СБМ-20 + ESP32: собираем онлайн-дозиметр своими руками

Трубка Гейгера–Мюллера СБМ-20 — одна из самых доступных и популярных советских трубок, которую сегодня можно купить за 300–600 рублей. В сочетании с микроконтроллером ESP32 она превращается в полноценный онлайн-дозиметр с Wi-Fi и интеграцией в умный дом.

Что понадобится

Для сборки вам потребуется:

• Трубка Гейгера СБМ-20 (или аналоги: СТС-5, СБМ-19, LND-712)
• Плата ESP32 (любая — DevKitC, WROOM, WROVER, TTGO)
• DC-DC повышающий преобразователь на 400 В (готовый модуль ~300–500 руб.)
• Резистор 10 МОм (анодный, ограничивает ток через трубку)
• Резистор 1 МОм (катодный, формирует импульс)
• Конденсатор 1 нФ (керамический, развязывает высоковольтную цепь от GPIO)
• Источник питания 5 В (USB-зарядка или powerbank)

Общая стоимость сборки — около 1500–2500 рублей. Готовые коммерческие аналоги стоят в 3–5 раз дороже.

Принцип работы

СБМ-20 — газоразрядная трубка, заполненная смесью инертных газов под давлением ниже атмосферного. При прохождении ионизирующей частицы через газ происходит лавинный электрический пробой, создающий короткий импульс напряжения. Рабочее напряжение трубки — 400 В, но ток через неё составляет лишь микроамперы.

Каждый импульс регистрируется на GPIO-пине ESP32 как аппаратное прерывание. Счётчик импульсов за минуту (CPM — Counts Per Minute) пересчитывается в мощность дозы по формуле:

µSv/h ≈ CPM × 0.0057

Коэффициент 0.0057 актуален для СБМ-20 при регистрации гамма-излучения Cs-137. Для природного фона (смесь разных нуклидов) коэффициент может незначительно отличаться.

Схема подключения

Анод трубки через резистор 10 МОм подключается к высокому напряжению +400 В. Катод через резистор 1 МОм идёт на землю. Параллельно катодному резистору — конденсатор 1 нФ, второй вывод которого идёт на GPIO-пин ESP32. Конденсатор отделяет высоковольтную цепь от микроконтроллера и формирует чёткий отрицательный импульс.

GPIO-пин настраивается на прерывание по спадающему фронту (FALLING). Дополнительный диод защиты (например, 1N4148) между GPIO и GND предотвращает выброс обратного напряжения.

Важно: не прикасайтесь к высоковольтной части при включённом устройстве. 400 В неприятны, хотя ток очень мал и опасности для жизни нет.

Прошивка на ESPHome

ESPHome — фреймворк для ESP32/ESP8266, позволяющий создать дозиметр в несколько строк YAML без единой строки на C++. После прошивки устройство автоматически появляется в Home Assistant.

esphome:
  name: geiger-counter

esp32:
  board: esp32dev

wifi:
  ssid: !secret wifi_ssid
  password: !secret wifi_password

sensor:
  - platform: pulse_counter
    pin:
      number: GPIO4
      inverted: true
      mode: INPUT_PULLUP
    name: "Радиационный фон"
    unit_of_measurement: "µSv/h"
    update_interval: 60s
    filters:
      - multiply: 0.0057

Данные обновляются каждую минуту. Вся история хранится в Home Assistant, можно строить графики, настраивать оповещения и экспортировать данные.

Интеграция с Home Assistant

После добавления устройства в Home Assistant вы получаете:

• График истории за сутки, неделю, месяц с автоматическим масштабированием
• Автоматизацию — уведомление на телефон при превышении заданного порога
• Dashboard с текущим значением, средним за сутки и цветовым индикатором
• Экспорт данных в InfluxDB/Grafana для долгосрочной аналитики

Типичные значения CPM для СБМ-20

• Естественный фон (Москва, умеренный регион): 15–25 CPM (~0.09–0.14 мкЗв/ч)
• Рядом с гранитной столешницей: 30–60 CPM
• Рядом с урановым стеклом: 100–900 CPM в зависимости от концентрации
• Самолёт на крейсерской высоте 10 км: 200–400 CPM

Частые проблемы и их решения

Нет импульсов вообще — проверьте напряжение на трубке мультиметром. Должно быть 380–420 В при подключённой трубке. Меньше — преобразователь не тянет, проверьте питание.

Слишком много ложных срабатываний — добавьте экранирование: оберните трубку алюминиевой фольгой и соедините её с GND через резистор 1 МОм. Убедитесь, что провод от конденсатора к GPIO короткий.

Нестабильные показания при низком фоне — это нормальная физика. Радиоактивный распад — случайный процесс. При 20 CPM статистический разброс (±σ) составляет ±4.5 CPM. Для более точных значений усредняйте за 5–10 минут, а не за одну.