Конечно же хотелось расширить возможности радиометра и узнать, какие же конкретно радиоактивные изотопы подстерегают меня в повседневной жизни в г. Киев, который находится уж очень близко к ЧЗО.
В статье расскажу, как собирал прибор и что поменял в схемотехнике и прошивке.
Первым делом нужно заказать платы. В материалах к исходной статье есть гербер файлы, поэтому все просто. Заказ сделал на PCBWay и JLCPCB, чтобы сравнить качество. Первый рекомендовать не могу: доставка заняла 3 месяца, крепежные отверстия на платах оказались меньше, чем нужно. Из 5 системных плат 2 оказались бракованными (о чем они мне сообщили в письме). C JLCPCB все вышло хорошо и придраться не к чему.
Компоненты заказывал на Mouser и наборы конденсаторов и резисторов на Али (лень стало подбирать все по емкости и решил просто заказать набор). В качестве SiPM использовал MicroFC 60035 — это самая дорогая часть устройства. На момент заказа стоила 70 долларов на Mouser. С более мелким и дешевым 30035 решил не связываться, испугавшись, что припаять и собрать его будет сложнее.
Вторым главным компонентом устройства, кроме фотоприемника, является сцинтилляционный кристалл. И здесь большое поле для модификаций. Найти используемый автором CsI(Tl) маленьких размеров дешевле 90 долларов мне не удалось. Поэтому остановился на NaI(Tl) 10×40мм c ебея за 32 доллара с доставкой. Поиск такого кристалла — это само по себе увлекательное занятие, здесь главное не спешить. Все поисковые запросы в гугле вели меня к Евгению с Украины, но прозрачных кристаллов для спектрометрии у него просто нет. Все, что он присылал имело неприятный желтый оттенок урины.
И вот, все детальки и платы пришли, можно начинать паять. Первым делом решил спаять аналоговую плату. Здесь все без приключений, главное не забыть припаять резистор, место под которое не разведено (внимательно читаем советы по сборке к оригинальной статье).
В системную плату пришлось внести следующие изменения: По даташиту LM2733Y, выходное напряжение не зависит от входного, соответственно подстраивать нечего. Берем из того же даташита формулу R1 = R2 X (VOUT/1.23 − 1) и из того, что нашлось, ставим R13 = 1.8K, R12 = 12K, R11 = 300K. На выходе стабильно 28.18В (пробовал подавать 2.5В, 5В — на выходе все стабильно). После подключения дисплея устройство стало выдавать намного большее число импульсов, чем есть на самом деле. Исправить удалось изменением цепи питания дисплея: вход переключателя DA6 подключаем ко входу DA3. На выходе DA6 ставим преобразователь на 5В (у меня под рукой оказался pololu cj7032) и уже от него питаем дисплей. При таком подключении все помехи сразу ушли.
В качестве дисплея взял nx4024t032: он меньше, дешевле, меньше потребляет и главное, был доступен в локальном магазине. Прошивку я все равно планировал менять, об этом ниже.
После пайки отмывал схемы изопропиловым спиртом в УЗ ванне. После спирта стоит отмыть дистиллированной водой в той же ванне и просушить в духовке при температуре около 70-80 градусов.
Теперь пришла пора сделать самое интересное: подключить датчик и посмотреть, что же получится. MicroFC 60035 почти идеально припаивается к куску макетной платы 3×3 отверстия: лудим угловые отверстия и припаиваем датчик феном. С обратной стороны макетки припаиваем провода. Вот так это выглядит.
Вот так выглядит кучка плат и деталек без корпуса.
Внимательный читатель может заметить, что процессор я взял STM32L152CBT6A — чуть больше памяти и доступен локально.
Корпус сделал в Fusion 360 и напечатал на 3D принтере. Вот ссылка на проект.
Вот так все выглядит уже в сборе:
Настало время для самого интересного — изменений в прошивке. Мы же хотим сделать именно сцинтилляционный детектор, а не просто радиометр. Для этого нам понадобится использовать DMA с ADC (ADC в этом процессоре один, но есть переключатель входов). А входов у нас два: SP и вольтаж батареи. DMA нужно для ускорения всего процесса. Так же хочу обратить внимание на количество циклов измерений ADC_SampleTime, при 48 и более у меня ничего не получилось. 4 цикла показали наиболее стабильный результат.
Меняем код инициализации ADC следующим образом:
void initADC(void) { /* PWR_CTRL and CHG_STAT clock enable */ RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOB, ENABLE); /* UBAT input pin configuration */ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_15; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN; GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_40MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); /*------------------------ DMA1 configuration ------------------------------*/ /* Enable DMA1 clock */ RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); /* DMA1 channel1 configuration */ DMA_DeInit(DMA1_Channel1); DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_ADDRESS; DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)&ADC_ConvertedValue[0]; DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 2; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure); /* Enable DMA1 channel1 */ DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE); /*----------------- ADC1 configuration with DMA enabled --------------------*/ /* Enable The HSI (16Mhz) */ RCC_HSICmd(ENABLE); /* Check that HSI oscillator is ready */ while (!RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_HSIRDY)); /* Enable ADC1 clock */ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); /* ADC1 Configuration -----------------------------------------------------*/ ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b; ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE; ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None; ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = 0; ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 2; ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); /* Enable temperature sensor and Vref */ ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE); //ADC_TempSensorVrefintCmd(DISABLE); /* ADC1 regular channel configuration */ ADC_RegularChannelConfig(ADC1, SP_ADC_CHANNEL, 1, ADC_SampleTime_4Cycles); ADC_RegularChannelConfig(ADC1, UBAT_ADC_CHANNEL, 2, ADC_SampleTime_4Cycles); /* Enable the request after last transfer for DMA Circular mode */ ADC_DMARequestAfterLastTransferCmd(ADC1, ENABLE); /* Causes problem.. */ /* Define delay between ADC1 conversions */ ADC_DelaySelectionConfig(ADC1, ADC_DelayLength_None); /* Enable ADC1 Power Down during Delay */ ADC_PowerDownCmd(ADC1, ADC_PowerDown_Idle_Delay, ENABLE); /* Enable ADC1 DMA */ ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE); /* Enable ADC1 */ ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_ADONS)); ADC_SoftwareStartConv(ADC1); } Теперь нам нужно попросить контроллер сделать измерения сигнала каждый раз, когда мы видим импульс на входе TRIG:
void EXTI0_IRQHandler(void) // Обработчик импульсов сцинтиллятора { uint16_t i; /* Проверяем, откуда у нас прерывание */ if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) { if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_0) != 1) { // Убеждаемся, что прерывание прилетело по нужной линии, а не с клавиатуры, например. if(Mute == false) { GPIOB->ODR &= ~GPIO_ODR_ODR_3; } if(DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC1)) { ADC_SoftwareStartConv(ADC1); } counter++; Delay(20); // ждем, пока не кончится дребезжащий хвост импульса if(Mute == false) { GPIOB->ODR |= GPIO_ODR_ODR_3; } if( (DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC1))) { i = ADC_ConvertedValue[0]; adcBatValue += ADC_ConvertedValue[1]; if (i >= SPECTRE_START_BIT && i < (SPECTRE_RES + SPECTRE_START_BIT)) { i = i-SPECTRE_START_BIT; spectre[i] ++; if(spectre[i] > spectreMax) { spectreMax = spectre[i]; } if(spectreMax > SPECTRE_MAX_VAL) { spectreMax = 0; resetSpectre(); } } } } /* Не забываем сбросить флаг прерывания */ EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0); } } Здесь мы запускаем измерение, увеличиваем счетчик импульсов и сохраняем полученный результат измерения в массив для дальнейшей обработки и вывода на экран.
Кроме этого, в прошивке поменял назначение кнопок: вверх/вниз изменяет яркость дисплея, кнопка меню показывает спектр, последняя кнопка включает и выключает звук. Экрана у нас только два: основной поисковый экран с графиком интенсивности счетных импульсов и пустой экран для вывода спектрограммы. Спектрограмму выводим сразу в линейном и логарифмическом масштабе, так удобнее смотреть.
Вот такие так выглядят спектрограммы фона и америций-241 из датчика дыма.
На спектре от бананов (первое изображение в статье) можно увидеть еле заметный калиевый бугор, но без свинцового домика измерить его очень проблематично.
Модифицированные прошивка дисплея и микроконтроллера доступны на Google Drive.
При создании устройства мне пригодились следующие материалы:
habr.com/ru/post/456878
habr.com/ru/post/487510 и habr.com/ru/post/487518
misrv.com/ultra-micron-module-as
www.youtube.com/watch?v=I8-h8mLnexw
ссылка на оригинал статьи https://habr.com/ru/post/506826/
Добавить комментарий