisał:

Ta druga jest obliczana w oparciu o stałą, którą kiedyś znalazłem gdzieś w Internecie i która sprawdza się o tyle, że generuje wiarygodny wynik jeśli chodzi o promieniowanie tła.

Mam podobną tubkę, fajnie mierzy, ale nie mam pewności co. W sensie nie mam przekonania do kalibracji na oko.

Mógłbym prosić o tę stałą albo o wzorek?

[atlantis86]

10 minut temu, jbanaszczyk napisał:

Mam podobną tubkę, fajnie mierzy, ale nie mam pewności co. W sensie nie mam przekonania do kalibracji na oko.

Ja niczego nie kalibrowałem. Zresztą jak miałbym to robić nie mając dostępu do żadnego certyfikowanego, naukowego przyrządu pomiarowego i kontrolnego źródełka promieniowania? 😉

Lat temu, zabierając się za pierwszą iterację tego projektu na jakimś forum natrafiłem na informację o tym, o przez ile trzeba przemnożyć ilość impulsów na minutę, żeby uzyskać z grubsza prawidłowy wynik w uS/h. Uzyskiwana wartość pasowała do przeciętnego promieniowania tła. Dzięki uprzejmości znajomego fizyka miałem też okazję stwierdzić, że przyrząd prawidłowo reaguje na obecność nieznacznie promieniotwórczego kawałka minerału (zaledwie kilka razy więcej niż tło). To mi wystarczyło i nie drążyłem sprawy. To miał być zabawny projekt, a nie certyfikowany przyrząd naukowy. 😉

10 minut temu, jbanaszczyk napisał:

Mógłbym prosić o tę stałą albo o wzorek?

Zobacz tutaj:

https://github.com/marekw1986/EtherGeiger/blob/master/code/geiger/geiger.c

Tutaj jest wersja urządzenia na PIC32, więc mogłem sobie pozwolić na wykonywanie operacji na liczbach zmiennoprzecinkowych. W przypadku mniej wydajnych platform (AVR, uklady retro jak 6502) stosuję inną sztuczkę. Stałą definiuję jako jej wartość przemnożoną przez 10000, mnożę przez nią liczbę zliczonych impulsów, a następnie wyciągam z tego wyniku część całkowitą i dziesiętną. Coś w tym stylu:

#define STS20_PRESCALER 57		//For STS-5/SBM-20/BOI-33 sensor tube 0.0057 * 10000 to avoid float
#define GEIGER_USV(cpm)		STS20_PRESCALER * cpm;

char* get_usiv_str (uint16_t cpmin, char * des) {
	uint32_t siv;
	uint16_t integer, fraction;
	char buffer[16];
	
	des[0] = '\0';
	siv = GEIGER_USV(cpmin);
	integer = siv/10000;
	fraction = siv%10000;
	utoa(integer, buffer, 10);
	strcat(des, buffer);
	strcat(des, ".");
	if (fraction < 1000) {
		strcat(des, "0");
		if (fraction < 100) {
			strcat(des, "0");
			if (fraction < 10) {
				strcat(des, "0");
			}
		}
	}
	utoa(fraction, buffer, 10);
	strcat(des, buffer);
	return des;	
}

 
 

[jbanaszczyk]

29 minut temu, atlantis86 napisał:

To mi wystarczyło i nie drążyłem sprawy. To miał być zabawny projekt, a nie certyfikowany przyrząd naukowy.

To tak samo u mnie. Koszt certyfikacji by przekroczył koszt nowego "fabrycznego"  urządzenia. Thx

[xor]

podpinałeś to do radioactivi@home ?

[atlantis86]

Dnia 29.12.2020 o 13:14, xor napisał:

podpinałeś to do radioactivi@home ?

Nie. Oni udostępnili jakieś API do wrzucania danych do ich sieci? Bo kiedy kilka lat temu budowałem pierwszego EtherGeigera wysłałem maila z pytaniem, ale nigdy nie otrzymałem odpowiedzi. Wtedy chyba można było korzystać tylko z ich czujników. Coś się w tej materii zmieniło?

[Kuba83]

Witam!

Wszystko fajnie, tylko STS-5 ma zwyczaj psucia się, nawet leżąc w pudełku, problem wynika ze szklano-metalowej, konstrukcji lampy Geigera, nasze BOI-33 takim syfem nie były, najlepszymi są rosyjskie SBM-20(STS-5 jest lampą najstarszą- stąd największe ryzyko zakupu szmelcu). Lampę najlepiej sprawdzić, podając 400V DC przez rezystor o dużej oporności i do plusa lampy przez kondensator 47nF 630V dać na wzmacniacz akustyczny, zliczenie cząstki będzie sygnalizowane krótkim trzaskiem, można użyć oscyloskopu, wtedy łatwo się przekonać, co się kupiło.

[mgala]

Prościej byłoby chyba podmienić poprostu moduł ethernet na ESP i na ESP robic tylko komunikację. No ale rozumiem: projekt w celach humorystyczno - edukacyjnych nie zawsze łatwiej jest lepiej, tez czasami "wynajduję koło od nowa" .

[atlantis86]

1 godzinę temu, mgala napisał:

Prościej byłoby chyba podmienić poprostu moduł ethernet na ESP i na ESP robic tylko komunikację. No ale rozumiem: projekt w celach humorystyczno - edukacyjnych nie zawsze łatwiej jest lepiej, tez czasami "wynajduję koło od nowa" .

Dyskutowałbym ze stwierdzeniem, że tak byłoby "prościej". Napisanie sterownika, który w sposób przezroczysty pozwoliłby na podpięcie ESP8266 do PIC32 (przy wykorzystaniu istniejących bibliotek od Microchipa) byłoby zadaniem nietrywialnym. Gdybym miał zdecydować się na cos takiego, to pewnie wykorzystałbym któryś z istniejących modułów WiFi od Microchipa, obsługiwanych przez MLA/Harmony. Tyle tylko, że problemem jest ich cena i dostępność...

ESP8266 radzi sobie zupełnie dobrze z obsługą warstwy aplikacji, nawet jeśli mowa o prostym serwerze HTTP. Koniec końców prościej było przeportować istniejący kod do obsługi licznika Geigera, który jest tak niewymagający, że uciągnie go 8051 albo 6502 (co sprawdziłem empirycznie). 🙂

Dnia 3.12.2023 o 20:13, Kuba83 napisał:

Witam!

Wszystko fajnie, tylko STS-5 ma zwyczaj psucia się, nawet leżąc w pudełku, problem wynika ze szklano-metalowej, konstrukcji lampy Geigera, nasze BOI-33 takim syfem nie były, najlepszymi są rosyjskie SBM-20(STS-5 jest lampą najstarszą- stąd największe ryzyko zakupu szmelcu).

Spotkałem się już z tą opinią, ale prawdę mówiąc nie miałem jeszcze do czynienia z awarią STS-5, chociaż parę różnych urządzeń na nich złożyłem i wszystkie pracują poprawnie po upływie kilku lat. Niektóre w tym czasie zaliczyły dłuższe okresy pracy ciągłej.

Dnia 3.12.2023 o 20:13, Kuba83 napisał:

Lampę najlepiej sprawdzić, podając 400V DC przez rezystor o dużej oporności i do plusa lampy przez kondensator 47nF 630V dać na wzmacniacz akustyczny, zliczenie cząstki będzie sygnalizowane krótkim trzaskiem, można użyć oscyloskopu, wtedy łatwo się przekonać, co się kupiło.

Nie ma potrzeby, żeby bawić się ze wzmacniaczem akustycznym. Gdyby coś było nie tak z czujnikiem, to od razu będzie to widać po zmianie liczby zliczanych impulsów na minutę. Gdyby tuba utraciła zdolność do generowania impulsów pod wpływem jonizacji, albo została zwarta na stałe to będzie widać, że poziom promieniowania spadł znacznie poniżej normalnego tła (prawdopodobnie do zera) i będzie wiadomo, że urządzeniu trzeba się przyjrzeć.

Edytowano Grudzień 6, 2023 przez atlantis86

[mgala]

Dnia 6.12.2023 o 16:13, atlantis86 napisał:

Dyskutowałbym ze stwierdzeniem, że tak byłoby "prościej". Napisanie sterownika, który w sposób przezroczysty pozwoliłby na podpięcie ESP8266 do PIC32 (przy wykorzystaniu istniejących bibliotek od Microchipa) byłoby zadaniem nietrywialnym. Gdybym miał zdecydować się na cos takiego, to pewnie wykorzystałbym któryś z istniejących modułów WiFi od Microchipa, obsługiwanych przez MLA/Harmony. Tyle tylko, że problemem jest ich cena i dostępność...

A nie wystarczyło by gadać między prockami po UART? W sensie wysyłać dane z PIC-a na ESP, i wtedy ESP wystawia otrzymane dane na http, ftp, mqtt czy czym tam jeszcze. No chyba że tych danych jest tyle że taka komunikacja się nie wyrobi. Ale jeśli to w ten sposób może szłoby nawet zdublować interfejsy sieciowe, w sensie masz jednocześnie ETH i wi-fi podpięte pod licznik, o ile piny z UART i SPI (tak chyba masz podpięty moduł ETH jeśli dobrze z opisu pamiętam) się nie dublują. To taka luźna idea, PIC-a w rękach nigdy nie miałem więc może są jakieś ograniczenia o których pojęcia nie mam.