环境监测仪
zhiyangwork2013/12/02极客DIY IP:浙江
首先展示完成后的照片:
DSC09532s.jpg
这里液晶显示器显示的是监测仪测得的实时数据。
第一排显示的是测得的温度,29.5℃,后面跟着的是气压值,101.36千帕。第二排开头显示的是大气相对湿度70.7%,最后显示的是电离辐射每小时的当量计量。
对于这四个数值,前三个没啥好解释的,大家都懂。最后一个辐射的剂量估计对大多数人来说都比较陌生——我如果不做这个东西的话也不会去管计量辐射的单位是什么,不过对于辐射的了解,大多数人都还是有很大的误区,而这个是我很早前就搞清楚,然后总是喜欢孜孜不倦地跟身边的人解释的东西。
首先很多人都觉得电脑的辐射和核辐射是一回事。其实这是大错特错。 辐射分为电离辐射和非电离辐射,电脑的辐射属于后者,其实就是能量很低的电磁波;核辐射属于前者,是高能量的射线。我们每天都沉浸在巨量的非电离辐射中,比如电台广播,手机信号,微波炉的微波泄露,甚至连我们眼睛看到的光都是非电离辐射。这些其实都是电磁波,只不过具有比较长的波长和比较低的能量。对人体基本上没有影响。有些人就觉得微波炉连饭都能煮熟,能量一定很大。其实微波炉的功率虽然比较大,但是微波的能量不足以破坏分子的内部结构,只能让分子运动加速,从而升高温度,使食品变熟。如果人在微波炉内呆着,微波只会对人造成烧伤,人离开后不会有任何持续的伤害。而电离辐射就完全是另一回事儿了。它是高速运动的带电粒子或者波长很短能量很大的电磁波。如果进入人体,那么就会严重损坏人体内的分子结构,如果损坏了DNA的自我修复功能和控制生长的功能,那么细胞就会癌变,引起癌症。也就是说,如果微波炉开始释放x射线了,那么人在里面待一会儿说不定就有细胞癌变,所以走出微波炉以后仍然受到辐射引起癌症的折磨。我这个监测仪监测的,不是那些无害的非电离辐射,正是这种危险的电离辐射。
不过大家看到检测仪上竟然显示出有电离辐射也不要惊讶,我们的生活中也有少量的背景电离辐射,它们来自头顶的太阳,远处的星体还有地下的放射性元素。这个数值还是比较正常的,如果小数点前的0变成1,甚至小数点后移了一位,那么就说明环境中的电离辐射异常,很可能是核电站原料泄露,或者是核弹爆炸,也有可能是有人拿了块放射性元素靠近监测仪来恶作剧。
这个监测仪探测电离辐射靠的是盖革计数器,每当有电离辐射的粒子(质子、电子、光子) 进入计数器,它都会释放出一个电压脉冲来。单片机通过统计脉冲数来计算辐射剂量。
盖革计数器就是下面这个东西:
キャプチャ.png
这是学长送给我的。一个8000日元,600人民币的样子。正宗美国货,质量没得说。

下面介绍一下监测器的内部结构。
这是第一层电路板:
DSC09526s.jpg
左下角是温度湿度传感器模块,后下角是气压传感器模块,然后最上边是液晶显示器,右边黑乎乎的圆圈是蜂鸣器,它和右上角的发光二极管用于示意盖革计数器的脉冲。也就是每当有电离辐射粒子进入盖革计数器,发光二极管和蜂鸣器就会同时发出信号。

第二层电路板:
DSC09524s.jpg
左边这一块是串口通信用的,用来把数据上传到电脑。中间是DC5V转DC400V变压器,用来给盖革计数器供电。盖革计数器工作的时候电压必须在325V之上。我有一次不慎在它工作的时候摸了一下它的正极,然后顿时就清醒了。

组装起来之后的样子:
DSC09528s.jpg

DSC09527s.jpg

但这还只是裸机。裸奔是不道德的。于是就去给它买了件衣服。
DSC09529s.jpg
DSC09530s.jpg

这个盒子本来是没有洞的,我拿电钻和锉刀给它弄出了两个方孔,用来配合液晶显示还有串口通信。最终组装起来就是开头显示的样子了。
DSC09531s.jpg
DSC09533s.jpg
DSC09534s.jpg

数据每隔六秒钟上传一次,电脑那边会自动记录下来,便于日后分析。 因为气压温度湿度都和天气状况有密切关系,所以我这个监测仪运行一段时间后,就可以利用积累下来的数据进行粗略的天气预报了。
这是数据上传的画面:
DSC09536s.jpg

开头是监测仪自报家门的话。看过《钢铁侠》 的人都知道Javis是谁。不过放在这里——好像有奇怪的东西混进来的感觉。以后有时间再去研究人工智能吧。
监测仪大概就是这样了。最后再来一张照片,照片后有实际操作演示录像。
DSC09537s.jpg


录像网址:XXXXXXXXXXXXXXXXXX/v_show/id_XXXXXXXXXXXXXXXXml

打算在升级版中加入灰尘传感器,这样就可以监测PM2.5了。
DSC09518s.jpg
DSC09519s.jpg
DSC09520s.jpg
DSC09521s.jpg
DSC09522s.jpg
DSC09523s.jpg
DSC09525s.jpg
+30  科创币    51区总管    2013/12/02 前排赞扬
+99  科创币    ms1175555    2013/12/02 不懂,不过看起来好像很厉害的样子
+200  科创币    焓熵`    2013/12/05 做工精细
来自:综合交流区 / 极客DIY
27
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~~空空如也
thinker
10年5个月前 IP:未同步
656094
1、撸主顿时就清醒了?哈哈。。。。。
2、那个辐射传感器好贵的样子,里面的原理撸主介绍下呗
3、话说撸主的电脑键盘倒是很有特点哦
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问江南
10年5个月前 IP:未同步
656099
盖革计数器啊   开源硬件圈子里见过,模块1000多 美国进口的
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张静茹
10年5个月前 IP:未同步
656118
借您的图用一下,希望不要介意,抱歉
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没有夏天
10年5个月前 IP:未同步
656141
X宝盖革计数器100多块的是真的吗啊?
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rudolf
10年5个月前 IP:未同步
656142
建议楼主把电源集成一下,换上锂电之类的,立马就高大上了。
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zhiyangwork作者
10年5个月前 IP:未同步
656143
thinker 发表于 2013-12-2 13:02
1、撸主顿时就清醒了?哈哈。。。。。
2、那个辐射传感器好贵的样子,里面的原理撸主介绍下呗
3、话说撸 ...


1、400V真心很疼,还好功率小,电流小,要不然我就断指断手了。
2、其实就是一个高压电容,当有放射线进入后会引起电容短暂击穿然后很快恢复,这样在电容两端就会输出一个脉冲信号。
3、在日本买的,日式键盘。
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zhiyangwork作者
10年5个月前 IP:未同步
656149
没有夏天 发表于 2013-12-2 18:19
X宝盖革计数器100多块的是真的吗啊?


这个计数器600多人民币,一点不假。
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novakon
10年5个月前 IP:未同步
656163
希望楼主测一下这套系统的耗电水平,尤其是盖革计数器的。
还有,高压模块花了多少钱?
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kc地毯清洁员
10年5个月前 IP:未同步
656169
日本电脑...          自带win7却装xp
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3DA502
10年5个月前 IP:未同步
656178
不是奶粉罐  罐头盒也可以么     干吗死磕盖革计数器
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北落师门
10年5个月前 IP:未同步
656186
不是高压电容,类似日光灯,加在灯上的电源刚好没法使灯电离,灯也不会亮,如果此时有一个高能粒子穿透气体,高能粒子会诱发灯内气体的电离,电离产生的粒子又不停地去触发周围的粒子电离,导致雪崩式的导通,电源回路上电流瞬间增大,外部电路就记录一次电离。
盖革计数器的比牛奶罐头的好处是电离完了能靠内部气体自己把这个电离状态掐断,术语叫“淬灭”,这能使盖革管从导通状态重新变为不导通的状态,等待下一个粒子的电离。所以盖革管能计数,而牛奶罐只能粗略测定辐射强度....
话说有灰尘传感器么.......以前电视上看气象台测PM2.5是过滤一段时间内的空气,在一个收集板上采集粒子进行分析,不是那种在线式的设备。不过给个思路,可以用孔径大于2.5μm的滤芯过滤掉大于2.5的颗粒,然后利用电离室或光电传感器测定空气中的粒子含量,这然后还要通过一个小于2.5μ的滤芯去掉2.5的颗粒,再进另一个电离室测定更小的微粒,第一个室测出来的值要扣除第二个室的值才是比较接近真实的PM2.5。呃..好复杂
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zhiyangwork作者
10年5个月前 IP:未同步
656195
novakon 发表于 2013-12-2 19:40
希望楼主测一下这套系统的耗电水平,尤其是盖革计数器的。
还有,高压模块花了多少钱?


供电用700mAH的AAA电池四节,待机时间大概为10小时,也就是说工作电流大概是300mA,工作电压是4.8V,功率大概是1.5W
高压模块一年前在淘宝买的,20多元。
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zhiyangwork作者
10年5个月前 IP:未同步
656196
rudolf 发表于 2013-12-2 18:36
建议楼主把电源集成一下,换上锂电之类的,立马就高大上了。


把移动电源和这个整合在一起就好了,整机只有一个充电口和一个串口,很精简
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zhiyangwork作者
10年5个月前 IP:未同步
656197
kc地毯清洁员 发表于 2013-12-2 20:58
日本电脑...          自带win7却装xp


这是买来专门做单片机和ARM的电脑,配置非常低,win7有点卡,就改成xp了。
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zhiyangwork作者
10年5个月前 IP:未同步
656198
3DA502 发表于 2013-12-2 22:06
不是奶粉罐  罐头盒也可以么     干吗死磕盖革计数器


奶粉罐  罐头盒如何测辐射剂量?求解啊
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zhiyangwork作者
10年5个月前 IP:未同步
656201
北落师门 发表于 2013-12-2 22:48
不是高压电容,类似日光灯,加在灯上的电源刚好没法使灯电离,灯也不会亮,如果此时有一个高能粒子穿透气体 ...


[s:104]专家。
盖革计数器确实不是电容,我只是觉得这样解释很容易理解罢了。
灰尘传感器是有的,不过比较新,现在还没有大量普及。精确测PM2.5当然要按照你说的这一套程序来走,但是业余DIY达不到那种精度,主要是没钱买那些设备。
灰尘传感器的一个淘宝链接:
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/XXXXXXXm?spm=a230r.1.14.1.p36BdN&id=23379084615
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BG8KIH
10年5个月前 IP:未同步
656217
应该开源让大家大量的制作,让他通过网络来传输数据,并且建立一个服务器来接受和处理数据,这样我们就有一个覆盖广阔的环境监测网络了。话说这样会不会抢了气象局的饭碗被查水表啊?我得先回去把水表保护好再来。
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warmonkey
10年5个月前 IP:未同步
656245
gb505329191 发表于 2013-12-3 08:29
应该开源让大家大量的制作,让他通过网络来传输数据,并且建立一个服务器来接受和处理数据,这样我们就有一 ...


环保局会把你的东西花钱买下来
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北落师门
10年5个月前 IP:未同步
656289
zhiyangwork 发表于 2013-12-2 23:26
专家。
盖革计数器确实不是电容,我只是觉得这样解释很容易理解罢了。
灰尘传感器是有的,不 ...


看描述应该就是个光电传感器,测量灰尘的反射光强度的,没有对粒径的选择作用,可以用来演示,不过真要测2.5还是需要那么一套..[s:104]
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北落师门
10年5个月前 IP:未同步
656290
zhiyangwork 发表于 2013-12-2 23:21
奶粉罐  罐头盒如何测辐射剂量?求解啊


奶粉罐只能定性测量,不能定量,原理是用达林顿管放大高能粒子电离空气产生的微弱电流,我有做过类似的东西https://www.kechuang.org/t/41607
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zhiyangwork作者
10年5个月前 IP:未同步
656307
北落师门 发表于 2013-12-3 18:50
看描述应该就是个光电传感器,测量灰尘的反射光强度的,没有对粒径的选择作用,可以用来演示,不过真要测 ...


根据描述是可以监测PM0.8以上的所有灰尘颗粒的量,其中的PM2.5无法直接测得。但如果PM2.5在灰尘颗粒中占有比例有规律可循,那么就有希望测得比较准确的PM2.5数值了。不知有没有人做这方面的研究。
看了你的做简易辐射探测器,造价低廉,效果显著。不过手拿放射源这种行为还是挺危险的,你可以手拿传感器接近放射源的。
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北落师门
10年5个月前 IP:未同步
656539
zhiyangwork 发表于 2013-12-3 21:47
根据描述是可以监测PM0.8以上的所有灰尘颗粒的量,其中的PM2.5无法直接测得。但如果PM2.5在灰尘颗粒中占 ...


α射线穿透能力低,所以才敢,γ源的话,扔都来不及[s:9]
话说中招了,今天早上天空雾茫茫,骑车到单位后鼻子就不舒服,现在有点感冒的征兆了
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wesker
10年5个月前 IP:未同步
656544
盒子在哪买的 看起来结实[s:12]
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zhiyangwork作者
10年5个月前 IP:未同步
656575
北落师门 发表于 2013-12-5 17:49
α射线穿透能力低,所以才敢,γ源的话,扔都来不及
话说中招了,今天早上天空雾茫茫,骑车到单位后鼻 ...


今天确实雾霾太重了,不知何时能开始好转。我看科创应该搞一个廉价防毒面具的制作竞赛,让大家都动员起来,保护自己。
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LED
10年5个月前 IP:未同步
656584
zhiyangwork 发表于 2013-12-5 22:29
今天确实雾霾太重了,不知何时能开始好转。我看科创应该搞一个廉价防毒面具的制作竞赛,让大家都动员起来 ...


+10086
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北落师门
10年5个月前 IP:未同步
656657
今天仔细看了下,PM2.5指的是粒径2.5μm以下的微粒,这样就可以少一个滤芯和传感器,只需要滤除大于2.5μ的颗粒就行了
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