Geiger probe

CanGeigerProbe

Sonda promieniowania G-M z interfejsem CAN

Polowa sonda promieniowania jonizującego z miniaturową lampą Geigera-Müllera, komunikująca się cyfrowo przez CAN 2.0B. Zaprojektowana jako element rozproszonego systemu pomiarowego: wąska sonda cylindryczna w obudowie aluminiowej, jedno złącze M12, micropower, odporność EMC klasy przemysłowej.

Status: schemat (6 arkuszy hierarchicznych) i layout PCB zakończone, pliki produkcyjne wygenerowane — przed zamówieniem prototypu. Firmware na etapie szkieletu bring-up.

Inspiracja: sondy Polon-Alfa (DPO-G, ZR-1) — jedna sonda, cyfrowe wyjście do jednostki nadrzędnej, wymienność lamp.

Płytka

Render 3D aktualnego layoutu (KiCad 10, 4 warstwy, 86 × 29.9 mm, wycięcie pod złącze M12 na lewej krawędzi):

Góra (TOP)	Dół (BOTTOM)

Cała elektronika mieści się na jednej stronie; spód pozostaje niemal pusty — rezerwa na strefę HV (widoczny prostokąt creepage z pinami anody i lampy), pole lutownicze wyprowadzeń transformatora oraz uziemienie obudowy. Transformator flybacka jest off-board (skręcona para przewodów 4–6 cm).

Najważniejsze cechy

• Programowalne HV 350–550 V — jedna sonda obsługuje wiele typów lamp, setpoint ustawiany przez CAN bez zmian sprzętowych.
• Micropower — pobór idle rzędu setek µA dzięki buckowi LT8606 (Iq 2.5 µA), MCU w Stop 2 i podwójnemu wybudzaniu (RTC + aktywność magistrali).
• Flyback sterowany deterministycznie z MCU — brak dedykowanego kontrolera PWM; TIM2 generuje burst, ADC mierzy HV, firmware zamyka pętlę bang-bang.
• CAN 2.0B (29-bit ID) z wybudzaniem na aktywność magistrali, 125 kbit/s – 1 Mbit/s.
• Przełączalna terminacja CAN — split 2×59 Ω + 4.7 nF załączany dwoma PhotoMOS-ami z GPIO (sonda na końcu linii vs. w środku, bez zwór).
• Pomiar własnego poboru prądu — INA186 A4 (G=200) + shunt 0.5 Ω, rozdzielczość ~2 µA/count; diagnostyka linii i weryfikacja budżetu mocy.
• Zegar czasu rzeczywistego z podtrzymaniem — MCP79410 + ogniwo MS621FE; kwarc 32.768 kHz służy też do kalibracji wewnętrznego MSI w STM32.
• Wymienność lamp — rezystor gaszący R12 na PCB dobierany pod konkretną lampę.
• Odporność EMC — kaskadowa ochrona coarse→fine (GDT 3-elektrodowe / TVS / CMC / podwójne ferryty), testy IEC 61000-4-2/-4/-5.
• Obudowa aluminiowa IP67, złącze M12 5-pin A-coded (standard CANopen CiA 303-1).

Specyfikacja

Kompatybilne lampy G-M

Zmiana lampy = zmiana programowa HV + dobór rezystora gaszącego R12.

Rezystor HV w obudowie 1206 (HVC1206) — lutowany wg używanej lampy.

Architektura

M12 Vin (7-32V) ─▶ Ochrona (GDT+TVS+ferryt) ─▶ shunt 0.5Ω ─▶ LT8606 buck ─▶ +5V ─┬─▶ ATA6561 (CAN)
                                                    │                              │
                                                 INA186 ─▶ ADC                     ├─▶ MCP1700 LDO ─▶ +3.3V ─▶ STM32L432
                                                                                   │                              │
                                                                                   │                     MCP79410 RTC + BT1
                                                                                   │
                                                                                   └─▶ Flyback (Q1 + T1 P18/11) ─▶ +HV
                                                                                                                    │
   Lampa G-M ◀─ R12 (quench) ◀─ dzielnik HV 1GΩ:1MΩ ◀─────────────────────────────────────────────────────────────┘
        │
        └─▶ dzielnik pojemnościowy ─▶ COMP1 (próg z DAC1) ─▶ LPTIM (zliczanie w Stop 2)

Kluczowa cecha: wspólna masa (star ground), izolacja zapewniona wyłącznie przez TVS/GDT; Earth (obudowa) oddzielona od GND sygnałowej i łączona tylko przez Y-cap 1 nF/2 kV. Flyback „śpi" i budzi się kilka razy na sekundę — stąd pobór na poziomie µA.

Arkusze schematu

Wyrenderowane PDF-y: schemat · PCB · interaktywny BOM.

Kluczowe komponenty

Pełna lista: prod/bom/ (generowana z KiCad, nietrackowana w git). Szacunkowy koszt kompletu: ~160–200 zł.

Transformator (DIY)

Najbardziej „ręczna" część projektu — rdzeń kubełkowy P18/11-3F3, mocowany śrubą M2 A2 (nierdzewna, niemagnetyczna!) z podkładkami nylonowymi chroniącymi kruchy ferryt.

• Pierwotne: 17 zw drut 0.30 mm CuL
• Wtórne: 510 zw drut 0.10 mm CuL (przekładnia 1:30)
• Szczelina: Kapton 100 µm między połówkami
• Parametry docelowe: Lp ≈ 75 µH, Ls ≈ 67 mH, leakage < 1.5 µH, izolacja P/S > 1 GΩ

Zasilany z +5 V (nie z Vin), snubber RCD clamp do +5 V — recykling energii rozproszenia, Vds ~20 V, cichy EMC. Procedura nawijania, obliczenia i testy (hi-pot 1 kV/60 s) — patrz dokumentacja projektowa.

Firmware

Projekt STM32CubeIDE w firmware/CanGeigerProbe/ — na razie szkielet wygenerowany z CubeMX (CanGeigerProbe.ioc) z inicjalizacją ADC1, CAN1, COMP1, DAC1, I2C1 i TIM2. Logika aplikacji (pętla HV, zliczanie w Stop 2, protokół CAN) do napisania.

Roadmap

• Faza 1 — projekt: topologia, dobór komponentów, obliczenia, EMC, budżet mocy
• Faza 2 — prototyp transformatora (nawinięcie, strojenie, testy)
• Faza 3 — schemat i layout PCB w KiCad (strefy HV / analog / cyfrowe), pliki produkcyjne wygenerowane
• Faza 3b — zamówienie PCB, montaż sekcyjny, bring-up sprzętowy
• Faza 4 — firmware (LPTIM+COMP w Stop 2, pętla HV, bxCAN + wake-up, RTC/kalibracja MSI, current-sense, protokół)
• Faza 5 — kalibracja HV per lampa, kalibracja CPS→µSv/h (Cs-137), testy EMC
• Faza 6 — mechanika: obudowa Al, montaż M12, testy IP67

Struktura repozytorium

.
├── media/          # rendery 3D płytki
├── pcb/            # projekt KiCad 10 (schemat hierarchiczny, PCB, biblioteki lokalne, modele 3D)
├── prod/           # pliki produkcyjne: gerbery (.zip), PDF schematu i PCB, interaktywny BOM
├── sim/            # symulacje LTspice (flyback HV, LT8606)
└── firmware/       # projekt STM32CubeIDE (STM32L432, szkielet bring-up)

Pliki produkcyjne generowane są jobsetami KiCad: gen_prod.kicad_jobset (PDF + BOM), gen_gerber.kicad_jobset (gerbery + wiertła), gen_media.kicad_jobset (rendery 3D).

Referencje

• Analog Devices CN-0536 — Geiger Counter Circuit (odczyt z anody, dzielnik pojemnościowy, komparator)
• STM32L432: RM0394, DS11453; bxCAN: AN2606, AN5028
• LT8606 (Analog Devices), MCP1700 / MCP79410 / ATA6561 (Microchip), INA186 (TI)
• Ferroxcube P18/11, materiał 3F3; EPCOS/TDK B65651/B65652
• IEC 61000-4-2/-4/-5; EN 61326-1; EN 61000-6-2
• CAN 2.0B: ISO 11898-1/-2; CANopen CiA 301, CiA 303-1; M12: IEC 61076-2-101
• Polski podręcznik metrologii promieniowania — układy pracy liczników DOI/BOI/GOI

Licencja

MIT

⚠️ Uwaga bezpieczeństwa: urządzenie generuje napięcie ~350–550 V. Zachowaj ostrożność przy uruchamianiu i pomiarach obwodów HV.