RadSens - модульный счетчик Гейгера с интерфейсом I2C

02/07/2022 15:09:03

Несколько лет назад я интегрировал в свою систему домашней автоматизации прибор Radex MR107 для контроля уровня радиоактивного газа радона в доме в целом и в подвале в частности. Накопленные за все это время данные позволили сделать несколько любопытных наблюдений. Концентрация радона непостоянна и может меняться от нижнего порога обнаружения, фактически от 0, до 500 беккерелей на кубометр, что существенно выше нормы. Какой-то четкой и однозначной взаимосвязи между накоплением радона в подвале и атмосферным давлением, осадками, температурой или другими погодными явлениями выявлено не было. Как и зависимости от времени года. Так, в летние месяцы 2020 и 2021 годов радона в подвале было ощутимо меньше, чем в зимние, но в 2019 году ситуация была обратной. Но вот что действительно обращает на себя внимание - это цикличность на длительном отрезке времени. Если посмотреть на график концентрации радиоактивного газа за отдельно взятую неделю, то он может показаться довольно хаотичным, но если построить этот же график за несколько лет, то становятся очевидны крупные циклы, которые длятся месяцами. Совпадение? Не думаю...

График концентрации радона за 2 года. Зеленая линия - ПДК 200 Бк/м3

В наше неспокойное время пользователи проявляют интерес не только к радону, являющимся источником альфа-частиц, но и к измерению других, более опасных компонентов общего радиационного фона: бета и особенно гамма-излучению. Наиболее распространенным, популярным и доступным детектором жесткого радиоактивного излучения являются трубки СБМ-20, которые повсеместно применяются в различных коммерческих приборах. Я давно планировал поэкспериментировать со счетчиками СБМ-20, но каждый раз останавливала необходимость колхозить обвязку в виде высоковольтного источника питания. К счастью нашлись позитивные ребята из московской компании Climate Guard, которые взяли эту работу на себя, разработав интересное для любителей домашней автоматизации устройство - RadSens.

Дозиметр-радиометр RadSens 2v6 на счетчике Гейгера-Мюллера СБМ-20 с цифровым интерфейсом I2C

RadSens - это, как его называют сами разработчики, дозиметр модульного формфактора. Представляет из себя готовую плату с источником питания и трубки СБМ-20. Что для нас важно и интересно. Во-первых, счетчик СБМ-20 в дозиметр версии 2v6 не впаян. На плате установлены держатели, а значит трубку легко заменить или использовать другую совместимую. Во-вторых, напряжение питания сенсора: +3.3В. Это наиболее часто используемое напряжение для большинства других устройств и датчиков. Данное напряжение выведено и на клеммы MegaD-2561. В-третьих, на плате предусмотрен импульсный выход, который можно подключить к контроллеру, чтобы фиксировать каждое срабатывание счетчика Гейгера. Но самое главное - устройство снабжено собственным микроконтроллером, предназначенным для того, чтобы взять на себя всю черновую работу и предоставить пользователю уже готовые, обработанные данные в мкР/ч (микрорентген в час) по цифровой шине I2C!

Я решил, что это отличная возможность расширить функциональность системы домашней автоматизации и реализовал поддержку данного прибора в прошивку MegaD-2561.

По умолчанию контроллер выводит содержимое регистров 0x06-0x08: интенсивность излучения со статическим периодом счета. Цитата из документации: "Содержит статистическое значение интенсивности ионизирующего гамма-излучения. Период счета скользящего окна составляет 500 сек. Позволяет производить точные измерения постоянного радиационного фона." Это значение контроллер будет автоматически передавать по MQTT и по HTTP-запросу "cmd=get" для SDA-порта.
Если требуется более быстрая реакция датчика для оперативной проверки, какого-то предмета или зоны, с помощью параметра i2c_par=2 можно запросить динамическое значение интенсивности излучения, которое формируется из диапазона, содержащего наиболее актуальные данные. Этот режим можно использовать, например, установив датчик где-нибудь на кухне для экспресс оценки чистоты продуктов питания. Не станем обсуждать в рамках статьи и оставим за скобками целесообразность и психоневрологические аспекты подобных мер.

http://192.168.0.14/sec/?pt=31&scl=30&i2c_dev=radsens&i2c_par=2

Также контроллер MegaD-2561 может запросить данные 16-битного регистра, содержащего количество зафиксированных датчиком импульсов. Это может пригодится, если требуется использовать собственный алгоритм или формулу расчета интенсивности излучения. После каждого считывания из данного регистра, значение счетчика сбрасывается.

http://192.168.0.14/sec/?pt=31&scl=30&i2c_dev=radsens&i2c_par=3

Для иллюстрации вышеописанного приведу пример простейшего PHP-скрипта, который раз в 500 секунд выводит в консоль 3 параметра: статическая интенсивность излучения, динамическая интенсивность излучения и рассчитанная на стороне сервера интенсивность излучения на основе значения счетчика импульсов. Формула для собственного расчета радиационного фона взята из документации дозиметра.

<?php
while(true)
{
    $rad_500 = file_get_contents("http://192.168.0.14/sec/?pt=31&cmd=get");
    $rad_123 = file_get_contents("http://192.168.0.14/sec/?pt=31&scl=30&i2c_dev=radsens&i2c_par=2");
    $rad_cnt = file_get_contents("http://192.168.0.14/sec/?pt=31&scl=30&i2c_dev=radsens&i2c_par=3");

    $rad_calc = round(($rad_cnt * 3660)/(105 * 500), 1);
    echo "Rad static: $rad_500; Rad dynamic: $rad_123; Rad calculated: $rad_calc";
    sleep(500);
}
?>

Датчик RadSens не требует инициализации, а значит может использоваться на I2C-шине с другими устройствами.

Но это не все. Как я уже отмечал выше, у RadSens есть импульсный выход. А значит в принципе можно обойтись и без I2C, используя для интеграции датчика в систему только один порт, который будет регистрировать каждую частицу, пойманную трубкой СБМ-20. Если для подключения используется контроллер V3, в котором присутствует зуммер, можно прописать сценарий P45:1;p1;P45:0 и контроллер будет задорно попискивать на каждый импульс, зафиксированный на входе.

К сожалению у импульсного выхода дозиметра есть две особенности. Во-первых, это логический выход и он притянут к питанию со стороны сенсора, а значит нельзя использовать "стандартный" вход исполнительных модулей или цифровые порты. Подтяжка цифровых портов со стороны контроллера не даст сформировать на входе логический ноль. Подключить импульсный выход можно только к "голым" портам контроллера без подтяжки. Это можно сделать или посредством MegaD-14-IOR, в котором следует джампером отключить подтяжку для нужного порта или подключив датчик непосредственно к гребенке XP2, если она не занята исполнительным модулем. Во-вторых, длительность импульса, который генерирует прибор настолько мала, что надежно зафиксировать его можно только на портах с функцией внешнего прерывания. Для XP2 это: P22, P23, P25, P27. Для этого необходимо, чтобы версия прошивки контроллера была не ниже 4.57b1 и был включен флажок Raw в настройках используемого порта. Я предложил разработчикам добавить в прошивку датчика отдельный регистр для настройки длительности импульса, чтобы появилась возможность подключать импульсный выход к любым портам. Например, к портам P36 и P37 контроллера, у которых нет подтяжки, но нет и функции внешнего прерывания. Однако пока подобная настройка у датчика отсутствует.

Теперь, когда из дозиметра можно извлечь необходимую информацию любым удобным способом, можно начать запись данных в БД и посмотреть, что будет... Значения считывались каждые 30 секунд по протоколу I2C.

Типичная картина фонового радиационного фона

Как я в душе надеялся и предполагал, радиационной фон в моем кабинете соответствует фоновым значениям порядка 10-11 мкР/ч (или 0,11 мкЗв/ч). Синий график отражает статические значения интенсивности излучения (период скользящего окна 500 секунд). Грубо говоря - среднее по больнице. Фиолетовый график - динамический период счета, который более явно демонстрирует некоторый незначительный и естественный разброс в количестве детектируемых частиц на единицу времени. Зеленая линия (20 мкР/ч) - это максимальный природный уровень радиации. Безопасным же для человека по некоторым данным считается уровень излучения до 50-60 мкР/ч. Все это время зуммер бодренько попискивал, регистрируя частички излучения примерно каждые 3-4 секунды. Действует на нервы, между прочим.

Я когда-то читал, что хрусталь может быть источником радиоактивного излучения из-за свинца и оксида калия. Я достал из серванта классическую советскую хрустальную рюмку и поставил ее рядом с датчиком. И вот, что вышло...

Бытовая радиация или осторожно, стекло

Нормально, да? Одна рюмка, Карл!.. Кстати, я из нее не пью. И хотя уровень радиоактивного излучения от рюмки в общем далек от опасного, все это, тем не менее, выглядит довольно интригующим. Зуммер, связанный с импульсным выходом дозиметра автономным сценарием контроллера, заметно ускорился. А вот сомнительные по своему оттенку стеклянные подсвечники, которые я как-то приобрел в антикварном магазине на амальфийском побережье, с точки зрения радиоактивности оказались совершенно скучными.

Процесс испытаний модульного дозиметра RadSens с интерфейсом I2C.
Интеграция с контроллером MegaD-2561

Говорят, меньше знаешь - крепче спишь. Возможно это и правда. Хотя содержимое рюмки, особенно из какого-нибудь "аптечного шкалика", по правде сказать, может навредить несравнимо больше Калия-40 в бытовой посуде или бананах. Но я все равно продолжу эксперименты. Не с рюмками, конечно, и не с их содержимым. С дозиметром. Буду, как обычно, держать вас в курсе.

 

Автор: Andrey_B
Любое использование материалов сайта возможно только с разрешения автора и с обязательным указанием источника.

---

Добавить комментарий:

Имя

Е-mail(необязательно, не отображается на сайте)

Комментарий

---

Сортировка комментариев: Последние сверху | Первые сверху

2022-07-07 08:36:10 | Андрей
Рюмка - зло ! )))) А по теме : Респект автору за расширение функционала. Самая лучшая поддержка среди всех производителей контроллеров УД !

2022-07-03 10:20:30 | Andrey_B
Ruslan, да-да, все так ;)

2022-07-02 21:53:05 | Ruslan
Спасибо за очередную интересную статью!
Для нашего неспокойного времени она особенно актуальна. Не ровен час, придется мерить, насколько радиоактивен радиоактивный пепел. ))
Мы, "умные домостроители", завернемся в белую простыню и поползем куда положено осознано, а остальные отбросят копыта в неведении. ))