Cum să construiești CubeSat cu senzorul de contor Arduino și Geiger: 11 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

V-ați întrebat vreodată dacă Marte este sau nu radioactiv? Și dacă este radioactivă, nivelurile de radiații sunt suficient de ridicate pentru a fi considerate dăunătoare pentru oameni? Acestea sunt toate întrebările la care sperăm că pot fi răspunse de CubeSat cu Arduino Geiger Counter.

Radiația este măsurată în sechere, care cuantifică cantitatea de radiație absorbită de țesuturile umane, dar datorită dimensiunii lor imense, de obicei măsurăm în milisieverți (mSV). 100 mSV este cea mai mică doză anuală la care este evidentă orice creștere a riscului de cancer și o doză unică de 10 000 mSV este fatală în câteva săptămâni. Speranțele noastre sunt de a determina unde această simulare aterizează Marte pe scara radioactivă.

Cursul nostru de fizică a început prin studierea forțelor de zbor în primul trimestru printr-un laborator în care ne-am proiectat propriul avion și apoi l-am creat din plăci de poliestirol. Apoi vom continua lansarea pentru a testa tracțiunea, ridicarea, împingerea și greutatea avionului. După primul set de date, vom face apoi modificări în plan pentru a încerca să obținem cea mai îndepărtată distanță posibilă.

Apoi, al doilea trimestru ne-am concentrat pe construirea unei rachete de apă pentru a observa și testa în continuare conceptele pe care le-am învățat în primul trimestru. Pentru acest proiect am folosit sticle de 2L și alte materiale pentru a ne construi racheta. Când eram gata de lansare, umpleam sticlele cu apă, ieșeam afară, puneam racheta pe o platformă de lansare, presurizam apa și eliberam. Scopul a fost lansarea rachetei cel mai îndepărtat posibil într-o direcție verticală și coborârea în siguranță.

Al treilea proiect final „mare” al nostru a fost construirea unui CubeSat care să transporte un Arduino și un senzor în siguranță la modelul nostru de clasă Marte. Scopul principal al acestui proiect a fost de a determina cantitatea de radioactivitate pe Marte și de a determina dacă este dăunătoare pentru oameni. Alte obiective secundare au fost crearea unui CubeSat care să reziste testului de agitare și să poată încadra toate materialele necesare în interiorul acestuia. Golurile laterale merg mână-n mână cu constrângerile. Constrângerile pe care le-am avut pentru acest proiect au fost dimensiunile CubeSat, cât de mult cântărește și materialul din care este construit. Alte constrângeri care nu au legătură cu CubeSat au fost cantitatea de timp pe care am avut-o pentru a imprima 3D, deoarece am obținut doar o zi pentru a o face; senzorii pe care i-am folosit au fost, de asemenea, o constrângere, deoarece au existat senzori pe care clasa nu i-a avut disponibili sau pe care nu i-au putut cumpăra. În plus, a trebuit să trecem testul de agitare pentru a determina stabilitatea CubeSat și testul de greutate pentru a ne asigura că nu depășim 1,3 kg.

-Juan

Pasul 1: Lista materialelor

CubeSat imprimat 3D - Satelit miniaturizat care are dimensiunile de 10cm x 10cm x 10cm și nu poate cântări mai mult de 1,3 kg. Aici ne punem toate firele și senzorii, servește ca sondă spațială

Sârme - Folosit pentru a conecta Geiger Counter și Arduino unul la altul și a le face să funcționeze

Arduino- Folosit pentru a rula codul pe contorul Geiger

Geiger Counter - Folosit pentru măsurarea degradării radioactive, de asta depinde întregul nostru proiect pentru a determina radioactivitatea

Baterii - Folosit pentru alimentarea contorului Geiger, care va alimenta Arduino odată conectat

Reader Micro sd - Folosit pentru a colecta și înregistra datele colectate cu Geiger Counter

Șuruburi - Folosit pentru a strânge partea superioară și inferioară a CubeSat pentru a vă asigura că nu se strică

Minereu de uraniu - Material radioactiv, care este contorul Geiger folosit pentru a determina radioactivitatea

Computer - Folosit pentru a găsi / crea codul pe care îl veți folosi pentru Arduino

Cablu USB - Folosit pentru a vă conecta Arduino la computer și a rula codul

Pasul 2: Construiți-vă CubeSat

Primul lucru de care vei avea nevoie este CubeSat.

(Dacă doriți o explicație detaliată a ceea ce este un CubeSat checkout

Atunci când proiectați CubeSat, aveți două opțiuni principale, construiți-vă propriul dvs. din orice material aveți sau imprimați 3D.

Grupul meu a decis să imprime 3D CubeSat, așa că tot ce trebuia să facem era să căutăm „3D CubeSat” și am găsit mai multe șabloane, dar am decis să preluăm fișierul de pe site-ul NASA. De acolo va trebui să descărcați fișierul; atunci vei avea nevoie de o unitate flash pentru a dezarhiva fișierul și a-l încărca pe o imprimantă 3D.

De acolo, mergeți mai departe și imprimați 3D CubeSat pentru a continua cu restul pașilor.

La crearea modelului nostru 3D CubeSat ne-am dat seama că Arduino și cablurile noastre nu se potrivesc în interiorul acestuia. Cu toții a trebuit să creăm o strategie și să ne dăm seama cum să punem totul înăuntru. A trebuit să ne rotim și să punem capacul sus și jos cu fața în sus. După aceea, a trebuit să forăm găuri și să putem înșuruba unghiile și să găsim dimensiunea bună. În timp ce puneam toate Arduino, cardul SD și tot ce era în el, aveam spațiu „prea mare”, așa că a trebuit să adăugăm niște folii cu bule când testam, nu mergea peste tot, pentru că totul era conectat și conectat.

Pasul 3: Schițați-vă designul

Odată ce veți obține toate materialele, veți dori să faceți o schiță a aspectului dvs. de design.

Unii consideră că acest pas este mai util decât alții, astfel încât să poată fi la fel de detaliat sau cât de simplu doriți, dar este bine să vă faceți o idee generală despre cum veți organiza totul.

Grupul nostru l-a folosit personal pentru a face un fel de brainstorming cu privire la modul în care ne vom organiza senzorii și toate firele, dar de acolo nu am găsit prea mult folos pentru el, deoarece schimbam în mod constant lucrurile și astfel schițele noastre au servit doar ca punct de plecare de când nu Nu prea rămâi cu ei.

Odată ce ai o idee generală despre cum va arăta totul, poți trece la pasul următor

Pasul 4: Aflați cum funcționează contorul Geiger

Odată ce am primit Contorul Geiger, a trebuit să aflăm cum a funcționat, deoarece niciunul dintre noi nu a folosit vreodată unul.

Primul lucru pe care l-am învățat este că Geiger Counter este foarte sensibil. Senzorii din spate ar face un zgomot extrem de puternic, precum și tubul Geiger însuși ori de câte ori am atins. Dacă ne-am ține degetul pe tub, ar emite un semnal sonor constant și ne vom lua degetele de pe ele și vom emite un sunet în funcție de durata degetelor noastre pe tub.

Apoi am testat Geiger Counter folosind banane. Ne-am dat seama că, cu cât materialul radioactiv era mai aproape de Geiger Counter, cu atât mai mult ar bifa și invers.

Pasul 5: Instrumente / Practici de siguranță

1. Primul lucru care este necesar este un CubeSat. Pentru a face acest lucru, veți avea nevoie de o imprimantă 3D și de fișierele de tipărit sau vă puteți construi propria folosind orice materiale considerați că vor funcționa; nu uitați, CubeSat trebuie să aibă 10cm x 10cm x 10cm (Treceți peste partea 2 dacă vă construiți propria dvs.)
2. Apoi, va trebui să faceți găuri în cochilii superiori și inferiori ai CubeSat imprimate 3D pentru a pune șuruburi în el. Mergeți mai departe și înșurubați carcasa inferioară (asigurați-vă că purtați ochelari de protecție pentru a împiedica pătrunderea de resturi în ochi)
3. Obțineți niște baterii și puneți-le într-un pachet de baterii, apoi conectați bateriile la Geiger Counter și conectați Geiger Counter la Arduino. Asigurați-vă că este conectat și un cititor Micro SD.
4. Porniți contorul Geiger pentru a vă asigura că totul funcționează corect. Puneți totul în interiorul CubeSat.
5. Testează zborul cu CubeSat pentru a te asigura
6. După colectarea datelor, asigurați-vă că nimic din CubeSat nu se supraîncălzește. Dacă există, deconectați-l imediat și evaluați problema
7. Testați totul pentru a verifica dacă datele sunt colectate
8. Asigurați-vă că vă spălați pe mâini după ce ați lucrat cu uraniul folosit pentru a colecta date

Pasul 6: Cablarea Arduino

Singura sursă de alimentare necesară este bateriile AA

Conectați bateriile direct la contorul Geiger, apoi conectați știftul VVC la coloana pozitivă a panoului.

Rulați un alt fir pe aceeași coloană din panoul de control până la slotul de 5V de pe Arduino. Acest lucru va alimenta Arduino.

Apoi, rulați un fir de la pinul de 5V de pe arduino la adaptorul cardului SD.

Apoi, conectați VIN pe contorul geiger la un pin analogic pe Arduino.

După aceea, conectați GND la coloana negativă de pe panou.

Conectați coloana negativă la GND pe Arduino.

Card SD către Arduino:

Miso merge la 11

Miso merge la 12

SCK ajunge la 13

CS merge la 4

Pasul 7: Codificare

Cel mai simplu mod de a codifica Arduino este să descărcați aplicația ArduinoCC, care vă permite să scrieți cod și să îl încărcați pe Aduino. Am găsit foarte greu un cod complet care să funcționeze. Din fericire pentru dvs., codul nostru include înregistrarea CPM (clicuri pe minut) și a datelor de pe cardul SD.

Cod:

#include

#include

/ * * Geiger.ino * * Acest cod interacționează cu placa de contor Geiger Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE)

* și raportează citiri în CPM (Counts Per Minute). *

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

* Licență: Licență MIT *

* Vă rugăm să utilizați liber cu atribuire. Mulțumesc!

*

* * Editat ** * /

#define LOG_PERIOD 5000 // Perioada de înregistrare în milisecunde, valoare recomandată 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 // Perioada maximă de înregistrare

numere lungi nesemnate volatile = 0; // Evenimente GM Tube

cpm lung nesemnat = 0; // CPM

multiplicator int nesemnat const = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Calculează / stochează CPM

nesemnat mult timp anteriorMillis; // Măsurarea timpului

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// Captează numărul de evenimente din contorul de contoare Geiger ++;

}

#include

Înregistrează fișierul meu;

configurare nulă () {

pinMode (10, OUTPUT);

SD.begin (4); // Deschideți comunicațiile seriale și așteptați deschiderea portului:

Serial.begin (115200);

}

void loop () {// nimic nu se întâmplă după configurare

curent lung nesemnat Millis = millis ();

if (currentMillis - previousMillis> LOG_PERIOD) {

previousMillis = curentMillis;

cpm = numărare * multiplicator;

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

dacă (fișierul meu) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

MyFile.close ();

}

contează = 0;

pinMode (pin, INPUT); // Setați pinul la intrare pentru capturarea întreruperilor evenimentelor GM Tube (); // Activați întreruperile (în cazul în care anterior au fost dezactivate) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Definiți întreruperile externe

}

}

Imaginea pe care o avem este a primului cod pe care l-am folosit, care a fost incomplet, astfel încât a fost prima dintre problemele noastre cu codarea. De acolo înainte nu am mai putut continua cu proiectul până când profesorii nu ne-au ajutat cu codul. Acest cod a fost derivat dintr-un alt cod care a funcționat numai cu Geiger Counter, dar nu odată ce a fost asociat cu cardul SD.

Pasul 8: Codul de testare

Odată ce ați primit codul, continuați și testați codul pentru a vă asigura că puteți colecta date.

Asigurați-vă că toate setările sunt corecte, așa că verificați porturile și firele pentru a vă asigura că totul este corect.

După ce ați verificat totul, rulați codul și vedeți datele pe care le obțineți.

Rețineți, de asemenea, unitățile pentru radiația pe care o colectați, deoarece vor determina radiația efectivă care este emisă.

Pasul 9: testați CubeSat

După ce ați descoperit codarea și toate cablurile sunt terminate, următorul pas este să încorporați totul în CubeSat și să-l testați pentru a vă asigura că nimic nu se va destrăma la testarea finală.

Primul test pe care va trebui să îl finalizați este testul de zbor. Obțineți ceva din care să vă agățați CubeSat și rotiți-l pentru a testa dacă va zbura sau nu și pentru a vă asigura că se rotește în direcția corectă.

După ce ați finalizat primul test preliminar, va trebui să finalizați două teste de shake. Primul test va simula turbulența pe care CubeSat ar experimenta-o ieșind din atmosfera pământului, iar al doilea test de scuturare ar simula turbulența în spațiu.

Asigurați-vă că toate părțile dvs. au rămas împreună și că nimic nu s-a destrămat.

Pasul 10: Testare finală și rezultate

Date colectate pe tabel la distanțe diferite de contorul geiger

Intervale de colectare la 5 secunde 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Înainte de testarea finală, am colectat date pornind contorul Geiger și punând materialul radioactiv la diferite distanțe. Cu cât numărul este mai mare, cu atât contorul Geiger era mai aproape de materialul radioactiv.

Date colectate în timpul testării propriu-zise

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

Pentru testarea noastră reală, materialul radioactiv s-a dovedit a fi prea departe de Geiger Counter pentru ca acesta să fie chiar măsurat.

Ce înseamnă datele? Folosind graficul citirilor putem stabili că cu cât numărul este mai mare, cu atât radiația este mai periculoasă pentru oameni. Putem apoi transforma clic pe minut în mSV, care sunt unitățile reale pentru radiații. Așadar, pe baza experimentului nostru, Marte este perfect salvat pentru oameni!

Din păcate, realitatea este adesea dezamăgitoare. Radiația lui Marte este de fapt cu 300 mSv, care este de 15 ori mai mare decât ceea ce este expus anual un lucrător al centralei nucleare.

Alte date pentru zborul nostru includ:

Fc: 3.101 Newtoni

Ac: 8,072 m / s ^ 2

V: 2,107 m / s

m:.38416 kg

P: 1,64 secunde

F:.609 Hz

Pasul 11: Probleme / Sfaturi / Surse

Problema majoră pe care am avut-o a fost găsirea codului care ar funcționa pentru Geiger și cardul SD, deci dacă aveți aceeași problemă, nu ezitați să utilizați codul nostru ca bază. O altă opțiune ar fi să mergeți pe forumurile Arduino și să cereți ajutor acolo (fiți gata să plătiți, totuși, deoarece am observat că este mai puțin probabil ca oamenii să ajute dacă nu există despăgubiri).

Un lucru pe care l-am sfătui pentru alții este să încercăm să găsim o modalitate prin care Contorul Geiger să fie cât mai aproape de radiații pentru a putea obține mai multe date certificate.

Iată sursele pe care le-am consultat pentru oricine este interesat:

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

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

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