Ручной дозиметр (Гейгер-счетчик) на Arduino Nano: сборка в 3D-корпусе

Компоненты и материалы

Инструменты

• 3D-принтер
• Autodesk Fusion 360 (моделирование корпуса)
• Cura (слайсер)

Программное обеспечение для разработки

• Arduino IDE
• EasyEDA / Fritzing / ClickCharts — схемы и платы

О проекте

Начал после покупки готового набора Гейгер-счетчика на Banggood. Идея — разместить всё в 3D-печатном корпусе для ручного использования. Итог на фото.

Шаг 1: Системный дизайн

Блок-схема: Arduino Nano опрашивает выход INT Гейгер-кита (прерывание по спаду), считает импульсы за скользящее окно 10 сек, выводит CPM (имп/мин) и эквивалент дозы µSv/ч (коэф. 151 для данной М-трубки). OLED 96×64 цветной (SPI) показывает: CPM крупно, 10-секундное окно, µSv/ч, батарею, и барграф CPS (имп/сек) — полезен при быстрых изменениях/поиске источника.

Питание: 18650 в плате зарядки micro USB (выдает 5В для Nano и кента, 3.3В для OLED). Зарядка — через отверстие в корпусе. USB Nano доступен для перепрошивки. Доп. бузер на BC547 усиливает звук от кента.

Шаг 2: Сборка электроники

Схема готового кента (high-voltage генератор + М-трубка) и полная схема устройства в разделе Schematics. Макетная сборка для отладки ПО на фото.

Шаг 3: Механическая и электрическая сборка

Все модули помещаются в 3D-корпус без внешних проводов. Корпус в два куска (верх/низ) + отдельный бокс для OLED сверху. Отверстия: micro USB (зарядка), mini USB (прошивка Nano).

Шаг 4: Программное обеспечение

Алгоритм: прерывание INT0 (D2) инкрементирует счетчик. Каждую секунду (LOGtime=1000 мс) значение сбрасывается в кольцевой буфер COUNTS[10]. CPM = 6 × сумма буфера. µSv/ч = CPM / 151. На дисплее: CPM (красный), µSv/ч (зеленый), барграф CPS (красный), батарея при старте (маджента).

Полный скетч (Geiger_Counter.ino)

/********* Pierre Pennings, Dec 2019. GPL3+ *********/
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1331.h>
#include <SPI.h>

// OLED SSD1331 (SPI)
#define sclk 13  // SCL (синий)
#define mosi 11  // SDA (белый)
#define cs   10  // CS  (серый)
#define rst   9  // RES (зеленый)
#define dc    8  // DC  (желтый)

#define LOGtime 1000
#define Minute 60000

#define BLACK   0x0000
#define BLUE    0x001F
#define RED     0xF800
#define GREEN   0x07E0
#define CYAN    0x07FF
#define MAGENTA 0xF81F
#define YELLOW  0xFFE0
#define WHITE   0xFFFF

Adafruit_SSD1331 display = Adafruit_SSD1331(cs, dc, rst);

int Counts = 0;
unsigned long previousMillis = 0;
int AVGCPM = 0, TenSecCPM = 0;
int units=0, tens=0, hundreds=0, thousands=0;
float Sievert = 0;
int COUNTS[10];
int t = 0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  display.begin(); display.fillScreen(BLACK);

  // Батарея на A3 (оранжевый провод)
  float Battery = analogRead(A3);
  float BattPerc = 100.0 * (Battery / 770.0);
  display.setCursor(4,4); display.setTextSize(2); display.setTextColor(MAGENTA);
  display.println("Battery");
  display.setCursor(4,24); display.print(int(BattPerc)); display.print("."); display.print(int((10*BattPerc)-(10*int(BattPerc)))); display.print(" %");
  delay(3000); display.fillScreen(BLACK);

  for (int x=0; x<10; x++) COUNTS[x]=0;
  attachInterrupt(0, IMPULSE, FALLING); // D2/INT0

  display.drawRect(0,0,96,64,WHITE);
  display.setCursor(4,4); display.setTextColor(RED); display.setTextSize(2); display.print("CPM");
  display.setCursor(50,4); display.setTextSize(1); display.print("10 sec"); display.setCursor(50,12); display.print("window");
  display.setCursor(4,38); display.setTextSize(1); display.setTextColor(GREEN); display.print("uSv/hr");
  display.drawRect(0,48,96,16,YELLOW);
}

void loop() {
  unsigned long currentMillis = millis();
  if (currentMillis - previousMillis > LOGtime) {
    previousMillis = currentMillis;
    COUNTS[t] = Counts;
    TenSecCPM = 0;
    for (int y=0; y<10; y++) TenSecCPM += COUNTS[y];
    AVGCPM = 6 * TenSecCPM;
    TenSecCPM = 0;
    t++; if (t > 9) t = 0;

    display.fillRect(4,20,90,17,BLACK);
    display.setCursor(4,20); display.setTextColor(RED); display.setTextSize(2); display.println(AVGCPM);

    display.fillRect(45,38,50,10,BLACK);
    display.setCursor(45,38); display.setTextColor(GREEN); display.setTextSize(1);
    Sievert = AVGCPM / 151.0;
    units = int(Sievert);
    tens = int((10*Sievert) - (10*units));
    hundreds = int((100*Sievert) - (100*units) - (10*tens));
    thousands = int((1000*Sievert) - (1000*units) - (100*tens) - (10*hundreds));
    display.print(units); display.print("."); display.print(tens); display.print(hundreds); display.println(thousands);

    display.fillRect(1,49,94,14,BLACK);
    display.fillRect(1,49,Counts,14,RED); // барграф CPS
    Counts = 0;
  }
}

void IMPULSE() { Counts++; } // ISR на INT0 (D2)

3D-модели корпуса

• Корпус дисплея (отдельный бокс): display_geiger_rev04_v2_bsLHSDvTUU.3mf
• Основной корпус (верх + низ, Fusion 360): geiger_counter_housing_top__bottom_rev04_v1_cvCIwkO13j.obj / STL

Схемы

Полная схема подключения в разделе Schematics.