CubeSat -kiihtyvyysmittarin opetusohjelma: 6 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Cubesat on eräänlainen pienikokoinen satelliitti avaruustutkimusta varten, joka koostuu 10x10x10 cm kuutiometrin yksiköistä ja jonka massa on enintään 1,33 kg yksikköä kohti. Cubesats mahdollistaa suuren määrän satelliittien lähettämistä avaruuteen ja antaa omistajalle mahdollisuuden hallita konetta riippumatta siitä, missä päin maailmaa ne ovat. Cubesats on myös edullisempi kuin mikään muu nykyinen prototyyppi. Lopulta kuutiot helpottavat upottamista avaruuteen ja levittävät tietoa siitä, miltä planeettamme ja maailmankaikkeutemme näyttää.

Arduino on alusta tai tietokone, jota käytetään elektroniikkaprojektien rakentamiseen. Arduino koostuu sekä ohjelmoitavasta piirilevystä että tietokoneessa toimivasta ohjelmistosta, jota käytetään tietokoneen koodin kirjoittamiseen ja lataamiseen.

Tätä projektia varten tiimimme sai valita minkä tahansa anturin, jonka halusimme havaita tietyn Marsin rakenteen. Päätimme käyttää kiihtyvyysmittaria tai sähkömekaanista laitetta, jota käytetään kiihtyvyysvoimien mittaamiseen.

Jotta kaikki nämä laitteet toimisivat yhdessä, meidän piti kiinnittää kiihtyvyysmittari Arduinon leipälevyyn ja kiinnittää molemmat kuution sisäpuolelle ja varmistaa, että se kestää lentosimulaation ja ravistustestin. Tämä opettavainen kattaa, miten saimme tämän aikaan, ja tiedot, jotka olemme keränneet Arduinolta.

Vaihe 1: Aseta tavoitteet (Alex)

Päätavoitteemme tässä projektissa oli käyttää CubeSatiin sijoitettua kiihtyvyysmittaria (älä huoli, selitämme myöhemmin), mitataksemme Marsin painovoiman aiheuttamaa kiihtyvyyttä. Meidän oli rakennettava CubeSat ja testattava sen kestävyys monin tavoin. Tavoitteiden asettamisen ja suunnittelun vaikein osa oli ymmärtää, miten Arduino ja kiihtyvyysanturi sisällytetään CubeSatiin turvallisella tavalla. Tätä varten meidän oli keksittävä hyvä CubeSat -muotoilu, varmistettava, että se oli 10x10x10 cm ja että se painoi alle 1,3 kiloa.

Päätimme, että Legot osoittautuisivat itse asiassa kestäviksi ja helppokäyttöisiksi. Legot olivat myös jotain, mitä joku voisi jo saada, sen sijaan, että kuluttaisimme rahaa mihin tahansa rakennusmateriaaliin. Onneksi suunnitteluprosessi ei kestänyt kovin kauan, kuten näet seuraavassa vaiheessa.

Vaihe 2: Suunnittele Cubesat

Tässä erityisessä kuutioissa käytimme legoja niiden rakentamisen, kiinnityksen ja kestävyyden helpottamiseksi. Kuution istuimen on oltava 10x10x10 cm ja sen paino on alle 1,33 kg per U. Legojen avulla on helppo saada tarkka 10x10x10 cm, kun käytetään kahta Lego -pohjaa kuution lattialle ja kannelle. Saatat joutua sahaamaan Lego -tukikohdat saadaksesi ne juuri sellaisina kuin haluat. Cubesatin sisällä sinulla on arduino, leipälauta, akku ja SD -kortin pidike kiinnitetty seiniin haluamallasi liimalla. Käytimme teippiä varmistaaksemme, etteivät palaset irtoa sisältä. Kiinnitämme kuutioradan kiertoradalle käytimme narua, kuminauhoja ja vetoketjua. Kuminauhat on käärittävä kuution ympärille ikään kuin nauha kääritty lahjan ympärille. Nauha sidotaan sitten kannen kuminauhan keskelle. Sitten merkkijono kierretään vetoketjun läpi, joka kiinnitetään sitten kiertoradalle.

Vaihe 3: Rakenna Arduino

Tämän CubeSatin tavoitteemme, kuten aiemmin sanottiin, oli määrittää Marsin painovoiman aiheuttama kiihtyvyys kiihtyvyysmittarilla. Kiihtyvyysmittarit ovat integroituja piirejä tai moduuleja, joita käytetään mittaamaan kohteen kiihtyvyyttä, johon ne on kiinnitetty. Tässä projektissa opin koodauksen ja johdotuksen perusteet. Käytin mpu 6050: tä, jota käytetään sähkömekaanisena laitteena, joka mittaa kiihtyvyysvoimia. Tunnistamalla dynaamisen kiihtyvyyden määrän voit analysoida laitteen liikettä X-, Y- ja Z -akselilla. Toisin sanoen voit kertoa, liikkuuko se ylös ja alas vai puolelta toiselle; kiihtyvyysmittari ja jokin koodi voivat helposti antaa sinulle tiedot näiden tietojen määrittämiseksi. Mitä herkempi anturi, sitä tarkemmat ja yksityiskohtaisemmat tiedot ovat. Tämä tarkoittaa, että tietylle kiihtyvyyden muutokselle tulee suurempi muutos signaalissa.

Minun oli johdotettava arduino, joka oli jo kytketty kiihtyvyysmittariin, SD -kortin pidikkeeseen, joka tallentaa lentotestin aikana saadut tiedot, jotta voimme ladata sen tietokoneelle. Tällä tavalla voimme tarkastella X-, Y- ja Z -akselin mittauksia nähdäksesi missä kuutio on ilmassa. ou voi nähdä liitteenä olevista kuvista, miten johdotat arduinon kiihtyvyysanturiin ja leipälautaan.

Vaihe 4: Lento- ja tärinätestit (Alex)

Varmistaaksemme kuution istuvuuden kestävyyden, meidän oli suoritettava se testeillä, jotka simuloivat ympäristöä, jonka läpi se läpäistiin, avaruudessa.. Meidän piti kytkeä arduino laitteeseen, jota kutsutaan kiertäjäksi, ja simuloida sen lentotietä punaisen planeetan ympäri. Kokeilimme useita tapoja kiinnittää kuution istuin, mutta lopulta pystyimme asettumaan kaksinkertaiseen kuminauhaan, joka oli kääritty kuution satiin. Sitten kuminauhoihin kiinnitettiin naru.

Lentotesti ei onnistunut heti, sillä ensimmäisellä yrityksellämme osa nauhasta alkoi irrota. Vaihdoimme sitten mallit edellisessä kappaleessa mainittuun kuminauhavaihtoehtoon. Vaikka toisella yrityksellämme saimme pennun lentää vaaditulla nopeudella 30 sekunnin ajan ilman mitään ongelmia.

Seuraava testi oli värähtelytesti, joka simuloi löyhästi kuutiota, joka kulki planeetan ilmakehän läpi. Meidän piti laittaa kuutio istumaan värähtelypöydälle ja lisätä tehoa tietyssä määrin. Kuution istui sitten piti olla kosketuksessa vähintään 30 sekuntia tällä tehotasolla. Onneksi pystyimme läpäisemään testin kaikki näkökohdat ensimmäisellä yrityksellämme. Jäljelle jäi vain lopullinen tiedonkeruu ja testit.

Vaihe 5: Tietojen tulkinta

Lopullisen testin jälkeen saamiemme tietojen avulla voit nähdä, missä kuutio kulki X-, Y- ja Z -akselilla, ja määrittää kiihtyvyys jakamalla siirtymäsi aikaan. Tämä antaa sinulle keskimääräisen nopeuden. Nyt niin kauan kuin kohde kiihtyy tasaisesti, sinun on vain kerrottava keskimääräinen nopeus kahdella saadaksesi lopullisen nopeuden. Kiihtyvyyden löytämiseksi otat lopullisen nopeuden ja jaat sen aikaan.

Vaihe 6: Johtopäätös

Projektimme perimmäinen tavoite oli määrittää painovoiman kiihtyvyys Marsin ympärillä. Arduinolla kerättyjen tietojen avulla voidaan määrittää, että Marsin kiertävä painovoimakiihtyvyys pysyy vakiona. Lisäksi Marsin ympäri matkustettaessa kiertoradan suunta muuttuu jatkuvasti.

Kaiken kaikkiaan tiimimme suurimmat otteet olivat kasvumme sujuvassa koodin lukemisessa ja kirjoittamisessa, ymmärrys uudesta tekniikasta avaruustutkimuksen kärjessä ja tuntemuksemme Arduinon sisäisestä toiminnasta ja monista käyttötarkoituksista.

Toiseksi, koko projektimme ajan tiimimme ei vain oppinut edellä mainittuja tekniikan ja fysiikan käsitteitä, vaan myös projektinhallintataitoja. Jotkut näistä taidoista sisältävät määräaikojen noudattamisen, suunnittelun valvontaan ja odottamattomiin ongelmiin sopeutumisen sekä päivittäisten stand -up -kokousten järjestämisen, jotta ryhmämme on vastuussa ja puolestaan pitää kaikki oikealla tiellä tavoitteidemme saavuttamiseksi.

Yhteenvetona voidaan todeta, että tiimimme täytti kaikki testaus- ja datavaatimukset sekä oppi korvaamattomia fysiikan ja tiiminhallintataitoja, joita voimme viedä tulevaisuudessa kouluun ja mihin tahansa ryhmätyöskentelyyn.