Emulador de contador Geiger del módulo GGreg20_V3 por medio de ESP8266 (Parte 1 de 3)

Bienvenido a nuestra guía sobre cómo construir un emulador de contador Geiger de hardware y software del módulo GGreg20_V3 basado en ESP8266. Este emulador puede ser útil para probar y ajustar contadores Geiger o con fines educativos. ¡Empecemos!

Actualizado: al escribir este artículo, decidimos hacer un producto comercial separado: el emulador de contador Geiger GCemu20_V1 .

Parte 1: Introducción y descripción general

Se sabe que el módulo Espressif ESP8266 tiene un generador de números aleatorios de muy alta calidad. No pudimos encontrar ningún detalle oficial sobre la implementación real de este generador, por lo que proponemos leer el material sobre este tema, publicado por un radioaficionado y guardado en Internet:

https://web.archive.org/web/20170321162556/http://esp8266-re.foogod.com/wiki/Random_Number_Generator

En el texto se utilizan dos conceptos diferentes con el mismo nombre. Históricamente, existe un módulo de hardware NodeMCU en el mercado, así como el firmware del software NodeMCU.

El firmware NodeMCU es un microprograma compilable de código abierto que se puede escribir en módulos de hardware con el controlador ESP8266 de Espressif. Uno de los muchos productos basados en el controlador ESP8266 es el módulo de hardware NodeMCU.

Por lo tanto, el firmware de NodeMCU se puede escribir en el módulo de hardware de NodeMCU. Más adelante en este artículo intentaremos, si es posible, aclarar qué significa el nombre NodeMCU: módulo o firmware.

¿Para qué sirve un emulador de contador Geiger?

Antes de proceder a crear un emulador de contador Geiger, es necesario considerar para qué y quién puede necesitar dicho dispositivo de hardware y software.

La idea principal de cualquier emulador en el campo de la electrónica de bricolaje es usar temporalmente, en ciertas etapas, un componente virtual sustituto en lugar de un módulo real en el proceso de desarrollo de dispositivos IoT o experimentar/aprender a reproducir el funcionamiento y las características de un módulo real. dispositivo con alta precisión. El emulador debe simplificar y acelerar el desarrollo, así como agregar comodidad en las etapas iniciales de un proyecto planificado o realizar pruebas unitarias.

A continuación presentamos algunas tesis que explican nuestros motivos para desarrollar el emulador del módulo contador Geiger GGreg20_V3.

1. Sin alto voltaje

El emulador GGreg20_V3, a diferencia del módulo real, no tiene alto voltaje en la placa, por lo que es muy conveniente usarlo cuando se desarrolla en la mesa sin temor a una electrocución accidental.

Al mismo tiempo, en términos de la interfaz eléctrica de los pulsos salientes, el emulador es un módulo sensor de radiación completamente similar, generando pulsos aleatorios de la misma forma y duración que el GGreg20_V3 genuino.

2. Proceso de aprendizaje simplificado

El emulador de contador Geiger es adecuado para instituciones educativas. El instructor puede profundizar gradualmente las lecciones prácticas con los estudiantes.

En primer lugar, todas las clases se pueden realizar utilizando emuladores de contadores Geiger seguros y económicos, y luego con módulos reales con tubos Geiger y alto voltaje en el lado del tubo. Al igual que en el Ejército: la familiarización y el entrenamiento se realizan primero con cartuchos de fogueo y luego con cartuchos vivos.

El emulador reproduce íntegramente los resultados del módulo GGreg20_V3 real, por lo que no hay problema de número insuficiente de módulos reales en el aula: cada alumno puede trabajar con su módulo de forma independiente y completar el proceso de aprendizaje sin dividirse en grupos o colas, como suele ser habitual. sucede cuando los recursos de dispositivos de entrenamiento y soportes en el laboratorio son limitados.

3. Menor costo

El emulador tiene un costo menor que el módulo GGreg20_V3 real, por lo que es conveniente usarlo principalmente para depurar y armonizar el circuito o software del sistema que se está diseñando o estudiando.

La depuración de un banco de pruebas o de un proyecto con un emulador de este tipo se puede realizar sin necesidad de personal especialmente cualificado.

Si los emuladores son utilizados por los estudiantes, entonces el profesor no necesitará controlar el trabajo con los dispositivos, como sería necesario hacer con el módulo contador Geiger real.

Los emuladores de bajo costo pueden comprarse en grandes cantidades y entregarse a los estudiantes durante la duración de sus estudios, no solo por el tiempo que trabajan en el laboratorio de la escuela.

4. No se necesita una fuente real de radiación

Cuando trabajamos con un GGreg20_V3 real, necesitamos una verdadera fuente de radiación para reproducir las diversas situaciones que deben ser consideradas en el software del sistema de medición que se está diseñando o probando. Para comprar una fuente de radiación de prueba, el radioaficionado primero debe resolver una serie de problemas:

• determinar por parámetros físicos y químicos qué fuente se necesita;
• encontrar un proveedor y comprar una fuente de prueba;
• algunos países exigen una notificación aduanera y un permiso de importación;
• la fuente de prueba solo puede ser de cierta potencia;
• debe almacenar y desechar adecuadamente la fuente radiactiva;
• el precio de la fuente de radiación y su sistema de almacenamiento supera muchas veces el precio del contador Geiger.

Con el emulador, ninguno de estos problemas ocurrirá. El dispositivo puede simular 5 modos diferentes de potencia de radiación ionizante. El emulador de contador Geiger genera pulsos de salida similares a los del módulo GGreg20_V3 real en el rango de 0 a 1,5 µSv/h (tomando como referencia similar el tubo SBM-20). A la salida se generan pulsos caóticos (utilizando un verdadero generador de números aleatorios ESP8266) de la misma amplitud con un período de pulso total de 10 microsegundos cada uno.

5. El recurso del emulador no se puede agotar

El tubo SBM-20, instalado en GGreg20_V3, tiene un recurso de partículas relativamente grande, pero aún limitado, que puede detectar durante su vida útil.

El recurso del tubo SBM-20 declarado en la documentación es de al menos 2*1010 pulsos.

nota 1 . Con una radiación de fondo de 0,15 μSv/h con un coeficiente de 0,0057, el tubo SBM-20 detecta unos 27 pulsos por minuto.

Así, en condiciones normales, el recurso del tubo será suficiente para 2*1010 / (27 * 60 * 24) = 20 000 000 000 / (26 * 60 * 24) = 514403 días. Y parecería que esta es una vida potencial bastante suficiente de un tubo.

Se observa una imagen completamente diferente cuando se trata de operar un tubo con una fuente de radiación de prueba.

Aquí hay un ejemplo:

En su sitio web, Images Scientific Instruments proporciona una lista de los límites de radiación permitidos para la importación de fuentes de prueba:

https://www.imagesco.com/geiger/radioactive-sources-int.html

Tomemos dos fuentes de la lista en el enlace:

1. Co-60 1,00 uCi, 37000 Bq;
2. Cs-137 0,25 uCi, 9250 Bq;

Si asumimos que bajo la influencia de una fuente de prueba de este tipo, la mitad de las partículas de la desintegración radiactiva ingresan al tubo Geiger SBM-20, entonces la vida útil de dicho tubo sería:

1. 20 000 000 000 / (37000 / 2 * 60 * 60 * 24) = 12 días (para Co-60);
2. 20 000 000 000 / (9250 / 2 * 60 * 60 * 24) = 50 días (para Cs-137).

Como puede ver, si queremos experimentar (o probar nuestros dispositivos que incluyen un contador Geiger) en un tubo real, agotamos su recurso disponible con una verdadera fuente de radiación con bastante rapidez.

No hay tal problema con el emulador. Usar primero el emulador en lugar del tubo es económicamente factible.

6. Depuración de datos en la UART

El emulador del módulo GGreg20_V3 emite datos operativos (pulsos, tiempo, conteos, ciclos, etc.) al puerto de la consola UART durante la operación, que, si es necesario, pueden ser grabados y procesados por el estudiante, desarrollador o radioaficionado para entrenamiento o comparación. con las medidas de su sistema probado o desarrollado.

Los módulos contadores GGreg20_V3 originales y módulos similares de otros fabricantes no tienen ni pueden tener una función integrada de este tipo.

nota 2 . Para conectarse a la consola UART, el módulo ESP12.OLED , en el que se basa el emulador, tiene líneas de interfaz UART LED separadas (agujeros de paso de 2,54 mm para soldar) en la PCB. Para conectar el emulador a la computadora, el usuario también necesita tener su propio convertidor USB-UART.

Más adelante en el texto se dará el diagrama de conexión.