MECCANICA e DINTORNI

Ciao,

premetto che, in tutta sincerita', quanto segue non ha nulla a che vedere con gli eventi bellici in Ucraina e le recenti minacce di un possibile uso di armi nucleari. Si ratta di pura curiosita'.

Tra le mille curiosita', all'ultima fiera di Marzaglia, mi e' capitata l'occasione di mettere mano su un contatore geiger.
Piu' precisamente un ratemeter modello RM5-1 prodotto all'epoca dalla Nuclear Enterprises.

Leggi di qui, approfondisci di la, e' emerso che si tratta di un signor strumento molto versatile.
Puo' usare diversi modelli e tipi di sonde e si limita a contare gli impulsi, mostrando il risultato su un indicatore analogico ad ago con scala logaritmica (cosi' non si deve cambiare portata).

Ha anche un suo altoparlante che canta come un usignolo appena la sonda si avvicina a qualche oggetto radioattivo.
Io non l'ho ancora sentito cantare perche' devo trovare la sonda e collegarla :-)

Vi starete domandando: e quindi?
Perche' hai aperto questa discussione in un forum di meccanica?

Intanto perche' siete di bocca buona e si puo' anche parlare di altro e poi perche' qui c'e' il guru dei microprocessori, che io ho pensato di disturbare ponendo qualche quesito in merito ad Arduino.

Ovviamente esistono MilleMilioniDiMille di progetti che usano microprocessori per operare in ambito radioattivita'.
Esistono progetti con Theremino e con Arduino e via via roba sempre piu' complessa. Ma come spesso accade non trovo (gia' fatto) quello che serve a me. Manca sempre uno zic o c'e' troppo.

Provo quindi a esporre la mia idea.
Se e' vero che il ratemeter e' uno strumento di suo gia' eccezionale, e' anche vero che uno scaler offe qualche cosa di piu'.

Ecco allora l'idea: perche' non provare a svecchiare il ratemeter aggiungendo un po' di elettronica recente per contare gli impulsi?

E qui si apre un mondo. Si scopre quasi subito che contare puo' non essere cosi' banale.
Sopratutto se si chiede a un microprocessore di farlo in un certo modo.

Di seguito allego un'immagine dello strumento e mi fermo per darvi il tempo di digerire il malloppo.

Ciao :-)

Mauro

Proseguendo:

lo scopo del contare e' per sapere quanti decadimenti spontanei sono avvenuti in un dato periodo di tempo.

Da questo conteggio si possono poi ricavare altre informazioni. Ma qui si entra nel campo della dosimetria e le cose si fanno decisamente piu' complicate rispetto a un semplice conteggio.

Il ratemeter in mio possesso restituisce un conteggio istantaneo. Uno scaler ci dice quanti impulsi medi sono avvenuti in un dato tempo. L'dea per svecchiare il ratemeter e' di aggiungere un microprocessore che, oltre a contare, permetta di memorizzare e gestire le tempistiche e di scegliere una base tempi.

Poter leggere il risultato su un dispaly e memorizzare il tutto da qualche parte sarebbe il non-plus-ultra.

Le capacita' di conteggio di Arduino non sono eccelse se si usano le funzioni preconfezionate tipo mils.
Per ottenere conteggi affidabili e' necessario usare le periferiche contatore, programmate con linguaggio a basso livello, cosi' che siano svincolate dalla CPU centrale di Arduino.

In questo modo i contatori possono viaggiare a velocita' maggiori e non subiscono ritardi legati alla CPU che sta svolgendo altre funzioni.

Inoltre: considerata la casualita' con cui avvengono i decadimenti, in assenza di materiale fortemente radioattivo, potrebbe passare anche relativamente molto tempo tra un impulso e il successivo. in una simile situazione e' preferibile adottare una strategia di conteggio diversa.

Invece di attendere il decadimento e contare l'evento, si genera un segnale elettrico con tempistica molto precisa degli impulsi. Si impegna quindi il contatore a contare questi impulsi elettrici e si usano i decadimenti casuali per azzerare e far ripartire il conteggio.

Il segnale elettrico con tempistica molto precisa e' ottenuto da una base tempi quarzata e riscaldata. in questo modo sapremo con molta precisione quanto tempo e' trascorso tra un decadimento e l'altro. Il resto dovrebbe essere un mero calcolo matematico per ottenere la media nel tempo.

Questa e' la teoria. Per sviscerarla ed eventualmente implementarla posso solo sperare che McMax passi da queste parti e legga il messaggio :-)

Ciao :-)

Mauro

contate tra un evento e l´altro si chiama periodimetro, quarzi riscaldati ecc son suprati ci sono i quarzi TTL con varie classi di precisione, gia´uno standard e´una meraviglia ma tutto dipende dl tempo e dalla precisione con cui devi misurare, a priori un processore veloce non serve e´uno spreco, invece di tenerlo impegnato a conyare si puo usare un divisore decimale o piu´messo/i in parallelo con arduino,pic ecc, elle varie uscite ho le mie divisioni dopo un tot si blocca in automatico il conteggio ed ho il mio dato bello e pronto e comodo da lggere, resetto e ricomincia a contare, devi regolare la scala ? aggiungi un prescaler
per il codice lascio agli esperti
questo nella sua semplicita´gia´ qualcosa fa´ https://digilander.libero.it/francodpx/ ... period.htm

Ciao lelef,

e grazie per l'intervento.

Il periodimetro e' proprio lo strumento a cui punterei.
Quando pero ' ci avviciniamo a una sorgente con forte emissione, gli impulsi posson diventare molti in poco tempo.
Nello strumento che ho a disposizione il fondo scala e' a 5000 impulsi al secondo.
Quindi OK al periodimetro ma molto flessibile :-)

Come spesso accade, si vorrebbe la moglie ubriaca e la botte piena.

Faccio una ipotesi. Correggetemi se sbaglio:
Con 1 milione di impulsi elettrici come base tempi, a 5000 decadimenti al secondo, ottengo un conteggio di 200 impulsi elettrici tra un decadimento e l'altro.

Direi che possiamo accontentarci per discriminare con precisione in quale momento e' avvenuto il decadimento.

Ora le seccature: il calcolo precedente suppone che i decadimenti avvengano in modo regolarmente spaziato nel tempo. Ma la natura non segue le volonta' umane e fa quello che vuole. Potrei quindi trovarmi con due o tre decadimenti in un intervallo cosi' breve da non essere contati e a seguire potrebbe trascorre anche un secondo prima del successivo decadimento.

Scrivo questo non per complicarmi la vita.
Piuttosto per esplicitare che anche le cose apparentemente semplici possono non essere cosi' semplici.
L'intenzione e' di rimanere nel ludico avvicinandosi a un dato corretto.
Se avessi voluto uno strumento professcional avrei fatto prima a comperalo.

In merito ai quarzi TTL posso dire che non li conosco. Una veloce ricerca mi ha rimandato a RS components dove si parla di un quarzo a 27Mhz con 0,28ppm ma riscaldato. Magari parliamo della stessa cosa con termini diversi.

Ogni suggerimento e' comunque sempre ben accetto.

Grazie :-)

Mauro

i ttl son molto stabili che poi ci ia un sistema interno per controlo temperatura puo´essere.
per la scala cosi´ampia a sto punto andrebbe sdoppiato il sistema, col periodimetro tempi lunghi col frequenzimetro rapidi non esiste un periodimetro buono a fare il freuenzimetro e viceversa.
basterebbe fare in modo che sotto una certa soglia ,troppi poci conteggi ra un impulso e l áltro passi da periodimetro a frequenzimtro e viceversa, si possono anche cambiare le basi tempi per range intermdi tra i 2 ma credo che periodimetro piu´frequenzimetro sia sufficiente

RS non ha purtroppo piu´la scelta di una volta, il quarzo lo devi scegliere con un senso per i calcoli e la misura che devi fare e andrei di valori decimali, 1mhz...10mhz? 10mhz da contare comunque son gia velocini

facciamo un po' di chiarezza tra quarzi e oscillatori perché vedo che c'è un po' di confusione.
TTL sta per Transistor-Transistor-Logic che, come dice la definizione, descrive il tipo di logica che gestisce il segnale del quarzo. L'uscita del classico quarzo è infatti una sinusoide che oscilla alla frequenza fondamentale del quarzo stesso. Dovendo però dare in pasto il clock ad un microcontrollore che, per definizione, accetta in ingresso segnali digitali, è buona cosa convertire la sinusoide in onda quadra. Questo può essere fatto in diversi modi ma la cosa più comoda è quella di utilizzare un oscillatore piuttosto che un quarzo nudo. L'oscillatore niente altro è che un componete elettronico che integra sia il quarzo che il circuito logico che "squadra" il segnale; questo circuito per gli oscillatori più standard utilizza una logica di tipo TTL, quindi a transistor bipolari.
Per la verità gli oscillatori di precisione e ad alta frequenza non usano nemmeno una logica TTL (che in genere ha tempi di propagazione piuttosto lunghi) ma bensì una logica di tipo ECL (Emitter Coupled Logic) che garantisce ritardi di propagazione più brevi.

Di oscillatori ne esistono di svariate tipologie che trovano applicazione in campi diversi. Diamogli anche i nomi corretti così sappiamo cosa sono e cosa cercare (quarzo TTL non è una definizione corretta):
XO (Crystal Oscillator): oscillatore classico con quarzo e squadratore
TCXO (Temperature Compensated Crystal Oscillator): oscillatore compensato in temperatura
VCXO (Voltage Controlled Crystal Oscilltor): oscillatore controllato in tensione
OCXO (Oven Controlled Crystal Oscillator): oscillatore riscaldato - ovvero l'oggetto d'interesse di Mauro!

In particolare, come dice la definizione stessa, l'OCXO è un oscillatore con integrato all'interno un riscaldatore (oven = forno) che mantiene il quarzo ad una temperatura costante (alta) in modo da escludere le variazioni di temperatura esterne che farebbero derivare la frequenza del quarzo. Gli OXCO sono tutt'altro che superati! Certo esistono sorgenti di clock più precise tipo oscillatori al rubidio o cesio (che tra l'altro è radioattivo ) ma andiamo su roba troppo esotica e poco accessibile all'hobbista. Volendo restare con i piedi per terra e senza spendere un rene di sicuro l'OCXO rappresenta il meglio che si può trovare sul mercato in termini di precisione e stabilità. Purtroppo non è altrettanto vero per il jitter ma questo è un discorso troppo complicato che esula dall'applicazione specifica.

Detto ciò, ti dico come farei io.
Prenderei un oscillatore (OCXO ma anche TCXO che costa e soprattutto consuma meno, visto che andrai a batteria...) e lo butterei nell'ingresso di input capture di Arduino. Così facendo il micro conta gli impulsi di clock in ingresso incrementando un contatore che possiamo poi resettare alla generazione di un evento. Nel tuo caso l'evento è l'impulso che devi leggere dal contatore geiger e il valore del contatore al momento del reset sarà il tempo trascorso tra un impulso e l'altro.
L'impulso del contatore geiger lo metti sotto interrupt e nella routine prima salvi il valore del clock in ingresso dall'oscillatore in una variabile e poi resetti il contatore.
Va calcolata la frequenza in ingresso in modo che sia in grado di contare anche per secondi ma mantenga una buona risoluzione anche a frequenze più alte. Poiché sui tempi lunghi c'è il rischio che il contatore di impulsi vada in overflow, sarà necessario abbinare una routine in interrupt anche all'overflow del timer che vada ad incrementare una variabile in modo da non perdere il conteggio se questo dovesse protrarsi per troppo tempo.
Visto che questi timer o sono da 8 o da 16 bit, quindi vanno in overflow su numeri non multipli di 10, io imposterei il TOP del Timer ad un valore base 10 (tipo 10000 se il timer è a 16bit) in modo che gli eventi di overflow siano multipli di 10 e venga facilitato il calcolo.

Non so se si trovano OCXO con frequenze inferiori a 10Mhz, nel caso si può abbinare un OCXO ad un divisore digitale e si può eventualmente pensare di dividere /100 e dare quindi un clock da 100Khz in ingresso al micro. Va anche verificata la massima frequenza ammessa sull'ingresso input capture, ma con 100Khz ci dovremmo stare.

Grazie per gli interventi.

L'OCXO (Oven Controlled Crystal Oscillator) potrebbe essere la scelta perfetta anche in vista dell'inverno freddo :-)
Devo controllare se ne trovo uno nel bidone del ruffo.

Detto questo provo a riassumere i desiderata e a mettere i primi paletti.

Lo scrivente (io) capisce poco o nulla di microprocessori.

Ho gia una board con Arduino UNO e ho provato a pasticciare con il suo ambiente di programmazione (IDE).

Vorrei realizzare il circuito usando Arduino NANO che, semplificando al massimo, e' la versione rimpicciolita dell'UNO (usano lo stesso microprocessore). Ammesso che l'accrocchio funzioni, usando l'UNO dovrei poter integrare il tutto nel ratemeter stesso.

Tra le tante ricerche fatte sono approdato a questo interessante Frequenzimetro da 100Mhz: 100MHz Frequency Meter

Non e' realizzato con l'Arduino di mia preferenza ma e' descritta una tecnica che mi sembra simile a quella suggerita da McMax e spero possa essere implementata anche sull'Arduino NANO:

"...Using the Event System
I could have used the Real-Time Clock to generate an interrupt every second, and then capture the count from Timer/Counter TCD0 in the interrupt service routine. However, the recent AVR processors provide an Event System which provides a better way of doing this. You can generate an internal signal from the Real-Time Clock, and use this to trigger the capture directly. The advantage is that there's none of the overhead of calling an interrupt service routine, so the response is virtually instantaneous..."

"...Utilizzo del sistema di eventi
Avrei potuto utilizzare l'orologio in tempo reale per generare un'interruzione ogni secondo e quindi acquisire il conteggio da Timer/Contatore TCD0 nella routine del servizio di interruzione. Tuttavia, i recenti processori AVR forniscono un sistema di eventi che fornisce un modo migliore per farlo. È possibile generare un segnale interno dall'orologio in tempo reale e utilizzarlo per attivare direttamente l'acquisizione. Il vantaggio è che non c'è il sovraccarico di chiamare una routine di servizio di interrupt, quindi la risposta è praticamente istantanea..."

Il pin con designazione T0 esiste sull'Atmega328. Nell'Arduino NANO e' il pin 2 (digital pin 4)
In questo pin dovrebbe entrare il segnale ad alta frequenza generato dall'OCXO.

Su un altro pin dovrebbe entrare il segnale che interrompe e riavvia il conteggio (i decadimenti da conteggiare).

Non ho idea se il codice proposto possa essere usato pari-pari sull'Arduino.

Cosa ne pensate?

Grazie e ciao :-)

Mauro

non é mai una buona idea utilizzare il codice di qualcun altro per fare funzioni diverse: rischi di perdere più tempo ad aggiustare quello che a scriverne uno ex novo. Nel caso specifico parliamo veramente di poche righe, al netto ovviamente della gestione di input e output che quello comunque devi fare ad hoc per ciò che ti serve.

Per il segnale in ingresso dal contatore geiger utilizza un pin di interrupt dedicato (INT0 o INT1) così ti eviti l'implementazione della libreria per la gestione degli interrupt su ogni pin (PCINT).

Il timer che ti conviene utilizzare é il timer1 per due motivi:
- é l'unico da 16 bit
- non disturba le funzioni millis e micros che potrebbero servirti nel codice
Il pin di ingresso per il clock é il D5 (T1) e la sorgente di clock del timer va configurata in modo che prenda ingresso da questo pin e non dal prescaler interno.
Per la configurazione dei registri vai a leggerti la sessione dedicata al timer1 sul datasheet del ATmega328P, se poi hai bisogno di una mano o non ti é chiaro qualcosa chiedi. Comunque se ti leggi bene il capitolo vedrai che ti sarà molto chiaro.

Consiglio spassionato: piuttosto che cercare in rete o sul tubo gente che ti spiega come usate il timer, leggi il datasheet e se non hai capito rileggi. Lì c'è tutto.

un chiarimento: nel messaggio precedente facevo riferimento al pin di input Capture, ma è un'imprecisione. Intendevo dirti di usare il Clock esterno come vera sorgente per il Timer; l'utilizzo della modalità input Capture ha scopi differenti. In effetti pensandoci si potrebbe usare l'ingresso ICP1 per resettare i Clock ma devo capire se può funzionare...

The input capture register can capture the Timer/Counter value at a given external (edge triggered) event on either the input
capture pin (ICP1) or on the analog comparator pins (see Section 22. “Analog Comparator” on page 202). The input capture
unit includes a digital filtering unit (noise canceler) for reducing the chance of capturing noise spikes

Il Dottor Thomas non e' in sede

The Timer/Counter incorporates an input capture unit that can capture external events and give them a time-stamp
indicating time of occurrence. The external signal indicating an event, or multiple events, can be applied via the ICP1 pin or
alternatively, via the analog-comparator unit. The time-stamps can then be used to calculate frequency, duty-cycle, and
other features of the signal applied. Alternatively the time-stamps can be used for creating a log of the events.

Il Dottor Thomas non e' in sede

Grazie :-)

Mauro

Il Dottor Thomas non e' in sede
Il Dottor Thomas non e' in sede
Il Dottor Thomas non e' in sede
Il Dottor Thomas non e' in sede
Il Dottor Thomas.....

McMax ti ha dato ottime idee.
Pero´non ho capito se vuoi usare la lancetta dello strumento che hai come output o mettere un display a parte,nel caso un arduino uno con la shield display piu´pulsanti e´bello e pronto e comodissimo

Ciao lelef,

sto cercando di tradurre in pratica le idee di McMax e nel mentre leggo il manuale dell'Atmel (sezione counter1).
Non ho ancora capito se la lettura del manuale sia piu' indigesta o piu' soporifera :-)
Mi sento di dire che la curva di apprendimento e' molto ripida.

Lo strumento a lancetta rimarrebbe come principale.
La sua immediatezza di lettura e' incomparabile.

L'uso dell'Arduino e' inteso per implementare funzioni accessorie:
-acquisire le letture su periodi piu' o meno lunghi;
-mantenere una certa affidabilita' dei dati rispetto al tempo;
-calcolare medie temporali per ottenere altre letture oltre a quella immediata data dalla lancetta.

Per quanto ho capito, sono tutte operazioni che non richiedono grande potenza computazionale.
Il vero problema e' acquisire rapidamente gli eventi, senza perder tempo, con il rischio di non catturare l'evento successivo.

L'idea e' di intercettare l'impuso che agita la lancetta per usarlo sul pin ICP1 come start/stop del conteggio del contatore 1 a 16 bit.
Il contatore nel frattempo conteggia gli impulsi che arrivano dalla base tempi piu' stabile che riusciro' ad implementare (principio di funzionamento del periodimetro).

Riporto dal manuale dell'Atmega:
"...The Timer/Counter incorporates an input capture unit that can capture external events and give them a time-stamp
indicating time of occurrence. The external signal indicating an event, or multiple events, can be applied via the ICP1 pin or
alternatively, via the analog-comparator unit. The time-stamps can then be used to calculate frequency, duty-cycle, and
other features of the signal applied. Alternatively the time-stamps can be used for creating a log of the events..."

Al momento non mi e' chiaro in quale formato sia il time-stamp.
Ne' su quale principio aggiorni l'ora o come salvarlo da qualche parte.
Ma questi sono solo alcuni dei tanti dubbi.
Piano piano sto cercando di capire limiti e possibilita'.

Grazie del supporto :-)

Mauro

e´solo una questione di terminologia, timestamp e´solo il formato in cui leggi lóra ..ore minuti secondi..ecc invece di un lunghissimo numero in milisecondi.
l´ora non la sa! il tempo parte da dove inizia a contare, e´relativo.

ora giusto che stai faticando con quello e visto che vorresti lavorare un po´sui dati potresti anche usare un esp32 che a timers non e´mica messo male

"The ESP32 chip contains two hardware timer groups. Each group has two general-purpose hardware timers. They are all 64-bit generic timers based on 16-bit pre-scalers and 64-bit up / down counters which are capable of being auto-reloaded."
e´un dual core quindi quando un processore fa´una cosa láltro si puo´occupare di altro condividendo i dati.
Vuoi lóra esatta, connesso alla rete internet si aggiorna da un server (ce ne son vari)
Voui storico dati ed una bella interfaccia con cui lavorare senza sforacchiare e modificare l´estetica del tuo strumento?
genera un hot spot wifi ed una paginetta web in cui puoi legger dati, fare grafici ,impostare parametri, puo´anche salvar dati in memoria oppure te li salvi dalla paginetta web.

ti ci colleghi col cellulare che tanto uno ha sempre in tasca e ti guardi e imposti tutto da li

@ Billielliot.
Non so se può esserti utile, io ho realizzato questo in foto partendo dalla scheda commerciale Cajoe e a cui ho aggiunto una scheda mia con a bordo arduino nano, display e due circuiti smd di carica batteria al litio e step up a 5V.
Per il sw, ho modificato quello messo gentilmente a disposizione dal suo creatore per una versione dotata di due tubi SBM 20 sul proprio sito: https://www.giangrandi.ch/electronics/t ... iger.shtml, per adattarlo al mio a un solo tubo.
Ciao

Grazie a tutti per il supporto.

Le piattaforme proposte sono interessanti.
Cosi' come potrebbe essere interessante un STM32.
Tutti pero' complessi.

Probabilmente una volta capito l'andazzo un processore vale l'altro (CircaPiuoMenoQuasi).
Per me che non ho cultura di processori c'e' il gradino iniziale.

Contravvenendo a quanto suggerito da McMax, sto 'guardando codici gia' implementati per trovare spunti su come comandino i registri con cui si impostano le varie funzionalita' offerte dell'Atmel328.

Gli esempi proposti sul manuale dell'Atmel sembrano usare un assembler o codice simile. Nei listati Arduino non c'e' traccia di assembler. Sembra invece esistere corrispondenza con gli esempi di programmazione in C del manuale Atmel.

Il progetto suggerito da Meipei introduce alcuni concetti interessanti. Tutte cose che si potranno eventualmente implementare una volta che il conteggio sara' acquisito.

Il WIFI proposto da lelef sarebbe comodissimo ma al momento preferisco lasciarlo parcheggiato in attesa di avere almeno uno zoccolo duro di codice funzionante con cui lavorare via seriale.

Nessuno si senta offeso.
Io vorrei seguirvi di corsa ma per ora arranco piano piano con il fiatone :-)
Per aspera ad astra.

Ancora grazie

Mauro