Contatore di radioattività (IoT) e sistema di monitoraggio: 6 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Stato: non pubblicato

Firmware C-GM ultimo aggiornamento il 10 giugno 2019 con la nuova versione 1.3 Applicazione A-GM ultimo aggiornamento il 25 novembre 2019 con la nuova versione 1.3

Questo progetto C-GM Counter fai da te a basso costo (50$/43€) fornisce hardware e firmware per costruire un contatore Geiger-Müller noto anche come G. M. contatore per la misurazione continua del livello di radioattività. Si basa su un Arduino Nano, un display LCD da 20 caratteri x 4 righe, una scheda Ethernet W5100, un alimentatore da 400V e pochissimi componenti in giro. Il numero di componenti è stato ridotto al minimo per facilitare il montaggio e ridurre i costi.

• Il contatore C-GM è in grado di funzionare come contatore di radioattività autonomo
• o per garantire il monitoraggio della radioattività a lungo termine, il contatore C-GM può essere utilizzato in associazione con A-GM Manager (in seguito) che è un'applicazione web open source in esecuzione su un server SOHO (ad es. QNAP vende server Small Office Home Office). A-GM Manager è inoltre in grado di pubblicare le misure del C-GM Counter sulla mappa condivisa mondiale gestita da GMC MAP. Infine, esiste anche una versione Node-RED per l'integrazione del C-GM Counter con Node-RED come il framework QNAP IoT.

Vedi anche il W-GM Counter, una versione Wifi portatile alimentata a batteria (22$/27€) basata su ESP32 Heltec compatibile con l'attuale Eco-Sistema.

IMPORTANTE (rischio di scosse elettriche)

Il dispositivo richiede un'alimentazione a 400 Volt. Nonostante la corrente erogata rimarrà molto bassa, sconsiglio a chi non è abituato a occuparsi di elettronica ed elettricità di provare a costruire questo dispositivo ma di scegliere invece un prodotto commerciale (vedi prodotti compatibili disponibili nella sezione Eco-sistema).

Fase 1: L'ecosistema

Potresti essere interessato SOLO a costruire il Contatore C-GM. Certo che puoi!

Ma potresti anche essere disposto a implementare il tuo punto di misurazione della radioattività locale e tracciare l'evoluzione del livello nel tempo. Questo può essere fatto usando il nostro ecosistema sopra.

Per chi ha difficoltà a costruire hardware, ho trovato contatori di GQ Electronics LLC© come il GMC-320V5 che è compatibile con il nostro A-GM Manager (non ho né interessi né contatti con questa azienda quindi non chiedetemi altro sui loro prodotti).

NOTA: Documentazioni complete relative sia al dispositivo C-GM Counter che a A-GM Manager sono disponibili in formato PDF per guidare l'utente nella costruzione del dispositivo e nell'implementazione dell'ecosistema.

Tutte le informazioni necessarie per assemblare l'hardware e il firmware del dispositivo C-GM Counter possono essere trovate e scaricate da SourceForge.

Passaggio 2: il dispositivo contatore C-GM

CARATTERISTICHE

• Rilevamento delle radiazioni: beta, gamma, raggi X
• Tubo GM: STS-5 (CTC-5) / SBM-20 (tensione di esercizio 400 V)
• Supporto linguistico: solo inglese
• Valore massimo 65 535 CPM / 425 µSv/h (teorico)

• Valori visualizzati:

  • CPM attuale
  • Corrente µSv/h
  • Massimo µSv/h dall'avvio
  • µSv/h medi dall'avvio
  • Tempo trascorso dall'avvio
  • Livello sul grafico a barre

  • Allarme

    • Soglia definita dall'utente
    • Messaggi di allarme su LCD
    • Retroilluminazione LCD lampeggiante
  • Flash LED per ogni impulso di radiazione beta/gamma
    • Il LED lampeggia ogni secondo se il tubo GM è Detective
    • LED ancora acceso quando la connessione di rete fallisce

  • Suono audio

    • Beep per ogni impulso di radiazione beta/gamma
    • Allarme sonoro udibile

  • Controllo del dispositivo da:

    • Menu interno del dispositivo
    • USB (richiede una console seriale come Termite) o Ethernet (usando un browser web)
  • Connessione di rete tramite DHCP
  • Supporto per l'interfaccia web di A-GM Manager

  • Parametri definiti dall'utente (da Menu o tramite interfaccia web)

    • Fattore di conversione del tubo GM (CPM in µSv/h)
    • Soglia di allarme in CPM
    • Cicalino attivato o disattivato
    • Timeout display
    • Abilita la rete per la comunicazione con A-GM Manager
    • Definizione IP server A-GM (tramite USB o A-GM Manager)
    • H. V. interna calibrazione del voltmetro (tramite USB o A-GM Manager)
    • I parametri possono essere salvati in modo permanente in EEPROM

Passaggio 3: costruire il contatore C-GM

Breve descrizione

Vedere il file PDF per i dettagli

HARDWARE

L'assemblaggio della ferramenta del contatore C-GM è stato reso il più semplice possibile utilizzando componenti minimi disponibili in proprio (es. Amazon o eBay) e il minimo di cablaggio. Non esiste un circuito stampato dedicato (PCB) ma invece una scheda a punti a faccia singola economica (nota anche come Perfboard) con pad di saldatura per ogni foro (Veroboard).

• La resistenza GM 5.6MΩ viene venduta direttamente sulla presa RCA.
• La scheda Ethernet è collegata ad Arduino Nano tramite un connettore 2x5.
• I pin del connettore della scheda Ethernet passano attraverso la Perforboard per assicurarne il fissaggio.
• L'Arduino Nano è saldato sulla Perfboard.
• La capacità C1 (10nF/2kV) è saldata sul connettore di uscita sul retro dell'H. V. modulo.
• C'è una saldatura a filo sul retro dell'H. V. modulo tra l'ingresso e l'uscita GND.
• La resistenza R6 (47KΩ) è saldata direttamente sul pin di massa del LED.
• Il modulo Ethernet W5100 RST non è connesso all'Arduino RST. Sul pin RST del pin del modulo W5100 sono presenti un resistore e una capacità. Se connesso ad Arduino RST, questo impedisce il download di nuovo firmware in Arduino. Lo svantaggio è la necessità di spegnere l'alimentazione per ripristinare l'Ethernet.

SOFTWARE

La programmazione del dispositivo contatore C-GM può essere eseguita utilizzando il file HEX del dispositivo contatore C-GM.

Avrai bisogno di un'utilità UpLoader come Xloader (il sito web dell'autore è attualmente chiuso, una copia è disponibile qui) o ArduinoSketchUploader (fonti C# da compilare). Altre alternative potrebbero essere disponibili dal sito web di Arduino.

• CGM_vx.x.x.hex Usa questo file per mantenere il bootloader nativo del tuo Arduino Nano.
• CGM_v1.x.x.x_bootloader.hex Utilizzare questo file per eseguire il flashing del firmware C-GM e del relativo bootloader.

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NOVITÀ v1.3: Per disabilitare la rete, tenere premuto il pulsante durante l'avvio (fino a entrare nel menu, quindi uscire dal menu). Ciò evita di essere continuamente bloccato a causa di tentativi di connessione di rete che impediscono l'accesso al menu per l'impostazione di nuovi parametri di rete (sono sorpreso che nessuno abbia segnalato di essersi preoccupato di questo finora!)

Passaggio 4: utilizzo del contatore C-GM

Breve descrizione

Si prega di leggere il PDF per i dettagli

Il dispositivo C-GM Counter conta il numero di impulsi di radiazione (CPM) su un periodo di un minuto (finestra mobile) e converte questo conteggio in un valore di micro Sievert all'ora (µSv/h) utilizzando il G. M. fattore di conversione del tubo

• All'avvio, la schermata iniziale visualizza la versione e i diritti d'autore del firmware del dispositivo contatore C-GM.
• Circa 5 secondi dopo l'accensione, la schermata iniziale si chiude e il contatore avvia la misurazione della radiazione.

L'interfaccia utente è stata resa molto semplice e c'è un solo interruttore per controllare le schermate e il menu del dispositivo.

A seconda della durata della pressione del pulsante, sono possibili due azioni.

1. Pressione breve = SELEZIONA L'utente preme il pulsante per meno di mezzo secondo.
2. Pressione lunga = NEXT L'utente preme il pulsante per più di mezzo secondo.

Per ACCEDERE al menu o convalidare una voce di menu, premere a lungo. Per riattivare il display, passare alla schermata o alla voce di menu successiva, premere brevemente.

Sono presenti 5 schermate informative:

1 - SCHERMATA RADIAZIONE La schermata informativa predefinita visualizza i valori di radiazione correnti come la misura µSV/h attuale, il valore µSV/h massimo dall'accensione, il valore CPM attuale e la media µSV/h dall'accensione. I messaggi vengono visualizzati nella riga inferiore.

2 - SCHERMO DEL DOSIMETRO

Questa schermata mostra i valori dall'accensione compreso il tempo trascorso, il numero totale di conteggi e la dose equivalente espressa sia in micro-Sievert che in micro-Rem.

3 - SCHERMO TUBO GM

Visualizza il fattore di conversione del tubo GM da CPM a µSv/h, il valore di alta tensione attuale (letto dal voltmetro interno) e la soglia di allarme (in CPM).

4 - SCHERMATA DI RETE

Visualizza l'indirizzo IP del dispositivo (Dev) (assegnato dal servizio DHCP) e l'indirizzo IP del server remoto A-GM (Svr).

5 - SCHERMATA CREDITI

Visualizza la versione e la data del firmware, nonché i diritti d'autore.

MEN CONFIGURAZIONE

Sono disponibili 7 schermate di menu per la configurazione del dispositivo. Alcuni parametri devono essere impostati utilizzando le porte di comunicazione (Seriale o di rete).

Passaggio 5: implementazione dell'ecosistema globale

Breve descrizione

Si prega di leggere il PDF per i dettagli

Il progetto A-GM ha lo scopo di fornire una misurazione continua a lungo termine del livello di radioattività. Include un'applicazione Web open source (A-GM Manager) in esecuzione su un server SOHO (es. NAS di QNAP per server Small Office Home Office) collegata a un dispositivo contatore di radioattività Geiger-Muller come C-GM Counters o contatori compatibili di GQ Elettronica LLC.

Per riassumere il sistema generale:

• A-GM Manager L'applicazione web che monitora e memorizza continuamente i livelli di radiazione Beta/Gamma acquisiti dai Contatori Geiger-Muller su un server locale. I dati possono essere reindirizzati al sito Web GMC. MAP per la condivisione dei dati in tutto il mondo utilizzando un account utente.
• C-GM Counter Un hardware e firmware open source per Ethernet G. M. contatore sviluppato e fornito da Ad'Novea® in esecuzione con A-GM Manager.
• Dispositivo GMC-320 I dispositivi GMC-320/5xx/6xx sono venduti da GQ Electronics LLC© e consentono il reindirizzamento delle misure al sito Web GMC. MAP direttamente dal dispositivo utilizzando una connessione WiFi. A-GM Manager supporta questi dispositivi per registrare le misure di radiazione sul tuo server e garantire il reindirizzamento al sito Web GMC. MAP.

CARATTERISTICHE

• Supporto linguistico per inglese, francese, giapponese, russo e cinese
• Supporto per contatori C-GM e contatore Geiger-Muller GQ Electronics LLC o dispositivi compatibili
• Monitorare la radioattività per un periodo di conservazione definito dall'utente (90 giorni max) o mensile (vedi immagine)
• Se il livello supera la soglia definita dall'utente; le email vengono inviate fino a 5 indirizzi email.
• Visualizza il livello di radiazione attuale in µSv/he il livello massimo durante il periodo di conservazione (registrazione)
• Traccia del tracciato con funzioni di zoom e panoramica (1 ora, 6 ore, 24 ore, 1 settimana e 4 settimane)
• È possibile scaricare il registro del periodo di conservazione e i dati mensili quando disponibili
• Download e configurazione protetti con login e password
• Rilevamento del guasto del tubo GM e invio di e-mail all'amministratore
• Reindirizzamento dei dati al sito Web GMC. MAP (richiesto un account utente su gmcmap)
• Supporto per computer desktop, tablet e schermi di smartphone.

SCARICA

Lo ZIP sottostante può essere estratto nella directory Web del tuo server SOHO. Per i proprietari di QNAP NAS, è disponibile un pacchetto QPKG da SourceForge.

L'ultima VERSIONE 1.3 può essere scaricata da SourceForge

Passaggio 6: l'integrazione IoT

Breve descrizione

Una versione limitata Node-RED completamente indipendente di A-GM è disponibile per l'ambiente QNAP IoT. È un'applicazione A-GM Manager diversa e limitata che può essere utilizzata solo per il monitoraggio.

Poiché il contatore C-GM è in grado di fornire dati di misurazione in un formato JSON, è un candidato facile per l'integrazione IoT. Alcuni provider SOHO/NAS come QNAP rendono disponibili framework IoT sui propri computer per dispositivi IoT che supportano il formato dati JSON.

Di seguito è allegato un file NodeRED disponibile che ho sviluppato per l'integrazione nel framework QNAP IOT. Consente di accedere ai dati del Contatore C-GM da qualsiasi computer o dispositivo mobile.