ESP32 で放射線量ロギング

ESP32 でガイガーカウンタの出力を読み取って，Fluentd でロギングする方法を紹介します．

はじめに
必要な部品
回路
ソフト
完成

はじめに

今回は，UART で放射線量を出力するセンサーと ESP32 を組み合わせます．ESP32 の UART を活用する実例はあまり無い気がするので，その参考になれば幸いです．

必要な部品

必要な部品はこんな感じ．

eBay で入手するもの

Geiger Counter DIY Kit ver.2.00: ガイガーカウンターのキットです．ガイガーミュラー管は付属していません．

ヤフオクで入手するもの

LND 712: LND 社の高性能定番ガイガーミュラー管です．普通に海外で買うとかなり高いですが，ヤフオクで常に流している方がいるので，そこから入手するのがオススメです．

秋月電子で入手するもの

NJU7223F33

3.3V 生成用の電源です．ガイガーカウンタは 5V 動作なのに対して ESP32 は 3.3V 動作なので，5V から 3.3V を生成するのに使います．

電源用マイクロ USB コネクタ DIP 化キット

USB ケーブルから 5V の供給を受ける用です．別にこれを使わなくても OK です．

昨今はマイクロ USB ケーブルや，USB アダプタはどこにでも余ってたりすると思うので，割と便利です．参考まで．

MonotaRO で入手するもの

極低頭六角穴付ボルト(SCM435/黒色酸化皮膜)全ねじ: パネルをケースに固定するためのネジです．普通のネジでも OK ですが，これを使うと見た目が良いのでおすすめです．

回路

結線は普通に接続するだけです．特に工夫する点はありません．

留意点が2つあります．

スピーカ

今回使用する基板はガイガーミュラー管の出力を音にして出力する機能を持っていますが，なかなか沢が紙です．常時設置する場合は Geiger Counter DIY Kit のスピーカの配線をカットしておくと良いかもしれません．

絶縁

ガイガーミュラー管には 600V 近く印可しますので，最初から基板の裏側を絶縁しておくと安心です．

私の場合，作業していて手にしびれを感じたので，それ以降は下図のように電気用RTＶゴムを基板裏に塗って絶縁してから作業しました．使い切れなくても保存できるので，手元に1本あると何かと便利です．

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ソフト

Geiger Counter DIY Kit は 10 秒毎に計測した CPM 値を出力するので，これを読み取って Fluentd に投げます．

ソフト全体は，github に上げてありますので，ここではポイントとなる部分のみ抜粋します．

static void uart_read_task()
{
    uint8_t buf[GEIGER_UART_BUF_SIZE];
    uart_config_t uart_config = {
        .baud_rate = 9600,
        .data_bits = UART_DATA_8_BITS,
        .parity = UART_PARITY_DISABLE,
        .stop_bits = UART_STOP_BITS_1,
        .flow_ctrl = UART_HW_FLOWCTRL_DISABLE,
    };

    uart_param_config(GEIGER_UART_NUM, &uart_config);
    uart_set_pin(GEIGER_UART_NUM, GEIGER_UART_TXD, GEIGER_UART_RXD,
                 UART_PIN_NO_CHANGE, UART_PIN_NO_CHANGE);
    uart_driver_install(GEIGER_UART_NUM, GEIGER_UART_BUF_SIZE*2, 0, 0, NULL, 0);

    while (1) {
        memset(buf, 0, GEIGER_UART_BUF_SIZE);
        int len = uart_read_bytes(GEIGER_UART_NUM, buf, GEIGER_UART_BUF_SIZE,
                                  10/portTICK_RATE_MS);

        if (len > 0) {
            if (sense_num == ARRAY_SIZEOF(sense_data)) {
                continue;
            }
            sense_data[sense_num++] = (uint16_t)atoi((char *)buf);
            if (sense_num == ARRAY_SIZEOF(sense_data)) {
                xSemaphoreGive(sense_done);
            }
        }
    }
}

static void uart_read_task()

{

uint8_t buf[GEIGER_UART_BUF_SIZE];

uart_config_t uart_config = {

.baud_rate = 9600,

.data_bits = UART_DATA_8_BITS,

.parity = UART_PARITY_DISABLE,

.stop_bits = UART_STOP_BITS_1,

.flow_ctrl = UART_HW_FLOWCTRL_DISABLE,

};

uart_param_config(GEIGER_UART_NUM, &uart_config);

uart_set_pin(GEIGER_UART_NUM, GEIGER_UART_TXD, GEIGER_UART_RXD,

UART_PIN_NO_CHANGE, UART_PIN_NO_CHANGE);

uart_driver_install(GEIGER_UART_NUM, GEIGER_UART_BUF_SIZE*2, 0, 0, NULL, 0);

while (1) {

memset(buf, 0, GEIGER_UART_BUF_SIZE);

int len = uart_read_bytes(GEIGER_UART_NUM, buf, GEIGER_UART_BUF_SIZE,

10/portTICK_RATE_MS);

if (len > 0) {

if (sense_num == ARRAY_SIZEOF(sense_data)) {

continue;

}

sense_data[sense_num++] = (uint16_t)atoi((char *)buf);

if (sense_num == ARRAY_SIZEOF(sense_data)) {

xSemaphoreGive(sense_done);

}

UART_HW_FLOWCTRL_DISABLE でフロー制御を無効かしておき，uart_set_pin の引数でも使わないピンは UART_PIN_NO_CHANGE を指定しておきます．

あとは，uart_read_bytes で定期的に読み出して処理します．

UART 通信処理以外は別タスクに切り出したかったので，セマフォを使ってタスク間で待ち合わせを行いようにしています．

完成

ケースに納めれば完成です．

Fluentd で集めたデータを Grafana でグラフ化するとこんな感じになります．