基于 ESP32 UI超炫酷的盖革计数器

盖革计数器
N1, 启动了计数器APP

B站介绍视频: https://www.bilibili.com/video/BV1Tc4tz6Ecn

前言

N1最早是为了改进PixelUI库而开发的。整体的UI设计其实是为了测试自己与UI库的能力.

从2025 年 8 月中旬开始，我开始写 PixelUI 这个项目。
这是一个以U8g2库为基础，为MCU量身打造的应用模板库。~~说白了，就是想在 128x64 小屏上玩花一点。~~ 渐渐的，我给他添加了更多工具，希望它成为大家日后DIY可以利用的一套模板。文档部分我暂时还未完工, 但是之后一定一定会慢慢补的!

PixelUI 的核心整合了一套工具，包括：

（~~我认为~~）很方便的 App 系统
非浮点的 UI 动画绘制
输入事件响应路由
辅助动画加载顺序的协程系统
辅助 UI 的状态机

利用他们我实现了图标/List的多级列表、控件的聚焦系统、以及气泡提示等高级功能, 这些功能都完全可以复用在其它项目中。

我也利用这些工具，为这个盖革计数器定制了许多 UI 控件。

选择开发这个盖革计数器，是为了对Pixel UI框架进行更深入地优化。这个过程有效地暴露了此前设计中存在的不足，促使项目朝着更完善的方向发展。

PixelUI 最重要的灵魂，就是这些控件的动画交互。我希望最终的成品不应只是枯燥的黑白点阵（~~虽然还是点阵~~），而是让这些点阵组合出一套直观、有灵魂而不失乐趣的交互逻辑。

项目简介

这是一款基于ESP32-C6主控的便携式DIY盖革计数器，用于检测环境中的β、γ和X射线一类的电离辐射并粗略计量。它能够实时显示当前的辐射剂量率（µSv/h）、每分钟计数（CPM），并可以通过声光提示超阈值警告。项目采用模块化设计，开源软硬件，开发使用了基于U8G2的PixelUI库。

项目功能

基于可变滑动窗口的CPM检测：能够比较及时地估计当前的脉冲密度。脉冲较稀疏的时候窗口较大保证长周期下的测量精度，脉冲较密集的时候窗口较小以尽可能防止缓冲区溢出。窗口大小的切换采用最近15次测周法平均得来的CPM估计值作为依据，可以比较及时反映出剂量的变化
软件进行BOOST闭环升压：灵活度相对较高，可以软件调整盖革管的工作电压。BOOST工作在DCM PCM模式下. 原本打算利用Energy per shot方法驱动, 后来发现PID就足以调节的非常好.

数据可视化显示：计数器的界面清晰直观，可显示实时剂量、平均值、峰值、CPM以及剂量率动态曲线(Histogram直方图)。

超多的配置项：用户可以自定义设置报警阈值 / 各种提示音, 管子工作电压等

内置电源管理：内置可充电锂电池，通过Type-C接口充电 / 固件更新 / 连接上位机记录，方便随身携带到不同环境中进行测量。使用CW2015CHBD自带算法拟合电池剩余电量。（试试充电的小动画哦）
网络功能扩展（在做）：基于ESP32-C6主控，可以利用WiFi / Thread系功能进行物联网，可以将数据传输上云, 而不用近距离接触放射源进行探测, 保证人身安全。

除此之外还有一个BME280传感器，只为一玩（）

除此之外还有 和大运躲猫猫的游戏以及乒乓游戏，之后如果有时间会再加的

项目参数

主控芯片：ESP32-C6-MINI-1-N4
盖革管型号：M4011 (兼容J305, SBM-20等常见型号, 可以在软件中调节工作电压)
盖革管工作电压：默认380V (板载DCM升压)
显示屏：1.3寸 SH1106 OLED, 分辨率128x64 (如果使用SSD1306或者其他屏自己修改就好)

测量范围：

剂量率：1CPM ~ 30000CPM
供电方式：3.7V 锂聚合物电池 Type-C 5V充电
报警方式：有源蜂鸣器 + 高亮LED指示灯
接口：Type-C (充电和程序调试)

硬件说明

本项目硬件主要由四大模块组成：高压升压模块、脉冲检测模块、主控与显示模块和电源管理模块。

图1：计数器系统框图

图2：逆变升压部分

M4011盖革管需要在约380V的高压下才能在坪区Plateau Region稳定工作。在这处设计中, 我使用了一个低成本的灵活的脉冲升压式BOOST转换器, 其工作于DCM模式，将锂电池的3.7V电压单级升至380V左右. 虽然效率低, 为盖革管提供稳定的阳极高压它仍然是绰绰有余。 高压输出通过阻尼电阻（4.7MΩ）连接到盖革管的阳极, 这样380V能确保M4011盖革管在其 坪区（Plateau Region） 稳定工作: 在这个电压下，计数率对电压的变化不敏感，提供了最稳定的辐射计数测量。380V 对很多常见型号（如 M4011）来说就是一个常见的推荐值。

个人测试，BOOST电感回路阻抗最好为7.5ohm - 15ohm，可以在脉冲密度较大的情况下保持升压性能。回路中的电位器选型价格较为昂贵，只是作为我个人调试时防止损坏器件的手段，可以选择直接短接。

脉冲检测电路：
当电离辐射粒子穿过盖革管并使其内部气体电离时，会在阴极和阳极之间产生一个微弱的电流脉冲。这个脉冲信号被从阴极提取出来，经过一个BJT进行整形，转换成ESP32-C6能够识别的清晰的方波信号。该信号最终送入C6的外部中断进行基于滑动窗的计数。

ESP32-C6以中断方式捕捉计算来自检测电路的每一个脉冲。内部任务以滑动窗口计算出CPM值，根据盖革管的转换因子（M4011管约为 0.0057 µSv/h/CPM）换算成当前的辐射剂量率µSv/h。

电源管理：

“早知道还得是TP4056”

这部分使用TP4056进行充电管理,引出了充电状态指示灯。后面使用BUCK稳压器将电池电压转换为3.3V为全局供电, 使用CW2015CHBD进行电池余量估计。相信很多爱好者作项目最痛苦的地方莫过于电池管理。CW2015不是库仑计，它使用ADC进行电量余量估算，在有工厂校准数据的情况下精度会高很多。自己DIY的情况下仅作为参考。

应用场景

老生常谈的问题：因为没有能力进行标定这个工具只适合大家自己DIY玩。其中最准确的要数估计的CPM数值。

教育科普：作为教具，帮助学生直观地享辐（bushi）。
个人监测：周边环境辐射进行定性监测。

程序烧录详解：

下载ESPtool: https://github.com/espressif/esptool/releases/tag/v5.1.0
进行下列步骤进行JTAG引脚禁用以解放对应的GPIO：

连接计数器的USB并启动（请连接电池）。
在命令行里切换到ESPTool目录，调用espefuse.exe, 根据指示输入BURN 以永久禁用JTAG PAD。

./espefuse.exe --port [你的COM口] --chip esp32c6 burn_efuse DIS_PAD_JTAG 1

可以按照0x0 bootloader.bin, 0x8000 partition_table.bin, 0x10000 GeigerCounter.bin的配置利用ESP Flash Tool烧录，或者直接使用第二步里下载的工具包里的esptool.exe，这样写入

esptool.exe -p /dev/ttyACM0 -b 460800 --before default_reset --after hard_reset --chip esp32c6 write_flash \
  --flash_mode dio --flash_freq 80m --flash_size 4MB \
  0x0 bootloader/bootloader.bin \
  0x8000 partition_table/partition-table.bin \
  0x10000 GeigerCounter.bin