Автор: CyberexTech
Больше деталей, фотографий и обсуждений доступно в оригинальной публикации.
❯ Предыстория проекта
В 2023 году новости о перемещении стрелок часов Судного дня на рекордные 90 секунд до «ядерной полуночи» вновь напомнили миру о потенциальных угрозах. Однако мой личный интерес к мониторингу радиации возник гораздо раньше, в 2015 году. Желая проверить радиационный фон в своём регионе, я столкнулся с нехваткой доступных и прозрачных данных: на государственных ресурсах графики часто были статичными, а на общественных проектах вроде «Народного мониторинга» поблизости просто не оказалось датчиков. Это разочарование и стало толчком к созданию собственного, независимого устройства для сбора точной статистики.
Для начала стоит разобраться в основах. Ионизирующее излучение, которое мы называем радиацией, бывает нескольких видов, отличающихся проникающей способностью и опасностью.
На схеме наглядно показана разница в проникновении трёх основных типов излучения.
Альфа-излучение — это поток тяжёлых ядер гелия. Оно обладает малой проникающей способностью: его может остановить даже лист бумаги или верхний слой кожи, но становится крайне опасным при попадании внутрь организма. Бета-излучение представляет собой поток электронов. От него защитит тонкий слой алюминия или пластика. Наибольшую опасность при внешнем облучении представляет Гамма-излучение — это фотоны высокой энергии, для защиты от которых требуются серьёзные барьеры из свинца или бетона. Именно бета- и гамма-излучения чаще всего отслеживают бытовые дозиметры. Разобравшись в теории, можно переходить к практической реализации проекта.
❯ Аппаратная начинка: от идеи к плате
Основным сенсором для обнаружения ионизирующего излучения была выбрана классическая трубка Гейгера-Мюллера. Принцип её работы основан на том, что пролетающая частица ионизирует газ внутри трубки, вызывая кратковременный электрический импульс. Подсчёт этих импульсов позволяет судить об уровне радиации.
Для работы трубки необходим источник высокого напряжения (около 400В). В этом проекте для его генерации был использован надёжный повышающий преобразователь на микросхеме MAX1771. «Мозгом» устройства выступил популярный и доступный микроконтроллер ESP8266, который отвечает за подсчёт импульсов, обработку данных и подключение к Wi-Fi. Ниже представлена итоговая принципиальная схема.
3D-визуализация разработанной печатной платы
Реализованная печатная плата с установленными компонентами
Один из вариантов компактного модульного корпуса для устройства
❯ Конструкция и корпус
Корпус был спроектирован в программе FreeCAD с учётом геометрии конкретной трубки Гейгера (SI180G). Важно обеспечить не только эстетичный вид, но и доступ чувствительного элемента к излучению, а также безопасность пользователя от высокого напряжения внутри.
На фото представлен вариант устройства с использованием отечественной трубки СИ1-Г.
❯ Программное обеспечение и логика работы
Задача прошивки — точно подсчитывать импульсы с трубки за различные промежутки времени (10 сек, 1 мин, 5 мин, 60 мин) и, применяя калибровочный коэффициент, пересчитывать их в понятные величины — микрорентгены в час (мкР/ч). Для максимальной точности подсчёт ведётся с использованием аппаратных прерываний микроконтроллера.
Поскольку в схеме используется транзисторный каскад, инвертирующий сигнал, в прерывании настроена реакция на спад напряжения (FALLING).
Фрагмент кода функции-счётчика импульсов
Фрагмент кода функции для расчёта накопленной дозы за разные интервалы
Полный исходный код прошивки доступен по ссылкам в конце статьи.
Кстати, интересный факт: Ваш смартфон может излучать опасные уровни радиации.
❯ Управление и веб-интерфейс
Устройство обладает удобным веб-интерфейсом для настройки. При первом включении, если не найдена известная Wi-Fi сеть, оно создаёт собственную точку доступа с Captive Portal (как у многих умных устройств), автоматически перенаправляя подключившегося пользователя на страницу конфигурации.
Главная страница веб-интерфейса с отображением текущих данных
Доступ к настройкам защищён авторизацией.
Страница настройки подключения к MQTT-брокеру для интеграции с умным домом
❯ Интеграция в экосистему Home Assistant
Для связи с Home Assistant используется стандартный и удобный протокол MQTT. Устройство публикует данные в формате JSON в определённый топик (например, `r_sensor/jsondata`).
В JSON-сообщении содержатся как «сырые» данные подсчёта импульсов (ключи с префиксом «CP»), так и рассчитанные значения уровня радиации в мкР/ч (ключи с префиксом «val»).
Для добавления датчика в Home Assistant необходимо в файл `configuration.yaml` добавить конфигурацию MQTT-сенсора, которая будет подписываться на этот топик и парсить данные.
После этого на любую панель управления можно добавить информативную карточку. Например, создав карточку типа «Объекты» и вставив в её редактор следующий YAML-код:
В итоге на дашборде появится наглядный элемент, отображающий текущий радиационный фон.
На этом базовая интеграция завершена, и данные с самодельного дозиметра становятся частью общей картины вашего умного дома.
Дополнительные функции и особенности
Устройство не просто молча собирает данные. Оно может издавать характерный щелчок (классический «треск» счётчика Гейгера) при обнаружении каждой частицы, что создаёт неповторимую атмосферу. Кроме того, реализована функция звуковой сигнализации: при превышении порогового значения (например, 100 мкР/ч) устройство оповестит вас предупреждающим сигналом.
❯ Итоги разработки
В результате получилось компактное, автономное и точное устройство для мониторинга радиационного фона, питающееся от обычного USB-порта. Проект прошёл долгий путь от первого прототипа в 2015 году до отлаженного и надёжного гаджета.
Первая версия устройства (2015 год) выглядела гораздо скромнее, но уже выполняла свою основную задачу.
История на этом не заканчивается. Осенью 2017 года прибор зафиксировал свою первую реальную аномалию: кратковременный, но заметный скачок уровня радиации. В тот момент я подумал о неисправности, но диагностика её не выявила. А спустя несколько дней в новостях появилась информация о выбросе изотопа Рутений-106 в Европе. Это событие стало наглядным подтверждением работоспособности и полезности самодельного устройства.
Полезные ссылки и файлы проекта:
Исходный код прошивки
Скомпилированная прошивка для загрузки
3D-модели корпуса для печати
Файлы печатной платы
Больше интересных статей здесь: Гаджеты.
Источник статьи: Детектор Судного дня или как я разработал датчик радиации для Home Assistant.