Kako zgraditi CubeSat s senzorjem števcev Arduino in Geiger: 11 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Ste se kdaj vprašali, ali je Mars radioaktiven? In če je radioaktivno, ali so ravni sevanja dovolj visoke, da bi jih lahko šteli za škodljive za ljudi? To so vsa vprašanja, za katera upamo, da bo naš CubeSat z Arduino Geiger Counterjem odgovoril.

Sevanje merimo v sievertih, ki količinsko opredelijo količino sevanja, ki ga absorbirajo človeška tkiva, vendar zaradi njihove velike velikosti običajno merimo v milisievertih (mSV). 100 mSV je najnižji letni odmerek, pri katerem je očitno povečanje tveganja za nastanek raka, en sam odmerek 10 000 mSV pa je v nekaj tednih usoden. Upamo, da bomo na radioaktivni lestvici ugotovili, kje bo ta simulacija pristala na Marsu.

Naš razred fizike se je začel s preučevanjem sil letenja v prvem četrtletju skozi laboratorij, v katerem smo oblikovali lastno letalo in ga nato ustvarili iz plošč iz stiropora. Nato bi nadaljevali z izstrelitvijo, da bi preizkusili vlečenje, dvig, potisk in težo letala. Po prvem nizu podatkov bi nato spremenili ravnino, da bi poskušali doseči čim daljšo razdaljo.

V drugem četrtletju smo se osredotočili na izdelavo vodne rakete za nadaljnje opazovanje in preizkušanje konceptov, ki smo se jih naučili v prvem četrtletju. Za ta projekt smo uporabili 2L steklenice in druge materiale za izdelavo naše rakete. Ko smo bili pripravljeni na izstrelitev, smo steklenice napolnili z vodo, šli ven, postavili raketo na izstrelitveno ploščad, pritisnili vodo in jo sprostili. Cilj je bil izstreliti raketo čim dlje v navpični smeri in jo varno spustiti.

Naš tretji zadnji "veliki" projekt je bil izdelava CubeSat, ki bi Arduino in senzor varno prenašal v naš razredni model Marsa. Glavni cilj tega projekta je bil ugotoviti količino radioaktivnosti na Marsu in ugotoviti, ali je škodljiva za ljudi. Nekateri drugi stranski cilji so bili ustvariti CubeSat, ki bi zdržal preskus tresenja in bi lahko vanj vgradil vse potrebne materiale. Stranski cilji gredo z roko v roki z omejitvami. Omejitve, ki smo jih imeli pri tem projektu, so bile dimenzije CubeSat -a, njegova teža in material, iz katerega je izdelan. Druge omejitve, ki niso povezane s CubeSatom, so bile čas, ki smo ga potrebovali za 3D -tiskanje, saj smo imeli za izvedbo le en dan; senzorji, ki smo jih uporabili, so bili tudi omejitev, saj so bili senzorji, ki jih razred ni imel na voljo ali jih ni mogel kupiti. Poleg tega smo morali opraviti test tresenja, da smo ugotovili stabilnost CubeSat, in test teže, da ne bi presegli 1,3 kg.

-Juan

1. korak: Seznam materialov

3D natisnjen CubeSat- miniaturni satelit, ki ima dimenzije 10 cm x 10 cm x 10 cm in ne more tehtati več kot 1,3 kg. Tu polagamo vse svoje žice in senzorje, ki služijo kot vesoljska sonda

Žice- Uporabljajo se za povezovanje Geigerjevega števca in Arduina med seboj in njihovo delovanje

Arduino- Uporablja se za izvajanje kode na Geigerjevem števcu

Geigerjev števec- uporablja se za merjenje radioaktivnega razpada, od česar je odvisen naš celoten projekt za določanje radioaktivnosti

Baterije- Uporabljajo se za napajanje Geigerjevega števca, ki bo napajal Arduino, ko bo priključen

Micro sd bralnik- Uporablja se za zbiranje in snemanje podatkov, zbranih z Geigerjevim števcem

Vijaki- Uporabljajo se za privijanje zgornjega in spodnjega dela CubeSat-a, da se ne pokvari

Uranova ruda- radioaktivni material, ki ga Geigerjev števec uporablja za določanje radioaktivnosti

Računalnik- uporablja se za iskanje/ustvarjanje kode, ki jo boste uporabili za Arduino

USB kabel- Uporablja se za povezavo vašega Arduina z računalnikom in zagon kode

2. korak: Zgradite svoj CubeSat

Prva stvar, ki jo boste potrebovali, je vaš CubeSat.

(Če želite podrobno razlago, kaj je CubeSat plačilo

Ko oblikujete svoj CubeSat, imate dve glavni možnosti, in sicer sami, iz materiala, ki ga imate, ali 3D tiskanje.

Moja skupina se je odločila, da bo 3D natisnila naš CubeSat, zato smo morali poiskati "3D CubeSat" in našli smo več predlog, vendar smo se odločili, da datoteko vzamemo s spletnega mesta NASA. Od tam boste morali prenesti datoteko; potem boste potrebovali bliskovni pogon, da datoteko razpakirate in naložite na 3D -tiskalnik.

Od tam naprej samo natisnite 3D CubeSat in nadaljujte s preostalimi koraki.

Ko smo ustvarjali naš model 3D CubeSat, smo ugotovili, da naš Arduino in vrvice ne bodo pristali v njem. Vsi smo morali ustvariti strategijo in ugotoviti, kako vse postaviti vase. Morali smo zasukati in postaviti pokrov navzgor in spodaj navzgor. Nato smo morali izvrtati luknje in priviti žeblje ter najti ustrezno velikost. Medtem ko smo vanj vložili ves Arduino, kartico SD in vse, smo imeli "preveč" prostora, zato smo morali v notranjost dodati nekaj mehurčkov ko smo testirali, ne bi šlo povsod, ker je bilo vse ožičeno in povezano.

3. korak: Skicirajte svojo zasnovo

Ko boste zbrali vse materiale, boste želeli narediti skico, kako bo izgledala vaša zasnova.

Nekaterim je ta korak bolj koristen od drugih, zato je lahko tako podroben ali tako preprost, kot želite, vendar je dobro, da dobite splošno predstavo o tem, kako boste vse organizirali.

Naša skupina ga je osebno uporabila za nekakšen možganski vihar, kako bomo organizirali svoje senzorje in vse žice, vendar od tam nismo našli veliko koristi, saj smo nenehno spreminjali stvari, zato so naše skice služile le kot izhodišče, odkar nismo se jim res ne držim.

Ko imate splošno predstavo o tem, kako bo vse izgledalo, lahko preidete na naslednji korak

4. korak: Naučite se, kako deluje Geigerjev števec

Ko smo dobili Geigerjev števec, smo se morali naučiti, kako deluje, saj ga nihče od nas nikoli ni uporabljal.

Najprej smo se naučili, da je Geigerjev števec zelo občutljiv. Senzorji na zadnji strani bi povzročali izredno glasen zvok, pa tudi sama Geigerjeva cev, kadar koli bi se je dotaknili. Če bi držali prst na cevi, bi se oglasil en dolg stalen pisk, mi bi odstranili in vklopili prste in piskal bi glede na trajanje prstov na cevi.

Nato smo testirali Geigerjev števec z uporabo banan. Spoznali smo, da bolj ko je radioaktivni material bližje Geigerjevemu števcu, bolj se bo tikal in obratno.

5. korak: Orodja/varnostne prakse

1. Prva stvar, ki jo potrebujete, je CubeSat. Če želite to narediti, boste potrebovali 3D tiskalnik in datoteke za tiskanje ali pa si sami ustvarili materiale, za katere menite, da bodo delovali; ne pozabite, da mora biti CubeSat 10 cm x 10 cm x 10 cm (preskočite 2. del, če gradite svojega)
2. Nato morate izvrtati luknje v zgornji in spodnji lupini 3D natisnjenega CubeSat -a, da vanj vstavite vijake. Pojdite naprej in privijte spodnjo lupino (Prepričajte se, da nosite očala, da preprečite, da bi vam umazanija prišla v oči)
3. Vzemite nekaj baterij in jih vstavite v komplet baterij, nato priključite baterije na Geigerjev števec in priključite Geigerjev števec na Arduino. Prepričajte se, da je priključen tudi bralnik Micro SD.
4. Vklopite Geigerjev števec in se prepričajte, da vse deluje pravilno. Vse postavite v CubeSat.
5. Preizkusite let svojega CubeSat, da se prepričate
6. Po zbiranju podatkov se prepričajte, da se nič v CubeSat ne pregreva. Če obstaja, ga takoj odklopite in ocenite težavo
7. Preizkusite vse, da preverite, ali se podatki zbirajo
8. Po ravnanju z uranom, ki se uporablja za zbiranje podatkov, si umijte roke

Korak 6: Ožičenje Arduina

Edino potrebno napajanje so baterije AA

Baterije priključite naravnost na Geigerjev števec, nato priključite pin VVC na pozitivni stolpec na plošči.

Potegnite še eno žico na istem stolpcu na plošči do reže 5V na Arduinu. To bo napajalo Arduino.

Nato napeljite žico od 5V zatiča na arduinu do adapterja za kartico SD.

Nato priključite VIN na gejgerjevem števcu na analogni pin na Arduinu.

Po tem priključite GND na negativni stolpec na plošči.

Negativni stolpec povežite z GND na Arduinu.

Kartica SD za Arduino:

Miso gre na 11

Miso gre na 12

SCK gre na 13

CS gre na 4

7. korak: Kodiranje

Najlažji način za kodiranje Arduina je prenos aplikacije ArduinoCC, ki vam omogoča, da napišete kodo in jo naložite v Aduino. Zelo težko smo našli popolno kodo, ki bi delovala. Na vašo srečo naša koda vključuje beleženje CPM -ja (klikov na minuto) in podatkov na kartici SD.

Koda:

#vključi

#vključi

/ * * Geiger.ino * * Ta koda je v interakciji s ploščo za števec Geiger Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE)

* in poroča o odčitkih v CPM (šteje na minuto). *

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

* Licenca: Licenca MIT *

* Prosimo, da prosto uporabljate pripisovanje. Hvala vam!

*

* * Urejeno ** */

#define LOG_PERIOD 5000 // Obdobje beleženja v milisekundah, priporočena vrednost 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 // Najdaljše obdobje beleženja

hlapna nepodpisana dolga števila = 0; // Dogodki GM Tube

nepodpisani dolgi cpm = 0; // CPM

množitelj brez podpisa int = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Izračuna/shrani CPM

nepodpisani dolgi prejšnjiMillis; // Merjenje časa

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// zajema štetje dogodkov z Geigerjevega števca ++;

}

#vključi

Datoteka myFile;

void setup () {

pinMode (10, OUTPUT);

SD.začetek (4); // Odprite serijsko komunikacijo in počakajte, da se vrata odprejo:

Serial.begin (115200);

}

void loop () {// po nastavitvi se nič ne zgodi

nepodpisani dolgi tokMillis = millis ();

if (currentMillis - previousMillis> LOG_PERIOD) {

previousMillis = trenutniMillis;

cpm = šteje * množitelj;

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

if (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

šteje = 0;

pinMode (pin, INPUT); // Nastavi pin na vhod za zajem prekinitev dogodkov GM Tube (); // Omogoči prekinitve (če so bile prej onemogočene) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Določimo zunanje prekinitve

}

}

Slika, ki jo imamo, je prva koda, ki smo jo uporabili, ki je bila nepopolna, zato je bila to prva naša težava s kodiranjem. Od takrat naprej nismo mogli nadaljevati s projektom, dokler nam učitelji niso pomagali pri kodi. Ta koda je izpeljana iz druge kode, ki je delovala samo z Geigerjevim števcem, vendar ne enkrat, ko je bila seznanjena s kartico SD.

8. korak: Preskusna koda

Ko imate kodo, nadaljujte in preizkusite kodo, da se prepričate, ali lahko zbirate podatke.

Prepričajte se, da so vse nastavitve pravilne, zato preverite, ali so vrata in žice pravilni.

Ko vse preverite, zaženite kodo in si oglejte podatke, ki jih dobite.

Upoštevajte tudi enote sevanja, ki jih zbirate, saj bodo določile dejansko sevanje, ki se oddaja.

9. korak: Preizkusite svoj CubeSat

Ko ugotovite kodiranje in opravite vse napeljave, je naslednji korak, da vse namestite v CubeSat in ga preizkusite, da se prepričate, da pri zadnjem testiranju ne bo nič padlo.

Prvi test, ki ga boste morali opraviti, je test leta. Vzemite nekaj, na kar boste obesili svoj CubeSat in ga zavrteli, da preizkusite, ali bo odletel ali ne, in se prepričajte, da se vrti v pravo smer.

Ko končate prvi predhodni test, morate opraviti dva testa pretresanja. Prvi test bo simuliral turbulenco, ki bi jo CubeSat doživel pri izstopu iz zemeljske atmosfere, drugi test tresenja pa bi simuliral turbulenco v vesolju.

Poskrbite, da bodo vsi deli ostali skupaj in da se nič ne razpade.

10. korak: Končno testiranje in rezultati

Podatki, zbrani na mizi na različnih razdaljah od geigerjevega števca

Intervali zbiranja pri 5 sekundah 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Pred zadnjim testiranjem smo zbirali podatke tako, da smo vklopili Geigerjev števec in postavili radioaktivni material na različne razdalje. Višja kot je bila številka, bližje je bil Geigerjev števec radioaktivnemu materialu.

Podatki, zbrani med dejanskim testiranjem

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

Za naše dejansko testiranje se je izkazalo, da je radioaktivni material predaleč od Geigerjevega števca, da bi ga sploh lahko meril.

Kaj pomenijo podatki? S pomočjo grafikona odčitkov lahko ugotovimo, da je večje število, bolj nevarno je sevanje za ljudi. Nato lahko izklopite klik na minuto v mSV, ki so dejanske enote sevanja. In tako je na podlagi našega poskusa Mars popolnoma rešen ljudem!

Na žalost je resničnost pogosto razočaranje. Marsovo sevanje je pravzaprav 300 mSv, kar je 15x višje od tistega, kar letno izpostavimo delavca v jedrski elektrarni.

Drugi podatki za naš let vključujejo:

Fc: 3.101 Newtonov

Ac: 8,072 m/s^2

V: 2,107 m/s

m: 0, 38416 kg

P: 1,64 sekunde

F: 0,609 Hz

11. korak: Težave/Nasveti/Viri

Največja težava, ki smo jo imeli, je bila iskanje kode, ki bi delovala za Geiger in kartico SD, zato če imate iste težave, uporabite našo kodo kot osnovo. Druga možnost bi bila, da obiščete forume Arduino in tam zaprosite za pomoč (vendar bodite pripravljeni plačati, saj smo opazili, da bodo ljudje manj verjetno pomagali, če ni odškodnine).

Ena stvar, ki bi jo svetovali drugim, je, da poskušajo najti način, da bo Geigerjev števec čim bližje sevanju, da bi lahko dobili več potrjenih podatkov.

Tu so viri, s katerimi smo se posvetovali za vse zainteresirane:

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

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

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