使用 Arduino、高压升压模块和 20x4 LCD 自制盖革-米勒计数器

元件与物料

所需工具

• 电烙铁（通用）：用于焊接电路板及给升压模块焊接电容
• 面包板（270 孔）：适合原型验证，最终可改用可焊接万用板

项目简介

⚠ 高压警告： 本装置涉及 400V 高压，电流虽小但足以引发心律失常甚至致命。制作者需具备电子基础并严格遵守高压操作规范。

本项目基于 AdNovea 的开源设计改进，旨在实现完全可编程的个人辐射计数器，便于理解 GM 管物理特性并按需定制功能。我简化了原电路：移除蜂鸣器、以太网模块及 GM 管串联电阻（该电阻导致管压不足无法工作），仅保留核心计数与显示功能。

制作流程

1. 面包板验证： 按原理图搭建，测试各模块工作状态
2. 焊接定型： 将验证无误的电路焊接至万用板
3. 外壳组装： 利用 Arduino 套件包装盒作外壳，开孔安装 LCD 与 USB 供电口，用绝缘胶带固定 GM 管并覆盖高压端子
4. 供电方案： 9V 电池续航极短，最终采用 USB 供电

软件算法

• 每 30 秒统计一次 GM 管脉冲，×2 得 CPM（每分钟计数）
• 换算公式：µSv/h = CPM × 0.0057（STS-5 管典型系数）
• 实时计算累计平均值与标准误（SE = SD/√n），因内存限制仅存储 100 组数据（约 50 分钟）
• LCD 显示：当前 CPM、当前 µSv/h、平均 µSv/h ± 标准误

后续改进方向

• 添加蜂鸣器报警（超本底触发）
• 优化采样周期以提升时间分辨率
• 改用 Arduino Nano 缩小体积
• 设计专用外壳替代纸盒

核心代码

#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <Wire.h>

unsigned long counts = 0;
unsigned long previousMillis = 0;
float averageCPM = 0, sdCPM = 0;
int currentCPM = 0;
float calcCPM = 0;

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4);
float CPMArray[100];
#define LOG_PERIOD 30000  // 30 秒采样周期

void setup() {
  counts = 0; currentCPM = 0; averageCPM = 0; sdCPM = 0; calcCPM = 0;
  lcd.init(); lcd.backlight();
  Serial.begin(9600);
  pinMode(2, INPUT);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), impulse, FALLING);
}

void loop() {
  lcd.setCursor(0,2);
  lcd.print("CPM Count: "); lcd.print(counts);

  unsigned long currentMillis = millis();
  if (currentMillis - previousMillis > LOG_PERIOD) {
    previousMillis = currentMillis;
    CPMArray[currentCPM] = counts * 2;
    lcd.clear();
    lcd.setCursor(0,0);
    lcd.print("uSv/hr: "); lcd.print(outputSieverts(CPMArray[currentCPM]));
    counts = 0;
    averageCPM = 0; sdCPM = 0;

    // 计算平均值
    for (int x=0; x