Daily MaverickJoburg crisis cannot be solved without competent City leadershipESPNPremier League depth charts for most popular teams: Who is key?The Jerusalem PostWho will teach the next generation?PunchNigeria@66: 2027 election will test our democratic maturity – JonathanBollywood HungamaDisha Patani completes a decade in Bollywood as MS Dhoni: The Untold Story turns 10: “Beyond grateful ”InquirerBukidnon’s Quezon town marks 10th Senior Citizens’ DayGhaflaImages reveal extent of Wicknell Chivayo helicopter crash wreckageIl Fatto Quotidiano“Il lusso? Se c’è non me lo nego ma non lo cerco. Non ho lo yatch di 40 metri o la Lamborghini. Il mio aspetto? C’è il fascino sottile della decomposizione delle carni”: Paolo Bonolis si racconta3DNewsЯпонский Google изобрёл вертикальную клавиатуру-конвейер Gboard Kuru-Kuru — построить её может любой желающийسكاي نيوز عربيةاستطلاع يفجر مفاجأة بشأن رونالدو.. ماذا يريد مشجعو البرتغال؟RTBF InfoDes feux et dégradations lors d'un mouvement spontané d'élèves devant plusieurs écoles de LiègeBBC News BrasilGoogle remove mais de 40 canais com falsos médicos de IA após reportagens da BBC News Brasil
The Daily Newsstand · Free, Always
Thursday, October 1, 2026

Метеостанция, которая измеряет радиацию: счётчик Гейгера, ESP32 и LoRa

Translate

Каждый день мы интересуемся погодой — смотрим, идёт ли дождь, какая температура на улице, сильно ли дует ветер. Однако есть ещё один важный параметр, заслуживающий внимания — уровень фонового радиационного излучения. Если он будет сильно превышен, например, в результате техногенной катастрофы, сразу вы этого не заметите, но последствия для здоровья могут быть весьма плачевные.

В этой статье я расскажу про источники радиации и средства её измерения. В практической части статьи будет описана погодная станция, способная измерять не только температуру, давление и влажность, но и уровень радиационного фона.

Источники ионизирующего излучения

Самый заметный естественный источник ионизирующего излучения — это радон. Радон просачивается из грунта, строительных материалов (гранит, некоторые виды бетона). Он скапливается в подвалах и на первых этажах, особенно если их плохо проветривают.

Ещё один источник — космическое излучение. Оно приходит из космоса и от Солнца, при этом доза растёт с высотой. В горах и в самолётах облучение заметно выше, чем на уровне моря.

Также есть естественные радионуклиды, такие как уран, торий, калий-40. Они содержатся в почве, горных породах и строительных материалах (кирпич, бетон, гранит).

К естественным источникам добавляются техногенные. Не считая катастроф наподобие Чернобыльской, дополнительное облучение дают медицинские приборы — рентгеновские аппараты, компьютерные томографы (КТ), установки лучевой терапии. 

Отдельная история — так называемое технологически усиленное природное излучение. Некоторые строительные материалы и фосфорные удобрения производятся из сырья, в котором концентрируются природные радионуклиды (уран, торий), и в результате переработки их содержание может оказаться заметно выше фонового уровня.

Если у вас дома есть старые компасы, часы или приборы со светящимися стрелками, возможно, в них используется радий или тритий. Такие приборы тоже слабо излучают..

Виды ионизирующего излучения

Обычно выделяют альфа-излучение (α), бета-излучение (β), гамма-излучение (γ), а также нейтронное излучение. Эти виды излучения обладают различной проникающей способностью (рис. 1).

Рис. 1. Проникающая способность разных видов излучения (источник)

Рис. 1. Проникающая способность разных видов излучения (источник)

Минимальная проникающая способность у альфа-излучения, представляющего собой поток ядер гелия, состоящих из двух протонов и двух нейтронов (α-частиц). Это излучение может быть полностью задержано листом бумаги или верхним слоем кожи, при пробеге в воздухе всего несколько сантиметров. Тем не менее при попадании внутрь организма из-за ионизирующей способности это излучение опасно, так как повреждает ткани изнутри.

Бета-излучение представляет собой поток электронов или позитронов. Этот поток свободно проходит через бумагу, но задерживается алюминиевой пластиной толщиной в несколько миллиметров. Оно также способно проникать в ткани на глубину порядка 1-2 см. Это излучение используется для лучевой терапии, однако при длительном контакте опасно и может вызывать ожоги кожи и поражение глаз. 

Гамма-излучение — это электромагнитные волны высокой энергии (также поток фотонов). У него очень высокая проникающая способность. Для защиты нужен толстый слой свинца или бетона. Гамма-лучи проходят через человеческое тело насквозь. Они применяются для гамма-дефектоскопии, для стерилизации медицинского оборудования, для лучевой терапии и радиохирургии. Это излучение опасно, так как воздействует на весь организм.

Очень опасно нейтронное излучение. У него очень высокая проникающая способность. Для экранирования используются материалы с водородом, такие как вода, парафин и бетон. Нейтроны «наводят» радиоактивность в облучаемых материалах.

Открытие радиоактивности и первые методы измерения

Единиц измерения радиации много, устаревших и современных. Чтобы в них не запутаться, начнём с истории: как открыли радиоактивность и как её впервые измеряли.

В 1896 году французский физик Анри Беккерель изучал люминесценцию урановых солей и обнаружил, что эти соли засвечивают фотопластинку. Так было открыто явление, которое позже назвали радиоактивностью.

Исследуя это явление, супруги Пьер и Мария Кюри (рис. 2) выделили из урановой руды новые радиоактивные элементы — полоний и радий, а Мария Кюри ввела термин «радиоактивность».

Рис. 2. Супруги Пьер и Мария Кюри (источник)

Рис. 2. Супруги Пьер и Мария Кюри (источник)

Вскоре после этого стало известно и о вредном воздействии излучения на живые ткани. В 1901 году Анри Беккерель, некоторое время носивший в кармане пиджака ампулу с радием, полученную от Кюри, обнаружил у себя на коже покраснение, а затем язву в месте контакта с ампулой.

В качестве простейшего прибора для грубой оценки способности излучения ионизировать воздух использовали электроскоп (рис. 3). 

Рис. 3. Лепестковый электроскоп (источник)

Рис. 3. Лепестковый электроскоп (источник)

Под действием ионизации воздуха лепестки электроскопа теряли заряд и постепенно опадали. Чем сильнее было излучение, тем быстрее они опадали.

Для проведения более точных измерений применяли ионизационную камеру (рис. 4). 

Рис. 4. Ионизационная камера (источник)

Рис. 4. Ионизационная камера (источник)

Это герметичный объём с двумя электродами под напряжением. Ионы, которые возникают в газе под действием излучения, движутся к электродам и создают ток — его и измеряют. Величину, измеренную таким способом, назвали экспозиционной дозой, а её единицей стал рентген (Р). 

Позже ввели поглощённую дозу — энергию излучения, поглощённую единицей массы вещества. Её измеряют в греях (Гр, единица СИ) и в устаревших радах. 

Чтобы учесть биологическое действие излучения, ввели эквивалентную дозу. Её измеряют в зивертах (Зв), сегодня это основная единица для оценки радиационного фона. 

Один зиверт соответствует одному джоулю энергии, поглощённой одним килограммом биологической ткани с поправкой на тип излучения.

Бытовые дозиметры показывают мощность дозы. Это скорость набора дозы, её измеряют в микрозивертах в час (мкЗв/ч). Более сложные и дорогие дозиметры могут показывать накопленную дозу, то есть суммарное количество энергии ионизирующего излучения, которое организм человека получает за определенный период времени. Накопленная доза измеряется в зивертах (Зв), миллизивертах (мЗв) и микрозивертах (мкЗв). 

Сейчас в ходу и рентген, и зиверт. Рентген измеряют напрямую, по ионизации воздуха гамма- и рентгеновским излучением. Старые советские и некоторые современные бытовые дозиметры показывают результаты измерений в рентгенах.

Зиверт — расчётная единица, отражающая биологический эффект облучения с учётом типа излучения и чувствительности тканей. Именно в зивертах устанавливаются нормативы радиационной защиты.

Для пересчета зивертов в рентгены в случае гамма-излучения для мягких тканей можно использовать такие соотношения:

1 Р ≈ 10 мЗв
1 мкЗв/ч ≈ 100 мкР/ч

Онлайн-калькуляторы для пересчёта и подробную справку о радиации можно найти в статье  «Радиация: общие сведения, единицы измерения, влияние на человека». При пересчёте главное не забывать, что у рентгена и зиверта разный физический смысл.

Вы также можете встретиться с таким понятием, как амбиентный эквивалент дозы или амбиентная доза. Эта величина показывает дозу, которую бы получил человек, находясь в определенной точке поля излучения.

Подробнее о том, как и в каких единицах измеряется уровень радиоактивного излучения, читайте в статьях «Радиация: единицы измерения» и «Радиация: Будни радиохимической лаборатории».

Безопасные уровни излучения

В радиационной защите принято считать, что полностью безопасного уровня облучения нет. Чем выше доза, тем выше риск, но даже малые дозы немного повышают вероятность онкологических заболеваний и генетических мутаций из-за повреждения ДНК.

В интернете встречаются такие допустимые пределы радиационного фона:

  • до 0,2 мкЗв/ч (около 20 мкР/ч) — безопасный уровень;

  • около 0,3 мкЗв/ч — санитарная норма;

  • до 0,5 мкЗв/ч (до 50 мкР/ч) — верхняя граница уровня, который в целом считается безопасным.

В статье «Нормы радиационного фона/излучения» приведены нормы для типичных ситуаций. Также будет полезна статья «Допустимый радиационный фон для человека». В ней приведена смертельная доза — от 6-7 Зв и больше.

В России нормы радиационной безопасности устанавливают два документа: НРБ-99/2009 (СанПиН 2.6.1.2523-09) и ОСПОРБ-99/2010 — «Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности». 

Дозиметры из прошлого века

По назначению современные дозиметры можно поделить на бытовые и профессиональные. 

Бытовые дозиметры стоят от тысячи до 30 тысяч рублей в зависимости от возможностей. Такие дозиметры обычно не считают накопленную дозу и не различают виды радиации. Зато они измеряют гамма-, бета- и рентгеновское излучение и быстро сигнализируют о превышении фона.

Профессиональные дозиметры регистрируют еще и альфа-излучение, считают накопленную дозу и оборудованы выносными зондами для поиска точечных источников. Такие дозиметры могут стоить десятки тысяч рублей, они крупнее и тяжелее бытовых.

Что касается детекторов, то в дозиметрах используются счётчики Гейгера — Мюллера, сцинтилляционные детекторы в сочетании с фотодиодами или фотоэлектронными умножителями (ФЭУ) и полупроводниковые детекторы. Для обнаружения альфа-излучения применяются дорогостоящие радиометры с открытым окном детектора.

В советские времена применялся радиометр-рентгенометр ДП-5А (рис. 5).

Рис. 5. Радиометр-рентгенометр ДП-5А (источник)

Рис. 5. Радиометр-рентгенометр ДП-5А (источник)

В комплекте с прибором поставлялся выносной зонд. Переключателем выбирали диапазон измерений — от долей мР/ч до сотен Р/ч. Прибор использовали в гражданской обороне, в войсках и на промышленных объектах.

На рис. 6 — советский войсковой рентгенометр ДП-5В. Он измерял мощность дозы гамма-излучения в диапазоне от 0,05 мР/ч до 200 Р/ч и обнаруживал бета-загрязнение.  

Рис. 6. Рентгенометр ДП-5В (источник)

Рис. 6. Рентгенометр ДП-5В (источник)

На рис. 7 и рис. 8 показан польский радиометр DP-11B с выносным телескопическим зондом.

Рис. 7. Радиометр DP-11B в упакованном виде (источник)

Рис. 7. Радиометр DP-11B в упакованном виде (источник)

Рис. 8. Радиометр DP-11B собран для работы (источник)

Рис. 8. Радиометр DP-11B собран для работы (источник)

Ещё один музейный радиометр — ДП-63А (рис. 9).

Рис. 9. Радиометр ДП-63А (источник)

Рис. 9. Радиометр ДП-63А (источник)

Это советский переносной рентгенометр для обнаружения загрязнений местности бета-гамма и гамма-активными веществами, а также для оценки уровней гамма-радиации. Диапазон измерений — от 0,1 Р/ч до 50 Р/ч. Прибор выпускался с 1961 года и широко использовался в гражданской обороне.

Сцинтилляционные детекторы и счетчики

Другой распространённый тип детекторов — сцинтилляционные. Частица, попав в кристалл или пластик, вызывает вспышку света, а ФЭУ или кремниевый фотоумножитель превращает её в электрический импульс. 

Главное преимущество таких детекторов — чувствительность. Счётчик Гейгера регистрирует гамма-излучение плохо: в зависимости от трубки и энергии излучения из сотен квантов он замечает лишь единицы. Сцинтилляционный детектор с подходящим кристаллом зарегистрирует значительно больше.

Кроме того, амплитуда импульса сцинтилляционного детектора растёт с энергией частицы. По спектру импульсов можно определить изотоп, на этом основана гамма-спектрометрия.

В статье «Делаем сами сцинтилляционный радиометр. Часть 1, аппаратная» вы найдёте описание самодельного радиометра на базе сцинтилляционного детектора.

Полупроводниковые детекторы

Для обнаружения излучения могут быть использованы полупроводниковые детекторы. Они представляют собой кристалл или полупроводниковую структуру, в которой энергия попавшей частицы преобразуется в электрический сигнал. 

При прохождении ионизирующего излучения в полупроводнике образуются пары электрон–дырка. Электрическое поле внутри детектора разделяет эти носители заряда, в результате чего возникает небольшой импульс тока, который можно зарегистрировать и измерить.

В качестве чувствительных материалов применяют кремний, германий, а также арсенид галлия.

Полупроводниковые детекторы могут не только считать частицы, но и определять их энергию. Поэтому они широко используются в спектрометрах, дозиметрах, системах радиационного контроля и научных экспериментах. В компактных приборах применяются и небольшие кремниевые PIN-диоды. Такие диоды способны регистрировать рентгеновское и гамма-излучение.

На странице «Полупроводниковые детекторы» есть описания различных полупроводниковых детекторов.

Счетчик Гейгера — Мюллера

В сознании многих людей дозиметр представляет собой щёлкающий прибор на базе счётчика Гейгера — МюллераГейгера-Мюллера, причём чем выше интенсивность регистрируемого излучения, тем чаще раздаются щелчки.

В 1908 году Эрнест Резерфорд и Ганс Гейгер разработали первый электрический счётчик для регистрации альфа-частиц. Через 20 лет, в 1928 году, Ганс Гейгер и Вальтер Мюллер создали существенно усовершенствованный газовый счётчик, способный регистрировать отдельные события и формировать сильный электрический импульс. Именно эта конструкция получила название счётчика Гейгера — МюллераГейгера-Мюллера и стала одним из наиболее распространённых типов газовых детекторов ионизирующего излучения.

Устройство счётчика Гейгера — МюллераГейгера-Мюллера схематически показано на рис. 10.

Рис. 10. Устройство счётчика Гейгера — МюллераГейгера-Мюллера (источник)

Рис. 10. Устройство счётчика Гейгера — МюллераГейгера-Мюллера (источник)

Счётчик представляет собой герметичную трубку, заполненную инертным газом с небольшой добавкой гасящего газа. В зависимости от конструкции в качестве основного газа могут использоваться, например, неон, аргон или другие инертные газы, а в качестве гасящей добавки — галогены или органические соединения. Внутри трубки два электрода: катодом служит корпус или металлизированная стенка, анодом — тонкая нить по оси трубки. Между ними приложено напряжение в несколько сотен вольт.

Когда ионизирующее излучение попадает в чувствительный объём счётчика, оно создаёт в газе свободные электроны и ионы. Под действием электрического поля электроны ускоряются и вызывают вторичную ионизацию газа. Возникает лавинообразный разряд, охватывающий практически весь чувствительный объём трубки. В результате на электродах появляется короткий электрический импульс, который регистрируется электронной схемой.

В счётчике Гейгера амплитуда импульса практически не зависит от энергии первоначальной частицы. Поэтому такой счётчик используется для регистрации самого факта события и подсчёта количества импульсов. Число импульсов в секунду или в минуту позволяет оценивать интенсивность излучения.

Гасящая добавка нужна, чтобы разряд прекратился после лавины. Без неё самостоятельный разряд мог бы продолжаться значительно дольше и мешать регистрации следующих событий.

Поэтому по показаниям счётчика нельзя понять, какой изотоп излучает. Для спектрометрического анализа применяют другие типы детекторов, например сцинтилляционные или полупроводниковые.

После возникновения разряда счётчик некоторое время не способен зарегистрировать новое событие. Этот интервал называют мёртвым временем. При слишком высокой интенсивности излучения часть событий приходится на этот период и теряется, поэтому показания счётчика перестают быть пропорциональными реальной интенсивности излучения и могут быть занижены.

Благодаря относительно простой конструкции, надёжности и способности регистрировать отдельные события счётчики Гейгера — МюллераГейгера-Мюллера широко применяются в радиометрии и дозиметрии. На их основе создаются компактные приборы с цифровым дисплеем, звуковой и световой сигнализацией.

Сама трубка считает только импульсы, а не мощность дозы. Дозиметр программно пересчитывает скорость счёта в оценочную мощность дозы, например в мкЗв/ч, используя калибровочный коэффициент. Такой пересчёт зависит от конкретного типа детектора, конструкции прибора, геометрии измерения и характеристик излучения.

Современные приборы на базе счётчиков Гейгера могут подключаться к компьютеру или смартфону по USB, Bluetooth или Wi-Fi. Некоторые модели оснащаются GPS для привязки результатов измерений к координатам. Для обработки импульсов и передачи результатов приборы со счётчиками Гейгера можно подключать к микроконтроллерам, таким как Arduino или ESP32.

На рис. 11 показан счётчик СТС-5, созданный ещё во времена СССР.

Рис. 11. Счётчик СТС-5 (источник)

Рис. 11. Счётчик СТС-5 (источник)

Трубки со стальными стенками, такие как СТС-5, практически не регистрируют альфа-частицы: те поглощаются стенкой. Нейтроны такие трубки напрямую тоже не регистрируют.

Для альфа-излучения нужны более дорогие торцевые счётчики с тонким слюдяным окном, например «Бета-1». 

Чтобы регистрировать нейтроны, применяют специальные газонаполненные счётчики с газом Гелий-3 или трифторидом бора. В них нейтрон вступает в ядерную реакцию с наполнителем. В реакции рождаются заряженные частицы, а уже они ионизируют газ.

Подробнее о детекторах нейтронов читайте в статье «Наземные детекторы космических лучей. Детекторы нейтронной компоненты».

Подключение счётчика RadiationD-v1.1(CAJOE)

Для измерения радиационного фона я использовал готовый модуль RadiationD-v1.1 (CAJOE). Его продают на маркетплейсах, собранным или в виде набора для пайки.

В модуле применяется счетчик Гейгера — Мюллера. Я получил в комплекте трубку M4011, но модуль может поставляться и с другими аналогичными трубками. Для питания трубки в модуле есть высоковольтный преобразователь, формирующий рабочее напряжение порядка 400–500 В. Формирователь превращает каждый разряд в трубке в короткий импульс на выходе VIN (рис. 12).

Рис. 12. Модуль RadiationD-v1.1(CAJOE)

Рис. 12. Модуль RadiationD-v1.1(CAJOE)

Трубку даже в собранный модуль обычно ставят самостоятельно, соблюдая полярность.

Для питания модуля нужно напряжение 5 В. Я подключил его к выносному блоку питания через разъём с маркировкой 5V.

Выходной сигнал нужно снимать с вывода VIN, подтянутого к +5 В на плате через резистор сопротивлением порядка 500 кОм. Обратите внимание: контакт VIN, несмотря на своё название, представляет собой выход сигнала, а не вход. Также нужно объединить вывод земли GND с землей микроконтроллера.

Микроконтроллер считает импульсы за единицу времени и пересчитывает их в мощность дозы по калибровочному коэффициенту трубки. Поэтому CAJOE часто используют в самодельных дозиметрах, системах мониторинга фона и учебных проектах.

На рис. 13 показана осциллограмма на контакте VIN, представляющая собой импульс напряжением почти 4 В.

Рис. 13. Импульсы на выходе VIN счётчика RadiationD-v1.1(CAJOE)

Рис. 13. Импульсы на выходе VIN счётчика RadiationD-v1.1(CAJOE) 

Чтобы привести импульсы к виду, пригодному для подачи на микроконтроллер ESP32, я использовал микросхему CD4050BCN, в которой имеются шесть конверторов. Результат преобразования показан на рис. 14.

Рис. 14. Импульсы на выходе преобразователя CD4050BCN

Рис. 14. Импульсы на выходе преобразователя CD4050BCN

Чтобы передавать показания на большое расстояние, я встроил счётчик в погодную станцию, описанной в моей статье «Метеостанция на LoRa и ESP32, которая годами работает от батарейки» (рис. 15).

Рис. 15. Собранный макет погодной станции со счётчиком Гейгера — Мюллера

Рис. 15. Собранный макет погодной станции со счётчиком Гейгера — Мюллера

Подключение BME280 к HTIT‑WB32LAF V3 описано в статье “Метеостанция на LoRa и ESP32, которая годами работает от батарейки”. Контакты SDA и SCL BME280 подключите к соответствующим контактам микроконтроллера :

  • SDA - GPIO41;

  • SCL - GPIO42

Кроме этого, контакты VIN и GND модуля BME280 нужно подключить к контакту VE модуля HTIT‑WB32LAF V3 и к земле, соответственно (см. рис. 12 и 13 в этой статье).

Для подключения CAJOE к микроконтроллеру я использовал преобразователь уровней CD4050BCN. Его контакты подключены так:

  • 1 - +3.3В, контакт 3V3 микроконтроллера;

  • 2 - GPIO5 микроконтроллера;

  • 3 - VIN модуля CAJOE;

  • 8 - GND микроконтроллера

Контакт GND модуля CAJOE нужно подключить к контакту GND микроконтроллера HTIT‑WB32LAF V3.

Питание на CAJOE я подавал с отдельного блока питания с напряжением 5В. Что же касается микроконтроллера, то он получал питание через разъём USB от компьютера.

Теперь погодная станция измеряет температуру, влажность, давление, а также уровень фонового излучения. Результаты передаются по LoRa и выводятся на экран приёмника.

Программа передатчика 

Программа LoRa_Station_Sender_LBT.ino создана для комбинированной метеостанции, способной измерять уровень радиации, температуру, давление и влажность. Она предназначена для микроконтроллера Heltec HTIT-WB32LAF V3, включающего в себя помимо ESP32-S3 чип LoRa SX1262.

Программа непрерывно считает импульсы от CAJOE и раз в секунду опрашивает датчик температуры, давления и влажности BME280.

Каждые 10 секунд программа упаковывает все данные в бинарный пакет и отправляет по LoRa с проверкой занятости канала в режиме LBT (Listen Before Talk).

В отличие от исходной версии станции, передатчик не уходит в глубокий сон: иначе он пропускал бы импульсы и CPM считался бы неверно.

Счётчик CAJOE выдаёт инвертированные импульсы. Они подаются на вход GPIO5 микроконтроллера Heltec HTIT-WB32LAF V3 через преобразователь уровня CD4050BCN.

Спадающий фронт импульса вызывает прерывание, которое обрабатывается функцией onGeigerPulse:

void IRAM_ATTR onGeigerPulse() {
  uint32_t now = micros();
  if (now - lastPulseMicros < GEIGER_DEBOUNCE_US) {
    return;
  }
  lastPulseMicros = now;
  geigerPulseCount++;
  geigerTotalCount++;
}

Функция micros() возвращает число микросекунд с момента запуска микроконтроллера. С её помощью сделана защита от ложных срабатываний: импульс, пришедший раньше чем через GEIGER_DEBOUNCE_US (100 мкс) после предыдущего, игнорируется. 

Функция onGeigerPulse увеличивает две переменные-счётчика: geigerPulseCount считает импульсы за текущую секунду, а geigerTotalCount — с момента включения. 

Функция onGeigerPulse помечена атрибутом IRAM_ATTR, поэтому её код размещается во внутренней оперативной памяти (IRAM), а не во флеш-памяти. Для обработчиков прерываний на ESP32 так рекомендует документация: пока идёт работа с флеш-памятью, её кеш недоступен, и обработчик из флеша может вызвать сбой. 

Функция updateCPM превращает "сырой" поток импульсов от счётчика Гейгера в сглаженную оценку количества импульсов в минуту CPM (Counts Per Minute). Эта оценка используется для расчёта дозы облучения, отображаемой на экране.

Число импульсов за одну секунду почти ничего не говорит об уровне радиации: распад ядер — случайный процесс, и количество щелчков от секунды к секунде сильно «прыгает». Поэтому updateCPM раз в секунду вызывается из loop и считает импульсы в скользящем окне за последние 60 секунд. 

Результат работы функции сохраняется в глобальной переменной currentCPM. Её значение затем используется при расчёте мощности дозы, а также при отрисовке живого экрана функцией drawLiveScreen. Это значение передаётся через LoRa в приёмник.

Доза в мкЗв/ч получается прямым умножением текущего CPM на калибровочный коэффициент трубки: 

usvh = currentCPM * GEIGER_CONVERSION_FACTOR

Коэффициент зависит от конкретной трубки. Для некоторых трубок, в том числе для M4011, значения приведены на странице GM Tube Info. В программе LoRa_Station_Sender_LBT.ino используется значение 153.8.

Все данные на маленький экран не помещаются, поэтому функция updateScreenPage каждые 3 секунды переключает две страницы. 

На первой странице показываются данные погоды — температура, давление, влажность одной строкой и значение CPM (рис. 16).

Рис. 16. Данные о температуре, давлении, влажности и CPM

Рис. 16. Данные о температуре, давлении, влажности и CPM

На второй странице — мощность дозы в мкЗв/ч, суммарное число импульсов и число передач, пропущенных из-за занятого канала (рис. 17).

Рис. 17. Вторая страница с данными

Рис. 17. Вторая страница с данными

Программа приёмника

Исходный код программы приёмника LoRa_Station_Receiver, который принимает данные о погоде и радиационном фоне, вы найдете в моём репозитории на GitHub. Он сделан на основе кода приёмника, описанного в статье «Метеостанция на LoRa и ESP32, которая годами работает от батарейки».

Приёмник собран на такой же плате Heltec HTIT-WB32LAF V3. Он принимает по LoRa пакет с данными о погоде и радиации и выводит их на OLED-дисплей (рис. 18).

Рис. 18. Полученные данные на экране приёмника

Рис. 18. Полученные данные на экране приёмника

Структура пакета StationPacket:

#pragma pack(push, 1)
typedef struct {
  uint32_t packetId;
  float    temperature;   // °C
  float    pressure;      // гПа (hPa)
  float    humidity;      // %RH
  uint32_t cpm;
  uint32_t totalCounts;
  float    usvh;
} StationPacket;
#pragma pack(pop)

Здесь есть поля для передачи температуры, давления, влажности, количества импульсов в минуту (CPM), общего количества импульсов и мощности дозы в мкЗв/ч.

Логика работы программы линейная и однопоточная — все действия выполняются в функции обратного вызова OnRxDone. Цикл loop нужен для работы радио в режиме приёма.

Приёмник с веб-интерфейсом

Экран у платы крошечный. Чтобы смотреть данные было удобнее, можно поднять на ней точку доступа Wi-Fi и простой веб-сервер. 

Похожий подход я использовал в статье «Мессенджер, которому не нужен интернет: три реализации LoRa-чата своими руками».

С программой LoRa_Station_Receiver_WiFi.ino данные можно смотреть со смартфона без интернета, в радиусе действия Wi-Fi. 

Для этого подключите смартфон к точке доступа Wi-Fi LoRa-Station с паролем 12345678. После этого откройте в браузере смартфона страницу http://192.168.4.1 (рис. 19).

Рис. 19. Просмотр данных через веб-интерфейс

Рис. 19. Просмотр данных через веб-интерфейс

Страница обновляется каждые две секунды и показывает последние данные, полученные от станции. Эти значения можно увидеть и на экране приёмника (рис. 20).

Рис. 20. Данные о погоде и радиоактивном фоне на экране микрокомпьютера

Рис. 20. Данные о погоде и радиоактивном фоне на экране микрокомпьютера

Обратите внимание, что в последней строке показан IP-адрес сайта, доступного при подключении смартфона к точке Wi-Fi "LoRa-Station".

Итоги

Две платы Heltec HTIT-WB32LAF V3 и модуль RadiationD-v1.1 (CAJOE) превратили обычную метеостанцию в станцию радиационного контроля. Она измеряет температуру, давление, влажность и радиационный фон и передаёт данные по LoRa. Смотреть их можно на экране приёмника или со смартфона, без интернета. [Дома станция показывает около N CPM, это примерно 0,X мкЗв/ч.]

У такой станции есть ограничения. Это не поверенный дозиметр: трубка регистрирует лишь часть гамма-квантов, а коэффициент пересчёта взят из справочных данных, поэтому мощность дозы — оценка. Зато рост фона станция покажет быстро. 

Автор @AlexandreFrolov

НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
-15% на заказ нового VDS — HABRFIRSTVDS.

View the original on Хабр →

KioskNews shows a cleaned-up reading view extracted from the publisher’s page — the original always lives on their site, not ours.