Область применения дозиметра измерение гамма/бета фона с привязкой к местности, т.е. для любительского картографирования областей утечек хранилищ, природных радиоактивных аномалий, радиоактивных загрязнений. Полученные данные можно загружать в Google Maps, и в дальнейшем делиться ими с другими пользователями.
Прибор не сертифицирован и не проходил метрологических проверок, поэтому допишу сюда оговорку принятую для всех бытовых/любительских моделей дозиметров:
Данные полученные с помощью этого прибора не могут являться основанием для каких-либо официальных заявлений и выводов. В случае обнаружения радиоактивных загрязнений могущих представлять угрозу здоровью, дальнейшее обследование должно перепоручаться уполномоченным организациям вроде СЭС, МЧС.
Функционал:
* Измерение радиационного фона, с ежесекундным уточнением.
* Уровень фона вычисляется формулами, и предварительный результат показывается сразу, исходя из прошедшего времени счёта, даже если прошло меньше минимального для данного датчика.
* График импульсов от датчика на основном экране, что полезно для поиска «фонящего» объекта. График отображает время поступления импульсов относительно хода часов и количество
импульсов в шкале.
* Дата/время автоматически устанавливаются по GPS/GLONASS с учётом локального часового пояса.
* Ручной, либо автоматический выбор расчетного интервала времени.
* Работа с любым газоразрядным гамма/бета чувствительным датчиком, а так же калибровка и переключение типа датчика «на лету» в настройках без необходимости изменения прошивки или перезагрузки прибора.
* Сохранение значений фона с привязкой к местности используя GPS+GLONASS приёмник на Flash карту(FAT32, поддержка карт до 32Gb включительно):
Сохранение гамма-фона «текущей» точки.
Сохранение гамма-фона в автоматическом режиме с заданным интервалом (к примеру раз в минуту или реже).
Точное измерение фона со временем замера от 5 минут с возможностью дифференциации гамма/бета излучения с использованием шторки на датчике.
Сохраняется сразу в формате .kml, что позволяет без дополнительных действий просмотреть/сохранить/выложить в общий доступ данные на Google Maps. Для этого нужно просто вынуть карту памяти из прибора и открыть на ПК.
Схема и компоненты:
Такой экзотичный контроллер выбран из соображений конкретной задач, у ATXmega*A огромное количество аппаратной периферии, и в этом проекте используются 3 SPI(Flash карта, дисплей, тачскрин), UART(GPS), DAC(проигрывание wave-файлов). USB используется только для перепрошивки bootloader-ом (он есть в архиве с прошивкой), т.е. PDI программатор понадобится только 1 раз — залить бутлоадер, (на заводе это почему-то не делают) дальнейшая перепрошивка — удерживаем кнопку «dfu» при включении и шьём Flip-ом по USB. Если не планируется использование бутлоадера, можно не ставить esd-протектор PRTR5V0U2X и не подключать линии data от разъёма к МК.
МК в этом проекте работает на частоте 48МГц, часы реального времени и термодатчик используются встроенные в МК.
Модуль GPS/GLONASS выбирался по размерам и качеству работы. В любой комнате, где есть окно стабильно использует от 4 спутников, на открытом воздухе ещё лучше, от 12.
TP4056 настроен на зарядку током 800мА, рекомендуется радиатор или хотя бы распайка кормпуса на достаточно широкий полигон на плате. Можно заменить любой микросхемой для заряда литиевых аккумуляторов, например LTC4054-4.2.
Вместо LTC3240 можно использовать любой LDO на 3,3 вольта расчитанный на нагрузку не менее 150мА, однако рекомендовал бы LTC3240 — это step-down/step-up преобразователь, т.е. если при разряде аккумулятора ниже 3,3в AMS1117-3.3 отключится, этот начнёт повышать, и устройство продолжит работать до полного разряда аккумулятора.
Я использовал аккумулятор 5000мА/h, обязательно использовать аккумулятор с защитой, поскольку в программе не предусмотрено автоматическое выключение при разряде, и эту функцию выполняет плата защиты на аккумуляторе, выключает его при 2,7в, не допуская переразряда.
Внешний датчик устроен просто блокинг-генератор дающий 400в и «считыватель импульса» — можно использовать любой другой блокинг способный работать при напряжении 2.8-4.2вольта или любой другой готовый модуль выдающий необходимое для датчика питание. Импульсы от датчика считаются по логическому ‘0’, можно использовать и катодное считывание на 1 транзисторе, я использовал анодное, поскольку оно устойчивее к помехам.
Звук синтезируется встроенным аппаратным ЦАП МК. Все звуки хранятся на карте памяти в виде wave файлов(при желании можно заменить на свои).
Устройство потребляет 60-175мА, в зависимости от включенных опций, поэтому и такой ёмкий аккумулятор, поэтому же простой блокинг потребляющий 25мкА на питании датчика, нет смысла экономить микроамперы, когда модули и карта памяти потребляют много, и это никак не сократить в рамках задач выполняемых дозиметром.
Этапы сборки:
Управление:
Управляется при помощи резистивного touch-скрина. Так же всё управление продублировано 3 механическими кнопками — «влево/вниз», «нажать» и «вправо/вверх», на случай отказа touch-скрина или условий, когда нажать кнопку удобнее чем нажимать пером на экран. При управлении механическими кнопками «листаем» влево/вправо по кнопкам, и центральной «нажимаем» выбранную.
Подробнее по интерфейсу:
Главный экран:
Экран настроек:
Экран «спутники»:
Итак, предположим, мы погуляли по интересующей нас местности и сохранили интересующие точки.
Чтобы проиллюстрировать дальнейшие действия я прогулялся по родному городу, и импортировал полученные данные на карты.
Вынимаем флешку из прибора, и при помощи адаптера вставляем в ПК.
Заходим в свой аккаунт на google -> Карты. Далее, «мои места» -> «карты» -> «мои карты», создаем или добавляем на существующую.
На карте памяти автоматически создаются папки:
<ГОД> — здесь хранятся путевые логи, имена файлов формате ММДДччмм.kml где дата и время — в момент старта записи
<ГОД>_POI — здесь хранятся сохраненные точки, имена файлов формате ММДДччмм.kml где дата и время — в момент записи
<ГОД>_PNT — здесь хранятся точки точного замера гамма/бета фона, имена файлов формате ММДДччмм.kml где дата и время — в момент окончания измерения
Папка sounds должна быть создана с ПК заранее и в нее должны быть помещены файлы озвучки нажатий кнопок, тревоги итд, звуки можно скачать с архиве с прошивкой.
Сохранённая точка «точного измерения» будет выглядеть так, в ней явно указано время замера:
Подробнее описывать процесс не буду, это всё уже объяснено не раз на самом сервисе карт. В результате получилась такая «демо карта» доступная всем по ссылке
Вроде всё. В файлах к статье прошивка, стандартный бутлоадер от Atmel (чтобы не искать), плата, звуки для флэшки. Будут вопросы — постараюсь ответить.
UPD 05.2018: Поскольку до этого проекта лапы не доходят уже довольно давно, видимо заниматься им в этом виде уже не буду, а посему выкладываю исходники в свободный доступ. Допиливайте, переделывайте «под себя» как угодно в любых некоммерческих целях.Проект под Atmel Studio 7.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| U1 | USB ESD протектор | PRTR5V0U2X | 1 | |||
| U2 | Контроллер заряда | TP4056 | 1 | |||
| U3 | DC-DC step-up/down | LTC3240 | 1 | |||
| U4 | Аудио усилитель | LM4890 | 1 | |||
| U5 | GPS/GNSS приёмник | GMS-G6 | 1 | |||
| U6 | МК AVR 8-бит | ATxmega128A4U | 1 | |||
| LCD1 | Дисплей с резистивным тач-скрином на ILI9341 | TJCTM24028-SPI | 1 | |||
| P1, P2 | Разъем | GX12 4P | 1 | |||
| P3 | Разъем | MicroUSB-B | 1 | |||
| P4 | Разъем MicroSD | MicroSD Pop-Up slot | 1 | |||
| LS1 | Динамик малогабаритный 8Ом 2-4W | 8Ом 2W 40*4*5.5mm | 1 | |||
| D1-D3 | Диод | DA2JF8100L | 3 | US1M, RS1M | ||
| D4-D6, D8 | Светодиод | LED | 4 | для этой платы в корпусе 603, можно любые, цвета — по-вкусу | ||
| D7 | Стабилитрон на 5 вольт | 5v0 | 1 | |||
| D9 | Диод Шоттки | SS14 | 1 | |||
| Q1, Q6 | Биполярный транзистор | BC857 | 2 | |||
| Q2, Q3, Q7 | Биполярный транзистор | BC847 | 3 | |||
| Q4, Q5 | MOSFET-транзистор | 2N7002 | 2 | |||
| L1, L2 | Дроссель | 10uH | 1 | |||
| C1 | Керамический конденсатор | 10pF 1000v (C17UL100J-7ZN-X1T) | 1 | |||
| C2 | Керамический конденсатор | 220pF | 1 | |||
| C3-C5 | Керамический конденсатор | 4.7-100nF 600v | 3 | |||
| C6, C8, C11, C12, C19, C21, C24 | Керамический конденсатор | 100nF | 7 | |||
| C7 | Керамический конденсатор | 47nF | 1 | |||
| C9, C10 | Танталовый конденсатор | 10uF 10v | 2 | |||
| C13, C14, C16 | Керамический конденсатор | 1uF | 3 | |||
| C15 | Керамический конденсатор | 4.7uF | 1 | |||
| C17 | Танталовый конденсатор | 1uF 10v | 1 | |||
| C18 | Керамический конденсатор | 390nF | 1 | |||
| C20 | Ионистор | MS621FE 0,22F | 1 | |||
| C22, C23 | Керамический конденсатор | 10-18pF | 2 | |||
| C25 | Танталовый конденсатор | 150uF 10v | 1 | |||
| R1, R14 | Резистор | 1.5 кОм | 2 | |||
| R2, R3, R4, R33, R34, R37, R39 | Резистор | 10 кОм | 7 | |||
| R5, R17, R19, R20, R21, R22, R23 | Резистор | 20 кОм | 7 | |||
| R6-R8 | Резистор | 1M | 3 | |||
| R9, R10 | Резистор | 2M | 2 | |||
| R11, R25, R26, R27, R36 | Резистор | 100 кОм | 5 | |||
| R12, R13, R32, R35 | Резистор | 100R | 4 | |||
| R15 | Резистор | 1M +/- 1% | 1 | |||
| R16 | Резистор | 300k +/- 1% | 1 | |||
| R18, R31, R38 | Резистор | 1 кОм | 3 | |||
| R24 | Резистор | 12-20R | 1 | |||
| R28, R29 | Резистор | 56R | 2 | |||
| R30 | Резистор | 51-68R | 1 | |||
| Qz1 | Кварцевый резонатор | 16MHz | 1 | |||
| Battery | Аккумулятор Li-Po 3,7v | 5000mA/h | 1 | |||
| T1 | Трансформатор | см.схему | 1 | |||
| Кнопки 1,2,3, dfu | Любые подходящие "тактовые" кнопки | кнопки без фиксации | 4 | |||
| S1 | Выключатель с фиксацией | Выключатель с фиксацией | 1 | |||
| F1 | Самовосстанавливающийся предохранитель | PolySwitch Fuse 500mA | 1 | |||
| Датчик | Счётчик Гейгера | СБМ-20 | 1 | или любой другой газоразрядный с рабочим напряжением 400В | ||