使用 ESP8266 的 GGreg20_V3 模块的盖革计数器仿真器（第 1 部分，共 3 部分）

欢迎阅读我们关于构建基于 ESP8266 的GGreg20_V3模块的硬件软件盖革计数器模拟器的指南。该模拟器可用于测试和调整盖革计数器或用于教育目的。让我们开始吧！

更新：在撰写本文时，我们决定制作一个单独的商业产品 - 盖革计数器模拟器GCemu20_V1 。

第 1 部分：简介和概述

据了解，Espressif ESP8266 模块具有非常高质量的随机数生成器。我们找不到有关该生成器实际实现的任何官方细节，因此我们建议阅读由业余无线电爱好者发布并保存在互联网上的有关此主题的材料：

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

文本中使用了两个具有相同名称的不同概念。历史上，市场上有 NodeMCU 硬件模块以及 NodeMCU 软件固件。

NodeMCU 固件是一个可编译的开源微程序，可以使用乐鑫的 ESP8266 控制器写入硬件模块。 NodeMCU 硬件模块是基于 ESP8266 控制器的众多产品之一。

这样就可以将NodeMCU固件写入NodeMCU硬件模块中。在本文后面，如果可能的话，我们将尝试澄清 NodeMCU 名称的含义：模块或固件。

盖革计数器模拟器的用途是什么

在继续创建盖革计数器模拟器之前，有必要考虑这样的硬件-软件设备的用途和人员。

DIY电子领域任何模拟器的主要思想是在物联网设备开发或实验/学习过程中，在某些阶段暂时使用虚拟替代组件代替真实模块，以重现真实设备的操作和特性。装置具有高精度。模拟器应该简化和加速开发，并在计划项目的初始阶段或执行单元测试中增加便利性。

下面我们提出一些论文来解释我们开发 GGreg20_V3 盖革计数器模块仿真器的动机。

1.无高压

GGreg20_V3仿真器与真实模块不同，板上没有高压，因此在桌上开发时使用非常方便，不用担心意外触电。

同时，在输出脉冲的电气接口方面，仿真器是一个完全相似的辐射传感器模块，生成与正品GGreg20_V3相同形状和持续时间的随机脉冲。

2. 简化学习流程

盖革计数器模拟器适用于教育机构。导师可以与学生一起逐步深化实践课程。

首先，所有课程都可以使用安全且廉价的盖革计数器模拟器进行，然后使用带有盖革管和管侧高压的真实模块进行。就像在军队中一样：首先使用空弹进行熟悉和训练，然后才使用实弹。

模拟器完全重现了真实GGreg20_V3模块的结果，因此不存在课堂上真实模块数量不足的问题：每个学生都可以独立使用他的模块并完成学习过程，而无需像通常那样分组或队列当实验室中的培训设备和支架资源有限时，就会发生这种情况。

3、成本更低

该仿真器的成本比真实的GGreg20_V3模块低，因此主要用于调试和协调正在设计或研究的系统的电路或软件，非常方便。

无需专门的合格人员即可使用此类仿真器调试测试台或项目。

如果学生使用模拟器，那么教师将不需要控制设备的工作，而需要控制真正的盖革计数器模块。

低成本仿真器可以大量购买并在学生学习期间提供给学生，而不仅仅是他们在学校实验室工作的时间。

4.不需要真正的辐射源

当我们使用真实的 GGreg20_V3 时，我们需要一个真实的辐射源来重现正在设计或测试的测量系统的软件中需要考虑的各种情况。为了购买测试辐射源，无线电爱好者必须首先解决一些问题：

• 通过物理和化学参数确定需要哪种来源；
• 寻找供应商并购买测试源；
• 一些国家需要海关通知和进口许可证；
• 测试源只能是一定功率的；
• 您必须正确储存和处置放射源；
• 辐射源及其存储系统的价格超过盖革计数器的价格许多倍。

有了模拟器，这些问题都不会发生。该装置可以模拟5种不同模式的电离辐射功率。盖革计数器仿真器生成与真实 GGreg20_V3 模块类似的输出脉冲，范围为 0 至 1.5 µSv/h（以 SBM-20 管作为类似参考）。输出端生成相同幅度的混沌脉冲（使用真随机数发生器 ESP8266），每个脉冲总周期为 10 微秒。

5.模拟器资源不能耗尽

安装在 GGreg20_V3 中的 SBM-20 管具有相对较大但仍然有限的粒子资源，在其使用寿命期间可以检测到。

文档中声明的SBM-20管的资源至少为2*1010脉冲。

注1 ．在背景辐射为 0.15 μSv/h、系数为 0.0057 的情况下，SBM-20 管每分钟可检测到约 27 个脉冲。

因此，在正常情况下，管子的资源足以使用 2*1010 / (27 * 60 * 24) = 20 000 000 000 / (26 * 60 * 24) = 514403 天。对于一根管子来说，这似乎是相当足够的潜在寿命。

当操作带有测试辐射源的管子时，会观察到完全不同的情况。

这是一个例子：

Images Scientific Instruments 在其网站上提供了允许进口测试源的辐射限值列表：

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

让我们从链接的列表中获取两个来源：

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

如果我们假设在这样的测试源的影响下，一半来自放射性衰变的粒子进入盖革管 SBM-20，那么这种管的寿命将是：

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

正如您所看到的，如果我们想在真实的管子上进行实验（或测试包含盖革计数器的设备），那么我们会很快用真正的辐射源耗尽其可用资源。

用模拟器就不存在这个问题。首先使用仿真器代替电子管在经济上是可行的。

6. 调试UART中的数据

GGreg20_V3模块的仿真器在运行过程中将运行数据（脉冲、时间、计数、周期等）输出到UART控制台端口，如有必要，可以由学生、开发人员或无线电业余爱好者记录和处理以进行训练或比较以及他测试或开发的系统的测量结果。

正品GGreg20_V3计数器模块和其他制造商的类似模块没有也不可能具有这样的内置功能。

注2 ．为了连接 UART 控制台，仿真器所基于的ESP12.OLED 模块在 PCB 上单独引出了 UART 接口线（用于焊接的 2.54 mm 间距孔）。要将仿真器连接到计算机，用户还需要拥有自己的 USB-UART 转换器。

文中还将给出连接图。