Kuidas ehitada CubeSat Arduino ja Geigeri loenduri anduriga: 11 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Kas olete kunagi mõelnud, kas Mars on radioaktiivne või mitte? Ja kui see on radioaktiivne, kas kiirgus on piisavalt kõrge, et seda inimestele kahjulikuks pidada? Need on kõik küsimused, millele meie CubeSat koos Arduino Geigeri loenduriga loodetavasti saab vastata.

Kiirgust mõõdetakse siivertides, mis kvantifitseerib inimkudede poolt neeldunud kiirguse hulga, kuid nende tohutu suuruse tõttu mõõdame tavaliselt millisievertides (mSV). 100 mSV on madalaim aastane annus, mille puhul vähiriski suurenemine on ilmne, ja üksikannus 10 000 mSV on surmav mõne nädala jooksul. Meie lootused on kindlaks teha, kuhu see simulatsioon radioaktiivsel skaalal Marsi viib.

Meie füüsikatund algas esimeses kvartalis lennujõudude uurimisega laboratooriumis, kus me kavandasime oma lennuki ja lõime seejärel vahtpolüstüroolplaatidest. Seejärel jätkaksime stardiga, et testida lennuki tõmmet, tõusu, tõukejõudu ja kaalu. Pärast esimest andmekogumit teeksime lennukis muudatusi, et proovida võimalikult kaugele jõuda.

Seejärel keskendusime teises kvartalis veeraketi ehitamisele, et veelgi jälgida ja katsetada esimese kvartali jooksul õpitud kontseptsioone. Selle projekti jaoks kasutasime oma raketi ehitamiseks 2L pudeleid ja muid materjale. Kui olime stardivalmis, täitsime pudelid veega, läksime õue, asetasime raketi stardiplatvormile, survestasime vee ja lasime selle lahti. Eesmärk oli lasta rakett vertikaalsuunas võimalikult kaugele ja lasta see ohutult alla.

Meie kolmas viimane „suur” projekt oli CubeSati ehitamine, mis kannaks Arduino ja anduri turvaliselt meie klassiruumi Marsi mudelile. Selle projekti peamine eesmärk oli määrata Marsi radioaktiivsuse hulk ja teha kindlaks, kas see on inimestele kahjulik. Mõned teised kõrvaleesmärgid olid luua CubeSat, mis taluks raputustesti ja mahutaks kõik vajalikud materjalid selle sisse. Kõrvaleesmärgid käivad käsikäes piirangutega. Selle projekti piirangud olid CubeSati mõõtmed, selle kaal ja materjal, millest see on ehitatud. Muud piirangud, mis ei olnud seotud CubeSatiga, olid 3D -printimiseks kulunud aeg, kuna meil oli selle tegemiseks aega vaid üks päev; meie kasutatavad andurid olid samuti piirangud, kuna oli andureid, mida klassil polnud saadaval või mida ei saanud osta. Lisaks pidime läbima loksutamise testi, et teha kindlaks CubeSati stabiilsus, ja kaalutesti, et veenduda, et me ei ületaks 1,3 kg.

-Juan

Samm: materjalide loend

3D-trükitud CubeSat- miniatuurne satelliit, mille mõõtmed on 10 cm x 10 cm x 10 cm ja mille kaal ei ületa 1,3 kg. Siia paneme kõik oma juhtmed ja andurid, mis toimivad kosmosesondina

Juhtmed- kasutatakse Geigeri loenduri ja Arduino ühendamiseks üksteisega ja nende toimimiseks

Arduino- kasutatakse Geigeri loenduri koodi käivitamiseks

Geigeri loendur- kasutatakse radioaktiivse lagunemise mõõtmiseks, sellest sõltub kogu meie projekt radioaktiivsuse määramiseks

Patareid- kasutatakse Geigeri loenduri toiteks, mis toidab Arduino pärast ühendamist

Micro sd Reader- kasutatakse Geigeri loenduriga kogutud andmete kogumiseks ja salvestamiseks

Kruvid- kasutatakse CubeSati ülemise ja alumise osa pingutamiseks, et see ei laguneks

Uraanimaak- radioaktiivne materjal, mida Geigeri loendur kasutab radioaktiivsuse määramiseks

Arvuti- kasutatakse Arduino jaoks kasutatava koodi leidmiseks/loomiseks

USB-juhe- kasutatakse teie Arduino ühendamiseks arvutiga ja koodi käivitamiseks

2. samm: ehitage oma CubeSat

Esimene asi, mida vajate, on teie CubeSat.

(Kui soovite üksikasjalikku selgitust selle kohta, mis CubeSat on kassas, CubeSati projekteerimisel on teil kaks peamist võimalust, ehitage oma materjal mis tahes materjalist või 3D -print.

Minu grupp otsustas meie CubeSati 3D -printida, nii et meil oli vaja ainult otsida üles "3D CubeSat" ja leidsime mitu malli, kuid otsustasime faili NASA veebisaidilt hankida. Sealt peate faili alla laadima; siis vajate faili lahtipakkimiseks ja 3D -printerisse laadimiseks mälupulka.

Sealt jätkake lihtsalt ja printige CubeSat 3D -ga, et jätkata ülejäänud toimingutega.

Oma 3D CubeSat mudeli loomisel mõistsime, et meie Arduino ja nöörid ei mahu selle sisse. Me kõik pidime looma strateegia ja välja mõtlema, kuidas kõik sisse panna. Me pidime pöörlema ja panime katte üla- ja alaosa ülespoole. Pärast seda pidime puurima augud ja suutma naelu kruvida ning leida hea suuruse. Kogu Arduino, SD -kaardi ja kõik sellesse pannes oli meil “liiga palju” ruumi, nii et pidime lisama mõned mullpakendid kui me katsetasime, ei läheks see kõikjale, sest see oli kõik juhtmega ja ühendatud.

3. samm: visandage oma disain

Kui olete kõik oma materjalid kätte saanud, soovite visandada, kuidas teie disain välja näeb.

Mõne arvates on see samm kasulikum kui teine, nii et see võib olla nii üksikasjalik või lihtne, kui soovite, kuid on hea saada üldine ettekujutus sellest, kuidas te kõike korraldate.

Meie rühm kasutas seda isiklikult ajurünnakuks, kuidas me oma andureid ja kõiki juhtmeid korraldame, kuid sealt ei leidnud me sellest palju kasu, kuna muutsime pidevalt asju ja seega olid meie visandid ainult lähtepunktiks, sest me ei teinud seda ei jää nendega päriselt.

Kui teil on üldine ettekujutus sellest, kuidas kõik välja näeb, võite liikuda järgmise sammu juurde

Samm: õppige, kuidas Geigeri loendur töötab

Kui me Geigeri loenduri meile kätte saime, pidime õppima, kuidas see töötab, kuna keegi meist polnud seda kunagi kasutanud.

Esimene asi, mida õppisime, on see, et Geigeri loendur on ülitundlik. Tagaküljel olevad andurid tekitaksid äärmiselt valju häält, samuti Geigeri toru ise, kui me seda puudutame. Kui hoiaksime sõrme toru peal, teeks see ühe pika pideva piiksu ja võtaksime sõrmed maha ja edasi ning see piiksuks vastavalt sõrmede kestusele torul.

Seejärel testisime Geigeri loendurit banaanide abil. Mõistsime, et mida lähemal on radioaktiivne materjal Geigeri loendurile, seda rohkem see tiksub ja vastupidi.

5. samm: tööriistad/ohutuspraktikad

1. Esimene asi, mida vaja on, on CubeSat. Selle tegemiseks vajate 3D -printerit ja printimiseks vajalikke faile või saate ise luua mis tahes materjalid, mis teie arvates töötavad; pidage meeles, et CubeSat peab olema 10 cm x 10 cm x 10 cm (jätke 2. osa vahele, kui ehitate oma)
2. Järgmisena peate puurima augud 3D -prinditud CubeSati ülemisse ja alumisse kesta, et kruvid sisse panna. Minge edasi ja keerake alumine kest (veenduge, et kannate prille, et prügi silma ei satuks)
3. Hankige mõned patareid ja pange need akupakki, seejärel ühendage patareid Geigeri loenduriga ja Geigeri loendur Arduinoga. Veenduge, et ka Micro SD lugeja oleks juhtmega ühendatud.
4. Lülitage Geigeri loendur sisse, et veenduda, kas kõik töötab korralikult. Pange kõik CubeSati sisse.
5. Kontrollige oma CubeSat'i, et veenduda selles
6. Pärast andmete kogumist veenduge, et miski CubeSatis ei kuumeneks üle. Kui see on olemas, eemaldage see kohe vooluvõrgust ja hinnake probleemi
7. Kontrollige kõike, et kontrollida, kas andmeid kogutakse
8. Pärast andmete kogumiseks kasutatava uraani käsitlemist peske kindlasti käed

Samm: Arduino ühendamine

Ainus vajalik toiteallikas on AA patareid

Ühendage patareid otse Geigeri loenduriga, seejärel ühendage VVC tihvt leivaplaadi positiivse veeruga.

Viige teine traat leivaplaadi samasse veergu Arduino 5V pesasse. See annab Arduinole jõudu.

Seejärel viige arduino 5V nööpnõelast juhe SD -kaardi adapterini.

Seejärel ühendage geigeri loenduri VIN -kood Arduino analoogpistikuga.

Pärast seda ühendage GND leivaplaadi negatiivse veeruga.

Ühendage negatiivne veerg Arduino GND -ga.

SD -kaart Arduinole:

Miso läheb 11

Miso läheb 12

SCK läheb numbrile 13

CS läheb 4 -le

Samm: kodeerimine

Lihtsaim viis Arduino kodeerimiseks on alla laadida rakendus ArduinoCC, mis võimaldab teil koodi kirjutada ja Aduinosse üles laadida. Meil oli väga raske leida täielikku koodi, mis töötaks. Teie õnneks sisaldab meie kood CPM -i (klikkide minutis) ja SD -kaardi andmete salvestamist.

Kood:

#kaasake

#kaasake

/ * * Geiger.ino * * See kood suhtleb Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE) Geigeri loendustahvliga

* ja esitab näidud CPM -is (loeb minutis). *

* Autor: Mark A. Heckler (@MkHeck, [email protected]) *

* Litsents: MIT litsents *

* Palun kasutage omistamisega vabalt. Aitäh!

*

* * Muudetud ** */

#define LOG_PERIOD 5000 // Logimisperiood millisekundites, soovitatav väärtus 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 // Maksimaalne logimisperiood

lenduvad allkirjata pikad loendid = 0; // GM Tube'i sündmused

allkirjastamata pikk cpm = 0; // CPM

const unsigned int kordaja = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Arvutab/salvestab CPM -i

allkirjastamata kaua eelmineMillis; // Aja mõõtmine

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// Jäädvustab sündmuste arvu Geigeri loenduri loenditest ++;

}

#kaasake

Fail myFile;

tühine seadistus () {

pinMode (10, VÄLJUND);

SD algus (4); // Avage jadaühendus ja oodake, kuni port avaneb:

Seriaalne algus (115200);

}

void loop () {// pärast seadistamist ei juhtu midagi

allkirjata pikk voolMillis = millis ();

if (currentMillis - previousMillis> LOG_PERIOD) {

previousMillis = currentMillis;

cpm = loeb * kordaja;

myFile = SD.open ("test.txt", FILE_WRITE);

if (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

loeb = 0;

pinMode (pin, INPUT); // Määra pin sisestamiseks GM Tube sündmuste katkestuste jäädvustamiseks (); // Luba katkestused (juhul kui need olid varem keelatud) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Määrake välised katkestused

}

}

Meil on pilt esimesest kasutatavast koodist, mis oli puudulik, nii et see oli esimene meie kodeerimise probleem. Sealt edasi ei saanud me projektiga päriselt edasi minna, kuni meie õpetajad meid koodiga aitasid. See kood tuletati teisest koodist, mis töötas ainult Geigeri loenduriga, kuid mitte kord, kui see oli SD -kaardiga seotud.

8. samm: testikood

Kui olete koodi saanud, minge edasi ja katsetage seda, et veenduda, kas saate andmeid koguda.

Veenduge, et kõik seaded on õiged, nii et kontrollige oma porte ja juhtmeid, et kõik oleks õige.

Kui olete kõik kontrollinud, käivitage kood ja vaadake saadud andmeid.

Pange tähele ka kogutud kiirguse ühikuid, kuna need määravad tegeliku kiirguse.

9. samm: testige oma CubeSati

Kui olete kodeerimise selgeks saanud ja kõik juhtmed on tehtud, tuleb järgmiseks sammuks paigutada kõik CubeSati sisse ja testida, et veenduda, et teie lõplikul testimisel ei lagune midagi.

Esimene test, mille peate täitma, on lennutest. Hankige midagi, mille külge oma CubeSat riputada, ja pöörake seda, et kontrollida, kas see lendab minema või mitte, ja veenduge, et see pöörleb õiges suunas.

Kui olete esimese eeltesti läbinud, peate täitma kaks raputustesti. Esimene katse simuleerib turbulentsi, mida CubeSat kogeks Maa atmosfäärist väljumisel, ja teine raputustesti simuleerib turbulentsi ruumis.

Veenduge, et kõik teie osad oleksid koos ja et midagi ei laguneks.

10. etapp: lõplik testimine ja tulemused

Andmed koguti lauale erineval kaugusel geigeri loendurist

Kogumisintervallid 5 sekundiga 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Enne viimast katsetamist kogusime andmeid, lülitades Geigeri loenduri sisse ja asetades radioaktiivse materjali erinevatesse kaugustesse. Mida suurem see number, seda lähemal oli Geigeri loendur radioaktiivsele materjalile.

Tegeliku testimise ajal kogutud andmed

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Meie tegelikuks testimiseks osutus radioaktiivne materjal Geigeri loendurist liiga kaugeks, et seda isegi mõõta.

Mida andmed tähendavad? Hästi lugemitabeli abil saame kindlaks teha, et mida suurem on arv, seda ohtlikum on kiirgus inimestele. Seejärel saame klõpsu minutis muuta mSV -ks, mis on kiirguse tegelikud ühikud. Ja nii on meie eksperimendi põhjal Marss inimestele täiesti ohutu!

Kahjuks on tegelikkus sageli pettumus. Marsi kiirgus on tegelikult 300 mSv, mis on 15 korda suurem kui tuumajaama töötaja iga -aastane kokkupuude.

Muud meie lennu andmed hõlmavad järgmist:

Fc: 3.101 njuutonit

Ac: 8,072 m/s^2

V: 2,107 m/s

m: 0,38416 kg

P: 1,64 sekundit

F: 0,609 Hz

11. samm: probleemid/näpunäited/allikad

Suurim probleem oli meil Geigeri ja SD -kaardi jaoks sobiva koodi leidmine, nii et kui teil on sama probleem, kasutage meie koodi alusena. Teine võimalus oleks minna Arduino foorumitele ja küsida sealt abi (olge siiski valmis maksma, kuna märkasime, et inimesed ei aita vähem, kui hüvitist pole).

Üks asi, mida me teistele soovitaksime, on proovida leida viis, kuidas Geigeri loendur oleks kiirgusele võimalikult lähedal, et saada rohkem sertifitseeritud andmeid.

Siin on allikad, millest me huvilistele nõu pidasime:

www.space.com/24731-mars-radiation-curiosi…

www.cooking-hacks.com/documentation/tutori…

community.blynk.cc/t/geiger-counter/27703/…