ตัวนับกัมมันตภาพรังสี (IoT) และระบบนิเวศการตรวจสอบ: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

สถานะ: Unpublished

เฟิร์มแวร์ C-GM อัพเดทล่าสุดในวันที่ 10 มิถุนายน 2562 พร้อมแอปพลิเคชั่น 1.3 เวอร์ชั่นใหม่ แอปพลิเคชั่น A-GM อัพเดทล่าสุดในวันที่ 25 พฤศจิกายน 2562 พร้อมเวอร์ชั่น 1.3 ใหม่

โครงการ C-GM Counter ราคาประหยัดของ D. I. Y (50$/43€) นี้จัดหาฮาร์ดแวร์และเฟิร์มแวร์สำหรับการสร้างอุปกรณ์เคาน์เตอร์ Geiger-Müller หรือที่รู้จักว่า G. M. ตัวนับสำหรับการวัดระดับกัมมันตภาพรังสีอย่างต่อเนื่อง มันขึ้นอยู่กับ Arduino Nano, จอ LCD ขนาด 20 ตัวอักษร x 4 บรรทัด, การ์ดอีเธอร์เน็ต W5100, แหล่งจ่ายไฟ 400V และส่วนประกอบเพียงเล็กน้อย ลดจำนวนส่วนประกอบให้เหลือน้อยที่สุดเพื่อให้ประกอบง่ายและลดต้นทุน

• ตัวนับ C-GM สามารถทำงานเป็นตัวนับกัมมันตภาพรังสีแบบสแตนด์อโลนได้
• หรือเพื่อการตรวจสอบกัมมันตภาพรังสีในระยะยาว ตัวนับ C-GM สามารถใช้ร่วมกับ A-GM Manager (ในภาคต่อ) ซึ่งเป็นเว็บแอปพลิเคชันโอเพนซอร์สที่ทำงานบนเซิร์ฟเวอร์ SOHO (เช่น QNAP ขายเซิร์ฟเวอร์ Small Office Home Office). A-GM Manager ยังสามารถเผยแพร่มาตรการ C-GM Counter บนแผนที่ที่ใช้ร่วมกันทั่วโลกซึ่งจัดการโดย GMC MAP สุดท้าย ยังมีเวอร์ชัน Node-RED สำหรับการรวม C-GM Counter กับ Node-RED เช่น QNAP IoT framework

ดูเพิ่มเติมที่ ตัวนับ W-GM ซึ่งเป็นรุ่น Wifi แบบพกพาที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ (22$/27€) ที่ใช้ ESP32 Heltec ที่เข้ากันได้กับ Eco-System ปัจจุบัน

สำคัญ (ความเสี่ยงจากไฟฟ้าช็อต)

อุปกรณ์ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟ 400 โวลต์ แม้ว่าปัจจุบันการส่งมอบจะยังคงอยู่ในระดับต่ำมาก แต่ฉันกีดกันผู้ที่ไม่คุ้นเคยกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้าให้ลองสร้างอุปกรณ์นี้ แต่ให้เลือกผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์แทน (ดูผลิตภัณฑ์ที่เข้ากันได้ในส่วนระบบนิเวศ)

ขั้นตอนที่ 1: ระบบนิเวศ

คุณอาจสนใจที่จะสร้างตัวนับ C-GM เท่านั้น แน่นอนคุณสามารถ!

แต่คุณอาจเต็มใจที่จะใช้จุดตรวจวัดกัมมันตภาพรังสีในพื้นที่ของคุณและวิวัฒนาการของระดับการติดตามเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้ระบบนิเวศของเราด้านบน

สำหรับผู้ที่มีปัญหาในการสร้างฮาร์ดแวร์ ฉันพบเคาน์เตอร์จาก GQ Electronics LLC© เช่น GMC-320V5 ที่เข้ากันได้กับ A-GM Manager ของเรา (ฉันไม่มีความสนใจหรือติดต่อกับบริษัทนี้ ดังนั้นอย่าถามฉันเพิ่มเติมเกี่ยวกับพวกเขา สินค้า).

หมายเหตุ: เอกสารประกอบที่ครอบคลุมเกี่ยวกับทั้งอุปกรณ์ C-GM Counter และ A-GM Manager มีอยู่ในรูปแบบ PDF เพื่อแนะนำคุณเกี่ยวกับการสร้างอุปกรณ์และการนำระบบนิเวศไปใช้

ข้อมูลทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการประกอบฮาร์ดแวร์และเฟิร์มแวร์ของอุปกรณ์ C-GM Counter สามารถค้นหาและดาวน์โหลดจาก SourceForge

ขั้นตอนที่ 2: ตัวนับ C-GM

คุณสมบัติ

• การตรวจจับรังสี: เบต้า แกมมา X-ray
• หลอด GM: STS-5 (CTC-5) / SBM-20 (แรงดันใช้งาน 400 V)
• รองรับภาษา: ภาษาอังกฤษเท่านั้น
• ค่าสูงสุด 65 535 CPM / 425 µSv/h (ตามทฤษฎี)

• ค่าที่แสดง:

  • CPM ปัจจุบัน
  • µSv/h. ปัจจุบัน
  • µSv/h สูงสุดตั้งแต่เริ่มต้น
  • µSv/h เฉลี่ยตั้งแต่เริ่มต้น
  • เวลาที่ผ่านไปตั้งแต่เริ่มต้น
  • ระดับบนกราฟแท่ง

  • เตือน

    • ผู้ใช้กำหนดเกณฑ์
    • ข้อความเตือนบน LCD
    • ไฟหลังจอ LCD กะพริบ

  • แฟลช LED สำหรับพัลส์รังสีเบต้า/แกมมาแต่ละตัว

    • LED กะพริบทุกวินาทีหากหลอด GM เป็นนักสืบ
    • ไฟ LED ยังคงสว่างเมื่อการเชื่อมต่อเครือข่ายล้มเหลว

  • เสียง

    • บี๊บสำหรับชีพจรรังสีบีตา/แกมมาแต่ละครั้ง
    • เสียงเตือน

  • การควบคุมอุปกรณ์จาก:

    • เมนูภายในเครื่อง
    • USB (ต้องใช้คอนโซลอนุกรม เช่น ปลวก) หรืออีเธอร์เน็ต (โดยใช้เว็บเบราว์เซอร์)
  • การเชื่อมต่อเครือข่ายโดยใช้ DHCP
  • รองรับเว็บอินเตอร์เฟส A-GM Manager

  • พารามิเตอร์ที่ผู้ใช้กำหนด (จากเมนูหรือผ่านเว็บอินเตอร์เฟส)

    • ปัจจัยการแปลงหลอด GM (CPM ถึง µSv/h)
    • เกณฑ์การเตือนใน CPM
    • Buzzer เปิดหรือปิด
    • หมดเวลาแสดงผล
    • เปิดใช้งานเครือข่ายเพื่อสื่อสารกับ A-GM Manager
    • คำจำกัดความ IP ของเซิร์ฟเวอร์ A-GM (ผ่าน USB หรือ A-GM Manager)
    • ภายใน HV การสอบเทียบโวลต์มิเตอร์ (ผ่าน USB หรือ A-GM Manager)
    • สามารถบันทึกพารามิเตอร์ลงใน EEPROM. ได้อย่างถาวร

ขั้นตอนที่ 3: สร้างเคาน์เตอร์ C-GM

คำอธิบายสั้น

ดูรายละเอียดในไฟล์ PDF

ฮาร์ดแวร์

การประกอบฮาร์ดแวร์ตัวนับ C-GM ทำได้ง่ายที่สุดโดยใช้ส่วนประกอบขั้นต่ำที่หาได้จากตัวนับ (เช่น Amazon หรือ eBay) และการเดินสายไฟขั้นต่ำ ไม่มีแผงวงจรพิมพ์เฉพาะ (PCB) แต่มีบอร์ดดอทหน้าเดียวราคาไม่แพง (หรือที่รู้จักว่า Perfboard) พร้อมแผ่นบัดกรีสำหรับแต่ละรู (Veroboard)

• ตัวต้านทาน GM 5.6MΩ จำหน่ายโดยตรงบนซ็อกเก็ต RCA
• บอร์ดอีเทอร์เน็ตเชื่อมต่อกับ Arduino Nano โดยใช้ขั้วต่อ 2x5
• พินคอนเน็กเตอร์บอร์ดอีเทอร์เน็ตผ่าน Perforboard เพื่อให้แน่ใจว่ามีการตรึง
• Arduino Nano ถูกเชื่อมเข้ากับ Perfboard
• ความจุ C1 (10nF/2kV) เชื่อมกับขั้วต่อเอาท์พุตที่ด้านหลังของ H. V. โมดูล.
• มีสายรัดลวดเชื่อมที่ด้านหลังของ H. V. โมดูลระหว่างอินพุตและเอาต์พุต GND
• ตัวต้านทาน R6 (47KΩ) ถูกเชื่อมโดยตรงบนพินกราวด์ของ LED
• โมดูลอีเธอร์เน็ต W5100 RST ไม่ได้เชื่อมต่อกับ Arduino RST บนพิน RST ของพินโมดูล W5100 จะมีตัวต้านทานและความจุ หากเชื่อมต่อกับ Arduino RST จะเป็นการป้องกันการดาวน์โหลดเฟิร์มแวร์ใหม่ใน Arduino ข้อเสียคือต้องปิดแหล่งจ่ายไฟเพื่อรีเซ็ตอีเธอร์เน็ต

ซอฟต์แวร์

การเขียนโปรแกรม C-GM Counter Device สามารถทำได้โดยใช้ไฟล์ HEX ของอุปกรณ์ C-GM Counter

คุณจะต้องมีโปรแกรมอรรถประโยชน์ UpLoader เช่น Xloader (เว็บไซต์ของผู้เขียนเป็นปัจจุบัน ปิดสำเนา มีให้ที่นี่) หรือ ArduinoSketchUploader (แหล่งที่มา C# ที่จะคอมไพล์) อาจมีทางเลือกอื่นจากเว็บไซต์ Arduino

• CGM_vx.x.x.hex ใช้ไฟล์นี้เพื่อเก็บ boot-loader ดั้งเดิมของ Arduino Nano ของคุณ
• CGM_v1.x.x.x_bootloader.hex ใช้ไฟล์นี้เพื่อแฟลชเฟิร์มแวร์ C-GM และบูตโหลดเดอร์

---

ใหม่ v1.3: หากต้องการปิดใช้งานเครือข่าย ให้กดปุ่มค้างไว้ขณะทำการบูท (จนกว่าจะเข้าสู่เมนู จากนั้นออกจากเมนู) สิ่งนี้จะหลีกเลี่ยงการถูกบล็อกอย่างต่อเนื่องเนื่องจากการลองเชื่อมต่อเครือข่ายอีกครั้งซึ่งป้องกันไม่ให้เข้าสู่เมนูสำหรับการตั้งค่าพารามิเตอร์เครือข่ายใหม่ (ฉันแปลกใจที่ไม่มีใครรายงานว่าต้องกังวลกับสิ่งนี้จนถึงตอนนี้!)

ขั้นตอนที่ 4: การใช้ตัวนับ C-GM

คำอธิบายสั้น

โปรดอ่านรายละเอียด PDF

อุปกรณ์ตัวนับ C-GM จะนับจำนวนพัลส์รังสี (CPM) ในช่วงเวลาหนึ่งนาที (กรอบเวลาเปลี่ยน) และแปลงจำนวนนี้เป็นค่าไมโครซีเวิร์ตต่อชั่วโมง (µSv/h) โดยใช้ GM ปัจจัยการแปลงหลอด

• เมื่อเริ่มต้นใช้งาน หน้าจอเริ่มต้นจะแสดงเวอร์ชันและลิขสิทธิ์ของเฟิร์มแวร์อุปกรณ์ตัวนับ C-GM
• หลังจากเปิดเครื่องประมาณ 5 วินาที หน้าจอเริ่มต้นจะปิดและตัวนับจะเริ่มการวัดรังสี

ส่วนต่อประสานกับผู้ใช้นั้นเรียบง่ายมากและมีสวิตช์แทคเพียงตัวเดียวสำหรับควบคุมหน้าจอและเมนูของอุปกรณ์

ตามระยะเวลาของการกดปุ่ม มีสองการกระทำที่เป็นไปได้

1. กดสั้นๆ = SELECT ผู้ใช้กดปุ่มน้อยกว่าครึ่งวินาที
2. กดค้าง = NEXT ผู้ใช้กดปุ่มนานกว่าครึ่งวินาที

ในการเข้าสู่เมนูหรือตรวจสอบรายการเมนู ให้กดหนึ่งครั้งเพื่อปลุกหน้าจอ ให้ข้ามไปยังหน้าจอถัดไปหรือรายการเมนู ให้กดสั้นๆ หนึ่งครั้ง

มีหน้าจอข้อมูล 5 หน้าจอ:

1 - RADIATION SCREEN หน้าจอข้อมูลเริ่มต้นจะแสดงค่าการแผ่รังสีในปัจจุบัน เช่น การวัด µSV/h ปัจจุบัน ค่า µSV/h สูงสุดนับตั้งแต่เปิดเครื่อง ค่า CPM ปัจจุบัน และ µSV/h เฉลี่ยตั้งแต่เปิดเครื่อง ข้อความจะแสดงที่บรรทัดล่างสุด

2 - หน้าจอ DOSIMETER

หน้าจอนี้แสดงค่าตั้งแต่เปิดเครื่อง ซึ่งรวมถึงเวลาที่ผ่านไป จำนวนการนับทั้งหมด และปริมาณเทียบเท่าที่แสดงทั้งใน micro-Sievert และ micro-Rem

3 - หน้าจอ GM TUBE

แสดง CPM ปัจจัยการแปลงหลอด GM เป็น µSv/h ค่าไฟฟ้าแรงสูงในปัจจุบัน (อ่านจากโวลต์มิเตอร์ภายใน) และเกณฑ์การเตือน (เป็น CPM)

4 - หน้าจอเครือข่าย

แสดงที่อยู่ IP ของอุปกรณ์ (Dev) (จัดสรรโดยบริการ DHCP) และที่อยู่ IP ของเซิร์ฟเวอร์ระยะไกล A-GM (Svr)

5 - หน้าจอเครดิต

แสดงเวอร์ชันและวันที่ของเฟิร์มแวร์ตลอดจนลิขสิทธิ์

เมนูการกำหนดค่า

มี 7 หน้าจอเมนูสำหรับตั้งค่าเครื่อง ต้องตั้งค่าพารามิเตอร์บางตัวโดยใช้พอร์ตการสื่อสาร (ซีเรียลหรือเครือข่าย)

ขั้นตอนที่ 5: การปรับใช้ระบบนิเวศโดยรวม

คำอธิบายสั้น

โปรดอ่านรายละเอียด PDF

โครงการ A-GM มีวัตถุประสงค์เพื่อให้การวัดระดับกัมมันตภาพรังสีอย่างต่อเนื่องในระยะยาว ประกอบด้วยเว็บแอปพลิเคชันแบบโอเพนซอร์ส (A-GM Manager) ที่ทำงานบนเซิร์ฟเวอร์ SOHO (เช่น NAS จาก QNAP สำหรับเซิร์ฟเวอร์ Small Office Home Office) ที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์นับกัมมันตภาพรังสี Geiger-Muller เช่น C-GM Counters หรือตัวนับที่เข้ากันได้จาก GQ อิเล็กทรอนิคส์ LLC

สรุประบบโดยรวม:

• ผู้จัดการ A-GM เว็บแอปพลิเคชันที่ตรวจสอบและจัดเก็บระดับรังสีเบต้า/แกมมาอย่างต่อเนื่องที่ได้รับจากตัวนับ Geiger-Muller บนเซิร์ฟเวอร์ภายใน ข้อมูลสามารถเปลี่ยนเส้นทางไปยังเว็บไซต์ GMC. MAP สำหรับการแบ่งปันข้อมูลทั่วโลกโดยใช้บัญชีผู้ใช้
• C-GM Counter ฮาร์ดแวร์โอเพ่นซอร์สและเฟิร์มแวร์สำหรับ Ethernet G. M. ตัวนับที่พัฒนาและให้บริการโดย Ad'Novea® ซึ่งทำงานร่วมกับ A-GM Manager
• อุปกรณ์ GMC-320 อุปกรณ์ GMC-320/5xx/6xx จำหน่ายโดย GQ Electronics LLC© และอนุญาตให้เปลี่ยนเส้นทางของมาตรการไปยังเว็บไซต์ GMC. MAP ได้โดยตรงจากอุปกรณ์โดยใช้การเชื่อมต่อ WiFi A-GM Manager สนับสนุนอุปกรณ์เหล่านี้ในการบันทึกมาตรการการแผ่รังสีบนเซิร์ฟเวอร์ของคุณและรับรองการเปลี่ยนเส้นทางไปยังเว็บไซต์ GMC. MAP

คุณสมบัติ

• รองรับภาษาอังกฤษ ฝรั่งเศส ญี่ปุ่น รัสเซีย และจีน
• รองรับเคาน์เตอร์ C-GM และ GQ Electronics LLC เคาน์เตอร์ Geiger-Muller หรืออุปกรณ์ที่เข้ากันได้
• ตรวจสอบกัมมันตภาพรังสีในช่วงระยะเวลาการเก็บรักษาที่ผู้ใช้กำหนด (สูงสุด 90 วัน) หรือรายเดือน (ดูรูป)
• หากระดับเกินเกณฑ์ที่ผู้ใช้กำหนด อีเมลจะถูกส่งถึง 5 ที่อยู่อีเมล
• แสดงระดับการแผ่รังสีในปัจจุบันเป็น µSv/h และระดับสูงสุดตลอดระยะเวลาเก็บรักษา (การบันทึก)
• พล็อตติดตามด้วยฟังก์ชั่นซูมและแพน (1 ชั่วโมง 6 ชั่วโมง 24 ชั่วโมง 1 สัปดาห์และ 4 สัปดาห์)
• สามารถดาวน์โหลดบันทึกระยะเวลาเก็บรักษาและข้อมูลรายเดือนเมื่อมีให้
• การดาวน์โหลดและการกำหนดค่าได้รับการปกป้องด้วยการเข้าสู่ระบบและรหัสผ่าน
• ตรวจจับความผิดพลาดของหลอด GM และส่งอีเมลไปยังผู้ดูแลระบบ
• การเปลี่ยนเส้นทางข้อมูลไปยังเว็บไซต์ GMC. MAP (ต้องมีบัญชีผู้ใช้ที่ gmcmap)
• รองรับคอมพิวเตอร์ตั้งโต๊ะ แท็บเล็ต และหน้าจอสมาร์ทโฟน

ดาวน์โหลด

ไฟล์ ZIP ด้านล่างนี้สามารถแตกไฟล์ลงในไดเร็กทอรีเว็บของเซิร์ฟเวอร์ SOHO ของคุณได้ สำหรับเจ้าของ QNAP NAS มีแพ็คเกจ QPKG ที่พร้อมใช้งานจาก SourceForge

เวอร์ชั่นล่าสุด 1.3 สามารถดาวน์โหลดได้จาก SourceForge

ขั้นตอนที่ 6: การบูรณาการ IoT

คำอธิบายสั้น

A-GM รุ่นจำกัด Node-RED ที่เป็นอิสระอย่างสมบูรณ์พร้อมใช้งานสำหรับสภาพแวดล้อม QNAP IoT เป็นแอปพลิเคชั่น A-GM Manager ที่แตกต่างและจำกัด ซึ่งสามารถใช้สำหรับการตรวจสอบเท่านั้น

เนื่องจากตัวนับ C-GM สามารถให้ข้อมูลการวัดในรูปแบบ JSON จึงเป็นตัวเลือกที่ง่ายสำหรับการรวม IoT ผู้ให้บริการ SOHO/NAS บางราย เช่น QNAP ทำให้เฟรมเวิร์ก IoT พร้อมใช้งานบนเครื่องของตนสำหรับอุปกรณ์ IoT ที่สนับสนุนรูปแบบข้อมูล JSON

แนบไฟล์ NodeRED ที่ฉันได้พัฒนาสำหรับการผสานรวมในเฟรมเวิร์ก QNAP IOT ทำให้สามารถเข้าถึงข้อมูล C-GM Counter จากคอมพิวเตอร์หรืออุปกรณ์มือถือเครื่องใดก็ได้