CubeSat Accelerometer Tutorial: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Kubasat je vrsta minijaturiziranog satelita za svemirska istraživanja koji se sastoji od višekratnika kubičnih jedinica 10x10x10 cm i mase ne veće od 1,33 kilograma po jedinici. Cubesat omogućuje slanje velike količine satelita u svemir i omogućuje vlasniku potpunu kontrolu nad strojem bez obzira gdje se na zemlji nalazili. Cubesattovi su također pristupačniji od svih drugih trenutnih prototipova. Konačno, kockasti prostori olakšavaju uranjanje u svemir i šire znanje o tome kako izgleda naš planet i svemir.

Arduino je platforma ili svojevrsno računalo koje se koristi za izgradnju elektroničkih projekata. Arduino se sastoji od programabilne ploče i softvera koji radi na vašem računalu, a služi za pisanje i prijenos računalnog koda na ploču.

Za ovaj projekt, našem je timu bilo dopušteno odabrati bilo koji senzor koji želimo otkriti bilo koji aspekt sastava Marsa. Odlučili smo se za akcelerometar ili elektromehanički uređaj za mjerenje sila ubrzanja.

Kako bi svi ti uređaji radili zajedno, morali smo pričvrstiti mjerač ubrzanja na matičnu ploču Arduina, i obje pričvrstiti na unutrašnjost kocke, te se pobrinuti da izdrži simulaciju leta i test protresanja. Ovo uputstvo će pokriti kako smo to postigli i podatke koje smo prikupili iz Arduina.

Korak 1: Postavite ciljeve (Alex)

Naš glavni cilj za ovaj projekt bio je korištenje akcelerometra (ne brinite, kasnije ćemo objasniti što je ovo) smješten unutar CubeSat -a, za mjerenje ubrzanja uslijed gravitacije na Marsu. Trebali smo izgraditi CubeSat i testirati njegovu trajnost na različite načine. Najteži dio postavljanja ciljeva i planiranja bio je shvatiti kako Arduino i mjerač ubrzanja smjestiti u CubeSat na siguran način. Da bismo to učinili, morali smo smisliti dobar dizajn CubeSat -a, pobrinuti se da bude dimenzija 10x10x10cm i da bude težak manje od 1,3 kilograma.

Utvrdili smo da će se Legos zapravo pokazati izdržljivim i lakim za gradnju. Lego kockice su također bile nešto što je netko već mogao imati, umjesto da mi trošimo novac na bilo koji građevinski materijal. Srećom, proces osmišljavanja dizajna nije dugo trajao, što ćete vidjeti u sljedećem koraku.

Korak 2: Dizajnirajte Cubesat

Za ovu specifičnu kocku koristili smo lego kockice radi njihove jednostavnosti u izgradnji, pričvršćivanju i trajnosti. Kockasti stol mora biti 10x10x10 cm i težiti manje od 1,33 kg (3 lbs) po U. Lego kockice olakšavaju postavljanje točnih 10x10x10 cm dok se za pod i poklopac kocke koriste dvije Lego podloge. Možda ćete morati izrezati Lego baze kako biste ih dobili točno onako kako želite. Unutar kocke, vaš arduino, matična ploča, baterija i držač SD kartice bit će pričvršćeni na zidove pomoću bilo kojeg ljepila. Koristili smo ljepljivu traku kako bismo osigurali da se unutra ne olabave komadići. Za pričvršćivanje kockaste podloge na orbiter upotrijebili smo žicu, gumice i kravatu s patentnim zatvaračem. Gumice moraju biti omotane oko kocke kao da je vrpca omotana oko poklona. Žica se zatim veže za središte gumice na poklopcu. Zatim se žica provuče kroz zip kravatu koja se zatim zakači za orbiter.

Korak 3: Konstruirajte Arduino

Naš cilj za ovaj CubeSat, kao što je već rečeno, bio je odrediti ubrzanje uslijed gravitacije na Marsu pomoću akcelerometra. Akcelerometri su integrirani krugovi ili moduli koji se koriste za mjerenje ubrzanja objekta na koji su spojeni. U ovom projektu naučio sam osnove kodiranja i ožičenja. Koristio sam mpu 6050 koji se koristi kao elektromehanički uređaj koji će mjeriti sile ubrzanja. Otkrivanjem količine dinamičkog ubrzanja možete analizirati način na koji se uređaj kreće po osi X, Y i Z. Drugim riječima, možete znati kreće li se gore -dolje ili s jedne na drugu stranu; mjerač ubrzanja i neki kôd lako vam mogu dati podatke za određivanje tih podataka. Što je senzor osjetljiviji, to će podaci biti točniji i detaljniji. To znači da će za datu promjenu ubrzanja doći do veće promjene signala.

Morao sam žicu arduino, koja je već bila spojena na mjerač ubrzanja, povezati s držačem SD kartice koji bi pohranio podatke primljene tijekom letačkog testa kako bismo ih mogli prenijeti na računalo. Na ovaj način možemo pregledati mjerenja osi X, Y i Z kako bismo vidjeli gdje je kocka u zraku. Na priloženim slikama možete vidjeti kako spojiti arduino na mjerač ubrzanja i matičnu ploču.

Korak 4: Testovi letenja i vibracija (Alex)

Kako bismo osigurali trajnost kocke, morali smo je provesti kroz niz testova koji bi simulirali okruženje kroz koje će se staviti u svemir.. Morali smo vezati arduino na uređaj koji se zove orbiter i simulirati njegovu putanju leta oko crvenog planeta. Isprobali smo više metoda pričvršćivanja kockastog sjedala, no na kraju smo se uspjeli zaustaviti na dvostrukoj gumici koja je omotana oko kockastog sjedala. Zatim je na gumice pričvršćena žica.

Letni test nije odmah uspio, jer je pri prvom pokušaju dio trake počeo odlijepiti. Zatim smo dizajn prebacili na opciju gumice spomenutu u prethodnom odlomku. Iako smo u drugom pokušaju uspjeli natjerati mladunčeta da leti potrebnom brzinom, 30 sekundi, bez ikakvih problema.

Sljedeći je test bio test vibracija koji bi labavo simulirao kocku koja sjedi kroz atmosferu planeta. Morali smo staviti kocku na stol za vibracije i pojačati struju do određenog stupnja. Kocka je tada morala ostati u taktu najmanje 30 sekundi na ovoj razini snage. Na našu sreću, uspjeli smo položiti sve aspekte testa u prvom pokušaju. Sada je preostalo samo prikupljanje konačnih podataka i testovi.

Korak 5: Tumačenje podataka

S podacima koje smo dobili nakon završnog testa možete vidjeti gdje je kocka putovala na osi X, Y i Z i odrediti ubrzanje dijeljenjem pomaka s vremenom. To vam daje prosječnu brzinu. Sada, dok se objekt ravnomjerno ubrzava, samo trebate pomnožiti prosječnu brzinu s 2 da biste dobili konačnu brzinu. Da biste pronašli ubrzanje, uzmite konačnu brzinu i podijelite je s vremenom.

Korak 6: Zaključak

Konačni cilj našeg projekta bio je odrediti ubrzanje gravitacije oko Marsa. Kroz podatke prikupljene pomoću Arduina može se utvrditi da gravitacijsko ubrzanje dok kruži oko Marsa ostaje konstantno. Osim toga, tijekom putovanja oko Marsa, smjer orbite se stalno mijenja.

Sveukupno, najveći uspjesi našeg tima bili su naš rast tečnosti u čitanju i pisanju koda, razumijevanje nove tehnologije na najnovijoj svemirskoj istraživanju i poznavanje unutarnjeg rada i mnoge uporabe Arduina.

Drugo, tijekom cijelog projekta naš tim nije samo naučio gore spomenute koncepte tehnologije i fizike, već smo također naučili vještine upravljanja projektima. Neke od tih vještina uključuju poštivanje rokova, prilagođavanje radi nadzora dizajna i nepredviđenih problema te provođenje svakodnevnih sastanaka kako bi se našoj skupini dala odgovornost, a zauzvrat, držali sve na putu da ispune naše ciljeve.

Zaključno, naš tim ispunio je sve zahtjeve za testiranje i podatke, te naučio neprocjenjive fizike i vještine upravljanja timom koje možemo primijeniti u buduće napore u školi i u bilo kojoj profesiji orijentiranoj na grupni rad.