Детектор Судного дня или как я разработал датчик радиации для Home Assistant

Автор: CyberexTech
Больше интересных фотографий и комментариев в оригинальном материале

❯ С чего всё началось

В начале 2023 года многие СМИ сообщили, что стрелки часов Судного Дня переместились на десять секунд. Сейчас часы замерли на отметке 90 секунд до полуночи и теперь показывают самый высокий риск ядерной катастрофы в истории проекта. Эта информация побудила меня создать прибор для контроля радиационного фона – я мог бы написать, но на самом деле все началось гораздо раньше, и об этом я расскажу дальше.

Однажды вечером в 2015 году мне захотелось посмотреть статистику радиационного фона в регионе, где я живу, я зашёл на свой любимый проект «Народный мониторинг» и начал искать поблизости датчики, которые могли бы измерить радиационный фон. К моему удивлению, таких датчиков я не нашел. Ладно, это не имеет значения, сказал я себе, поскольку я живу в регионе, где есть государственные атомные энергетические компании, на их сайте должна быть общедоступная информация об уровне радиационного фона. Зашёл на сайт, да, действительно, там есть статистика по уровню радиационного фона, где на графике видна прямая линия без намека на динамику. Естественно, такой результат меня не устроил, и я решил собирать статистику самостоятельно, разработав собственный прибор.

Некоторые сведения о том, что такое ионизирующее излучение (излучение

На рисунке схематично показана проникающая способность трех видов излучения

Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц (ядер гелия-4). Альфа-частицы испускаются во время радиоактивного распада, и их легко остановить куском бумаги. Бета-излучение — это поток электронов, образующийся в результате бета-распада; алюминиевой пластины толщиной в несколько миллиметров достаточно для защиты от бета-частиц с энергией до 1 МэВ. Гамма-излучение обладает гораздо большей проникающей способностью, так как состоит из фотонов высокой энергии, не имеющих заряда, для защиты эффективны тяжелые элементы (свинец и др.), поглощающие фотоны гамма-излучения в слое толщиной в несколько см.

Как видите, наиболее опасными видами излучения являются Бетта и Гамма, если говорить о внешних воздействиях. При попадании лучистых частиц на человека опасность представляют все виды радиации.

Вот мы и разобрались немного, что такое радиация, надеюсь, эта информация вас не утомила. Предлагаю приступить к проектированию устройства.

❯ Аппаратная часть устройства

Поскольку основным действием излучения является ионизация, для обнаружения излучения применяют простое решение — трубку Гейгера-Мюллера (граф.

Краткое описание работы трубки Гейгера-Мюллера (считает:

При прохождении через трубку частицы высокой энергии образуется ионный канал, замыкающий электродную цепь и создающий импульс на нагрузочном резисторе. Эти импульсы будут сигналом для регистрации фонового излучения; остается только передать эти импульсы микроконтроллеру для расчета накопленной дозы радиации.

Для работы с трубкой необходим источник высокого напряжения 400В. В качестве источника высокого напряжения я решил использовать повышающий преобразователь Step-UP на базе ШИМ-контроллера MAX1771, хорошо зарекомендовавший себя в проекте часов с использованием ламповых индикаторов. За интеллектуальную часть устройства отвечает микроконтроллер ESP8266.
Итак, ниже представлена принципиальная схема разработанного устройства.

Рендеринг печатной платы

Печатная плата в сборе

Один из вариантов модульных домов

❯ Разработка корпуса устройства

Крышка спроектирована в FreeCAD, данный вариант крышки выполнен с учетом использования трубки SI180G.

Еще несколько фотографий готового агрегата:

На фото показан вариант устройства, в котором используется массив ламп СИ1-Г

❯ Разработка программной части устройства

Программная часть не предполагает каких-либо сложных решений; наша задача — посчитать импульсы, поступающие из трубки Гейгера-Мюллера за определенный период времени, и использовать рассчитанный коэффициент трубки.

Обратите внимание: Ваш смартфон может излучать опасные уровни радиации.

Прошивка устройства будет использовать несколько временных интервалов для подсчета импульсов: 10 секунд, 1 минута, 5 минут, 60 минут. Подсчет импульсов будет осуществляться с использованием аппаратного прерывания.

Поскольку мы используем транзистор с обратным проводом для усиления импульсного сигнала лампы, нам необходимо использовать параметр FALLING в аппаратном прерывании.

Ниже представлена функция счетчиков импульсов

Функция расчета накопленной дозы за разные интервалы времени

Ссылка на исходный код будет добавлена в конце статьи.

❯ Конфигурация устройства / интерфейс

Эта версия программного обеспечения использует веб-интерфейс для настройки устройства. При первоначальной настройке, если нет подключения к сети, устройство создает точку доступа Wi-Fi, а при подключении автоматически перенаправляется на сайт устройства (реализовано с использованием технологии Captive portal).

Интерфейс домашней страницы

Доступ к конфигурации устройства осуществляется только после авторизации.

Интерфейс для настройки соединения по протоколу MQTT

❯ Интеграция в Home Assistant

Для передачи данных в Home Assistant, как вы уже догадались, используется протокол MQTT. Ниже приведен пример интеграции; в примере используется формат данных JSON и имя субъекта «r_sensor/jsondata».

Формат данных JSON для этого объекта:

Ключи, начинающиеся с «CP», представляют собой «сырые» данные, полученные с телефона. Ключи, начинающиеся с «val», — это конечное значение уровня радиации.

Для интеграции с Home Assistant в файл конфигурации Configuration.yaml добавьте следующий код (пример):

Чтобы добавить карточку, отображающую данные, на панель управления Home Assistant, создайте карточку «Объекты» и вставьте следующий код в текстовый редактор:

В результате должна получиться похожая карточка с данными:

На этом базовая интеграция датчика в Home Assistant завершена.

Немного информации о дополнительных функциях

Устройство имеет функцию звуковой индикации. Да-да, это тот самый треск при обнаружении частицы. Думаю радиофилы и радиофобы останутся довольны).

Устройство также подает звуковой сигнал при превышении допустимого уровня радиации; он срабатывает, когда уровень радиации достигает более 100 мкР/ч.
Демо можно увидеть здесь

❯ Итог

В результате мы получили интересное и компактное решение для контроля уровня радиационного фона, питающееся от стандартного USB-порта.

Устройство прошло несколько итераций разработки, как программной, так и аппаратной. На данный момент это проверенное временем и хорошо работающее устройство, которым не стыдно похвастаться.

Первая версия устройства (2015 г):

На этом мы можем закончить. Всем большое спасибо за внимание!

Небольшая бонусная история, связанная с этим устройством:

В конце сентября 2017 года прибор внезапно начал фиксировать повышенный уровень радиационного фона, о чем меня и предупредил. Я не мог понять, что происходит, и был склонен думать, что произошла аппаратная проблема, и не воспринимал эту ситуацию всерьез. Через пару минут все вернулось на круги своя. Диагностика не выявила проблем с устройством. В начале октября в СМИ появилась информация о выбросе изотопа Рутений-103, и все стало ясно. Где-то рядом пролетело облако Рутения-103. Это была первая аномалия, обнаруженная моим устройством.

Источники проекта: