Всем привет. Месяца два назад, от нечего делать, решил достать из своего пыльного ящика пару уже давно заброшенных проектов, до которых никак не доходили руки, и один из них был проект дозиметра-радиометра, который я начинал делать года так 3 назад, но из за недостатка знаний так и не довёл его до рабочего варианта. И вот теперь, спустя два долгих и мучительных месяца, хочу рассказать вам с чем я за это время успел столкнуться, и как делать не надо.
Собирались мы как-то с братом и его другом вместе в Припять съездить нелегалом, это была ещё давняя мечта, которая ждала своей реализации, но так и не дождалась (Но об этом позже). Когда мы уже подготовили практически всё что нужно, оказалось что ни у кого не было хотя бы простенького индикатора радиации. Посмотрев на площадке объявлений я мало чего нашёл, всё было в основном либо очень далеко, либо очень дорого, так и пришла идея попробовать сделать свой из того что было под рукой, а всё что у меня было, это ардуинка, счётчик (СТС-5) и много всякой рассыпухи. Так, как всё нужно было сделать в течении месяца, я стал искать уже готовые проекты, чтобы не изобретать велосипед, и нашёл максимально простенький проект на радиолюбительском сайте. Главной проблемой была намотка трансформатора, собственно из за чего я и забросил это дело. В Припять мы так и не поехали, потому что обострилась политическая обстановка.
С момента первой попытки прошло уже 3 года, я набрался новых знаний, как в электротехнике, так и в программировании. Мне не терпелось уже применить свои знания и наконец закончить когда то начатое дело, чем я и решил заняться во время самоизоляции. Начать я решил с самого простого, заказал с Китая повышающий модуль, ардуинку и порыскал в закромах в надежде найти нужные детали для эмиттерного повторителя (Для снятия импульсов). Первая прошивка просто считала импульсы с ножки прерывания и я был вполне доволен даже таким не значительным результатом, и это дало мне огромный толчок в дальнейшем улучшении проекта.
Изначально меня устраивало, то что повышающий преобразователь будет отдельной частью устройства, но в итоге прибор получился бы огромным, что мне не очень понравилось. Я начал перебирать варианты повышающей цепи, и остановился на DC-DC с управлением, и обратной связью с микроконтроллером. По сути в этом не было ничего сложного, но именно после добавления своего преобразователя и начались проблемы.
Как понятно из заголовка, появились ужасные помехи по питанию и не только. Когда напряжение приближалось к 400 вольтам, на ножке прерывания начиналась полная вакханалия. Прерывание постоянно срабатывало, и я просто не мог понять долгое время в чём была эта проблема. Изменение частоты шим не помогало, конденсаторы по питанию тоже. Я уже начал отчаиваться, но решение пришло внезапно, когда я поднёс палец к ножке прерывания. Прибор сразу стал функционировать нормально, до того момента, пока я не уберу палец. И тут я вспомнил завет давнего приятеля: «Везде ставь керамику». После того как я поставил керамический конденсатор на 100нФ между прерыванием и землёй, проблема ушла. На то, чтобы разобраться с этой проблемой у меня ушла куча времени, но этот урок я запомню на долго. Собственно керамические конденсаторы в итоге я поставил везде, где только можно, и всё заработало как надо.
Плату я разрабатывал в редакторе EasyEda, потому-что сразу решил заказывать платы с Китая. Скажу честно, редактор удобный и интуитивно понятный. Для меня, человека, который всегда делал платы в SprintLayout, эта программа была просто чем-то за гранью фантастики.
Теперь к сути. Я хотел сделать прибор как можно меньше, и выбрал размер 50х100 мм, что в каком то плане многовато и можно было уместить на меньшем размере. Первые варианты я решил делать на семи-сегментных индикаторах, что было огромной ошибкой, так, как они были крайне не информативные, и было достаточно сложно отобразить на них то, что хотел я. Следующим в моём списке был дисплей от nokia 5110. Этот вариант меня более чем удовлетворил.
Главные его плюсы это:
Но собственно были и проблемы. Дисплей требует 3.3 вольта питания, и желательно 3.3 вольта логику, а микроконтроллер работает от 5 вольт. Проблема решилась 10 кОм резисторами и линейным стабилизатором.
Ядром устройства является микроконтроллер atmega328p-mu. Я выбрал именно, потому-что судя по даташиту он более живучий.
Устройство является автономным и работает от аккумулятора li-ion, по-этому на плате была разведена микросхема tp4056 и маломощный повышающий dc-dc преобразователь на 5 вольт на микросхеме me2108a50.
В итоге плата приняла следующий вид:
Прибор разрабатывался как универсальный, чтобы можно было в любой момент поменять датчик, и провести под него точную настройку.
Программно были вынесены следующие характеристики для редактирования:
Настройки этих характеристик позволяют подключить любой датчик, напряжение работы которого не больше 800 вольт (Для того, чтобы повысить напряжение требуются доработки), время счёта не более 100 секунд и ошибка меньше 50%.
Себестоимость прибора выходит 500 руб. если заказывать детали с Китая и около 1000 рублей, если закупать в местных радиодеталях. Конечно я не учёл стоимость счётной трубки, т.к. её цена на барахолках обычно не превышает 500 руб.
Если сравнивать с приборами, которые близки по характеристикам, то 1000 рублей получается довольно аппетитная цена для любителей по паять.
В собранном виде плата выглядит следующим образом:
Как видно по фото, плата ещё не собрана до конца, так как я не нашёл некоторые компоненты в моём городе и нужно ждать их с Китая.
Разработка полноценного устройства довольно трудоёмкий процесс, который требует много знаний в низкоуровневом программировании, приборостроении и электротехнике. Очень обидно, когда вложенные труды в разработку оборачиваются в то, что устройство глючит и ведёт себя не так как на макете. Честно говоря, чёрная версия плат является четвёртой версией, до этого были и варианты с неудачным выбором схемы питания, неудачным дисплеем и с нехваткой конденсаторов. Эта статья предназначена для тех, кто хочет себе собрать подобный прибор, или же хочет сделать что то подобное. Демонстрация работы прибора будет в следующей части статьи.
Надеюсь я вам помог, и мой проект заинтересовал вас. Прилагаю ссылки на репозиторий с прошивкой и на проект печатной платы:
github.com/AdamFull/Dosimeter-SQUICK
easyeda.com/AdamFull/geigercounter_nokia
С чего всё начиналось
Собирались мы как-то с братом и его другом вместе в Припять съездить нелегалом, это была ещё давняя мечта, которая ждала своей реализации, но так и не дождалась (Но об этом позже). Когда мы уже подготовили практически всё что нужно, оказалось что ни у кого не было хотя бы простенького индикатора радиации. Посмотрев на площадке объявлений я мало чего нашёл, всё было в основном либо очень далеко, либо очень дорого, так и пришла идея попробовать сделать свой из того что было под рукой, а всё что у меня было, это ардуинка, счётчик (СТС-5) и много всякой рассыпухи. Так, как всё нужно было сделать в течении месяца, я стал искать уже готовые проекты, чтобы не изобретать велосипед, и нашёл максимально простенький проект на радиолюбительском сайте. Главной проблемой была намотка трансформатора, собственно из за чего я и забросил это дело. В Припять мы так и не поехали, потому что обострилась политическая обстановка.
Возобновляя старый проект
С момента первой попытки прошло уже 3 года, я набрался новых знаний, как в электротехнике, так и в программировании. Мне не терпелось уже применить свои знания и наконец закончить когда то начатое дело, чем я и решил заняться во время самоизоляции. Начать я решил с самого простого, заказал с Китая повышающий модуль, ардуинку и порыскал в закромах в надежде найти нужные детали для эмиттерного повторителя (Для снятия импульсов). Первая прошивка просто считала импульсы с ножки прерывания и я был вполне доволен даже таким не значительным результатом, и это дало мне огромный толчок в дальнейшем улучшении проекта.
Начало разработки
Изначально меня устраивало, то что повышающий преобразователь будет отдельной частью устройства, но в итоге прибор получился бы огромным, что мне не очень понравилось. Я начал перебирать варианты повышающей цепи, и остановился на DC-DC с управлением, и обратной связью с микроконтроллером. По сути в этом не было ничего сложного, но именно после добавления своего преобразователя и начались проблемы.
Хьюстон, у нас помехи
Как понятно из заголовка, появились ужасные помехи по питанию и не только. Когда напряжение приближалось к 400 вольтам, на ножке прерывания начиналась полная вакханалия. Прерывание постоянно срабатывало, и я просто не мог понять долгое время в чём была эта проблема. Изменение частоты шим не помогало, конденсаторы по питанию тоже. Я уже начал отчаиваться, но решение пришло внезапно, когда я поднёс палец к ножке прерывания. Прибор сразу стал функционировать нормально, до того момента, пока я не уберу палец. И тут я вспомнил завет давнего приятеля: «Везде ставь керамику». После того как я поставил керамический конденсатор на 100нФ между прерыванием и землёй, проблема ушла. На то, чтобы разобраться с этой проблемой у меня ушла куча времени, но этот урок я запомню на долго. Собственно керамические конденсаторы в итоге я поставил везде, где только можно, и всё заработало как надо.
Разработка платы
Плату я разрабатывал в редакторе EasyEda, потому-что сразу решил заказывать платы с Китая. Скажу честно, редактор удобный и интуитивно понятный. Для меня, человека, который всегда делал платы в SprintLayout, эта программа была просто чем-то за гранью фантастики.
Теперь к сути. Я хотел сделать прибор как можно меньше, и выбрал размер 50х100 мм, что в каком то плане многовато и можно было уместить на меньшем размере. Первые варианты я решил делать на семи-сегментных индикаторах, что было огромной ошибкой, так, как они были крайне не информативные, и было достаточно сложно отобразить на них то, что хотел я. Следующим в моём списке был дисплей от nokia 5110. Этот вариант меня более чем удовлетворил.
Главные его плюсы это:
- Не требует подсветки днём.
- Низкое энергопотребление.
- Простота в использовании.
Но собственно были и проблемы. Дисплей требует 3.3 вольта питания, и желательно 3.3 вольта логику, а микроконтроллер работает от 5 вольт. Проблема решилась 10 кОм резисторами и линейным стабилизатором.
Ядром устройства является микроконтроллер atmega328p-mu. Я выбрал именно, потому-что судя по даташиту он более живучий.
Устройство является автономным и работает от аккумулятора li-ion, по-этому на плате была разведена микросхема tp4056 и маломощный повышающий dc-dc преобразователь на 5 вольт на микросхеме me2108a50.
В итоге плата приняла следующий вид:
Зачем оно нужно если можно купить?
Прибор разрабатывался как универсальный, чтобы можно было в любой момент поменять датчик, и провести под него точную настройку.
Программно были вынесены следующие характеристики для редактирования:
- Напряжение счётчика
- Время счёта
- Ошибка
Настройки этих характеристик позволяют подключить любой датчик, напряжение работы которого не больше 800 вольт (Для того, чтобы повысить напряжение требуются доработки), время счёта не более 100 секунд и ошибка меньше 50%.
Себестоимость прибора выходит 500 руб. если заказывать детали с Китая и около 1000 рублей, если закупать в местных радиодеталях. Конечно я не учёл стоимость счётной трубки, т.к. её цена на барахолках обычно не превышает 500 руб.
Если сравнивать с приборами, которые близки по характеристикам, то 1000 рублей получается довольно аппетитная цена для любителей по паять.
В собранном виде плата выглядит следующим образом:
Как видно по фото, плата ещё не собрана до конца, так как я не нашёл некоторые компоненты в моём городе и нужно ждать их с Китая.
Резюмируя
Разработка полноценного устройства довольно трудоёмкий процесс, который требует много знаний в низкоуровневом программировании, приборостроении и электротехнике. Очень обидно, когда вложенные труды в разработку оборачиваются в то, что устройство глючит и ведёт себя не так как на макете. Честно говоря, чёрная версия плат является четвёртой версией, до этого были и варианты с неудачным выбором схемы питания, неудачным дисплеем и с нехваткой конденсаторов. Эта статья предназначена для тех, кто хочет себе собрать подобный прибор, или же хочет сделать что то подобное. Демонстрация работы прибора будет в следующей части статьи.
Надеюсь я вам помог, и мой проект заинтересовал вас. Прилагаю ссылки на репозиторий с прошивкой и на проект печатной платы:
github.com/AdamFull/Dosimeter-SQUICK
easyeda.com/AdamFull/geigercounter_nokia
VT100
Практически эталон "как не надо делать"… Начиная от заметания проблем под ковёр:
"После того как я поставил керамический конденсатор на 100нФ между прерыванием и землёй, проблема ушла."
Через оверинжиниринг с двумя питаниями и пренебрежение энергопотреблением критически важного автономного прибора (линейный стабилизатор и цепь контроля напряжения аккумулятора).
К непонятным заявлениям о "… atmega328p-mu. Я выбрал именно, потому-что судя по даташиту он более живучий."
Интересно также узнать, зачем понадобился ключ в эмиттерной цепи усилителя импульсов с трубки.
Для начала — хватит.
anonymous Автор
Здравствуйте, по началу я сильно не задумывался о проблемах с питанием. Линейный стабилизатор не лучшее решение, согласен, но по стоимости выходит дешевле всего. Защита аккумулятора не разведена, потому-что изначально предполагалось, что аккумулятор уже будет с этой защитой. Ну и ставка на то, что программно будет ограничена возможность работать при напряжении ниже 3.5 вольт.
Насчёт микроконтроллера, в даташите у него в основном температурные характеристики выше, если в подробности не вдаваться.
Вот в эмиттерной цепи ключ не нужен, я не могу объяснить зачем я его туда вообще ставил.
Весь это прибор это работа над ошибками, и постепенно я их исправляю.
И вы написали «Начиная от заметания проблем под ковёр», о чём вы?