Arduino Praxis Blog

Strahlenmessung mit Geigerzähler ist nach der Naturkatastrophe und der Zerstörung der Atomreaktoren wieder ein sehr aktuelles Thema. Mit ersten Newsmeldungen sind die ersten Strahlenwerte in der Unglücksregion präsentiert worden und der Bedarf an Messgeräten ist rasch angestiegen. Etliche findige Elektronik-Tüftler haben schnell eigene, selbstgebaute Geigerzähler-Lösungen präsentiert. Eine dieser Geigerzähler-Entwicklungen wird vom Entwickler als Bausatz angeboten und ist im Handel verfügbar.

In der Schweiz wird dieser DIY-Geigercouner Kit in verschiedenen Ausführungen von der Firma Boxtec vertrieben. Da ich bei Boxtec schon Bestellungen für meine Arduino-Projekte getätigt habe, hat mir Herr Schneeberger von Boxtec freundlicherweise einen Bausatz Kit S mit LCD zur Verfügung gestellt. Herzlichen Dank dafür.

Nachdem der Bausatz eingetroffen ist, habe ich zuerst die Onlinedokumentation studiert. Der Bausatz wird aktuell in der Version 3.0 vom Entwickler angeboten. Darum muss zuerst geprüft werden, welche Version des Bausatzes vor einem liegt. Anhand der unbestückten Leiterplatte konnte ich meinen Kit als Version 2.0 identifizieren und habe dementsprechende die Bauanleitung Version 2.0 runtergeladen und ausgedruckt.

Der Entwickler weisst mehrfach darauf hin, dass man die Bauanleitung genau durchlesen und die einzelnen Schritte verstehen soll. Anhand der detailierten Stückliste, welche zu jedem Bauteil zusätzliche Informationen anbietet, ist es auch für den Elektronik-Einsteiger möglich, die einzelnen Bauteile zu identifizieren. Für Widerstände wird zusätzlich der aufgedruckte Farbcode in der Stückliste dargestellt.

Vor dem Zusammenlöten empfiehlt es sich alle gelieferten Bauteile gemäss der Stückliste zu prüfen. In meinem Bausatz waren die Widerstände R8 und R9 noch mit 22kOhm, in der Anleitung aber bereits mit den geänderten Werten 1.5 kOhm (R8) und 470 kOhm (R9). Die Bauanleitung weisst aber auf die Änderung hin. Bei Fragen zu den Bauteilen oder deren Werten oder Bezeichnungen lohnt es sich ein Blick in den Stromlaufplan zu werfen.

Nach der Identifikation der Bauteile habe ich mit dem Zusammenbau gemäss Anleitung und Stückliste begonnen und jedes Bauteil einzeln eingelötet. Zur Kontrolle habe die eingelöteten Bauteile jeweils in der Stückliste markiert. Die Bilder in der Dokumentation mit der bestückten Leiterplatten helfen bei der richtigen Positionierung einzelner Bauteile. Speziell bei den Dioden ist die richtige Positionierung nicht immer ganz eindeutig.

Nach dem Aufbau des HV-Teils wurde dieser Teil gemäss Anleitung getestet. Die Messung mit einem handelsüblichen Digitalvoltmeter hat die ungefähr erwartete Spannung von rund 200 Volt angezeigt. Die genaue Messung mit dem 90 Megaohm-Adapter kann mit den mitgelieferten Bauteilen nicht durchgeführt werden. Die beschriebenen 9 Widerstände mit jeweils 10 Megaohm waren in meinem Bausatz leider nicht dabei. Die Justierung  des Potentiometers bleibt dabei bei der Voreinstellung. Die anschliessende Messung und der Abgleich hat gezeigt, dass der eingestellte Wert des Potentiometers R5 fast optimal ist.

Das Verbinden des mitgelieferten Geiger-Müller-Zählrohres vom Typ SMB-20 erfolgt über 2 kurze Drahtverbindungen. Zu beachten ist dabei die Polarität des Zählrohres. Die Drähte werden dabei nicht direkt ans Zählrohr sondern an 2 Sicherungshalter für Leiterplattenmontage angelötet. Auf diese kostengünstige Art kann eine einfache Steckverbindung realisiert werden.

Mit dem Setzen des Jumpers für die Piezo-Summer ist der eigentliche Geigerzähler aufgebaut. Noch eine 9Volt-Batterie anschliessen und der Geigerzähler meldet die korrekte Funktion durch die Klicktöne aus dem Piezosummer. Wenn nun die mitgelieferte Testperle in die Nähe des Zählrohres kommt, ändert sich das Klicken des Summers, der Klick-Rhytmus wird schneller.

Neben dem soeben aufgebauten Hochspannungsteil ist auf der Leiterplatte eine kleine Logikschaltung aufgebaut, welche das Messsignal einlesen und auswerten kann. Die Logikschaltung besteht aus einem AVR-Mikrokontroller mit Arduino-Bootloader welcher die Klickimpulse einliest und umrechnet. Die ermittelten Werte können anschliessend auf einem angeschlossenen LC-Display dargestellt werden. Zusätzlich werden die Messwerte für die Weiterverarbeitung auf die serielle Schnittstelle ausgegeben.

Die Arduino-Schaltung benötigt nur wenige Komponenten und ist schnell aufgebaut und zusammengelötet. Über die 6-polige Stiftleiste und ein angeschlossenes FTDI-Kabel (welches nicht im Lieferumgang ist) kann die Arduino-Schaltung mit dem PC verbunden werden. Auch kann der Arduino-Kontroller über diese serielle Verbindung neu programmiert werden. Beim Verbinden des FTDI-Kabels mit der Geigerzähler-Leiterplatte muss die Art der Stromversorgung beachtet werden. Die meisten FTDI-Kabel liefern neben den seriellen Signalen auch die Spannungsversorgung von 5 Volt mit. Darum empfiehlt es sich beim Einsatz des seriellen Kabels die externe Stromversorgung mit der Batterie zu entfernen. Die 5 Volt vom FTDI-Kabel versorgen die ganze Geigerzählerschaltung.

Das Verbinden des LC-Displays mit dem Geigerzähler erfolgt über mehrere parallele Leitungen, welche vom Arduino-Mikrokontroller angesteuert werden. Die Verdrahtung ist recht einfach und ist in der Anleitung (Kapitel „Adding an LCD“) detailiert beschrieben. Neben den Ansteuerleitungen für das Display muss an diesem ein zusätzliches Potentiometer für den Kontrastabgleich angeschlossen werden. Leider ist dieser verstellbare Widerstand im Bausatz nicht enthalten. Nach der Verdrahtung des Displays kann die Batterie wieder am Geigerzähler angeschlossen werden (das FTDI-Kabel ist dabei nicht angeschlossen und nach einem kurzen Augenblick werden auf dem Display die Startmeldung und anschliessend die Messwerte angezeigt.

Damit man den Geigerzähler auch in der Praxis einsetzen kann, fehlt dem aufgebauten Gerät noch eine stabile Hülle. Ich habe mich für eine Znüni-Box aus dem Haushalt entschieden.

Fazit:
Der Geigerzähler-Bausatz ist ein gut dokumentiertes Selbstbau-Projekt und kann von einem Bastler mit etwas Löt-und Elektronikerfahrung in gut 3 Stunden aufgebaut werden. Wenn man der Dokumentation folgt und die Schritte gemäss Anleitung durchführt, steht einem erfolgreichen Aufbau des Geigerzählers nichts im Wege.
Durch den recht einfachen Aufbau und Logikschaltung mit einem vorprogrammierten Arduino-Mikrokontroller kann man den Geigerzähler mit weiteren Funktionen, wie beispielsweise einem SD-Card-Logger erweitern. Durch die Verwendung der Arduino-Entwicklungsumgebung kann auch die Software auf einfache Weise erweitert werden.
Trotz den paar fehlenden Bauteilen im Lieferumfang, ist das ein toller Bausatz, welcher ich jedem Elektronik-Bastler und Arduino-Anwender empfehlen kann.