ESP8266 による GGreg20_V3 モジュールのガイガー カウンター エミュレーター (パート 1/3)

ESP8266 に基づくGGreg20_V3モジュールのハードウェア/ソフトウェア ガイガー カウンター エミュレーターの構築に関するガイドへようこそ。このエミュレーターは、ガイガー カウンターのテストと調整、または教育目的に役立ちます。始めましょう！

更新日:この記事を書いているとき、私たちは別の商用製品、ガイガー カウンター エミュレーターGCemu20_V1を作成することにしました。

パート 1: はじめにと概要

Espressif ESP8266 モジュールには非常に高品質の乱数ジェネレーターが搭載されていることが知られています。このジェネレーターの実際の実装に関する公式の詳細は見つかりませんでした。そのため、アマチュア無線家によって出版され、インターネット上に保存されているこの主題に関する資料を読むことをお勧めします。

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

本文では、同じ名前を持つ 2 つの異なる概念が使用されています。歴史的には、NodeMCU ソフトウェア ファームウェアだけでなく、NodeMCU ハードウェア モジュールも市場に存在しています。

NodeMCU ファームウェアは、Espressif の ESP8266 コントローラーを使用してハードウェア モジュールに書き込むことができる、コンパイル可能なオープンソース マイクロプログラムです。 ESP8266 コントローラーをベースにした多くの製品の 1 つが、NodeMCU ハードウェア モジュールです。

したがって、NodeMCU ファームウェアを NodeMCU ハードウェア モジュールに書き込むことができます。この記事の後半では、可能であれば、NodeMCU という名前がモジュールまたはファームウェアの意味を明確にしようとします。

ガイガーカウンターエミュレータとは何ですか

ガイガー カウンター エミュレーターの作成に進む前に、そのようなハードウェアとソフトウェアのデバイスが何のために、誰に必要かを検討する必要があります。

DIY エレクトロニクス分野のエミュレータの主なアイデアは、IoT デバイスの開発または実験/学習のプロセスにおいて、特定の段階で一時的に実際のモジュールの代わりに仮想の代替コンポーネントを使用して、実際のモジュールの動作と特性を再現することです。高精度のデバイス。エミュレータは開発を簡素化してスピードアップするだけでなく、計画されたプロジェクトの初期段階や単体テストの実行にも利便性をもたらします。

以下に、GGreg20_V3 ガイガー カウンター モジュール エミュレーターを開発する動機を説明するいくつかの論文を紹介します。

1. 高電圧がかからない

GGreg20_V3 エミュレータは、実際のモジュールとは異なり、ボード上に高電圧がないため、テーブル上で開発するときに偶発的な感電死を心配することなく使用するのに非常に便利です。

同時に、発信パルスの電気インターフェースの観点から見ると、エミュレータは完全に同様の放射線センサー モジュールであり、本物の GGreg20_V3 と同じ形状と持続時間のランダム パルスを生成します。

2. 簡素化された学習プロセス

ガイガー カウンター エミュレーターは教育機関に適しています。講師は生徒とともに徐々に実践的な授業を深めていくことができます。

まず、すべてのクラスは安全で安価なガイガーカウンターエミュレーターを使用して実施でき、次にガイガー管と管側の高電圧を備えた実際のモジュールを使用して実施できます。軍隊と同じように、習熟と訓練は最初に空の薬莢で行われ、次に実弾の薬莢でのみ行われます。

エミュレータは実際の GGreg20_V3 モジュールの結果を完全に再現するため、教室で実際のモジュールの数が不足するという問題はありません。各生徒は、通常のようにグループやキューに分かれることなく、自分のモジュールを個別に使用して学習プロセスを完了できます。ラボ内のトレーニング機器やスタンドのリソースが限られている場合に発生します。

3. 低コスト

エミュレータは実際の GGreg20_V3 モジュールよりもコストが低いため、主に設計または研究中のシステムの回路またはソフトウェアのデバッグと調和に使用すると便利です。

このようなエミュレータを使用したテストベンチまたはプロジェクトのデバッグは、特別な資格を持つ担当者を必要とせずに実行できます。

生徒がエミュレータを使用する場合、実際のガイガー カウンター モジュールの場合のように、教師がデバイスの操作を制御する必要がなくなります。

低価格のエミュレータは大量に購入でき、学校の研究室で作業している間だけでなく、在学中に学生に与えることができます。

4. 実際の放射線源は必要ありません

実際の GGreg20_V3 を使用する場合、設計またはテスト中の測定システムのソフトウェアで考慮する必要があるさまざまな状況を再現するための真の放射線源が必要です。テスト用放射線源を購入するには、アマチュア無線家はまず次のような多くの問題を解決する必要があります。

• 物理的および化学的パラメーターによってどのソースが必要かを決定します。
• サプライヤーを見つけてテストソースを購入する。
• 一部の国では税関通知と輸入許可が必要です。
• テストソースは特定のパワーのみを持つことができます。
• 放射線源を適切に保管および処分しなければなりません。
• 放射線源とその貯蔵システムの価格は、ガイガーカウンターの価格の何倍も上回ります。

エミュレータを使用すると、これらの問題は発生しません。このデバイスは、電離放射線パワーの 5 つの異なるモードをシミュレートできます。ガイガー カウンター エミュレーターは、実際の GGreg20_V3 モジュールと同様の出力パルスを 0 ～ 1.5 µSv/h の範囲で生成します (SBM-20 管を同様の基準として使用)。出力では、合計パルス周期がそれぞれ 10 マイクロ秒の同じ振幅のカオス パルス (真の乱数発生器 ESP8266 を使用) が生成されます。

5. エミュレータのリソースを枯渇させることはできません

GGreg20_V3 に取り付けられた SBM-20 チューブには、比較的大量ではありますが、寿命中に検出できる粒子のリソースはまだ限られています。

ドキュメントで宣言されている SBM-20 チューブのリソースは、少なくとも 2*1010 パルスです。

注１ ．係数 0.0057 でバックグラウンド放射線が 0.15 μSv/h の場合、SBM-20 管は 1 分あたり約 27 パルスを検出します。

したがって、通常の条件下では、チューブのリソースは 2*1010 / (27 * 60 * 24) = 20 000 000 000 / (26 * 60 * 24) = 514403 日分になります。そして、これは1つの真空管の十分な潜在的寿命であると思われます。

テスト放射線源を使用して管を操作すると、まったく異なる状況が観察されます。

以下に例を示します。

Images Scientific Instruments は、その Web サイトで、検査線源の輸入が許可されている放射線制限のリストを提供しています。

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

リンクのリストから 2 つのソースを取り上げてみましょう。

1. Co-60 1.00 uCi、37000 Bq;
2. Cs-137 0.25 uCi、9250 Bq;

このようなテスト線源の影響下で、放射性崩壊による粒子の半分がガイガー管 SBM-20 に侵入すると仮定すると、そのような管の寿命は次のようになります。

1. 20 000 000 000 / (37000 / 2 * 60 * 60 * 24) = 12 日 (Co-60 の場合);
2. 20 000 000 000 / (9250 / 2 * 60 * 60 * 24) = 50 日 (セシウム 137 の場合)。

ご覧のとおり、実際の管で実験 (またはガイガー カウンターを含むデバイスのテスト) をしたい場合、実際の放射線源で利用可能なリソースがかなり早く枯渇してしまいます。

エミュレータではそのような問題はありません。チューブの代わりにエミュレータを最初に使用することは経済的に実行可能です。

6. UART でのデータのデバッグ

GGreg20_V3 モジュールのエミュレータは、動作中に動作データ (パルス、時間、カウント、サイクルなど) を UART コンソール ポートに出力します。必要に応じて、学生、開発者、またはアマチュア無線家がトレーニングや比較のために記録および処理できます。彼のテストまたは開発されたシステムの測定値を使用します。

純正の GGreg20_V3 カウンタ モジュールや他のメーカーの同様のモジュールには、そのような機能が組み込まれておらず、持つこともできません。

注２ ． UART コンソールに接続するために、エミュレータのベースとなるESP12.OLED モジュールは、PCB 上に個別に UART インターフェイス ライン (はんだ付け用の 2.54 mm ピッチの穴) を備えています。エミュレータをコンピュータに接続するには、ユーザーはさらに独自の USB-UART コンバータを用意する必要があります。

さらに本文中に接続図を示します。