Датчик радиации для умного дома

Радиоактивные вещества воздействуют на клетки организма человека и приводят к нарушению связей на молекулярном уровне. При постоянном получении небольших доз развивается так называемое соматическое состояние, которое со временем усугубляется. В позднем периоде могут развиваться опухоли (лейкозы), нарушения функций органов, укорачивается продолжительность жизни. Радиация опасна для плода – облучение относится к факторам, которые вызывают пороки развития. Для взрослого человека радиация также представляет опасность из-за высокого уровня восприимчивости облучения. При этом системное получение дозы опаснее однократного воздействия большого количества радиоактивных веществ. Поэтому за радиационным фоном необходимо следить постоянно.

Для мониторинга радиационного фона я собрал хорошо зарекомендовавшую легко повторяемую и не требующую наладки схему. Схема разделена на две части: выносной высоковольтный блок с детектором радиационного излучения и счётного устройства.

Детектором радиационного излучения является счётчик Гейгера-Мюллера СБМ-20 (СТС-5).

2975588424.png

Счётчик Гейгера-Мюллера требует источник питания с напряжением 400В. Для запитки его от 5В, в схеме предусмотрен преобразователь напряжения, состоящий из блокинг-генератора и умножителя напряжения. 

Резисторы R3-R6 ограничивают ток через счётчик BD1. Двунаправленный защитный диод VD6 ограничивает напряжения источника высокого напряжения на уровне 400В.

Для гальванической развязки, а так же от импульсных помех, высоковольтный блок отделён от счётного устройство оптопарой OP1.

Высоковольтный блок собран на небольшой печатной плате. После сборки плату со стороны дорожек желательно покрыть лаком.

4226485393.jpg

Сердечник для трансформатора можно взять от эконом лампы, или любой другой с подходящими размерами. В центральном керне должен быть небольшой зазор. Я взял из сгоревшего адаптера питания.

Если блокинг-генератор не запускается, необходимо поменять местами выводы обмотки I или II.

Транзистор VT1 подойдёт любой с обратной проводимостью (n-p-n)  и напряжением коллектор-эмиттер 100-150В.

856392673.jpg241936977.jpg

 3159062081.jpg2167103473.jpg

 Для крепления счётчика, в плату впаяны зажимы от колодки предохранителя (выпаял с компьютерного блока питания).

3331007777.jpg

 В качестве счётного устройства я использую ESP8266 с прошивкой от wifi-iot.com. Для работы счётчика на сайте конструкторе достаточно выбрать:

  • Счётчик 60;
  • Настройки по умолчанию (настройки домашней WiFi сети);
  • Куда передавать данные, это может быть народный монитор, MQTT или Majordomo.

 3159065145.png

Но я считаю расточительным использование платы ESP только для датчика радиации, поэтому у меня к плате подключен уличный датчик температуры DS18B20, датчик давления BMP180, реле для управления подсветкой стола и кнопка. Данные с датчиков шлются на народный монитор и Majordomo.

 2167122825.png

Перед сборкой прошивки, необходимо настроить счётчик, для этого около функции "Счётчик 60" жмём на шестерёнку.

В открывшемся окне необходимо заполнить необходимые поля. Так как счётчик я использую один, то и данные необходимо заполнить для первого счётчика. Теперь вопрос, откуда я взял эти цифры?

1034373437.png

Я взял паспорт производителя на используемый счётчик Гейгера-Мюллера, в котором написано, что при 4мкр/сек гамма-излучения счётчик выдаст 420±20 имп/сек.

1197939293.png

Далее математика проста:

4мкр/сек переводим в мкР/час - 4*60*60=14400 мкР/час;

При скорости счёта 1 имп/сек доза составит 14400/420=34,28 мкР/час;

И что за число получилось? Если это число выбрать константой времени счёта, то при скорости счёта 1 имп/сек счётчик насчитает 34,28 мкР/час! Другими словами дозиметр отобразит измеренную радиацию в мкР/час.

В настраиваемых параметра "Счётчик 60" в поле:

  • "Интервал счёта 1 счётчик" вписываем 34;
  • "Множитель 1 счётчик" вписываем 1;
  • "Делитель 1 счётчик" вписываем 1;

Для более точной оценки обстановки у себя я увеличил время счёта в 8 раз, а получившийся результат разделил на 8. Для этого в настраиваемых параметра "Счётчик 60" в поле:

  • "Интервал счёта 1 счётчик" вписываем 274;
  • "Множитель 1 счётчик" вписываем 1;
  • "Делитель 1 счётчик" вписываем 8;

Время замера получилось 4 минуты 34 секунды.

После прошивки и запуска ESP8266, требуется зайти в настройки "Hardware", включить первый счётчик и указать GPIO, к которому подключен высоковольтный блок дозиметра. Остальные настройки в зависимости от подключенных датчиков у вас.

2047292397.png

По истечении 4 минут 34 секунд на главной странице ESP появятся данные счётчика в мкР/час.

3001531549.png

На этом настройка дозиметра завершена. Осталось интегрировать дозиметр в Majordomo. Для этого заходим в Панель управления/Объекты и добавляем новый объект.

1998016924.png

Вписываем название объекта, выбираем Класс, пишем описание и сохраняем. В итоге в классе "SCounters" появиться новый объект.

2408027437.png

Заходим в раздел Устройства/ESP8266 (Wifi-IoT), находим там появившееся новое устройство, в моём случае "esp_meteo" и жмём на карандаш. Переходим на вкладку "Данные".

3358060541.png

Переменную "cnt1i" связываем с ранее созданным объектом "radiation" и выбираем связанное свойство "value". Теперь в системе умного дома Majordom есть показания с датчика радиации, которые можно вывести в меню управления или на сцену.

Я вывел показания в меню управления

img17.png

Печатная плата в формате lay6