A CubeSat építése Arduino és Geiger számláló érzékelővel: 11 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Gondolkozott már azon, hogy a Mars radioaktív -e vagy sem? És ha radioaktív, akkor a sugárzási szint elég magas ahhoz, hogy károsnak lehessen tekinteni az emberre? Ezekre a kérdésekre reméljük, hogy a CubeSat és Arduino Geiger számláló segítségével választ kapunk.

A sugárzást sievertekben mérik, ami számszerűsíti az emberi szövetek által elnyelt sugárzás mennyiségét, de hatalmas méretük miatt általában ezredvertben (mSV) mérünk. A 100 mSV a legalacsonyabb éves dózis, amelynél a rák kockázatának növekedése nyilvánvaló, és egyetlen 10 000 mSV -os adag heteken belül halálos. Reményeink szerint meghatározhatjuk, hogy ez a szimuláció hol helyezi el a Marsot a radioaktív skálán.

A fizika óránk azzal kezdődött, hogy az első negyedévben tanulmányoztuk a repülési erőket egy laboratóriumban, ahol saját repülőgépet terveztünk, majd polisztirolhab lemezekből készítettük. Ezután folytatnánk a kilövést, hogy teszteljük a gép ellenállását, emelését, tolóerejét és súlyát. Az első adathalmaz után változtatásokat hajtunk végre a síkon, hogy megpróbáljuk a lehető legtávolabbi távolságot elérni.

A második negyedévben egy vízrakéta építésére összpontosítottunk, hogy tovább figyeljük és teszteljük az első negyedévben tanult fogalmakat. Ehhez a projekthez 2 literes palackokat és egyéb anyagokat használtunk rakétánk építéséhez. Amikor készen álltunk a kilövésre, megtöltöttük az üvegeket vízzel, kimentünk, a rakétát egy kilövőpályára helyeztük, nyomás alá helyeztük a vizet és elengedtük. A cél az volt, hogy függőleges irányban a lehető legmesszebbre bocsássák a rakétát, és biztonságosan leereszkedjenek.

A harmadik utolsó „nagy” projektünk egy CubeSat építése volt, amely biztonságosan hordozna egy Arduino -t és egy érzékelőt a Mars osztályos modelljéhez. Ennek a projektnek a fő célja az volt, hogy meghatározza a Mars radioaktivitásának mennyiségét, és megállapítsa, káros -e az emberre. Néhány további cél az volt, hogy olyan CubeSat -ot hozzanak létre, amely ellenáll a rázkódási tesztnek, és képes lesz minden szükséges anyagot elhelyezni benne. Az oldalsó célok kéz a kézben járnak a korlátokkal. Ennek a projektnek a korlátai a CubeSat méretei, súlya és az anyag, amelyből készült. A CubeSat -hez nem kapcsolódó egyéb korlátok közé tartozott a 3D nyomtatáshoz szükséges idő, mivel csak egy nap állt rendelkezésünkre az elkészítéséhez; az általunk használt érzékelők is korlátozást jelentettek, mivel voltak olyan érzékelők, amelyek az osztály számára nem voltak elérhetőek vagy nem vásárolhatók meg. Ezen felül át kellett esnünk a rázóvizsgálaton, hogy meghatározzuk a CubeSat stabilitását, és a súlyvizsgálaton, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy nem haladjuk meg az 1,3 kg -ot.

-Juan

1. lépés: Anyaglista

3D nyomtatott CubeSat- Miniatürizált műhold, amelynek mérete 10 cm x 10 cm x 10 cm, súlya nem haladhatja meg az 1,3 kg-ot. Ide helyezzük az összes vezetéket és érzékelőt, űrszondaként szolgál

Vezetékek- A Geiger számláló és az Arduino összekapcsolására és működtetésére szolgál

Arduino- A kód futtatására szolgál a Geiger számlálón

Geiger számláló- A radioaktív bomlás mérésére használják, ezen múlik az egész projektünk a radioaktivitás meghatározásához

Akkumulátorok- A Geiger számláló táplálására szolgál, amely a csatlakoztatást követően az Arduino-t táplálja

Micro sd Reader- A Geiger számlálóval összegyűjtött adatok gyűjtésére és rögzítésére szolgál

Csavarok- A CubeSat felső és alsó részének meghúzására szolgál, hogy ne törjön össze

Uránérc- Radioaktív anyag, amelyet a Geiger számláló használ a radioaktivitás meghatározására

Számítógép- Az Arduino-hoz használt kód megkeresésére/létrehozására szolgál

USB-kábel- Az Arduino számítógéphez való csatlakoztatására és a kód futtatására szolgál

2. lépés: A CubeSat építése

Az első dolog, amire szüksége lesz, a CubeSat.

(Ha részletes magyarázatot szeretne kapni arról, hogy mi a CubeSat a fizetéshez

A CubeSat tervezésekor két fő lehetősége van, építse meg sajátját bármilyen anyagból vagy 3D nyomtatással.

A csoportom úgy döntött, hogy 3D -ben kinyomtatja a CubeSat -ünket, így csak a "3D CubeSat" -t kellett megkeresnünk, és számos sablont találtunk, de úgy döntöttünk, hogy lekérjük a fájlt a NASA webhelyéről. Innen le kell töltenie a fájlt; akkor szüksége lesz egy flash meghajtóra, hogy kicsomagolja a fájlt, és betöltse egy 3D nyomtatóra.

Innentől kezdve csak menjen előre, és 3D nyomtatja ki a CubeSat -et, és folytassa a többi lépéssel.

A 3D CubeSat modell létrehozásakor rájöttünk, hogy az Arduino és a zsinórok nem férnek bele. Mindannyiunknak stratégiát kellett alkotnunk, és ki kellett találnunk, hogyan tegyünk bele mindent. El kellett forgatnunk, és fedőlapunkat felülre és alulra kell tenni. Ezt követően lyukakat kellett fúrnunk, és meg kellett csavarni a szögeket, és meg kell találnunk a megfelelő méretet. Miközben az összes Arduino -t, SD -kártyát és mindent belehelyeztünk, „túl sok” helyünk volt, ezért néhány buborékfóliát kellett hozzáadni amikor teszteltük, nem megy mindenhová, mert minden vezetékes és csatlakoztatott.

3. lépés: Vázolja fel tervét

Miután megszerezte az összes anyagot, vázlatot szeretne készíteni arról, hogyan fog kinézni.

Vannak, akik ezt a lépést hasznosabbnak tartják, mint mások, így lehet olyan részletgazdag vagy egyszerű, amennyire csak akarja, de jó, ha általános képet kapunk arról, hogyan fogunk mindent megszervezni.

Csoportunk személyesen arra használta, hogy ötleteljen, hogyan rendezzük el az érzékelőinket és az összes vezetéket, de onnan nem sok hasznot találtunk, mivel folyamatosan változtattunk a dolgokon, és így a vázlataink csak kiindulópontként szolgáltak, mivel nem nem igazán ragaszkodik hozzájuk.

Ha már van egy általános elképzelése arról, hogy minden hogyan fog kinézni, akkor lépjen a következő lépésre

4. lépés: Ismerje meg a Geiger számláló működését

Miután megkaptuk a Geiger számlálót, meg kellett tanulnunk, hogyan működik, mivel egyikünk sem használta még soha.

Az első dolog, amit megtudtunk, az, hogy a Geiger -számláló rendkívül érzékeny. A hátlapon lévő érzékelők rendkívül hangos zajt adnának, valamint maga a Geiger -cső, amikor hozzáérünk. Ha az ujjunkat a csövön tartanánk, akkor egy hosszú állandó sípolást hallanánk, és levennénk az ujjainkat, és a csövön lévő ujjaink időtartamának megfelelően sípolna.

Ezután banánnal teszteltük a Geiger számlálót. Rájöttünk, hogy minél közelebb van a radioaktív anyag a Geiger számlálóhoz, annál inkább ketyeg, és fordítva.

5. lépés: Eszközök/biztonsági gyakorlatok

1. Az első dolog, amire szükség van, egy CubeSat. Ehhez szüksége lesz egy 3D nyomtatóra és a kinyomtatandó fájlokra, vagy saját maga készíthet bármilyen anyagot, amelyről úgy érzi, hogy működik; ne feledje, a CubeSat mérete 10 cm x 10 cm x 10 cm (hagyja ki a 2. részt, ha sajátot épít)
2. Ezután lyukakat kell fúrnia a 3D nyomtatott CubeSat felső és alsó burkolatába, hogy csavarokat tegyen bele. Menjen előre, és csavarja le az alsó héjat (győződjön meg róla, hogy védőszemüveget visel, hogy a törmelék ne kerüljön a szemébe)
3. Szerezzen be néhány elemet, és tegye őket egy elemcsomagba, majd csatlakoztassa az elemeket a Geiger számlálóhoz, és a Geiger számlálót az Arduinohoz. Győződjön meg arról, hogy a Micro SD olvasó is be van kötve.
4. Kapcsolja be a Geiger számlálót, hogy megbizonyosodjon arról, hogy minden megfelelően működik. Tegyen mindent a CubeSat -ba.
5. Próbálja ki a CubeSat repülését, hogy megbizonyosodjon róla
6. Az adatok összegyűjtése után győződjön meg arról, hogy a CubeSat -ben semmi nem túlmelegszik. Ha van, azonnal húzza ki a konnektorból, és vizsgálja meg a problémát
7. Teszteljen mindent, hogy ellenőrizze, gyűjtenek -e adatokat
8. Feltétlenül mosson kezet, miután az adatgyűjtéshez használt uránnal foglalkozott

6. lépés: Az Arduino bekötése

Az egyetlen szükséges tápegység AA elem

Csatlakoztassa az elemeket egyenesen a Geiger számlálóhoz, majd kösse a VVC tüskét a kenyértábla pozitív oszlopához.

Futtasson egy másik vezetéket a kenyértábla ugyanazon oszlopán az Arduino 5V -os nyílásához. Ez fogja meghajtani az Arduino -t.

Ezután futtasson egy vezetéket az arduino 5V -os tűjéről az SD -kártya adapterhez.

Ezután kösse a VIN -t a geiger számlálón az Arduino analóg tűjéhez.

Ezután kösse a GND -t a kenyértáblán lévő negatív oszlophoz.

Csatlakoztassa a negatív oszlopot az Arduino GND -hez.

SD kártya Arduino -hoz:

Miso 11 -re megy

Miso 12 -re megy

Az SCK a 13 -ra megy

CS megy 4 -re

7. lépés: Kódolás

Az Arduino kódolásának legegyszerűbb módja az ArduinoCC alkalmazás letöltése, amely lehetővé teszi a kód írását és az Aduino -ba való feltöltését. Nagyon nehezen találtunk egy teljes kódot, amely működni fog. Szerencsére kódunk tartalmazza a CPM (kattintás percenként) és az SD -kártyán lévő adatok rögzítését.

Kód:

#befoglalni

#befoglalni

/ * * Geiger.ino * * Ez a kód kölcsönhatásba lép az Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE) Geiger számláló táblával

* és a leolvasott értékeket CPM -ben (percenkénti számlálás) jelenti. *

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

* Licenc: MIT License *

* Kérjük, szabadon használja a hozzárendeléssel. Köszönöm!

*

* * Szerkesztve ** */

#define LOG_PERIOD 5000 // A naplózási időszak ezredmásodpercben, ajánlott érték 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 // Maximum naplózási időszak

illékony előjel nélküli hosszú számok = 0; // GM Tube események

előjel nélküli hosszú cpm = 0; CPM

const unsigned int szorzó = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // CPM kiszámítása/tárolása

előjel nélküli hosszú előzőMillis; // Időmérés

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// Az események számát rögzíti a Geiger számláló táblák számából ++;

}

#befoglalni

File myFile;

void setup () {

pinMode (10, KIMENET);

SD.kezdet (4); // Nyissa meg a soros kommunikációt, és várja meg, amíg a port megnyílik:

Sorozat.kezdet (115200);

}

void loop () {// a beállítás után semmi sem történik

előjel nélküli hosszú áramMillis = millis ();

if (currentMillis - previousMillis> LOG_PERIOD) {

previousMillis = currentMillis;

cpm = számlál * szorzó;

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

if (myFile) {

Soros.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

számol = 0;

pinMode (pin, INPUT); // A pin beállítása bemenetre a GM Tube események megszakításainak rögzítéséhez (); // Megszakítások engedélyezése (ha korábban letiltották őket) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Külső megszakítások meghatározása

}

}

A kép az első általunk használt kód, amely hiányos volt, így ez volt az első problémánk a kódolással. Innentől kezdve nem igazán tudtunk folytatni a projektet, amíg tanáraink nem segítettek nekünk a kóddal. Ez a kód egy másik kódból származik, amely egyedül a Geiger számlálóval működött, de nem egyszer, amikor az SD kártyával párosították.

8. lépés: Tesztkód

Miután megkapta a kódot, menjen tovább, és tesztelje a kódot, hogy megbizonyosodjon arról, hogy tud adatokat gyűjteni.

Győződjön meg arról, hogy minden beállítás helyes, ezért ellenőrizze a portokat és a vezetékeket, hogy minden rendben van -e.

Miután mindent ellenőrizett, futtassa a kódot, és nézze meg a kapott adatokat.

Jegyezze fel az összegyűjtött sugárzás egységeit is, mivel ezek határozzák meg a ténylegesen kibocsátott sugárzást.

9. lépés: Tesztelje CubeSat készülékét

Miután kitalálta a kódolást és elvégezte az összes bekötést, a következő lépés az, hogy mindent behelyez a CubeSat -ba, és teszteli, hogy megbizonyosodjon arról, hogy semmi nem esik szét a végső tesztelés során.

Az első teszt, amelyet teljesítenie kell, a repülési teszt. Szerezzen be valamit, amire felakaszthatja a CubeSat -et, és forgassa el, hogy kipróbálja, elrepül -e vagy sem, és győződjön meg arról, hogy a megfelelő irányba forog.

Az első előzetes teszt elvégzése után két rázóvizsgálatot kell elvégeznie. Az első teszt azt a turbulenciát szimulálja, amelyet a CubeSat tapasztalna a földi légkörből való kilépéskor, a második rázópróba pedig az űrbeli turbulenciát.

Győződjön meg arról, hogy minden alkatrésze együtt maradt, és semmi nem esett szét.

10. lépés: Végső tesztelés és eredmények

A táblázatban gyűjtött adatok a geiger számlálótól különböző távolságban

Gyűjtési időközök 5 másodpercenként 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

A végső tesztelés előtt adatokat gyűjtöttünk a Geiger számláló bekapcsolásával és a radioaktív anyagok különböző távolságokra történő elhelyezésével. Minél magasabb ez a szám, annál közelebb volt a Geiger számláló a radioaktív anyaghoz.

A tényleges tesztelés során gyűjtött adatok

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

A tényleges tesztelésünk során a radioaktív anyag túl messze volt a Geiger -számlálótól ahhoz, hogy mérni is lehessen.

Mit jelentenek az adatok? Nos, a leolvasási táblázat segítségével megállapíthatjuk, hogy minél magasabb ez a szám, annál veszélyesebb a sugárzás az emberekre. Ekkor kiderülhet, hogy a percenkénti kattintás mSV -re változik, ami a sugárzás tényleges mértékegysége. Így a kísérletünk alapján a Mars tökéletesen megmentheti az embereket!

Sajnos a valóság gyakran csalódást okoz. A Mars sugárzása valójában 300 mSv, ami 15 -ször magasabb, mint amit egy atomerőművi munkavállaló évente kitesz.

Repülésünk egyéb adatai a következők:

Fc: 3.101 Newton

Ac: 8,072 m/s^2

V: 2,107 m/s

m: 38416 kg

P: 1,64 másodperc

F: 0,609 Hz

11. lépés: Problémák/tippek/források

A fő probléma az volt, hogy megtaláltuk a Geiger és az SD -kártya számára működő kódot, így ha ugyanaz a problémája van, bátran használja a kódunkat. Egy másik lehetőség az, ha felkeresi az Arduino fórumokat, és ott segítséget kér (készen áll a fizetésre, mivel észrevettük, hogy az emberek kevésbé valószínű, hogy segítenek, ha nincs kártérítés).

Egy dolgot tanácsolunk másoknak, hogy próbáljunk megtalálni a módját annak, hogy a Geiger -számláló a lehető legközelebb legyen a sugárzáshoz, hogy több hitelesített adatot szerezhessünk.

Íme a források, amelyekkel konzultáltunk minden érdeklődő számára:

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

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

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