《便携式核辐射检测盒》雷起辉 郑宇翔

摘  要 :本作品主要基于物联网,主要作用为探测周围环境的核辐射量,除此之外还具有测量温湿度 时间等功能,为使用者带来便利的检测体验,可用于原理研究和教学演示。本作品主要具有以下几个功能:核辐射检测 核辐射超标时发出警报 物联网数据实时传输

关键词:盖革计数器 核辐射 电离辐射、行空板

1、项目作品概述

1.1作品背景

我们无时无刻不在被来自周围环境和外太空的辐射冲撞,电离辐射与我们日常生活息息相关,比如在医学诊断、能源生产和食品辐照中的应用;电离辐射,不止存在于核电站反应堆,天然大理石建材,色彩奇异的矿石宝石,成分不明的“负离子粉”等,都有可能含有数量不等的放射性元素。使用盖格计数器,就能让这些放射源无处遁形。

了解电离辐射的特点和安全阈值,能帮助我们更好地应对潜在的风险。如果日常生活中我们有这样一个检测盒,我们可以随时检测环境中的核辐射值,就可以最大可能性的避免危险的发生,基于以上的观察与分析,我们设计了这个核辐射检测装置。

1.2作品主体结构

本作品以行空板为主要结构进行组装,作品主体为3D打印的盒子。在其内部有盖格计数器以及温湿度传感器等物件,实时检测周围环境,并显示在行空板上,线条随数据变化伴有波纹状起伏。在辐射超标时,会发出警告。

1.3实现功能与工程结构设计要求

1.3.1实现功能要求:

  • 空气温湿度显示
  • 日期显示
    • 辐射检测、超标报警、阈值波动曲线显示
  • 1.3.2工程结构要求:结构稳固,体积小巧、便携;富有科技美感,适用于在家庭、学校提供一定安全检测。
  • 2主要的工程结构与模型制造

    2.1 模型设计3D建模与尺寸

  • 2.2  材料:PLA塑料熔丝

    3、硬件选用与连接

    3.1 硬件清单

    序号名称型号数量价格(元)
    1行空板UNIHIKER1399
    2盖革计数器DFROBOT1389
    3温湿度传感器      DFROBOT150
    420cm硅胶线两头PH2.0-3p白色22
    5合计840

    3.2 硬件连接图

  • 3.3 有关技术参数


  • 3.3.1行空技术规格

    CPU: 国产 4核 1.2GHz

    内存: 512MB DDR3

    硬盘: 16GB eMMC

    内置操作系统:Debian Wi-Fi: 2.4G

    蓝牙: 4.0 板载元件: 实体按键:Home按键,A/B按键

    屏幕:2.8寸240*320 TFT彩屏 麦克风传感器 光线传感器 加速度传感器 蜂鸣器

    接口: USB Type-C *1 USB TYPE-A *1 microSD卡接口 *1 3Pin I/O *4 (其中支持3路PWM 2路ADC) 4Pin I2C *2 金手指: 19路无冲突I/O(支持I2C、UART、SPI、ADC、PWM)

    供电: Type-C 5V供电

    工作电压: 3.3V

    最大工作电流: 2000mA

    3.3.2盖革计数器技术规格

  • 盖革计数器供电电压:3.3V ~ 5V信号输出:数字输出,检测到脉冲时下拉驱动电压:≈400V最大量程:1200 μSv/h (理论值)外形尺寸:107mm × 42mmM4011 盖革管工作电压:380V ~ 450V

    本底计数:≈25CPM

    CPM比率:153.8 CPM/(μSv/h)

    外形尺寸:Φ10mm × 88mm

    功能说明

    引脚

    ① – 电源负极

    ② + 电源正极

    ③ D 信号输出

    开关

    ④ 信号蜂鸣器开关

     


    • 4.电脑编程(源代码)

    • import timefrom pinpong.board import Board,PinBoard(“unihiker”).begin()               #初始化,选择板型(uno、leonardo、xugu)和端口号,不输入端口号则进行自动识别from unihiker import GUI   #导入包gui=GUI()  #实例化GUI类btn = Pin(Pin.P23, Pin.IN) 

      time_gap = 0

      start_time = 0

      count = 0

      time_gap = 5

      uSvh = 0

       

      def zero():

      global start_time,count

      start_time = time.time()

      count = 0

       

      def btn_falling_handler(pin):#中断事件回调函数

      global count

      count += 1

       

      zero()

      btn.irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler=btn_falling_handler) #设置中断模式为下降沿触发

       

      def get_cpm():

      global uSvh

      if time.time() – start_time >= time_gap:

      uSvh = round((count/151)*(60/time_gap),2)

      print(“uSvh=”,uSvh)

      zero()

       

      dig = gui.draw_digit(x=150, y=90, text=uSvh, origin = “center”,color=”black”,font_size=20,angle=90)#数码管字体显示

       

      while True:

      #start()

      time.sleep(1) #保持程序持续运行

      get_cpm()

      dig.config(text=uSvh)

      5.制作过程

      • 初步构思:想设计成便携式核辐射检测盒;携带方便,实时精准检测;
      • 外形结构讨论:作为检测装置应该容易携带,外形简洁而又不失大气;
      • 3)设计定位:作为实验探究和教学演示的好工具,简洁,便携,实用;

      6、创新设计说明

      1)使用盖格计数器,让电离放射无处遁形。当辐射超过设定阈值,盖格计数器会发出响声,且行空板上的辐射显示值会变红,提醒使用者;

      2)检测盒子小巧、便携;可当学生探究实验器具,也可以放家中桌上摆件。

      7、作品设计体会

      创造往往离不开自身的经验,我们的经验大多来源于书本以及资料。但“纸上得来终觉浅,觉知此事要躬行”,经过这个项目的设计,我们学习到很多课堂中学不到的知识,让我们的知识面更加宽广,让我们明白了创作不是一帆风顺,在创作的过程,没有坚强的内心,就无法坚持。这次的实验让我们更加坚定了在创作的路上勇攀高峰的决心,以及为科学现身的决心。

       

      参考文献:

       

      1、《物联网挑战赛三海水核辐射实时监测系统》   作者:JOVI      造物记

      https://makelog.dfrobot.com.cn/article-313375.html

      2、《用行空板自制桌面盖革计数器——实时核辐射监测》作者: AFRa    造物记https://mp.weixin.qq.com/s/rFRX82FPXf6Xs4varmJQDQ

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