CubeSatin rakentaminen Arduinon ja Geigerin laskurianturilla: 11 vaihetta

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

Oletko koskaan miettinyt, onko Mars radioaktiivinen vai ei? Ja jos se on radioaktiivista, ovatko säteilytasot riittävän korkeita, jotta niitä voidaan pitää haitallisina ihmisille? Nämä ovat kaikki kysymykset, joihin toivomme voivamme vastata CubeSatin ja Arduino Geiger -laskurin avulla.

Säteily mitataan sievertteissä, mikä ilmaisee ihmisen kudosten absorboiman säteilyn määrän, mutta niiden valtavan koon vuoksi mittaamme yleensä millisievertteinä (mSV). 100 mSV on pienin vuotuinen annos, jolla syöpäriskin lisääntyminen on ilmeinen, ja yksi 10 000 mSV: n annos on hengenvaarallinen viikkojen kuluessa. Toivomme, että määritämme, missä tämä simulaatio laskeutuu Marsiin radioaktiivisessa mittakaavassa.

Fysiikan oppituntimme alkoi tutkimalla lentovoimia ensimmäisen vuosineljänneksen aikana laboratoriossa, jossa suunnittelimme oman lentokoneemme ja loimme sen sitten styroksilevyistä. Jatkoimme sitten laukaisua testataksemme koneen vetovoimaa, nostoa, työntövoimaa ja painoa. Ensimmäisen tietojoukon jälkeen tekisimme sitten koneeseen muutoksia yrittääksemme päästä mahdollisimman pitkälle.

Sitten toisella neljänneksellä keskityimme vesiraketin rakentamiseen, jotta voisimme edelleen tarkkailla ja testata ensimmäisen vuosineljänneksen aikana opittuja käsitteitä. Tässä projektissa käytimme 2L pulloja ja muita materiaaleja rakettimme rakentamiseen. Kun olimme valmiita laukaisuun, täytimme pullot vedellä, menimme ulos, asetimme raketin laukaisualustalle, paineistimme vettä ja vapautimme. Tavoitteena oli laukaista raketti mahdollisimman kauas pystysuunnassa ja saada se turvallisesti alas.

Kolmas viimeinen”suuri” projektimme oli CubeSatin rakentaminen, joka kantaisi Arduinon ja anturin turvallisesti Marsin luokkahuoneemme malliin. Tämän projektin päätavoite oli määrittää Marsin radioaktiivisuuden määrä ja määrittää, onko se haitallista ihmisille. Muita sivutavoitteita oli luoda CubeSat, joka kestäisi tärinätestin ja mahtuisi kaikkiin tarvittaviin materiaaleihin sen sisällä. Sivutavoitteet kulkevat käsi kädessä rajoitusten kanssa. Tämän hankkeen rajoitteet olivat CubeSatin mitat, sen paino ja materiaali, josta se on rakennettu. Muita rajoituksia, jotka eivät liittyneet CubeSatiin, olivat 3D -tulostukseen kuluva aika, koska meillä oli vain yksi päivä aikaa tehdä se; käyttämämme anturit olivat myös rajoite, koska oli antureita, joita luokalla ei ollut saatavilla tai joita ei voitu ostaa. Tämän lisäksi meidän oli läpäistä ravistustesti CubeSatin vakauden määrittämiseksi ja painotesti varmistaaksemme, että emme ylittäneet 1,3 kg.

-Juan

Vaihe 1: Materiaaliluettelo

3D-tulostettu CubeSat- pienoiskoossa satelliitti, jonka mitat ovat 10 cm x 10 cm x 10 cm ja joka ei voi painaa yli 1,3 kg. Tähän laitamme kaikki johdot ja anturit, toimii avaruusanturina

Johdot- käytetään Geiger-laskurin ja Arduinon yhdistämiseen toisiinsa ja niiden toimimiseksi

Arduino- Käytetään koodin suorittamiseen Geiger-laskurissa

Geiger-laskuri- käytetään radioaktiivisen hajoamisen mittaamiseen, tästä koko projektimme riippuu radioaktiivisuuden määrittämisestä

Akut- käytetään Geiger-laskurin virtalähteeseen, joka käyttää Arduinoa, kun se on kytketty

Micro sd Reader- Käytetään Geiger-laskurilla kerättyjen tietojen keräämiseen ja tallentamiseen

Ruuvit- käytetään kiristämään CubeSatin ylä- ja alaosaa, jotta se ei hajoa

Uraanimalmi- Radioaktiivinen materiaali, jota Geiger-laskuri käyttää radioaktiivisuuden määrittämiseen

Tietokone- käytetään löytämään/luomaan Arduinolle käytettävä koodi

USB-johto- käytetään Arduinon liittämiseen tietokoneeseen ja koodin suorittamiseen

Vaihe 2: Rakenna CubeSat

Ensimmäinen asia, jonka tarvitset, on CubeSat.

(Jos haluat yksityiskohtaisen selityksen siitä, mikä CubeSat on kassalle

Kun suunnittelet CubeSat -laitettasi, sinulla on kaksi päävaihtoehtoa, rakenna omasi mistä tahansa materiaalista tai 3D -tulostus.

Ryhmäni päätti tulostaa CubeSatin 3D -muodossa, joten meidän piti vain etsiä "3D CubeSat" ja löysimme useita malleja, mutta päätimme hakea tiedoston NASAn verkkosivustolta. Sieltä sinun on ladattava tiedosto; Sitten tarvitset flash -aseman tiedoston purkamiseen ja lataamiseen 3D -tulostimeen.

Sieltä siirry eteenpäin ja tulosta 3D -CubeSat jatkaaksesi muita vaiheita.

Luodessamme 3D CubeSat -malliamme huomasimme, että Arduino ja johdot eivät mahdu sen sisälle. Meidän kaikkien oli luotava strategia ja mietittävä, kuinka laittaa kaikki sisälle. Meidän piti kiertää ja laittaa kansi ylhäältä ja alhaalta kuvapuoli ylöspäin. Sen jälkeen meidän piti porata reikiä ja pystyä ruuvaamaan naulat ja löytää hyvä koko. Kun asetimme kaiken Arduinon, SD -kortin ja kaiken siihen, meillä oli "liikaa" tilaa, joten meidän piti lisätä kuplapäällysteitä sisälle kun testasimme, se ei menisi kaikkialle, koska se oli johdotettu ja kytketty.

Vaihe 3: Piirrä suunnittelu

Kun olet saanut kaikki materiaalisi, haluat tehdä luonnoksen siitä, miltä suunnittelusi näyttää.

Jotkut pitävät tätä vaihetta hyödyllisempänä kuin toiset, joten se voi olla niin yksityiskohtainen tai selkeä kuin haluat, mutta on hyvä saada yleiskuva siitä, miten aiot järjestää kaiken.

Ryhmämme käytti sitä henkilökohtaisesti aivoriiheksi, miten järjestäisimme anturit ja kaikki johdot, mutta sieltä emme löytäneet sille paljon hyötyä, koska muutimme jatkuvasti asioita, joten luonnoksemme toimivat vain lähtökohtana, koska emme älä todellakaan pidä niistä kiinni.

Kun sinulla on yleinen käsitys siitä, miltä kaikki näyttää, voit siirtyä seuraavaan vaiheeseen

Vaihe 4: Opi kuinka Geiger -laskuri toimii

Kun saimme Geiger -laskurin meille, meidän piti oppia, miten se toimi, koska kukaan meistä ei ollut koskaan käyttänyt sitä.

Ensimmäinen asia, jonka opimme, on, että Geiger -laskuri on erittäin herkkä. Takaosan anturit tekisivät erittäin kovaa ääntä sekä itse Geiger -putki aina, kun kosketimme. Jos pidämme sormemme putkessa, siitä kuuluu yksi pitkä jatkuva piippaus ja otamme sormemme pois ja päälle ja se piippaa sormemme keston mukaan putkessa.

Sitten testasimme Geiger -laskuria banaaneilla. Huomasimme, että mitä lähempänä radioaktiivista materiaalia oli Geiger-laskuria, sitä enemmän se tikitti ja päinvastoin.

Vaihe 5: Työkalut/turvallisuuskäytännöt

1. Ensimmäinen asia, joka tarvitaan, on CubeSat. Tätä varten tarvitset 3D -tulostimen ja tulostettavat tiedostot, tai voit rakentaa omasi käyttämällä mitä tahansa materiaalia, jonka uskot toimivan. Muista, että CubeSatin koko on 10 cm x 10 cm x 10 cm (ohita osa 2, jos rakennat omaa)
2. Seuraavaksi sinun on porattava reikiä 3D -painetun CubeSatin ylä- ja alakuoriin ruuvien kiinnittämiseksi. Mene eteenpäin ja ruuvaa pohjakuori (Varmista, että käytät suojalaseja, jotta roskia ei pääse silmiin)
3. Ota paristot ja laita ne akkuun, kytke sitten paristot Geiger -laskuriin ja Geiger -laskuri Arduinoon. Varmista, että myös Micro SD -lukija on kytketty.
4. Kytke Geiger -laskuri päälle varmistaaksesi, että kaikki toimii oikein. Laita kaikki CubeSatin sisälle.
5. Testaa CubeSat -lentosi varmistaaksesi
6. Varmista tietojen keräämisen jälkeen, ettei mikään CubeSat -laitteessa ylikuumene. Jos on, irrota se heti pistorasiasta ja selvitä ongelma
7. Testaa kaikki ja tarkista, kerätäänkö tietoja
8. Muista pestä kätesi, kun olet käsitellyt tietojen keräämiseen käytettyä uraania

Vaihe 6: Arduinon kytkentä

Ainoa tarvittava virtalähde on AA -paristot

Liitä paristot suoraan Geiger -laskuriin ja kytke sitten VVC -nasta leipälevyn positiiviseen sarakkeeseen.

Vedä toinen johto leipälaudan samassa sarakkeessa Arduinon 5 V: n paikkaan. Tämä saa voiman Arduinolle.

Vedä sitten johto arduinon 5 V: n nastasta SD -korttisovittimeen.

Kytke seuraavaksi Geiger -laskurin VIN -tunnus Arduinon analogiseen nastaan.

Kytke sitten GND johdotuslevyn negatiiviseen sarakkeeseen.

Kytke negatiivinen sarake Arduinon GND: hen.

SD -kortti Arduinolle:

Miso menee 11

Miso menee 12

SCK menee kohtaan 13

CS menee kohtaan 4

Vaihe 7: Koodaus

Helpoin tapa koodata Arduino on ladata ArduinoCC -sovellus, jonka avulla voit kirjoittaa koodin ja ladata sen Aduinoon. Meillä oli erittäin vaikea löytää täydellinen koodi, joka toimisi. Onneksi koodimme sisältää tuhannen näyttökerran hinnan (napsautukset minuutissa) ja SD -kortille tallennettujen tietojen tallentamisen.

Koodi:

#sisältää

#sisältää

/ * * Geiger.ino * * Tämä koodi on vuorovaikutuksessa Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE) Geiger -laskentalevyn kanssa

* ja raportoi lukemat tuhannen näyttökerran hinnan (minuutit) perusteella. *

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

* Lisenssi: MIT -lisenssi *

* Käytä vapaasti attribuutiolla. Kiitos!

*

* * Muokattu ** */

#define LOG_PERIOD 5000 // Kirjautumisaika millisekunteina, suositusarvo 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 // Suurin kirjautumisaika

haihtuvat allekirjoittamattomat pitkät lukemat = 0; // GM Tube -tapahtumat

allekirjoittamaton pitkä cpm = 0; // tuhannen näyttökerran hinta

const unsigned int kerroin = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Laskee/tallentaa tuhannen näyttökerran hinnan

allekirjoittamaton pitkä edellinenMillis; // Ajan mittaus

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// Tallentaa tapahtumien lukumäärän Geigerin laskurilautojen lukumäärästä ++;

}

#sisältää

Tiedosto myFile;

void setup () {

pinMode (10, LÄHTÖ);

SD.alku (4); // Avaa sarjaliikenne ja odota portin avautumista:

Sarja.alku (115200);

}

void loop () {// mitään ei tapahdu asennuksen jälkeen

allekirjoittamaton pitkävirtaMillis = millis ();

if (currentMillis - previousMillis> LOG_PERIOD) {

previousMillis = currentMillis;

cpm = laskee * kerroin;

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

if (myFile) {

Sarja.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

laskee = 0;

pinMode (pin, INPUT); // Aseta nasta syöttöön GM Tube -tapahtumien keskeytysten tallentamiseen (); // Salli keskeytykset (jos ne on aiemmin poistettu käytöstä) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Määrittele ulkoiset keskeytykset

}

}

Meillä on kuva ensimmäisestä käyttämästämme koodista, joka oli epätäydellinen, joten se oli ensimmäinen koodausongelmamme. Siitä lähtien emme voineet todella jatkaa projektia, ennen kuin opettajamme auttoivat meitä koodin kanssa. Tämä koodi johdettiin toisesta koodista, joka toimi Geiger -laskurin kanssa yksin, mutta ei kerran, kun se oli yhdistetty SD -korttiin.

Vaihe 8: Testikoodi

Kun olet saanut koodin, mene eteenpäin ja testaa koodi varmistaaksesi, että voit kerätä tietoja.

Varmista, että kaikki asetukset ovat oikein, joten tarkista portit ja johdot varmistaaksesi, että kaikki on oikein.

Kun olet tarkistanut kaiken, suorita koodi ja katso saamasi tiedot.

Huomaa myös keräämäsi säteilyn yksiköt, koska ne määrittävät todellisen säteilyn.

Vaihe 9: Testaa CubeSat

Kun koodauksesi on selvitetty ja kaikki johdotukset on tehty, seuraava askel on sovittaa kaikki CubeSatin sisälle ja testata sitä varmistaaksesi, ettei mikään hajoa lopullisessa testissä.

Ensimmäinen testi, joka sinun on suoritettava, on lentotesti. Hanki jotain ripustamaan CubeSat -laitteesi ja pyöritä sitä testataksesi, lentääkö se vai ei, ja varmista, että se pyörii oikeaan suuntaan.

Kun olet suorittanut ensimmäisen alustavan testin, sinun on suoritettava kaksi tärinätestiä. Ensimmäinen testi simuloi turbulenssia, jonka CubeSat kokisi päästäkseen ulos ilmakehästä, ja toinen tärinätesti simuloi avaruuden turbulenssia.

Varmista, että kaikki osat pysyvät yhdessä ja ettei mikään hajoa.

Vaihe 10: Lopullinen testaus ja tulokset

Tiedot kerätään pöydälle eri etäisyyksillä geigerilaskurista

Keräilyvälit 5 sekunnissa 0 72 24 36 48612348 60 48 48 24 36 36

Ennen lopullista testausta keräsimme tietoja kytkemällä Geiger -laskurin päälle ja asettamalla radioaktiivisen materiaalin eri etäisyyksille. Mitä suurempi luku, sitä lähempänä Geiger -laskuri oli radioaktiivista materiaalia.

Todellisen testauksen aikana kerätyt tiedot

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

Todellisessa testauksessamme radioaktiivinen materiaali osoittautui liian kaukana Geiger -laskurista, jotta sitä voitaisiin edes mitata.

Mitä data tarkoittaa? Hyvin lukutaulukon avulla voimme todeta, että mitä suurempi luku, sitä vaarallisempi säteily on ihmisille. Voimme sitten muuttaa napsautuksen minuutiksi mSV: ksi, jotka ovat todellisia säteilyyksiköitä. Ja niin, kokeilumme perusteella Mars pelastaa täydellisesti ihmiset!

Valitettavasti todellisuus on usein pettymys. Marsin säteily on itse asiassa 300 mSv, mikä on 15 kertaa suurempi kuin ydinvoimalaitoksen työntekijä altistuu vuosittain.

Muita lentomme tietoja ovat:

Fc: 3.101 Newtonia

Ac: 8,072 m/s^2

V: 2,107 m/s

m:.38416 kg

P: 1,64 sekuntia

F: 0,609 Hz

Vaihe 11: Ongelmat/vinkit/lähteet

Suurin ongelma meillä oli löytää koodi, joka toimisi Geigerille ja SD -kortille, joten jos sinulla on sama ongelma, voit käyttää koodiamme tukikohtana. Toinen vaihtoehto olisi mennä Arduino -foorumeille ja pyytää apua sieltä (ole kuitenkin valmis maksamaan, koska huomasimme, että ihmiset eivät todennäköisesti auta, jos korvausta ei ole).

Yksi asia, jota neuvomme muille, on yrittää löytää tapa, jolla Geiger -laskuri on mahdollisimman lähellä säteilyä, jotta voimme saada enemmän varmennettuja tietoja.

Tässä ovat lähteet, joita olemme kuulleet kaikille kiinnostuneille:

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

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

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