ESPHome: Geigerzähler fürs Smart Home

Mein Home Assistant verarbeitet schon so einige Sensordaten, eine Metrik habe ich aber bislang nicht gemessen: Die Hintergrundstrahlung. In politisch instabilen Zeiten wie diesen, ist es vllt. eine gute Idee, diese im Auge zu behalten. Ich besitze schon einen Geigerzähler, den ich auch auf meiner Ukraine-Reise als Datalogger mitgeführt habe. Und ich hätte ihn auch via USB mit einem Raspberry Pi als Sensor nutzen können. Allerdings will ich eine unabhängige Dauermessstation.

Also habe ich ein GGreg20 Modul von IOT-devices aus der Ukraine gekauft. Das Modul besteht im Prinzip aus einem СБМ-20 (SBM-20) Geiger-Müller-Zählrohr und etwas Kleinteilen zum Bereitstellen der ~400 Versorgungsspannung und zum Umwandeln der Messsignale in digitale Pulse zur Verarbeitung durch einen Mikrocontroller. Code und Beispiele für die Dashboard-Integration gibts praktischerweise auch direkt im Github-Repo.

Geigerzähler testen

Herzstück des Geigerzählers ist die sowjetische SBM-20 Röhre (Datenblatt). Das ist häufig anzutreffender “new old Stock” aus sowjetischer Produktion. Die Teile sind zwar alt, dürften aber bislang unbenutzt sein. Vor allem sind sie billig.

Um das Modul zu betreiben, bedarf es lediglich einer µUSB-Stromversorgung. Nun kann das Gerät mit dem Schalter eingeschaltet werden. Ein wenig Vorsicht ist hier geboten. Die Röhrenspannung beträgt 400V, allerdings mit so wenig Leistung, dass ich kaum mehr als ein Kribbeln in den Fingerspitzen fühle, wenn ich sie berühre. Das sieht bei dem Spannungswandlermodul auf der linken Seite schon anders aus, da kann man ganz gut einen gewischt bekommen.

Läuft das Modul, sieht man bei Auslösen der Röhre, eine rote LED aufblinken und es ertönt ein Klickgeräusch (wenn der Jumper neben dem Lautsprecher gebrückt ist). Ferner, wird der Pin mit der Beschriftung “OUT” auf GND gezogen, wenn die Röhre auslöst. Das kann man auf dem Oszilloskop schön erkennnen:

Test des Geigerzählers mit ESPHome im Entwicklungsboard

Ich habe den Code aus dem Github-Repo des Projektgründers kopiert und an meine Bedürfnisse angepasst. Die Firmware habe ich auf ein WROOM32 Modul geflasht und im Flasher an das Messgerät angeschlossen. So kann ich die Messwerte mit denen eines kommerziellen Gerätes bei normaler Hintergrundstrahlung und neben einem Block Uranglas vergleichen.

Schlussendlich sind die im yaml code vorgegebenen Kalibrierungswerte schon ziemlich treffsicher gewesen, sodass hier keine Anpassungen nötig sind.

Spannungswandler und 7-Segmentanzeige hinzufügen

Ich habe den Code noch um eine 7-Segmentanzeige am SPI Bus erweitert, damit die Messwerte auch direkt an Ort- und Stelle ausgegeben werden können. Dazu nehme ich den Sonnenstand (über oder unter dem Horizont) noch mit hinzu, um die Helligkeit nachts herunter zu regeln. Das Ergebnis kann hier in meinem Git Repo gefunden werden. Folglich müssen noch 3 weitere Steuerleitungen zum Display verlegt werden. Außerdem habe ich ein schickes Gehäuse gekauft, in welches ich anschließend alles einbauen wollte. Kurzer Tetris-Check, ob und wie alles rein passen könnte:

Einzelteile im Gehäuse montieren

Nachdem ich die Kabel auf Länge geschnitten habe, habe ich angefangen die Bauteile im Gehäuse zu montieren. Das USB-Breakout-Board befestige ich von außen mit 2 Schrauben, den Geigerzähler mit 4 Schrauben durch die Boden-/ Rückwand. Für das ESP32 Breakoutboard und das LED-Anzeige- und Strom-PCB tun es einfach ein paar Tropfen Heißkleber.

Nun nur noch die mitgelieferte Dichtung in den Deckel frickeln und festschrauben und der Sensor kann seinen Dienst am Wohnzimmerfenster antreten. Hier soll er mich vor Strahlung von radioaktivem Fallout warnen, welche im Falle eines Falles durch Regen auf der Fensterbank niedergehen sollte.