制作手持式盖革计数器的教程

　　这个项目使用 3D 打印外壳测量放射性，带有 OLED 显示屏和锂离子电池。

　　项目是在我买了一个现成的 Geiger 计数器套件之后开始的。

　　我的整个想法是把这个套件放在一个 3D 打印的外壳中，这样完整的盖革计数器套件就可以手持了。最终结果如下图所示：

　　第 1 步：系统设计

　　手持式盖革计数器的设计如下图所示：

　　盖革计数器配备 0.96 英寸彩色 OLED 显示屏，可通过一个简单的因子告知用户测量的 CPM（测量每分钟电离事件的检测率）以及剂量当量（以 µSv/hr 为单位） 151 可以在文献中找到所使用的盖革-米勒 （GM） 管的类型。

　　事实上，显示的 CPM 是计算一分钟计数的结果，通过测量每秒计数 （CPS） 并将这些测量值存储在涵盖过去十秒周期的数组中。过去 10 秒期间的总计数乘以 6 即可获得 CPM 值。

　　过去一秒的计数用于通过 OLED 显示屏上的条形图显示瞬时测量次数。这在高计数率的情况下很有用，或者当手持式计数器在辐射源上移动时发生计数率的快速变化时。

　　盖革计数器由 18650 型锂离子电池供电，可通过微型 USB 插头充电。Arduino Nano USB 端口也可用于软件更改。一个额外的蜂鸣器连接到 Geiger 计数器板上，以增强 GM 管中的电离声音。

　　盖革计数器的所有电子设备都内置在 3D 打印外壳中：

　　OLED 显示屏放在盖革计数器顶部的单独盒子中：

　　完全组装的版本：

　　第 2 步：制作盖革计数器组件

　　使用以下材料：

　　Arduino NANO 1

　　盖革计数器套件 1

　　0.96“ OLED 彩色显示屏 96 * 64 1

　　Micro USB 充电器板 18650 电池 1

　　3.7v 4000mAh 受保护的可充电 18650 锂离子电池 1

　　晶体管 BC547 1

　　蜂鸣器-12MM 1

　　电阻 1k Ohm 1

　　电子设计

　　盖革计数器套件的电子设计如下电路图所示：

　　完整的盖革计数器设置的电路图如下：

　　5V 电源由放置在 Micro USB 充电器板上的可充电锂离子电池提供。用于 OLED 显示器的 3、3 V 取自该板。

　　用于使用 ARDUINO IDE 测试和构建软件的面包板设置如下图所示：

　　组装

　　所有机械和电子零件的组装如下图所示：

　　请注意，手持式盖革计数器没有任何电缆连接。

　　为了给 3、7V 锂离子电池充电，外壳上有一个单独的开口，用于（临时）连接微型 USB 插头。

　　额外的迷你 USB 连接可用于 Arduino Nano 的软件更新。

　　第 3 步：软件设计

　　以下流程图显示了盖革计数器的一般软件设计：

　　0， 96” OLED 显示屏的视图如下：

　　完整的 Arduino 代码如下所示：

#include
#include
#include
 //Connections for the OLED display
#define sclk 13 //SCL  (blue wire)
#define mosi 11 //SDA  (white wire)
#define cs 10 //CS   (grey wire)
#define rst 9 //RES  (green wire)
#define dc 8 //DC   (yellow wire)
#define LOGtime 1000 //Logging time in milliseconds (1 second)
#define Minute 60000 //the period of 1 minute for calculating the CPM values
#define show endWrite
#define clear() fillScreen(0)
// Color definitions
#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; //variable containing the number of GM Tube events withinthe LOGtime
unsigned long previousMillis= 0; //variablefor storing the previous time
int AVGCPM = 0; //variable containing the floating average number ofcounts over a fixed moving windo period
int TenSecCPM = 0;
int units = 0;
int tens = 0;
int hundreds = 0;
int thousands = 0;
float Sievert = 0;
int COUNTS[10]; // array for storing the measured amounts of impulses in10 consecutive 1 second periods
int t = 0;
////////////////////the setup code that follows,will run once after "Power On" or after a RESET///////////////////
void setup() {
 Serial.begin(115200);
 display.begin();
 display.fillScreen(BLACK);
 
 floatBattery = analogRead(A3); //(orange wire)
 floatBattPerc = 100 * (Battery/770);
 
 //Serial.print("battery value = "); Serial.println (Battery); Serial.print("battery percentage = "); Serial.println (BattPerc);
 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++) { //put all data in the Array COUNTS to 0 (Array positionsrun from 0 to 10; 
 COUNTS[x] = 0; //10 positions covering a period of 10 seconds
 }
 
 attachInterrupt(0, IMPULSE, FALLING); //define external interrupton pin D2/INT0 to start the interupt routine IMPULSE  (green wire)
 
 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);
}
////////////////////////the loop code that follows,will run repeatedly until "Power Off" or a RESET/////////
void loop() 
{
 unsignedlong currentMillis= millis();
 if(currentMillis - previousMillis >LOGtime)
 {
 previousMillis = currentMillis;
 COUNTS[t] = Counts;
 for (int y = 0; y < 10 ; y++) { //add all data in the Array COUNTS together 
 TenSecCPM = TenSecCPM + COUNTS[y]; //and calculate the rolling average CPM over a 10 secondperiod
 }
 AVGCPM = 6* TenSecCPM; 
 TenSecCPM = 0;
 t++ ;
 if (t > 9) { t = 0 ;}
 
 //Serial.print ("COUNTS "); Serial.print(t);Serial.print (" = ");Serial.println (COUNTS[t]);
 display.fillRect(4,20,90,17,BLACK); // clear the CPM value field on the display
 display.setCursor(4,20);
 display.setTextColor(RED);
 display.setTextSize(2);
 display.println(AVGCPM); 
 //Serial.print ("AVGCPM = "); Serial.print(AVGCPM); //Serial.print ("   CPM = "); Serial.println(CPM);
 display.fillRect(45,38,50,10,BLACK); //clear the uSv/Hr value field on the display
 display.setCursor(45,38);
 display.setTextColor(GREEN);
 display.setTextSize(1);
 
 Sievert = (AVGCPM /151.0) ; //Serial.print ("  Sievert = ");Serial.println (Sievert);
 units = int (Sievert); //Serial.print ("units = "); Serial.println(units);
 tens = int ((10*Sievert) - (10*units)); //Serial.print ("tens = "); Serial.println(tens);
 hundreds = int ((100*Sievert) - (100*units) - (10* tens)); //Serial.print ("hundreds = "); Serial.println(hundreds);
 thousands = int ((1000*Sievert) - (1000*units) - (100*tens) - (10*hundreds)); //Serial.print ("thousands ="); Serial.println (thousands);
 display.print (units); display.print("."); display.print (tens); display.print (hundreds);display.println (thousands);
 
 display.fillRect(1,49,94,14,BLACK); // clear the CPM indicator field on the display
 display.fillRect(1,49,Counts,14,RED); //fill the CPM indicator field on the display
 
 Counts = 0;
 }
}
//////////////////END ofLOOP////////////////////////////////////
/////////////////////////////////Hereafter follows the Function for counting the number of impulses from Geiger Counter kit
void IMPULSE()
 {
 Counts++;
 }
代码中最重要的部分是中断函数，当测量到 Geiger Counter 的 GM 管上的脉冲会触发 Geigercounter 的 INT 输出（通过使其在短时间内变为低电平）时调用。INT信号连接到引脚D2（Arduino Nano的外部中断引脚INT0）：

attachInterrupt(0, IMPULSE, FALLING);

INT 信号将启动中断程序 IMPULSE () 以将 Counts 增加 1：

void IMPULSE()  {Counts++ ; }

　　经过 1000 ms后：

　　整数 Counts 被放回 0

　　数组 COUNTS ［ ］ 填充了过去 1000 毫秒内测量的计数数

　　过去 10 秒的总计数是通过将数组 COUNTS ［ ］ 中的所有数字相加并乘以 6 以在显示屏上显示 CPM 值来计算的。

　　以 µSv/hr 表示的剂量当量是通过 CPM 值除以 151 计算得出的（该值可在文献中找到）。

　　在彩色 OLED 显示屏上，根据过去一秒的计数值显示一个红色条，因此实际上呈现的是 CPS 值（每秒计数）