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Construa um Contador Geiger com Raspberry Pi – Tutorial de Sensor de Radiação Open-Hardware

Conteúdo

NOTA: Todos os exemplos de código neste tutorial usam a biblioteca arduPi. Você pode ver a documentação e baixar a biblioteca do repositório.

Manifesto

O propósito da Placa Sensor de Radiação para Raspberry Pi é permitir que indivíduos no Japão – e em qualquer outro lugar – meçam níveis de radiação ambiente independentemente, seguindo o incidente nuclear de Fukushima em março de 2011. Ao combinar um Raspberry Pi acessível e amigável com uma placa de sensor open-hardware, usuários podem obter leituras em tempo real de locais específicos em vez de depender apenas de avisos externos. O primeiro lote foi enviado gratuitamente para o Tokyo Hackerspace e outros grupos locais para apoiar esforços comunitários.

Tanto o design de hardware da placa quanto seu firmware são liberados sob GPL, refletindo nosso compromisso com princípios open-source e transparência científica.

— A Equipe Libelium, Abril 2011

A Placa

A placa é dividida em duas seções funcionais: uma fonte de alimentação de alta tensão (400–1000 V) para o tubo Geiger-Müller e um circuito de condicionamento de sinal que converte os pulsos elétricos do tubo em formato adequado para um microcontrolador.

Uma vez alimentado, o tubo emite um breve pulso de corrente para cada evento ionizante detectado. O microcontrolador conta esses pulsos; contando por 10 segundos e multiplicando por 6 obtém-se contagens por minuto (CPM). De acordo com o datasheet do tubo, CPM é então dividido pelo fator de conversão (360 para o tubo padrão) para obter taxa de dose em microSieverts por hora (µSv/h).

Dependendo do tubo específico, você pode precisar ajustar o fator de conversão. Teste diferentes valores e reporte qual calibração produz os resultados mais precisos.

A eletrônica da placa pode ser dividida em cinco componentes:

  1. Fonte de alimentação de alta tensão

    Este módulo usa um multiplicador de tensão acionado por oscilador compreendendo diodos, transistores, resistores e capacitores (veja o esquemático). Gera 500 V para o tubo, com diodos zener opcionais em série para aumentar a saída se tensão mais alta for necessária.

  2. Circuito de adaptação de saída

    Um transistor NPN traduz o pulso do tubo Geiger em um sinal lógico limpo que dispara uma interrupção do microcontrolador. O mesmo transistor também aciona um alto-falante piezo e indicador LED para feedback audível e visual.

  3. Alto-falante piezo e indicador LED

    Estes estão conectados ao circuito de adaptação; cada pulso detectado faz o LED piscar e o alto-falante emitir um clique.

  4. Tela LCD

    O LCD 16×2 é interfaceado via barramento paralelo de 4 bits (RS, EN, RW e quatro linhas de dados). Exibe CPM e taxa de dose em tempo real.

  5. Barra de LED

    Uma barra de cinco LEDs (três verdes, dois vermelhos) fornece uma medição visual rápida de intensidade de radiação. Cada LED é acionado de um pino digital através de resistor em série.

Conectando a Placa de Radiação ao Raspberry Pi

A placa conecta ao Raspberry Pi através de uma interface shield padrão Arduino. Alimentação é suprida do pino 5 V do Pi, e contagem de pulsos ocorre no pino GPIO 2 do Pi, configurado como entrada de interrupção.

O Tubo Geiger

Um tubo Geiger-Müller contém gás inerte de baixa pressão (≈0.1 atm) – comumente neon – com um vapor orgânico ou halogênio fino. O cátodo do tubo é a parede metálica, enquanto o anodo é um fio fino correndo ao longo do centro. Um potencial alto (~500 V) é aplicado entre estes eletrodos, criando um forte campo elétrico.

Quando radiação ionizante entra no tubo, ioniza o gás, produzindo elétrons livres e íons positivos. Os elétrons são acelerados em direção ao anodo, iniciando uma avalanche de ionizações adicionais. Esta cascata produz um pulso curto de alta corrente que é detectado pelo circuito de saída.

Tipos de Radiação

Para detalhes técnicos adicionais, veja o tutorial Contador Geiger – Placa Sensor de Radiação para Raspberry Pi.

Links e Documentação

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