Cara Membina CubeSat Dengan Arduino dan Geiger Counter Sensor: 11 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Pernah terfikir tentang apakah Mars radioaktif atau tidak? Sekiranya radioaktif, adakah tahap radiasi cukup tinggi untuk dianggap berbahaya bagi manusia? Ini semua soalan yang kami harap dapat dijawab oleh CubeSat kami dengan Arduino Geiger Counter.

Radiasi diukur dalam sieverts, yang mengukur jumlah radiasi yang diserap oleh tisu manusia, tetapi kerana ukurannya yang besar, kita biasanya mengukur dalam milisieverts (mSV). 100 mSV adalah dos tahunan terendah di mana terdapat peningkatan risiko kanser, dan dos tunggal 10, 000 mSV boleh membawa maut dalam beberapa minggu. Harapan kami adalah untuk menentukan di mana simulasi ini mendarat Marikh pada skala radioaktif.

Kelas fizik kami bermula dengan mempelajari kekuatan penerbangan pada suku pertama melalui makmal di mana kami merancang kapal terbang kami sendiri dan kemudian membuatnya dari plat Styrofoam. Kami kemudian meneruskan pelancaran untuk menguji seret, angkat, tujahan, dan berat pesawat. Setelah set data yang pertama, kami kemudian akan membuat perubahan pada pesawat untuk mencuba dan mendapatkan jarak sejauh mungkin.

Kemudian suku kedua kami memberi tumpuan untuk membina roket air untuk memerhatikan dan menguji konsep yang kami pelajari pada suku pertama. Untuk projek ini kami menggunakan botol 2L dan bahan lain untuk membina roket kami. Semasa kami siap melancarkan, kami akan mengisi botol dengan air, pergi ke luar, meletakkan roket pada peluncur, menekan air dan melepaskannya. Tujuannya adalah untuk melancarkan roket sejauh mungkin dalam arah menegak dan membuatnya jatuh dengan selamat.

Projek "besar" terakhir kami ketiga adalah membina CubeSat yang akan membawa Arduino dan sensor dengan selamat ke model kelas Mars kami. Matlamat utama projek ini adalah untuk menentukan jumlah radioaktiviti di Marikh dan menentukan sama ada ia berbahaya bagi manusia. Beberapa tujuan sampingan yang lain adalah membuat CubeSat yang tahan terhadap ujian goyang dan dapat memuat semua bahan yang diperlukan di dalamnya. Tujuan sampingan berjalan seiring dengan kekangan. Kekangan yang kami hadapi untuk projek ini adalah dimensi CubeSat, berapa beratnya, dan bahan dari mana ia dibina. Kekangan lain yang tidak berkaitan dengan CubeSat adalah jumlah masa untuk mencetak 3D kerana kami hanya mempunyai satu hari untuk menyelesaikannya; sensor yang kami gunakan juga menjadi kekangan kerana terdapat sensor yang kelasnya tidak tersedia atau tidak dapat dibeli. Selain itu, kita harus lulus ujian goyang untuk menentukan kestabilan CubeSat dan ujian berat untuk memastikan kita tidak melebihi 1.3 kg.

-Juan

Langkah 1: Senarai Bahan

CubeSat bercetak 3D- Satelit miniatur yang mempunyai dimensi 10cm x 10cm x 10cm dan tidak boleh menimbang lebih dari 1.3Kg. Di sinilah kita meletakkan semua wayar dan sensor, berfungsi sebagai penyiasat ruang

Wayar- Digunakan untuk menghubungkan Geiger Counter dan Arduino antara satu sama lain dan menjadikannya berfungsi

Arduino- Digunakan untuk menjalankan kod di Kaunter Geiger

Geiger Counter- Digunakan untuk mengukur kerosakan radioaktif, inilah yang bergantung kepada keseluruhan projek kami untuk menentukan radioaktiviti

Bateri- Digunakan untuk menghidupkan Kaunter Geiger yang akan menghidupkan Arduino setelah disambungkan

Micro sd Reader- Digunakan untuk mengumpulkan dan merekod data yang dikumpulkan dengan Geiger Counter

Skru- Digunakan untuk mengetatkan bahagian atas dan bawah CubeSat untuk memastikannya tidak pecah

Bijih uranium- Bahan radioaktif yang digunakan oleh Geiger Counter untuk menentukan radioaktiviti

Komputer - Digunakan untuk mencari / membuat kod yang akan anda gunakan untuk Arduino

Kabel USB- Digunakan untuk menyambungkan Arduino anda ke komputer dan menjalankan kodnya

Langkah 2: Bina CubeSat Anda

Perkara pertama yang anda perlukan adalah CubeSat anda.

(Sekiranya anda ingin penjelasan terperinci mengenai apa itu CubeSat checkout

Semasa merancang CubeSat, anda mempunyai dua pilihan utama, bina sendiri dari apa sahaja bahan yang anda miliki atau cetak 3D.

Kumpulan saya memutuskan untuk mencetak 3D CubeSat kami jadi yang harus kami lakukan ialah mencari "3D CubeSat" dan kami menemui beberapa templat tetapi kami memutuskan untuk mengambil fail dari laman web NASA. Dari sana anda perlu memuat turun fail; kemudian, anda memerlukan pemacu kilat untuk membuka zip fail dan memuatkannya ke pencetak 3D.

Dari sana, teruskan dan cetak 3D CubeSat untuk meneruskan langkah-langkah selebihnya.

Semasa membuat model 3D CubeSat kami, kami menyedari bahawa Arduino dan kabel kami tidak akan sesuai di dalamnya. Kita semua harus membuat strategi dan memikirkan bagaimana memasukkan semuanya ke dalam. Kami terpaksa memutar dan meletakkan penutup atas dan bawah menghadap ke atas. Selepas itu, kami harus menggerudi lubang dan dapat mengetuk kuku dan menemui ukuran yang baik. Semasa meletakkan semua Arduino, kad SD dan semua yang ada di dalamnya, kami mempunyai ruang "terlalu banyak" sehingga kami harus menambahkan beberapa bungkus gelembung di dalamnya sehingga semasa kami menguji ia tidak akan ke mana-mana kerana semuanya berwayar dan bersambung.

Langkah 3: Lakarkan Reka Bentuk Anda

Sebaik sahaja anda mendapatkan semua bahan anda, anda akan mahu membuat lakaran seperti apa rupa reka bentuk anda.

Sebilangan orang menganggap langkah ini lebih berguna daripada yang lain sehingga boleh menjadi terperinci atau sesederhana yang anda mahukan, tetapi ada baiknya mendapatkan idea umum tentang bagaimana anda akan mengatur semuanya.

Kumpulan kami secara peribadi menggunakannya untuk membuat percambahan fikiran bagaimana kami mengatur sensor dan semua wayar tetapi dari situ kami tidak banyak menggunakannya kerana kami sentiasa mengubah keadaan dan lakaran kami hanya menjadi titik permulaan sejak kami tidak Saya benar-benar berpegang pada mereka.

Sebaik sahaja anda mempunyai idea umum tentang apa yang akan kelihatan seperti semuanya, anda boleh beralih ke langkah seterusnya

Langkah 4: Ketahui Bagaimana Pembilang Geiger Berfungsi

Sebaik sahaja kami sampaikan Geiger Counter, kami harus belajar bagaimana ia berfungsi kerana tidak ada yang pernah menggunakannya.

Perkara pertama yang kami pelajari adalah bahawa Geiger Counter sangat sensitif. Sensor di bahagian belakang akan mengeluarkan bunyi yang sangat kuat serta tiub Geiger itu sendiri setiap kali kita menyentuh. Sekiranya kita meletakkan jari kita di tiub, ia akan mengeluarkan satu bunyi bip yang berterusan dan kita melepaskan jari dan terus dan akan berbunyi mengikut jangka masa jari kita di tiub.

Kemudian kami menguji Geiger Counter dengan menggunakan pisang. Kami menyedari bahawa semakin dekat bahan radioaktif ke Kaunter Geiger, semakin banyak ia akan berdetak dan sebaliknya.

Langkah 5: Alat / Amalan Keselamatan

1. Perkara pertama yang diperlukan adalah CubeSat. Untuk membuatnya, anda memerlukan pencetak 3d dan fail untuk dicetak atau anda boleh membuat sendiri menggunakan bahan apa sahaja yang anda rasa akan berfungsi; ingat, CubeSat mestilah 10cm x 10cm x 10cm (Langkau bahagian 2 jika anda membina sendiri)
2. Seterusnya anda perlu menggerudi lubang ke cangkang atas dan bawah CubeSat yang dicetak 3d untuk meletakkan skru di dalamnya. Teruskan dan pasangkan cangkang bawah (Pastikan anda memakai kacamata untuk mengelakkan serpihan masuk ke mata anda)
3. Dapatkan sebilangan bateri dan masukkan ke dalam pek bateri, kemudian pasangkan bateri ke Kaunter Geiger dan pasangkan Kaunter Geiger ke Arduino. Pastikan pembaca Micro SD juga disambungkan.
4. Hidupkan Kaunter Geiger untuk memastikan semuanya berfungsi dengan baik. Masukkan semuanya ke dalam CubeSat.
5. Uji penerbangan CubeSat anda untuk memastikannya
6. Setelah mengumpulkan data anda, pastikan tiada apa-apa di CubeSat yang terlalu panas. Sekiranya ada, cabut dengan segera dan nyatakan masalahnya
7. Uji semuanya untuk memeriksa sama ada data dikumpulkan
8. Pastikan anda mencuci tangan setelah berurusan dengan Uranium yang digunakan untuk mengumpulkan data

Langkah 6: Pendawaian Arduino

Satu-satunya bekalan kuasa yang diperlukan adalah bateri AA

Sambungkan bateri terus ke Kaunter Geiger, kemudian pasangkan pin VVC ke lajur positif papan roti.

Jalankan wayar lain pada lajur yang sama di papan roti ke slot 5V di Arduino. Ini akan menggerakkan Arduino.

Kemudian, jalankan wayar dari pin 5V pada arduino ke penyesuai Kad SD.

Seterusnya, pasangkan VIN di kaunter geiger ke pin analog di Arduino.

Selepas itu, pasangkan GND ke lajur negatif di papan roti.

Kabelkan lajur negatif ke GND di Arduino.

Kad SD ke Arduino:

Miso pergi ke 11

Miso pergi ke 12

SCK pergi ke 13

CS pergi ke 4

Langkah 7: Pengekodan

Cara termudah untuk membuat kod Arduino adalah dengan memuat turun aplikasi ArduinoCC, yang membolehkan anda menulis kod dan memuat naiknya ke Aduino. Kami mempunyai masa yang sangat sukar untuk mencari kod lengkap yang akan berfungsi. Beruntung untuk anda, kod kami merangkumi mencatat BPS (klik per minit) dan data pada kad SD.

Kod:

#sertakan

#sertakan

/ * * Geiger.ino * * Kod ini berinteraksi dengan papan kaunter Geiger Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE)

* dan melaporkan pembacaan dalam BPS (Kiraan Setiap Minit). *

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

* Lesen: Lesen MIT *

* Sila gunakan secara bebas dengan atribusi. Terima kasih!

*

* * Disunting ** * /

#define LOG_PERIOD 5000 // Tempoh pembalakan dalam milisaat, nilai yang disyorkan 15000-60000.

#tentukan MAX_PERIOD 60000 // Tempoh pembalakan maksimum

kiraan panjang tidak bertanda tidak menentu = 0; // Acara GM Tube

cpm panjang yang tidak ditandatangani = 0; // BPS

pengganda int const tidak bertanda = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Mengira / menyimpan CPM

lama yang belum ditandatanganiMillis; // Pengukuran masa

const int pin = 3;

tiub kosong_impul () {

// Merakam jumlah peristiwa dari jumlah papan kaunter Geiger ++;

}

#sertakan

Fail myFile;

batal persediaan () {

pinMode (10, OUTPUT);

SD.begin (4); // Buka komunikasi bersiri dan tunggu port dibuka:

Serial.begin (115200);

}

gelung kosong () {// tidak ada yang berlaku selepas penyediaan

arus panjang yang tidak ditandatanganiMillis = millis ();

jika (currentMillis - sebelumnyaMillis> LOG_PERIOD) {

sebelumnyaMillis = currentMillis;

cpm = mengira * pengganda;

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

jika (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

mengira = 0;

pinMode (pin, INPUT); // Tetapkan pin ke input untuk menangkap gangguan kejadian GM Tube (); // Aktifkan gangguan (sekiranya mereka dilumpuhkan sebelumnya) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Tentukan gangguan luaran

}

}

Gambar yang kami ada adalah kod pertama yang kami gunakan yang tidak lengkap sehingga itulah masalah pertama kami dengan pengekodan. Dari situ kami tidak dapat meneruskan projek ini sehingga guru kami membantu kami dengan kod tersebut. Kod ini berasal dari kod lain yang berfungsi dengan Geiger Counter sahaja tetapi tidak pernah dipasangkan dengan kad SD.

Langkah 8: Kod Ujian

Sebaik sahaja anda mempunyai kod anda, teruskan dan uji kodnya untuk memastikan anda dapat mengumpulkan data.

Pastikan semua tetapan betul, jadi periksa port dan kabel anda untuk memastikan semuanya betul.

Setelah memeriksa semuanya jalankan kod dan lihat data yang anda perolehi.

Perhatikan juga unit radiasi yang anda kumpulkan kerana akan menentukan radiasi sebenar yang dipancarkan.

Langkah 9: Uji CubeSat Anda

Setelah pengekodan anda selesai dan semua pendawaian anda selesai, langkah seterusnya adalah memasukkan semua yang ada di dalam CubeSat dan mengujinya untuk memastikan tidak ada yang akan hancur pada ujian akhir anda.

Ujian pertama yang perlu anda lengkapkan adalah ujian penerbangan. Dapatkan sesuatu untuk menggantung CubeSat anda dan putar untuk menguji apakah ia akan terbang atau tidak dan pastikan ia berputar ke arah yang betul.

Setelah menyelesaikan ujian awal pertama, anda perlu menyelesaikan dua ujian goyang. Ujian pertama akan mensimulasikan pergolakan yang akan dialami CubeSat keluar dari atmosfer bumi dan ujian goncangan kedua akan mensimulasikan pergolakan di angkasa.

Pastikan semua bahagian anda tetap bersama dan tidak ada yang hancur.

Langkah 10: Ujian dan Keputusan Akhir

Data dikumpulkan di atas meja pada jarak yang berbeza dari kaunter geiger

Selang pengumpulan pada 5 saat 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Sebelum ujian terakhir kami mengumpulkan data dengan menghidupkan Geiger Counter dan meletakkan bahan radioaktif pada jarak yang berbeza. Semakin tinggi bilangannya, semakin dekat dengan Geiger Counter dengan bahan radioaktif.

Data dikumpulkan semasa Ujian sebenar

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

Untuk ujian sebenar, bahan radioaktif ternyata terlalu jauh dari Kaunter Geiger untuk mengukurnya.

Apakah maksud data? Dengan menggunakan carta pembacaan, kita dapat menentukan bahawa semakin tinggi bilangannya, semakin berbahaya sinaran bagi manusia. Kita kemudian dapat menjadikan Klik Per Minit menjadi mSV yang merupakan unit sebenar radiasi. Oleh itu, berdasarkan eksperimen kami, Mars dapat menyelamatkan manusia dengan sempurna!

Malangnya, kenyataan sering mengecewakan. Sinaran Mars sebenarnya 300 mSv yang 15x lebih tinggi daripada yang terdedah setiap tahun oleh pekerja loji nuklear.

Data lain untuk penerbangan kami termasuk:

Fc: 3.101 Newton

Ac: 8.072 m / s ^ 2

V: 2.107 m / s

m:.38416 kg

P: 1.64 saat

F:.609 Hz

Langkah 11: Masalah / Petua / Sumber

Masalah utama yang kami hadapi ialah mencari kod yang sesuai untuk Geiger dan kad SD, jadi jika anda mempunyai masalah yang sama, jangan gunakan kod kami sebagai asas. Pilihan lain adalah pergi ke forum Arduino dan meminta pertolongan di sana (bersedia untuk membayar namun kami menyedari orang cenderung tidak akan membantu jika tidak ada pampasan).

Satu perkara yang kami nasihatkan untuk orang lain adalah mencuba dan mencari jalan agar Kaunter Geiger berada sedekat mungkin dengan radiasi agar dapat memperoleh data yang lebih diperakui.

Berikut adalah sumber yang kami rujuk untuk sesiapa sahaja yang berminat:

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

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

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