Простой радиометр на ATmega328PU (Индикатор радиоактивности)

Хоть  в описании и присутствует слово "Arduino", по факту мы будем использовать ATmega328PU - мозг Arduino UNO, со стандартным загрузчиком, что позволит писать код на языке Ардуино. Кощунство скажите вы, но не все умеют фьюзы выставлять и писать на ассемблере, а так как суть данного проекта простота и надёжность (Понятно, что грамотный код на ассемблере лучше, но будет ли он грамотным?), то такой метод вполне себе оправдан.

Теперь перейдём к самому прибору. Идею на его создание подкинула мне одна статья на "хабре" , а именно схема преобразователя и считывающего устройства (рис. 1).

Рисунок 1 - Схема преобразователя из статьи с "хабра".

Как видно на схеме: преобразователь собран на 555 таймере, а сам он представляет собой степ-ап с умножителем напряжения и его ограничением и стабилизацией для трубки (Причём не обязательно ставить СБМ-20, можно и другой датчик, но тогда придётся изменить время замера в программе). Схема настолько проста, что работает в 90% случаев, оставшиеся 10% - неправильный монтаж или напряжение питания ниже 4В. 

Собственно, самая сложная часть у нас есть, теперь скрестим её с микроконтроллером и семисегментным дисплеем (рис. 2).

Рисунок 2 - Полная схема радиометра

Согласен, выглядит страшно, но не всё так cложно. Левая часть - это повторение преобразователя выше (рис. 1). Для микроконтроллера ATMEGA328PU применена схема включения с внешним кварцем на 16МГц. Да семисегментный индикатор занимает большую часть вывод Атмеги, да и транзисторов по разрядам нет, казалось бы уже плохо, но потребление этого индикатора достаточно маленькое, тем более работает схема в динамической индикации, поэтому Атмеге ни что не угрожает. По поводу не рационального использования выводов: кроме семисегментного индикатора, пары кнопок и пищалки я подключать ничего и не собирался, поэтому зачем экономить выводы? (СБМ-20 - это не какой-то супер датчик, чтобы делать к нему цветной экран со всякими наворотами).

P.s. Здесь каждый решает на свой вкус и цвет, но как по мне надо тут думать рационально =).

Теперь о работе схемы:

При попадании частицы в датчик, он срабатывает и замыкается - напряжение на катоде поднимается до 10В и это открывает BC547. Транзистор просаживает сигнал, что приводит к срабатыванию прерывания в ATMEGA328PU, дальше полученные данные обрабатываются и выводятся на экран. Датчик же из-за просевшего напряжения тут же гасит разряд, поэтому импульс очень короткий.

Прибор имеет 2 режима: быстрый и точный:

1) Быстрый, как понятно из названия, производит замер за 36 сек или при повышении фона за меньшее время (Отладка этого режима всё ещё в процессе).

2) Точный же производит замер по нажатию кнопки в течение 60с. По окончанию замера начинает дико пищать и ждать повторного нажатия на кнопку.

Также перед включением радиометр ждёт 2 импульса, что сигнализирует о рабочем состоянии прибора, в противном случае выводит сообщение об ошибке ("Err 1" - ошибка датчика). Самодиагностику можно пропустить по нажатию кнопки, но это не рекомендуется, обычно если прибор не проходит эту процедуру, значит аккумулятор сел или что-то не так (Запитка напрямую от литий-ионного аккумулятор - не самая лучшая затея, при 4В - 555 таймер не стартует, поэтому рекомендуется использовать его КМОП аналог TLC555 и ему подобные, правда номинал резистора R10 придётся подобрать). Надо сразу предупредить, что точка - это не дробь , а режим работы: крайнее правое положение: [мкР/ч], левее - [мР/ч], ещё левее - [Р/ч], самое левое положение - таймер (Режим точного замера).

Наладка:

Ну тут всё просто. Резистор R10 регулирует выходное напряжение, лично у меня вместо него стоит перемычка для обычного таймера, а для КМОП - резистор 1-2кОм, я поставил 1кОм, но преобразователь стартует вяло, но в рабочий режим входит без проблем. При правильной сборке прибора и его работе из пищалки послышаться попискивание и "----" сменится на нули, а потом появятся и значения фона в [мкР/ч]. 

Плата:

В этот раз у нас будет Easy EDA, так как мой вариант в Sprint Layout просто ужасен.

Рисунок 3 - печатная плата

Также Гербер и саму схему с платой я прикрепил архивом с .json файлами от EDA.

Скетч

Скетч до безобразия простой. Для работы с индикатором пришлось написать собственные функции отображения чисел и надписей (рис. 4).

 
Рисунок 4 - пример одной из самописных функций (Для привлечения внимания).

Пишу я в Visual Studio, используя утилиту Vmicro, что советую и другим ардуинщикам - студия значительно ускоряет процесс поиска необходимых функций и классов.

Процесс вычисления мощности дозы очень прост, так как он счётный: МК, получив импульс со входа ждёт 36с (Время из даташита СБМ-20, за которое кол-во импульсов датчика равняется мощности дозы в [мкР/ч]), подсчитывая импульсы, по окончанию 36с, выводится полученное значение и обнуляются переменные. Если за 36с или меньшее время МК насчитал больше 20 импульсов, то скорость счёта повышается, конечно, так как я не считаю среднее значение, то показания будут дёргаться, но для этого с каждой тысячью импульсов требуемых для ускорения счёта увеличивается на 20. Это позволяет достаточно неплохо стабилизировать показания ( Может быть и костыль, но я всё же не крутой программист). Если в период счёта нажать кнопочку, то запустится точный замер (Может покажется странно, но как по мне это довольно неплохая метка, которая говорит о том , что прибор считает, а не завис или ещё что-то). После нажатия режим переключается на таймер и на экране ведётся обратный отсчёт. По окончанию замера значение будет сохранено, а радиометр будет пищать, говоря о том что, замер окончен. Время точного замера можно выставить в шапке скетча, программа сама пересчитает коэффициент для приведения значения к 36с (36с / время). И да скетч необходимо залить в МК через программатор до установки, в плате под это дело не предусмотрена возможность.

Кратко о моём прототипе

Корпус из ДСП, кнопочки выдраны со старой аппаратуры + кривая плата, но данный Франкенштейн работает, если не думать о начинке, то вполне себе забавный приборчик получился. Собственно гранит (Похож на покотовский, но может и токовский, вообщем природная смесь всего и вся) и как положено слегка радиоактивен (рис.5):  

Как видно наш прибор регистрирует повышенный фон от гранита (Фон на улице 13мкР/ч)

Итог

Вот так можно собрать достаточно простой индикатор радиометр для изучения всего и вся. Если говорить о стоимости: то мне все детали обошлись в 300р (Покупал всё в местном радиомагазине, да и то потому что АТМЕГА сама по себе 110р и индикатор 80р + мелочь). Если заказывать с Али, то ещё меньше. Зато в отличии от других простых схем, она умеет измерять и причём достаточно точно (Точность и удобство тут зависят напрямую от скетча, следовательно, программиста). Верхний предел измерений не известен, скорее всего коло 150 мР/ч, это из паспорта на СБМ-ку).

Теги:

• Микроконтроллер
• AVR