Kako izgraditi CubeSat s Arduino i Geiger -ovim brojačem: 11 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Jeste li se ikada zapitali je li Mars radioaktivan? A ako je radioaktivan, jesu li razine zračenja dovoljno visoke da se smatraju štetnim za ljude? Ovo su sva pitanja za koja se nadamo da naš CubeSat može odgovoriti s Arduino Geiger brojačem.

Zračenje se mjeri u sivertima, što kvantificira količinu zračenja koju apsorbiraju ljudska tkiva, ali zbog njihove ogromne veličine obično mjerimo u milisivertima (mSV). 100 mSV je najniža godišnja doza pri kojoj je evidentno povećanje rizika od raka, a pojedinačna doza od 10 000 mSV je smrtonosna u roku od nekoliko tjedana. Nadamo se da ćemo utvrditi gdje ova simulacija slijeće Mars na radioaktivnoj ljestvici.

Naš sat fizike započeo je proučavanjem sila leta tijekom prve četvrtine kroz laboratorij u kojem smo dizajnirali vlastiti zrakoplov, a zatim ga stvorili od ploča od stiropora. Zatim bismo nastavili s lansiranjem kako bismo testirali vuču, podizanje, potisak i težinu aviona. Nakon prvog skupa podataka tada bismo izvršili izmjene u ravnini kako bismo pokušali postići najveću moguću udaljenost.

Zatim smo se u drugom tromjesečju usredotočili na izradu vodene rakete kako bismo dodatno promatrali i testirali koncepte koje smo naučili tijekom prvog tromjesečja. Za ovaj projekt koristili smo 2L boce i druge materijale za izradu naše rakete. Kad smo bili spremni za lansiranje, napunili bismo boce vodom, izašli van, stavili raketu na lansirnu rampu, pritisnuli vodu i pustili je. Cilj je bio raketu pokrenuti što je moguće dalje u okomitom smjeru i sigurno je srušiti.

Naš treći posljednji "veliki" projekt bio je izgradnja CubeSat -a koji bi Arduino i senzor sigurno nosio do našeg modela Marsa u učionici. Glavni cilj ovog projekta bio je utvrditi količinu radioaktivnosti na Marsu i utvrditi je li štetna za ljude. Neki drugi sporedni ciljevi bili su stvaranje CubeSat -a koji bi izdržao test tresenja i koji bi mogao uklopiti sve potrebne materijale u njega. Sporedni ciljevi idu ruku pod ruku s ograničenjima. Ograničenja koja smo imali za ovaj projekt bile su dimenzije CubeSat -a, njegova težina i materijal od kojeg je izrađen. Druga ograničenja koja se ne odnose na CubeSat bila su količina vremena koju smo imali za 3D ispis jer smo imali samo jedan dan da to obavimo; senzori koje smo koristili također su bili ograničenje budući da je bilo senzora koje klasa nije imala na raspolaganju ili ih nije mogla kupiti. Povrh svega, morali smo proći test protresanja kako bismo utvrdili stabilnost CubeSat -a i test težine kako bismo bili sigurni da nismo premašili 1,3 kg.

-Juan

Korak 1: Popis materijala

3D ispisani CubeSat- minijaturni satelit dimenzija 10 cm x 10 cm x 10 cm i ne može težiti više od 1,3 kg. Ovdje stavljamo sve naše žice i senzore, služi kao svemirska sonda

Žice- Koriste se za međusobno povezivanje Geiger brojača i Arduina i njihovo funkcioniranje

Arduino- Koristi se za pokretanje koda na Geigerovom brojaču

Geigerov brojač- koristi se za mjerenje radioaktivnog raspada, o tome ovisi cijeli naš projekt za određivanje radioaktivnosti

Baterije- Koriste se za napajanje Geigerovog brojača koji će napajati Arduino nakon spajanja

Micro sd čitač- Koristi se za prikupljanje i snimanje podataka prikupljenih pomoću Geigerovog brojača

Vijaci- Koriste se za zatezanje gornjeg i donjeg dijela CubeSat-a kako se ne bi slomili

Uranova ruda- radioaktivni materijal koji Geiger brojač koristi za određivanje radioaktivnosti

Računalo- Koristi se za pronalaženje/kreiranje koda koji ćete koristiti za Arduino

USB kabel- Koristi se za povezivanje vašeg Arduina s računalom i pokretanje koda

Korak 2: Izgradite svoj CubeSat

Prvo što će vam trebati je vaš CubeSat.

(Ako želite detaljno objašnjenje o tome što CubeSat provjerava

Prilikom projektiranja vašeg CubeSat -a imate dvije glavne mogućnosti, izradite vlastitu od materijala koji imate ili 3D ispis.

Moja je grupa odlučila 3D ispisati naš CubeSat pa smo morali samo potražiti "3D CubeSat" i pronašli smo nekoliko predložaka, ali smo odlučili preuzeti datoteku s NASA -ine web stranice. Odatle ćete morati preuzeti datoteku; tada će vam trebati flash pogon za raspakiranje datoteke i učitavanje na 3D pisač.

Odatle samo naprijed i 3D ispišite CubeSat kako biste nastavili s ostalim koracima.

Prilikom izrade našeg 3D CubeSat modela shvatili smo da naš Arduino i kabeli neće stati u njega. Svi smo morali stvoriti strategiju i smisliti kako sve staviti unutra. Morali smo se okretati i staviti poklopac gornji i donji dio prema gore. Nakon toga smo morali izbušiti rupe i moći uvrnuti čavle i pronaći odgovarajuću veličinu. Dok smo u nju stavljali sav Arduino, SD karticu i sve ostalo, imali smo "previše" prostora pa smo morali unutra dodati neke omote od mjehurića kad smo testirali neće ići svugdje jer je sve bilo ožičeno i spojeno.

Korak 3: Skicirajte svoj dizajn

Nakon što nabavite sav materijal, poželjet ćete napraviti skicu kako će vaš dizajn izgledati.

Nekima je ovaj korak korisniji od drugih pa može biti što detaljniji ili jednostavniji koliko želite, ali dobro je steći opću ideju o tome kako ćete sve organizirati.

Naša ga je skupina osobno koristila za razmišljanje o načinu na koji bismo organizirali svoje senzore i sve žice, ali od tada nismo našli mnogo koristi za to jer smo stalno mijenjali stvari pa su naše skice poslužile samo kao polazište otkad nismo stvarno se ne pridržavam njih.

Kad steknete opću ideju o tome kako će sve izgledati, možete prijeći na sljedeći korak

Korak 4: Saznajte kako Geiger brojač radi

Nakon što smo dobili Geigerov brojač, morali smo naučiti kako funkcionira jer ga nitko od nas nikada nije koristio.

Prvo što smo naučili je da je Geiger brojač super osjetljiv. Senzori sa stražnje strane stvarali bi iznimno glasnu buku, kao i sama Geigerova cijev kad god bismo je dodirnuli. Kad bismo držali prst na cijevi, oglasio bi se jedan dugačak konstantan zvučni signal, a mi bismo skidali i uključivali prste i bip birao prema trajanju naših prstiju na cijevi.

Zatim smo testirali Geiger brojač koristeći banane. Shvatili smo da što je radioaktivni materijal bliže Geigerovom brojaču, to će više otkucavati i obrnuto.

Korak 5: Alati/Sigurnosne prakse

1. Prvo što je potrebno je CubeSat. Da biste to učinili, trebat će vam 3d pisač i datoteke za ispis ili možete sami izraditi materijale za koje smatrate da će raditi; zapamtite, CubeSat mora biti 10 cm x 10 cm x 10 cm (preskočite drugi dio ako gradite vlastiti)
2. Zatim ćete morati izbušiti rupe u gornjoj i donjoj ljusci 3D ispisanog CubeSat -a kako biste u nju stavili vijke. Samo naprijed i zašrafite donju školjku (Pazite da nosite naočale da spriječite da vam ostaci uđu u oči)
3. Nabavite baterije i stavite ih u bateriju, a zatim baterije spojite na Geiger brojač, a Geiger brojač na Arduino. Provjerite je li priključen i čitač Micro SD kartice.
4. Uključite Geiger brojač kako biste bili sigurni da sve radi ispravno. Stavite sve u CubeSat.
5. Provjerite let svojim CubeSatom kako biste bili sigurni
6. Nakon prikupljanja podataka, provjerite da se ništa u CubeSatu ne pregrijava. Ako postoji, odmah ga isključite iz struje i procijenite problem
7. Testirajte sve kako biste provjerili prikupljaju li se podaci
8. Operite ruke nakon što ste imali posla s uranom za prikupljanje podataka

Korak 6: Ožičenje Arduina

Jedino potrebno napajanje su AA baterije

Spojite baterije izravno na Geiger brojač, a zatim žicu VVC spojite na pozitivni stupac ploče.

Provedite još jednu žicu na istom stupcu u ploči do 5V utora na Arduinu. Ovo će napajati Arduino.

Zatim povežite žicu od 5V pina na arduinu do adaptera SD kartice.

Zatim spojite VIN na gejgerovom brojaču s analognim pinom na Arduinu.

Nakon toga spojite GND na negativni stupac na ploči.

Ožičite negativni stupac s GND -om na Arduinu.

SD kartica za Arduino:

Mišo ide u 11

Mišo ide u 12

SCK ide na 13

CS ide na 4

Korak 7: Kodiranje

Najlakši način kodiranja Arduina je preuzimanje aplikacije ArduinoCC koja vam omogućuje da napišete kôd i postavite ga na Aduino. Bilo nam je jako teško pronaći potpuni kod koji bi funkcionirao. Na vašu sreću, naš kôd uključuje bilježenje CPM -a (klikova u minuti) i podataka na SD kartici.

Kodirati:

#uključi

#uključi

/ * * Geiger.ino * * Ovaj kod stupa u interakciju s Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE) Geigerovom pločom za brojanje

* i izvještava o očitanjima u CPM -u (broji po minuti). *

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

* Licenca: MIT licenca *

* Molimo slobodno koristite s atribucijom. Hvala vam!

*

* * Uređeno ** */

#define LOG_PERIOD 5000 // Razdoblje bilježenja u milisekundama, preporučena vrijednost 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 // Maksimalno razdoblje bilježenja

hlapljivi bezznačni dugi brojevi = 0; // Događaji GM cijevi

nepotpisani dugi cpm = 0; // CPM

const nepotpisani int množitelj = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Izračunava/pohranjuje CPM

nepotpisani dugi previousMillis; // Mjerenje vremena

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// bilježi broj događaja s Geigerove ploče broji ++;

}

#uključi

Datoteka myFile;

void setup () {

pinMode (10, OUTPUT);

SD.početi (4); // Otvorite serijsku komunikaciju i pričekajte da se port otvori:

Serial.begin (115200);

}

void loop () {// nakon postavljanja ništa se ne događa

bezznačna duga strujaMillis = millis ();

if (currentMillis - previousMillis> LOG_PERIOD) {

previousMillis = trenutniMillis;

cpm = broji * množitelj;

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

if (myFile) {

Serijski.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

broji = 0;

pinMode (pin, INPUT); // Postavi pin na ulaz za snimanje GM Tube događaja interrupts (); // Omogući prekide (u slučaju da su prethodno bili onemogućeni) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Definiranje vanjskih prekida

}

}

Slika koju imamo je prvi kod koji smo upotrijebili, a koji je bio nepotpun, pa je to bio prvi od naših problema s kodiranjem. Od tada nadalje nismo mogli nastaviti s projektom sve dok nam učitelji nisu pomogli oko koda. Ovaj kôd izveden je iz drugog koda koji je radio samo s Geiger Counter -om, ali ne jednom kada je bio uparen sa SD karticom.

Korak 8: Testni kôd

Nakon što ste dobili kôd, isprobajte kôd kako biste bili sigurni da možete prikupiti podatke.

Provjerite jesu li sve postavke točne pa provjerite svoje portove i svoje žice kako biste bili sigurni da je sve ispravno.

Nakon što sve provjerite, pokrenite kôd i pogledajte podatke koje dobivate.

Također zabilježite jedinice za zračenje koje prikupljate jer će odrediti stvarno zračenje koje se emitira.

Korak 9: Testirajte svoj CubeSat

Nakon što shvatite kodiranje i sve ožičenje je učinjeno, vaš je sljedeći korak da sve uklopite u CubeSat i testirate kako biste bili sigurni da se ništa neće raspasti na vašem završnom testiranju.

Prvi test koji ćete morati ispuniti je letni test. Nabavite nešto na što ćete objesiti svoj CubeSat i okrećite ga kako biste provjerili hoće li odletjeti ili ne i uvjerite se da se okreće u pravom smjeru.

Nakon što završite prvi preliminarni test, morat ćete dovršiti dva testa protresanja. Prvi test simulirat će turbulencije koje bi CubeSat iskusio pri izlasku iz zemljine atmosfere, a drugi test tresenja simulirao bi turbulencije u svemiru.

Pobrinite se da svi vaši dijelovi ostanu zajedno i da se ništa ne raspadne.

Korak 10: Završno testiranje i rezultati

Podaci prikupljeni na stolu na različitim udaljenostima od Geiger brojača

Intervali prikupljanja u 5 sekundi 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Prije konačnog testiranja prikupili smo podatke uključivanjem Geiger brojača i postavljanjem radioaktivnog materijala na različite udaljenosti. Što je broj bio veći, Geigerov brojač bio je bliže radioaktivnom materijalu.

Podaci prikupljeni tijekom stvarnog testiranja

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

Za naše stvarno testiranje radioaktivni materijal se pokazao predaleko od Geigerovog brojača da bi ga se moglo mjeriti.

Što znače podaci? Pa pomoću tablice očitanja možemo utvrditi da što je veći broj to je zračenje opasnije za ljude. Zatim možemo ispostaviti klik po minuti u mSV koje su stvarne jedinice za zračenje. I tako je, na temelju našeg eksperimenta, Mars savršeno spasio ljude!

Nažalost, stvarnost je često razočaravajuća. Marsovo zračenje je zapravo 300 mSv, što je 15x više od onoga što je radnik nuklearne elektrane izložen godišnje.

Ostali podaci za naš let uključuju:

Fc: 3.101 Newtona

Ac: 8.072 m/s^2

V: 2,107 m/s

m: 0, 38416 kg

P: 1,64 sekunde

F: 0,609 Hz

Korak 11: Problemi/savjeti/izvori

Glavni problem koji smo imali bio je pronalaženje koda koji bi radio za Geiger i SD karticu, pa ako imate isti problem, slobodno upotrijebite naš kôd kao bazu. Druga mogućnost bila bi otići na Arduino forume i tamo zatražiti pomoć (budite spremni platiti jer smo primijetili da je manja vjerojatnost da će ljudi pomoći ako nema naknade).

Jedna stvar koju bismo savjetovali drugima je da pokušaju pronaći način da Geigerov brojač bude što bliže zračenju kako bi mogli dobiti više certificiranih podataka.

Evo izvora koje smo konzultirali za sve zainteresirane:

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

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

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