Arduino Nano 手持盖革计数器：DIY 核辐射检测仪

零部件与材料

• Arduino Nano R3 × 1
• 成品盖革计数器套件（含 GM 管、高压电路） × 1
• 0.96" OLED 彩色显示屏 96×64 (SSD1331) × 1
• Micro USB 充电板（18650 电池） × 1
• 3.7V 4000mAh 18650 锂电池（带保护板） × 1
• 三极管 BC547 × 1
• 蜂鸣器 12mm × 1
• 电阻 1kΩ × 1

所需工具

• 3D 打印机

软件与设计工具

• Autodesk Fusion 360（外壳建模）
• Arduino IDE
• CURA（切片软件）
• ClickCharts（流程图）
• EasyEDA（电路设计）
• Fritzing（原理图绘制）

项目简介

项目源于购买一款 Banggood 成品盖革计数器套件。

目标：将套件装入 3D 打印手持外壳，做成完整的便携辐射检测仪。最终效果如下：

步骤 1：系统设计

配备 0.96 英寸彩色 OLED，显示 CPM（每分钟计数，电离事件检测率）和换算后的剂量当量 μSv/h（换算系数 151，适用于该 GM 管类型，参考 Wikipedia）。

显示的 CPM 并非直接计数 1 分钟，而是测量每秒计数 (CPS)，存入覆盖过去 10 秒的数组，总和乘 6 得 CPM。过去 1 秒的计数以红色柱状图实时显示，便于高计数率或快速扫描辐射源时观察。

供电：18650 锂电池 + Micro USB 充电板。Arduino Nano USB 口保留供固件升级。额外蜂鸣器并联在套件蜂鸣器上增强音量。

所有电子元件内置于 3D 打印外壳：

OLED 单独安装在顶部盒体：

完全组装态：

步骤 2：盖革计数器组装

主要材料来源：

• Arduino Nano: 官方店
• 盖革套件: Banggood
• OLED: Banggood
• 充电板: Banggood
• 18650 电池: Banggood
• BC547、蜂鸣器、1kΩ 电阻各 1

电子原理图

套件原理图：

完整系统原理图：

5V 来自充电板上的 18650 电池，OLED 取 3.3V。面包板测试搭建图：

机械与电气组装

所有机电部件组装照片见项目附件。手持机无外露线缆。外壳预留 Micro USB 充电口和 Arduino Nano 固件升级口。

步骤 3：软件设计

OLED 显示视图：

完整 Arduino 代码

/********* Pierre Pennings (Dec 2019) 开发制作 *********
手持盖革计数器：成品套件 + Arduino Nano + 96×64 OLED 彩屏
10 秒滑动窗口计算平均 CPM，换算 μSv/h (系数 151)
OLED 显示实时 CPS 红色柱状图
18650 电池供电，开机显示电量
GPL3+ 许可证
*********/
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1331.h>
#include <SPI.h>
// OLED 接线
#define sclk 13 // SCL (蓝)
#define mosi 11 // SDA (白)
#define cs 10   // CS (灰)
#define rst 9   // RES (绿)
#define dc 8    // DC (黄)
#define LOGtime 1000      // 采样周期 1 秒
#define Minute 60000      // 1 分钟周期
#define show endWrite
#define clear() fillScreen(0)
// 颜色定义
#define BLACK 0x0000
#define BLUE 0x001F
#define RED 0xF800
#define GREEN 0x07E0
#define CYAN 0x07FF
#define MAGENTA 0xF81F
#define YELLOW 0xFFE0
#define WHITE 0xFFFF
Adafruit_SSD1331 display = Adafruit_SSD1331(cs, dc, rst);
int Counts = 0;
unsigned long previousMillis = 0;
int AVGCPM = 0;
int TenSecCPM = 0;
int units = 0, tens = 0, hundreds = 0, thousands = 0;
float Sievert = 0;
int COUNTS[10];
int t = 0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  display.begin();
  display.fillScreen(BLACK);
  float Battery = analogRead(A3);
  float BattPerc = 100 * (Battery / 770);
  display.setCursor(4,4);
  display.setTextSize(2);
  display.setTextColor(MAGENTA);
  display.println("Battery");
  display.setCursor(4,24);
  display.print(int(BattPerc)); display.print("."); display.print(int((10*BattPerc)-(10*int(BattPerc)))); display.print(" %");
  delay(3000);
  display.fillScreen(BLACK);
  for (int x = 0; x < 10; x++) COUNTS[x] = 0;
  attachInterrupt(0, IMPULSE, FALLING); // D2/INT0 外部中断
  display.drawRect(0,0,96,64,WHITE);
  display.setCursor(4,4);
  display.setTextColor(RED);
  display.setTextSize(2);
  display.print("CPM");
  display.setCursor(50,4);
  display.setTextSize(1);
  display.print("10 sec");
  display.setCursor(50,12);
  display.print("window");
  display.setCursor(4,38);
  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(GREEN);
  display.print("uSv/hr");
  display.drawRect(0,48,96,16,YELLOW);
}

void loop() {
  unsigned long currentMillis = millis();
  if (currentMillis - previousMillis > LOGtime) {
    previousMillis = currentMillis;
    COUNTS[t] = Counts;
    TenSecCPM = 0;
    for (int y = 0; y < 10; y++) TenSecCPM += COUNTS[y];
    AVGCPM = 6 * TenSecCPM;
    t++; if (t > 9) t = 0;
    display.fillRect(4,20,90,17,BLACK);
    display.setCursor(4,20);
    display.setTextColor(RED);
    display.setTextSize(2);
    display.println(AVGCPM);
    display.fillRect(45,38,50,10,BLACK);
    display.setCursor(45,38);
    display.setTextColor(GREEN);
    display.setTextSize(1);
    Sievert = AVGCPM / 151.0;
    units = int(Sievert);
    tens = int((10*Sievert) - (10*units));
    hundreds = int((100*Sievert) - (100*units) - (10*tens));
    thousands = int((1000*Sievert) - (1000*units) - (100*tens) - (10*hundreds));
    display.print(units); display.print("."); display.print(tens); display.print(hundreds); display.println(thousands);
    display.fillRect(1,49,94,14,BLACK);
    display.fillRect(1,49,Counts,14,RED);
    Counts = 0;
  }
}

void IMPULSE() {
  Counts++;
}

核心是外部中断服务程序 IMPULSE()：GM 管触发使 INT 引脚拉低，连接 Arduino Nano D2 (INT0)，attachInterrupt(0, IMPULSE, FALLING) 触发中断，Counts++。每秒更新显示：滑动窗口累加过去 10 秒计数 ×6 得 CPM，除以 151 得 μSv/h，实时 CPS 以红条显示。完整代码约 150 行，注释详尽。

代码文件

Geiger_Counter.ino 已含上方完整代码。

3D 打印文件

• OLED 显示屏外壳：display_geiger_rev04_v2_bsLHSDvTUU.3mf
• 主机外壳（上下盖）：geiger_counter_housing_top__bottom_rev04_v1_cvCIwkO13j.obj / STL 文件

原理图

电子系统连接图见项目附件。