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OpenGammaProject/Open-Gamma-Detector
智能家居
3/5
🧩 软硬件结合
已发布
项目简介
☢️👁️ Hardware for a hackable DIY gamma-ray spectrometer using a popular NaI(Tl) scintillator, SiPM and a Raspberry Pi Pi
Open Gamma Detector 是一个完全开源的伽马射线能谱仪一体化硬件项目，旨在以极低的成本（约200美元总物料成本）让爱好者和研究人员能够自行搭建一套功能完整的伽马能谱分析系统。该项目基于 Raspberry Pi Pico 2 微控制器，搭配常见的 NaI(Tl) 闪烁晶体和硅光电倍增管（SiPM），无需传统光电倍增管所需的高压电源，显著降低了设计复杂度和安全风险。核心功能包括闪烁计数和4096通道多道分析器（MCA），既能实时测量辐射强度，也能记录详细的伽马能谱。设备支持通过标准串口（USB或硬件UART）与树莓派、Arduino等外部系统集成，非常适合数据记录、气象站监测或自动化实验。其内置闪存可独立存储能谱数据，并支持通过拖放固件或Arduino IDE轻松编程。主要特点包括紧凑的120×50毫米板型、低功耗（约15mA@5V）、内置蜂鸣器用于脉冲计数音频反馈，以及额外的I2C、SPI和UART接口用于扩展OLED屏幕或SD卡模块。技术栈方面，硬件设计使用EasyEDA完成，提供完整原理图和Gerber文件；软件基于Arduino生态，易于修改和维护。该项目解决了传统伽马能谱仪价格昂贵、体积庞大、不便于二次开发的问题，特别适用于教育演示、辐射监测、地质勘探和DIY科学实验等场景。无论是想学习核物理基础，还是需要便携式辐射检测工具，Open Gamma Detector 都提供了一个开放、灵活且经济实惠的起点。
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项目特点
**极低成本**：总物料成本约200美元，远低于商用伽马能谱仪。
**全开源设计**：硬件原理图、PCB文件、固件和上位机软件全部开源。
**无需高压电源**：采用 SiPM 替代传统 PMT，避免高压风险，降低设计门槛。
**4096通道多道分析器**：基于 Raspberry Pi Pico 2 实现高分辨率伽马能谱采集。
**灵活的系统集成**：支持 USB 串口和硬件 UART，可轻松连接树莓派、Arduino 等平台。
**双模式工作**：支持闪烁计数（辐射强度）和能谱分析两种模式。
技术规格
| 微控制器 | Raspberry Pi Pico 2 (RP2350) |
|---|---|
| 探测器类型 | NaI(Tl) 闪烁晶体 + SiPM (硅光电倍增管) |
| 通道数 | 4096 通道 MCA |
| 能量分辨率 | 典型值 <8% @ 662 keV (Cs-137) |
| 输入电压 | 5V DC (USB供电) |
| 通信接口 | USB 串口 (CDC) / 硬件 UART (3.3V逻辑) |
| 高压电源 | 无需 (SiPM 工作电压约 25-30V) |
| 外形尺寸 | 约 100mm x 60mm x 30mm (不含晶体) |
| 重量 | 约 150g (不含晶体) |
| 工作温度 | 0°C ~ 50°C |
项目资源
搜索资源
物料清单 (BOM)
| 物料名称 | 数量 | 参考价格 | 备注 |
|---|---|---|---|
| Raspberry Pi Pico 2 | 1 | — | 核心微控制器 |
| NaI(Tl) 闪烁晶体 (1"x1") | 1 | — | 可选 1.5"x1.5" 或 2"x2" |
| SiPM 阵列 (如 SensL MicroFC-60035) | 1 | — | 替代传统 PMT |
| 运算放大器 (如 AD8066) | 2 | — | 信号整形与放大 |
| 比较器 (如 LM393) | 1 | — | 脉冲甄别 |
| 升压 DC-DC 模块 | 1 | — | 为 SiPM 提供偏压 (~28V) |
| LDO 稳压器 (3.3V) | 1 | — | 为 Pico 和模拟电路供电 |
| 电阻、电容、电感 | 若干 | — | 0402/0603 封装 |
| USB-C 母座 | 1 | — | 供电与数据通信 |
| 排针 (2.54mm) | 若干 | — | UART 扩展接口 |
| 双面板 (FR4, 1.6mm) | 1 | — | 约 80mm x 50mm |
| 3D 打印外壳 (PLA) | 1 | — | 可选，STL 文件提供 |
3D 模型
能力画像
**记忆与知识检索**：2/5 — 需要查阅少量辐射探测和 SiPM 基础知识，但项目文档已提供完整参考。
**动手与操作**：4/5 — 需要焊接大量 SMD 元件，对精细操作有一定要求，但无 BGA 等超高难度封装。
**编程与算法**：3/5 — 固件基于 MicroPython 或 C，上位机用 Python，需要基本的嵌入式编程能力。
**设计与建模**：2/5 — 硬件设计已提供完整 KiCad 文件，如需修改则需 PCB 设计基础；外壳有 STL 文件可直接打印。
**实验与调试**：4/5 — 需要调试模拟前端信号链，使用示波器观察脉冲波形，校准能量刻度。
**协作与分享**：3/5 — 项目社区活跃，可通过 GitHub Issues 和 Discussions 交流，鼓励贡献改进。
**学习与研究**：4/5 — 涉及核物理、模拟电路、数字信号处理等多个学科交叉，学习价值高。
**系统集成**：3/5 — 支持通过串口与树莓派、Arduino 等系统集成，可扩展为气象站或监测网络节点。
项目图库
所需技能
基础电子焊接技能（SMD 元件焊接）
万用表和示波器使用经验
基础嵌入式编程（MicroPython 或 C）
基本 Python 编程（运行上位机软件）
辐射探测基础知识（了解伽马射线与闪烁体原理）
模拟电路调试经验（运放、比较器电路）
适用场景
业余辐射探测与测量实验
环境辐射监测站搭建
核物理教学演示设备
地质勘探中的放射性矿物检测
工业无损检测辅助工具
科学展览与创客空间展示项目
辐射安全与应急监测原型开发