Émulateur de compteur Geiger du module GGreg20_V3 au moyen d'ESP8266 (partie 1 sur 3)

Bienvenue dans notre guide sur la construction d'un émulateur de compteur Geiger matériel-logiciel du module GGreg20_V3 basé sur ESP8266 Cet émulateur peut être utile pour tester et régler les compteurs Geiger ou à des fins éducatives. Commençons!

Mise à jour : lors de la rédaction de cet article, nous avons décidé de créer un produit commercial distinct - l'émulateur de compteur Geiger GCemu20_V1 .

Partie 1 : Introduction et aperçu

On sait que le module Espressif ESP8266 dispose d'un générateur de nombres aléatoires de très haute qualité. Nous n'avons trouvé aucun détail officiel sur la mise en œuvre réelle de ce générateur, nous proposons donc de lire le matériel à ce sujet, publié par un radioamateur et enregistré sur Internet :

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

Deux concepts différents portant le même nom sont utilisés dans le texte. Historiquement, il existe un module matériel NodeMCU sur le marché ainsi qu'un micrologiciel logiciel NodeMCU.

Le micrologiciel NodeMCU est un microprogramme open source compilable qui peut être écrit sur des modules matériels avec le contrôleur ESP8266 d'Espressif. L'un des nombreux produits basés sur le contrôleur ESP8266 est le module matériel NodeMCU.

Ainsi, le micrologiciel NodeMCU peut être écrit sur le module matériel NodeMCU. Plus loin dans cet article nous essaierons, si possible, de clarifier ce que l'on entend par le nom NodeMCU : module ou firmware.

À quoi sert un émulateur de compteur Geiger

Avant de procéder à la création d'un émulateur de compteur Geiger, il est nécessaire de déterminer pour quoi et qui peut avoir besoin d'un tel dispositif matériel-logiciel.

L'idée principale de tout émulateur dans le domaine de l'électronique DIY est d'utiliser temporairement, à certaines étapes, un composant virtuel de substitution à la place d'un module réel dans le processus de développement d'un dispositif IoT ou d'expérimentation/apprentissage pour reproduire le fonctionnement et les caractéristiques d'un véritable appareil avec une grande précision. L'émulateur doit simplifier et accélérer le développement, ainsi que rendre plus pratique les premières étapes d'un projet planifié ou effectuer des tests unitaires.

Ci-dessous, nous présentons quelques thèses expliquant nos motivations pour développer l'émulateur de module de compteur Geiger GGreg20_V3.

1. Pas de haute tension

L'émulateur GGreg20_V3, contrairement au vrai module, n'a pas de haute tension sur la carte, il est donc très pratique à utiliser lors du développement sur la table sans crainte d'électrocution accidentelle.

Dans le même temps, en termes d'interface électrique des impulsions sortantes, l'émulateur est un module de capteur de rayonnement complètement similaire, générant des impulsions aléatoires de la même forme et de la même durée que le véritable GGreg20_V3.

2. Processus d'apprentissage simplifié

L'émulateur de compteur Geiger convient aux établissements d'enseignement. L'instructeur peut progressivement approfondir les cours pratiques avec les étudiants.

Tout d'abord, toutes les classes peuvent être menées à l'aide d'émulateurs de compteur Geiger sûrs et bon marché, puis avec de vrais modules avec des tubes Geiger et une haute tension côté tube. Tout comme dans l'armée: la familiarisation et l'entraînement se font d'abord avec des cartouches à blanc, puis seulement avec des cartouches réelles.

L'émulateur reproduit entièrement les résultats du module réel GGreg20_V3, il n'y a donc pas de problème de nombre insuffisant de modules réels dans la salle de classe : chaque étudiant peut travailler avec son module indépendamment et terminer le processus d'apprentissage sans se diviser en groupes ou en files d'attente, comme c'est généralement le cas. se produit lorsque les ressources des dispositifs de formation et des supports dans le laboratoire sont limitées.

3. Moins cher

L'émulateur a un coût inférieur au vrai module GGreg20_V3, il est donc pratique de l'utiliser principalement pour le débogage et l'harmonisation du circuit ou du logiciel du système en cours de conception ou d'étude.

Le débogage d'un banc de test ou d'un projet avec un tel émulateur peut être effectué sans avoir besoin de personnel spécialement qualifié.

Si les émulateurs sont utilisés par les étudiants, l'enseignant n'aura pas besoin de contrôler le travail avec les appareils, comme il faudrait le faire avec le vrai module de compteur Geiger.

Des émulateurs à bas prix peuvent être achetés en grande quantité et donnés aux étudiants pour la durée de leurs études, pas seulement pour le temps qu'ils travaillent dans le laboratoire de l'école.

4. Aucune source réelle de rayonnement n'est nécessaire

Lorsque nous travaillons avec un vrai GGreg20_V3, nous avons besoin d'une véritable source de rayonnement pour reproduire les différentes situations à prendre en compte dans le logiciel du système de mesure en cours de conception ou de test. Pour acheter une source de rayonnement de test, le radioamateur doit d'abord résoudre un certain nombre de problèmes :

• déterminer par des paramètres physiques et chimiques quelle source est nécessaire ;
• trouver un fournisseur et acheter une source de test ;
• certains pays exigent une notification douanière et un permis d'importation ;
• la source de test ne peut être que d'une certaine puissance ;
• vous devez entreposer et éliminer correctement la source radioactive ;
• le prix de la source de rayonnement et de son système de stockage dépasse plusieurs fois le prix du compteur Geiger.

Avec l'émulateur, aucun de ces problèmes ne se produira. L'appareil peut simuler 5 modes différents de puissance de rayonnement ionisant. L'émulateur de compteur Geiger génère des impulsions de sortie similaires à celles du module réel GGreg20_V3 dans la plage de 0 à 1,5 µSv/h (en prenant le tube SBM-20 comme référence similaire). En sortie sont générées des impulsions chaotiques (à l'aide d'un véritable générateur de nombres aléatoires ESP8266) de même amplitude avec une période d'impulsion totale de 10 microsecondes chacune.

5. La ressource d'émulateur ne peut pas être épuisée

Le tube SBM-20, installé dans GGreg20_V3, possède une ressource de particules relativement importante, mais encore limitée, qu'il peut détecter au cours de sa durée de vie.

La ressource du tube SBM-20 déclarée dans la documentation est d'au moins 2*1010 impulsions.

Remarque 1 . Avec un rayonnement de fond de 0,15 μSv/h avec un coefficient de 0,0057, le tube SBM-20 détecte environ 27 impulsions par minute.

Ainsi, dans des conditions normales, la ressource du tube sera suffisante pour 2*1010 / (27 * 60 * 24) = 20 000 000 000 / (26 * 60 * 24) = 514403 jours. Et il semblerait que ce soit une durée de vie potentielle tout à fait suffisante d'un tube.

Une image complètement différente est observée lorsqu'il s'agit de faire fonctionner un tube avec une source de rayonnement de test.

Voici un exemple :

Sur son site Internet, Images Scientific Instruments fournit une liste des limites de rayonnement autorisées à l'importation pour les sources de test :

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

Prenons deux sources dans la liste du lien :

1. Co-60 1,00 uCi, 37 000 Bq ;
2. Cs-137 0,25 uCi, 9250 Bq ;

Si nous supposons que sous l'influence d'une telle source de test, la moitié des particules issues des désintégrations radioactives pénètrent dans le tube Geiger SBM-20, la durée de vie d'un tel tube serait alors de :

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

Comme vous pouvez le voir, si nous voulons expérimenter (ou tester nos appareils qui incluent un compteur Geiger) sur un vrai tube, alors nous épuisons assez rapidement sa ressource disponible avec une vraie source de rayonnement.

Il n'y a pas un tel problème avec l'émulateur. Utiliser d'abord l'émulateur au lieu du tube est économiquement faisable.

6. Débogage des données dans l'UART

L'émulateur du module GGreg20_V3 délivre des données opérationnelles (impulsions, temps, comptages, cycles, etc.) au port de la console UART pendant le fonctionnement, qui, si nécessaire, peuvent être enregistrées et traitées par l'étudiant, le développeur ou le radioamateur pour la formation ou la comparaison avec les mesures de son système testé ou développé.

Les modules de compteur authentiques GGreg20_V3 et les modules similaires d'autres fabricants n'ont pas et ne peuvent pas avoir une telle fonctionnalité intégrée.

Remarque 2 . Pour se connecter à la console UART, le module ESP12.OLED , sur lequel l'émulateur est basé, dispose de lignes d'interface UART séparées (trous au pas de 2,54 mm pour la soudure) sur le PCB. Pour connecter l'émulateur à l'ordinateur, l'utilisateur doit en outre disposer de son propre convertisseur USB-UART.

Plus loin dans le texte, le schéma de connexion sera donné.