Радиолюбители и Радиоэлектроника

Здравствуйте, в очередной раз решил делать студийный конденсаторный микрофон, на этот раз на схеме Fin

Схема взята с форума, о всех ее преимуществах там рассписано
http://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=89196&page=132

Развел плату в EasyEDA и заказал в JLCPCB, пришло достаточно быстро и хорошего качества,

капсюль взял С12, у него нет такого едкого верха как у к67

Ну и файл для прослушивания само собой прилагаю

https://drive.google.com/file/d/1CluOTGoxqJ8VMR7I2TAsDEBmWs8...

Спасибо за внимание.

Введение в проект DIY-дозиметра

Готов поспорить, что вы хоть раз задумывались о покупке дозиметра для бытовых целей - измерить уровень радиации дома, на прогулке или в путешествиях.

Сегодня мы соберем простой бюджетный дозиметр на базе WIFI-контроллера ESP32 и платы RadSens. RadSens - готовый I2C-модуль для газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера. В качестве сенсора будет использована надежная и распространенная трубка СБМ20-1. Впрочем, вместо нее к модулю можно подключить любую другую трубку - J305, M4011, СТС-5 и др.

Целью статьи является создание максимально подробной инструкции по сборке. Если повторить описанные шаги сможет самый юный инженер-дозиметрист - мы достигли успеха.

Но сначала, как принято, немного истории и теории…

Матчасть по газоразрядным трубкам

История счётчика Гейгера-Мюллера

Принцип работы счетчика Гейгера был предложен в 1908 году немецким физиком Гансом Гейгером. Счетчик стал дальнейшим развитием уже известной ионизационной камеры, представлявшей собой конденсатор, наполненный газом. Конденсатор использовался Пьером Кюри для изучения электрических свойств газов.

Ганс Гейгер (слева) работал вместе с Эрнестом Резерфордом (справа) с 1907 по 1913 г. (рис. 1)

В 1925 году под началом Ганса Гейгера Вальтер Мюллер создаёт ещё несколько типов счётчиков с чувствительностью к каждому открытому на тот момент виду излучения, а именно для α-, β- и γ-излучения (нейтроны были открыты только в 1932 году).

Как показало время, надёжный, дешёвый и простой счетчик Гейгера-Мюллера остаётся одним из самых распространённых способов измерения уровня радиации как в быту, так и в промышленности.

Принцип работы трубки Гейгера-Мюллера

Принцип работы основан на эффекте ударной ионизации газа в межэлектродном пространстве под действием радиоактивных частиц.

Трубка состоит из герметичного баллона из металла или стекла, наполненного инертным газом или газовой смесью. Внутри баллона имеются катод и анод. Для облегчения возникновения электрического разряда в газовом баллоне создается пониженное давление. Электроды подключаются к источнику высокого напряжения постоянного тока через нагрузочный резистор, на котором формируются электрические импульсы при регистрации радиоактивных частиц.

Участок схемы со счётчиком Гейгера-Мюллера (рис. 2)

В исходном состоянии газовый промежуток между электродами имеет высокое сопротивление, и тока в цепи нет. Когда заряженная частица с высокой энергией сталкивается с элементами конструкции датчика (корпус, баллон, катод), она выбивает некоторое количество электронов, которые оказываются в промежутке между электродами. Под действием ускоряющего напряжения электроны устремляются к аноду. Процесс многократно повторяется, и количество электронов увеличивается, что приводит к разряду между катодом и анодом. В состоянии разряда промежуток в межэлектродном пространстве становится токопроводящим, что вызывает скачок тока в нагрузочном резисторе.

Иными словами, под действием ионизирующего излучения происходит пробой, приводящий к разряду между электродами. Интенсивность разрядов прямо пропорциональна интенсивности ионизирующего излучения.

Компоненты для сборки дозиметра своими руками

Важнейшим критерием при выборе платы и комплектующих выступала стоимость используемых компонентов. Мы ставили задачу сделать дозиметр максимально бюджетным.

Для создания дозиметра-радиометра были выбраны следующие компоненты:

1) Модуль дозиметра - RadSens (от 3900 руб.)

RadSens - готовый модуль в сборе с популярной трубкой СБМ-20. Не требует ничего кроме установки библиотеки в менеджере библиотек Arduino. Дозиметр готов к работе “из коробки”.

2) Плата ESP8266 / ESP32 (от 700 руб.)

Модуль RadSens имеет интерфейс I2C, совместим с Arduino, esp, Raspberry. Но цены на ардуинки в последнее время совсем не радуют…

3) OLED-экран диагональю 0.96” (от 300 руб.)

Можно взять любой экран с I2C. Но OLED-экран позволяет добавлять простую анимацию и цветовую маркировку текущего уровня радиации.

4) Модуль бузера (пищалки) для звуковой индикации импульсов (от 80 руб.)

Бузер предназначен для звукового информирования пользователя, когда нет доступа к информации на экране.

5) Кнопка-выключатель (от 60 руб.)

6) Макетная плата 120*80 мм (от 130 руб.)

Плата используется для удобного (эротичного) размещения и организации проводки между элементами.

Итоговая стоимость сборки - 5170 рублей.

Самый дешёвый дозиметр на маркетплейсе Ozon - 8700 рублей.

Процесс сборки самодельного дозиметра

Необходимо произвести следующие шаги:

1) Припаять к макетной плате элементы в желаемом положении

2) Соединить все элементы по предложенной схеме

3) Проверить правильность подключения сначала визуально, затем подключив ESP к USB

4) Подключить библиотеку RadSens и плату ESP32 в Arduino IDE

5)Добавить код в IDE и загрузить его

Шаг 1. Подключение

Для подключения нам потребуется припаять все элементы и соединить их. Пины SDA и SCL на RadSens и OLED-экране требуется подключить к портам D22 (SCL) и D21 (SDA), они обмениваются данными по интерфейсу I2C, важно их не перепутать.

Остальное подключить согласно схеме на рис. 4.

Схема подключения модулей к ESP32 (рис. 4)

На фото один из вариантов компоновки дозиметра.

Шаг 2. Подключение библиотек RadSens, ESP32, GyverOLED

Подключение расширения для плат в Arduino IDE для платы ESP32 осуществляется следующим образом:

Arduino -> Инструменты -> Плата -> Менеджер плат -> Написать “ESP32” в поисковой строке.

Шаг первый — переход в менеджер плат

Шаг второй — пишем в поисковике «ESP32» и устанавливаем единственный дистрибутив

Далее необходимо выбрать необходимую нам плату. Для этого переходим во вкладку “Инструменты”, выбираем раздел “Плата”, далее выбираем “ESP32 Dev Module” в подразделе “ESP32 Arduino”.

Шаг третий — необходимо выбрать «ESP32 Dev Module»

Готово! Перейдем к установке библиотеки.

Для установки библиотеки RadSens необходимо проделать почти такую же операцию:

Arduino -> Скетч -> Подключить библиотеку -> Управлять библиотеками -> Написать “RadSens” в поисковой строке.

Шаг первый — заходим в менеджер библиотек

Шаг второй — пишем в поиске «RadSens» и устанавливаем нашу официальную библиотеку

Далее необходимо установить библиотеку GyverOLED в менеджере библиотек тем же путём.

Необходимо написать «GyverOLED» в поисковике и установить библиотеку

Теперь мы готовы переходить к программированию.

Шаг 3. Код

Код был написан с использованием библиотеки для OLED от Алекса Гавера. Она проста в изучении и поддерживает вывод русского языка без дополнительных манипуляций. Допустимо использовать U8G2, Adafruit или любой удобную вам библиотеку.

Код вы можете найти в примерах библиотеки RadSens в Arduino IDE или скопировать отсюда:

// Подключаем необходимые библиотеки
#include <radSens1v2.h> // Библиотека RadSens
#include <Wire.h> // I2C-библиотека
#include <GyverOLED.h> // Библиотека для OLED Gyver'а идеально подойдёт для понимания методики работы с OLED-экраном, к тому же тут сразу есть русский шрифт
#define buz 18 // Устанавливаем управляющий пин пьезоизлучателя. Если вы выбрали другой управляющий пин - замените значение
GyverOLED<SSD1306_128x64, OLED_NO_BUFFER> oled; // Инициализируем OLED-экран
ClimateGuard_RadSens1v2 radSens(RS_DEFAULT_I2C_ADDRESS); // Инициализируем RadSens
uint32_t timer_cnt; // Таймер опроса интенсивности излучения и импульсов для OLED-экрана
uint32_t timer_imp; // Таймер опроса импульсов для пьезоизлучателя
uint32_t timer_oled; // таймер обновления дисплея
float dynval; // Переменная для динамического значения интенсивности
float statval; // Переменная для статического значения интенсивности
uint32_t impval; // Переменная для кол-ва импульсов
uint32_t pulsesPrev; // Переменная, содержащая кол-во импульсов за прошлый цикл
void setup() {
pinMode(buz, OUTPUT); // Инициализируем пьезоизлучатель как получатель данных
ledcSetup(1, 500, 8); // Инициализируем ШИМ (только для ESP, для Arduino это необходимо стереть)
ledcAttachPin(buz, 1); // Задаём пин вывода пьезоизлучателя для ШИМа (только для ESP, для Arduino это необходимо стереть)
oled.init(); // Инициализируем OLED в коде
oled.flipV(1); // Я перевернул экран для удобства
oled.flipH(1); // Для нормального отображения после переворота нужно инвертировать текст по горизонтали
oled.clear();
oled.setScale(2); // Устанавливаем размер шрифта
radSens.radSens_init();
oled.clear();
radSens.setSensitivity(105); // Задаем чувствительность трубки (если вы заменили СБМ-20 на другую - проверьте чувствительность в документации и измените значение в скобках)
int16_t sensval = radSens.getSensitivity();
oled.setCursor(10, 2);
oled.print("Чувствит:");
oled.setCursor(42, 4);
oled.print(sensval);
delay(4000);
oled.clear();
pulsesPrev = radSens.getNumberOfPulses(); //Обнуляем значение перед началом работы пьезоизлучателя для предотвращения длинных тресков
}
void beep(int deltime) { // Функция, описывающая время и частоту пищания пьезоизлучателя
ledcWriteTone(1, 500); // Включаем на частоте 500 Гц
delay(3);
ledcWriteTone(1, 0); // Выключаем
delay(deltime);
}
/*
void beep(int deltime){
tone(buz, 500, deltime)
} та же функция для Arduino */
void loop() {
if (millis() - timer_imp > 250) { // Функция, создающая "треск" пьезоизлучателя
timer_imp = millis();
int pulses = radSens.getNumberOfPulses();
if (pulses > pulsesPrev) {
for (int i = 0; i < (pulses - pulsesPrev); i++) {
beep(30); // Вы можете изменить параметр, если хотите, чтобы интервал между тресками был больше или меньше
}
pulsesPrev = pulses;
}
}
if (millis() - timer_cnt > 1000) { // Записываем в объявленные глобальные переменные необходимые значения
timer_cnt = millis();
dynval = radSens.getRadIntensyDynamic();
statval = radSens.getRadIntensyStatic();
impval = radSens.getNumberOfPulses();
}
if (millis() - timer_oled > 1000) { // Записываем переменные в строки и выводим их на OLED-экран
timer_oled = millis();
String dynint = "Дин: ";  // Динамическое значение в мкР/ч
dynint += dynval;
String statint = "Ст: ";  // Усреднённое за 500 секунд значение в мкР/ч
statint += statval;
String nimp = "Имп: "; // Количество имульсов с момента включения
nimp += impval;
oled.setCursor(0, 1);
oled.print(dynint);
oled.setCursor(0, 3);
oled.print(statint);
oled.setCursor(0, 5);
oled.print(nimp);
}
}

Тестирование самодельного дозиметра

Сегодня нами был рассмотрен самый бюджетный вариант дозиметра-радиометра. Добавив фантазии, мы заказали прозрачные пластины из оргстекла, чтобы сделать прибор более удобным и наглядным. Для проверки работы был использован сульфат калия из ближайших хозтоваров. Удобрение богато радиоактивным изотопом калием-40, активно испускающим бета-излучение.

Показатели естественного фона и при поднесении сульфата калия

Стандартный уровень радиации в помещении - 15-20 мкР/ч. При прямом контакте сульфат калия получаем 32-39 мкР/ч, что вдвое выше нормы.
При контакте с сульфатом натрия через оргстекло толщиной 4 мм уровень радиации практически не менялся, что указывает на мягкое бета-излучение

В качестве заключения

Несмотря на всю эстетическую привлекательность, проект является сугубо домашним и предназначен, в большей части, для измерения порошков, предметов старины и прочих вещей, непонятным образом попавших в ваш дом :)

В рамках следующего материала постараемся разработать портативный и многофункциональный дозиметр с возможностью вывода информации (графиков, минимумов, максимумов) на экран и выгрузкой статистики в мобильное приложение на Блине.

А какие возможности в следующей версии DIY-дозиметра хотели бы видеть вы? Оставляйте свои предложения в комментариях!

Отдельная благодарность магазину «Duino» и мастерской «HelloBarsuki» за предоставленные материалы для статьи!

Третья часть поста про сборку лампового усилителя на лампах 6Н2П и 6П3С. Предыдущую часть можно найти по ссылке:

Ламповый усилитель на базе JCM800 2204 (часть 2)

Несмотря на отсутствие свободного времени, разработка усилителя понемногу продолжается. В первую очередь, была проведена настройка напряжения на анодах усиливающих ламп: повышено до 250В, а также установлено напряжение смещения. По паспорту 6П3С оно должно составлять около -12В, я старался максимально приблизиться к нему. Кроме этого, попробовал поставить отдельный тороидальный трансформатор под питание накала ламп мощностью 12Вт.

Наиболее масштабной частью работы было создание короба для усилителя. Для этого в среде создания 3D моделей Autodesk Inventor была начерчена модель будущего изделия. Материал стенок короба - фанера 9мм. Крепление стенок друг с другом проводилось с помощью маленьких гвоздиков - после чего стыки дополнительно были проклеены эпоксидной смолой.

Для обшивки короба в интернет-магазине заказал дерматин и хромированные декоративные уголки, а также ручку (Fender Dogbone). Материала было немного, вырезать цельный кусок не получилось, поэтому на углах видны стыки между частями обивки. Для устойчивости на нижнюю часть короба прикрутил мебельные ножки. Декоративная решетка на передней части взята от автомобильного радиатора.

Звук пытался записать через динамики комбоусилителя, используя микрофон BM800. Очень долго пытался расположить его так, чтобы получить хороший звук. После дня танцев с бубном решил, что звук с телефона мне все равно нравится больше. Если кто-то пробовал записывать звук с усилителя подобным образом, напишите, пожалуйста, каким образом лучше расположить микрофон.

В планах на будущее изготовление новой платы уменьшенного размера под конденсаторы другого типа, а также настройка части питания накала с использованием отдельного трансформатора.

В 90е во времена своей начальной школы я увлекался радиолюбительством. Для пориджей поясню: это когда берешь электронные компоненты, спаиваешь их паяльником по схеме и получаешь гаджет. Это не всегда было радио, как можно предположить из названия. Для моего скилла были доступны лишь мигалки, пищалки, эммитаторы различных звуков вроде канарейки или прыгающего теннисного шарика.

По советским фильмам могло показаться, что все дети в СССР увлекались радиоэлектроникой. Но вот из всего класса, да и со всей своей школы я кроме себя не припоминаю кто на самом деле этим увлекался.

Раз в полгода преподавателю клуба вставляли клизму за отсутствие учеников. Он поднимал свою задницу и шел по всем соседним школам, рекламируя свой кружок. В течение следующей недели у него было полным полно учеников, в журнале красовались фамилии новобранцев. А через неделю от них всех и след простывал и оставались несколько завсегдатаев вроде меня.

Схемы гаджетов нам давали в клубе но они и публиковались в журналах на кажом шагу. Но все же нужен был пинок, чтобы кто-то объяснил как паять и как читать эти схемы. А иногда даже объяснить как они работают. У нашего преподавателя Бориса Александровича не было больших талантов что-то объяснять, но иногда он мог что-то рассказать ради приличия и этого нам хватало. Иногда мог помочь разобраться почему спаянная схема не работает. И всегда заработавшая наконец схема оповещалась криками на всю вселенную:

-  Борис Александрович, работает!
На что изо дня в день мы получали один и тот же ответ:
- Конечно Борис Александрович работает!

Борис Александрович нам регулярно повторял: учитесь, вас еще это умение возможно всю жизнь кормить будет. И, надо признать, он был частично прав. Сильно не отъешься таким скиллом, но помогает в жизни на каждом шагу.

К примеру когда у меня был интернет клуб я сделал огромные буквы со светодиодами INTERNET. Но они просто светились и не привлекали внимания среди множества других вывесок. Я порылся в мусорке, выпаял пару транзюков, спаял мультивибратор, а на выход одного транзистора влепил еще один или два каскада усилителя на мосфете чтобы тянуло 80 ватт светодиодов. Конечно-же на такой простой схеме не нарегулируешься миганием поэтому она моргала как эпилептик. Но уж точно не сливалась с остальными вывесками. А главное бесплатно. А потом пошло поехало: модули с Али, передатчики, приемники, микроконтроллеры, программы на Си к ним... рожденный в СССР просто с ума сходит от такого изобилия.

Но вот в советские времена если советом помочь желающих хватало, то с радиокомпонентами была просто беда. Может быть они где-то и продавались, но я понятия не имел где и представить не мог что их вообще можно покупать.

Как-то раз мы на дворовой мусорке всей детворой играли в сифу. И я нашел там новенькую ленточку с резисторами... а рядом еще несколько. И еще несколько уже тащили по карманам все остальные пацаны. Я убедил несколько человек, что им это барахло вообще никуда не сгодится и они мне отдали свой лут. А остальное растащили даже не представляя что это и зачем оно может пригодиться. Так было принято в то время. А я в этот день узнал что радиодетали бывают новыми, а не выпаянными из выброшенной электроники. Да, основной источник радиодеталей были выброшенные платы от старого оборудования. Выбрасывалось оборудование крайне редко... только если по нему проехался каток, прошелся пожарище или прямо в него упала ядерная бомба. В остальных случаях его ремонтировали.

Кстати, написать пост меня побудила фотка чувака, который на Али в комментах к ремешку браслета Xiaomi Mi Band 2 показал чем он заменил ремешок пока ждал заказ -  самодельный  ремешок из стеклотекстолита для пайки плат:

Вернемся к основной мысли, от которой я все время отхожу, захлестнувшись воспоминаниями. Так вот со временем я понял, что мусорка - это основной источник ништяков. Самое интересное  из оборудования почти всегда выдирали прежде чем выбросить: трансформатор или блок питания, динамики, двигатели. Конкуренция среди сталкеров там была большая, но изредка  попадались платы с копеечными деталями, которые мало кому кроме меня были нужны. Поэтому мои устройства, которые я паял, были всегда простыми: несколько резисторов, транзисторов, конденсаторов. Все упиралось в детали, их всегда было мало. Находишь бывает плату, смахнешь с нее гнилые помидоры (шучу, не помидоры) и  сразу садишься, выпаиваешь детали, раскладывая по спичечным коробочкам.

Как-то раз меня отправили в деревню к дедушке и к бабушке. Рядом с деревней была огромная промышленная свалка. Я там гулял по ней в поисках ништяков. И смотрю на горизонте еще кто-то бродит. Конкурент! Сначала не мешали друг другу. А когда сошлись поближе, разглядел конкурента. Оказалось что это мой родной дед. Гены пальцем не задавишь!

Про своего деда и про его таланты как-то целый пост написал:
Военная жизнь солдата Назаренко Ивана Игнатовича