Kā izveidot CubeSat ar Arduino un Geigera skaitītāja sensoru: 11 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Vai esat kādreiz domājuši par to, vai Marss ir radioaktīvs? Un ja tas ir radioaktīvs, vai radiācijas līmenis ir pietiekami augsts, lai to uzskatītu par kaitīgu cilvēkiem? Šie ir visi jautājumi, uz kuriem, cerams, var atbildēt mūsu CubeSat ar Arduino Geigera skaitītāju.

Radiāciju mēra sievertos, kas kvantitatīvi nosaka cilvēka audos absorbētā starojuma daudzumu, bet to milzīgo izmēru dēļ mēs parasti mērām milisivertos (mSV). 100 mSV ir zemākā gada deva, pie kuras ir redzams jebkāds vēža riska pieaugums, un viena 10 000 mSV deva ir nāvējoša dažu nedēļu laikā. Mēs ceram noteikt, kur šī simulācija nolaiž Marsu radioaktīvā mērogā.

Mūsu fizikas stunda sākās, pētot lidojuma spēkus pirmajā ceturksnī, izmantojot laboratoriju, kurā mēs izstrādājām savu lidmašīnu un pēc tam izveidojām to no putupolistirola plāksnēm. Pēc tam mēs sāktu palaišanu, lai pārbaudītu lidmašīnas pretestību, pacelšanu, vilci un svaru. Pēc pirmās datu kopas mēs veicām izmaiņas plaknē, lai mēģinātu iegūt pēc iespējas lielāku attālumu.

Tad otrajā ceturksnī mēs koncentrējāmies uz ūdens raķetes izveidi, lai turpinātu novērot un pārbaudīt pirmajā ceturksnī apgūtās koncepcijas. Šim projektam mēs izmantojām 2L pudeles un citus materiālus, lai izveidotu savu raķeti. Kad mēs bijām gatavi startēt, mēs piepildījām pudeles ar ūdeni, izgājām ārā, novietojām raķeti uz palaišanas paliktņa, saspiedām ūdeni un atlaidām. Mērķis bija palaist raķeti pēc iespējas tālāk vertikālā virzienā un droši to nolaist.

Mūsu trešais pēdējais “lielais” projekts bija CubeSat būvēšana, kas droši pārnestu Arduino un sensoru uz mūsu klases Marsa modeli. Šī projekta galvenais mērķis bija noteikt radioaktivitātes daudzumu Marsā un noteikt, vai tas ir kaitīgs cilvēkiem. Daži citi sānu mērķi bija izveidot CubeSat, kas izturētu kratīšanas testu un spētu ievietot visus nepieciešamos materiālus tā iekšpusē. Sānu mērķi iet roku rokā ar ierobežojumiem. Šī projekta ierobežojumi bija CubeSat izmēri, tā svars un materiāls, no kura tas ir izgatavots. Citi ierobežojumi, kas nebija saistīti ar CubeSat, bija laiks, kas mums bija nepieciešams 3D drukāšanai, jo mums bija tikai viena diena, lai to paveiktu; mūsu izmantotie sensori arī bija ierobežojums, jo bija sensori, kas klasei nebija pieejami vai kurus nevarēja iegādāties. Turklāt mums bija jāiztur kratīšanas tests, lai noteiktu CubeSat stabilitāti, un svara tests, lai pārliecinātos, ka nepārsniedzam 1,3 kg.

-Juans

1. darbība: materiālu saraksts

3D drukāts CubeSat- Miniaturizēts satelīts, kura izmēri ir 10 cm x 10 cm x 10 cm un kura svars nevar pārsniegt 1,3 kg. Šeit mēs ievietojam visus savus vadus un sensorus, kas kalpo kā kosmosa zonde

Vadi- izmanto, lai savienotu Geigera skaitītāju un Arduino viens ar otru un liktu tiem darboties

Arduino- izmanto, lai palaistu kodu Geigera skaitītājā

Geigera skaitītājs- izmanto radioaktīvās sabrukšanas mērīšanai, no tā ir atkarīgs viss mūsu projekts, lai noteiktu radioaktivitāti

Baterijas- izmanto, lai darbinātu Geigera skaitītāju, kas pēc pievienošanas darbinās Arduino

Micro sd lasītājs- izmanto, lai savāktu un reģistrētu datus, kas savākti ar Geigera skaitītāju

Skrūves- izmanto, lai pievilktu CubeSat augšējo un apakšējo daļu, lai nodrošinātu, ka tā nesadalās

Urāna rūda- radioaktīvs materiāls, ko Geigera skaitītājs izmanto radioaktivitātes noteikšanai

Dators- tiek izmantots, lai atrastu/izveidotu kodu, kuru izmantosit Arduino

USB vads- izmanto, lai savienotu Arduino ar datoru un palaistu kodu

2. darbība: izveidojiet savu CubeSat

Pirmā lieta, kas jums būs nepieciešama, ir jūsu CubeSat.

(Ja vēlaties detalizētu skaidrojumu par to, kas ir CubeSat, izrakstieties

Izstrādājot savu CubeSat, jums ir divas galvenās iespējas, izveidojiet savu no jebkura materiāla vai 3D izdrukas.

Mana grupa nolēma 3D drukāt mūsu CubeSat, tāpēc viss, kas mums bija jādara, bija uzmeklēt "3D CubeSat", un mēs atradām vairākas veidnes, bet mēs nolēmām paņemt failu no NASA vietnes. No turienes jums būs nepieciešams lejupielādēt failu; tad, lai izpakotu failu un ielādētu to 3D printerī, jums būs nepieciešams zibatmiņas disks.

No turienes vienkārši turpiniet un izdrukājiet CubeSat 3D, lai turpinātu pārējās darbības.

Veidojot mūsu 3D CubeSat modeli, mēs sapratām, ka mūsu Arduino un auklas tajā neiederēsies. Mums visiem bija jāizveido stratēģija un jāizdomā, kā visu salikt iekšā. Mums vajadzēja pagriezties un novietot vāku augšpusē un apakšā uz augšu. Pēc tam mums bija jāizurbj caurumi un jāspēj pieskrūvēt naglas un atrast labu izmēru. Ievietojot visu Arduino, SD karti un visu tajā, mums bija “pārāk daudz” vietas, tāpēc mums bija jāpievieno daži burbuļplēves kad mēs pārbaudījām, tas neiet visur, jo viss bija vadu un savienots.

3. solis: ieskicējiet savu dizainu

Kad esat ieguvis visus savus materiālus, jūs vēlaties izveidot skici par to, kā izskatīsies jūsu dizains.

Dažiem šis solis šķiet noderīgāks par citiem, tāpēc tas var būt tik detalizēts vai vienkāršs, cik vēlaties, taču ir labi iegūt vispārēju priekšstatu par to, kā jūs visu organizēsit.

Mūsu grupa to personīgi izmantoja, lai izdomātu, kā mēs sakārtotu savus sensorus un visus vadus, bet no turienes mēs neatradām tam lielu pielietojumu, jo mēs pastāvīgi mainījām lietas, un tāpēc mūsu skices kalpoja tikai kā sākumpunkts, jo mēs to nedarījām īsti pie viņiem nelīp.

Kad jums ir vispārējs priekšstats par to, kā viss izskatīsies, varat pāriet uz nākamo soli

4. darbība. Uzziniet, kā darbojas Geigera skaitītājs

Kad mums bija piegādāts Geigera skaitītājs, mums bija jāiemācās, kā tas darbojas, jo neviens no mums to nekad nebija izmantojis.

Pirmā lieta, ko mēs uzzinājām, ir tā, ka Geigera skaitītājs ir ļoti jutīgs. Aizmugurē esošie sensori radītu ārkārtīgi skaļu troksni, kā arī pati Geigera caurule, kad mēs pieskaramies. Ja mēs turētu pirkstu uz caurules, tas izdotu vienu garu nemainīgu pīkstienu un mēs noņemtu un ieslēgtu pirkstus, un tas pīkstētu atbilstoši pirkstu ilgumam uz caurules.

Tad mēs pārbaudījām Geigera skaitītāju, izmantojot banānus. Mēs sapratām, ka, jo tuvāk radioaktīvais materiāls atrodas Geigera skaitītājam, jo vairāk tas tiks atzīmēts un otrādi.

5. solis: rīki/drošības prakse

1. Pirmā lieta, kas nepieciešama, ir CubeSat. Lai to izdarītu, jums būs nepieciešams 3D printeris un drukājamie faili, vai arī jūs varat izveidot savu, izmantojot visus materiālus, kas, jūsuprāt, darbosies; atcerieties, ka CubeSat izmēram jābūt 10 cm x 10 cm x 10 cm (izlaidiet 2. daļu, ja veidojat savu)
2. Tālāk jums būs jāizurbj caurumi 3D drukātā CubeSat augšējā un apakšējā apvalkā, lai tajā ievietotu skrūves. Iet uz priekšu un ieskrūvējiet apakšējo apvalku (pārliecinieties, ka esat nēsājis aizsargbrilles, lai netīrumi nenokļūtu acīs)
3. Iegūstiet dažas baterijas un ievietojiet tās akumulatorā, pēc tam pievienojiet baterijas Geigera skaitītājam un pievienojiet Geigera skaitītāju Arduino. Pārliecinieties, vai ir pievienots arī Micro SD lasītājs.
4. Ieslēdziet Geigera skaitītāju, lai pārliecinātos, ka viss darbojas pareizi. Ielieciet visu CubeSat iekšpusē.
5. Pārbaudiet savu CubeSat lidojumu, lai pārliecinātos
6. Pēc datu apkopošanas pārliecinieties, vai nekas CubeSat nav pārkarsis. Ja tā ir, nekavējoties atvienojiet to no strāvas un novērtējiet problēmu
7. Pārbaudiet visu, lai pārbaudītu, vai dati tiek vākti
8. Noteikti nomazgājiet rokas pēc darīšanas ar urānu, ko izmanto datu vākšanai

6. darbība: Arduino vadu savienošana

Vienīgais nepieciešamais barošanas avots ir AA baterijas

Pievienojiet baterijas tieši Geigera skaitītājam, pēc tam pievienojiet VVC tapu maizes dēļa pozitīvajai kolonnai.

Izvelciet citu vadu tajā pašā maizes dēļa kolonnā līdz Arduino 5V slotā. Tas darbinās Arduino.

Pēc tam palaidiet vadu no arduino 5V tapas līdz SD kartes adapterim.

Pēc tam savienojiet VIN uz ģeigera skaitītāja ar analogo tapu Arduino.

Pēc tam pievienojiet GND negatīvajai kolonnai uz maizes dēļa.

Pievienojiet negatīvo kolonnu GND Arduino.

SD karte uz Arduino:

Miso iet uz 11

Miso iet uz 12

SCK iet uz 13

CS iet uz 4

7. darbība: kodēšana

Vienkāršākais veids, kā kodēt Arduino, ir lejupielādēt lietotni ArduinoCC, kas ļauj rakstīt kodu un augšupielādēt to Aduino. Mums bija ļoti grūti atrast pilnīgu kodu, kas darbotos. Par laimi, mūsu kods ietver MPT (klikšķu minūtē) un SD kartē esošo datu ierakstīšanu.

Kods:

#iekļaut

#iekļaut

/ * * Geiger.ino * * Šis kods mijiedarbojas ar Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE) Geigera skaitītāja dēli

* un ziņo par rādījumiem MPT (skaits minūtē). *

* Autors: Marks A. Heklers (@MkHeck, [email protected]) *

* Licence: MIT licence *

* Lūdzu, brīvi izmantojiet ar attiecinājumu. Paldies!

*

* * Rediģēts ** */

#define LOG_PERIOD 5000 // Reģistrācijas periods milisekundēs, ieteicamā vērtība 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 // Maksimālais reģistrēšanas periods

gaistoši neparakstīti garie skaitļi = 0; // GM Tube notikumi

neparakstīts garais cpm = 0; // MPT

const unsigned int reizinātājs = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Aprēķina/saglabā MPT

neparakstīts ilgi iepriekšMillis; // Laika mērīšana

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// Notver notikumu skaitu no Geigera skaitītāju dēļu skaita ++;

}

#iekļaut

Fails myFile;

void setup () {

pinMode (10, OUTPUT);

SD. Sākums (4); // Atveriet seriālos sakarus un gaidiet, līdz atveras ports:

Serial.begin (115200);

}

void loop () {// pēc iestatīšanas nekas nenotiek

neparakstīta garā strāvaMillis = millis ();

if (currentMillis - previousMillis> LOG_PERIOD) {

previousMillis = currentMillis;

cpm = skaits * reizinātājs;

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

ja (mans fails) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

skaitās = 0;

pinMode (pin, INPUT); // Iestatiet tapu uz ievadi GM Tube notikumu pārtraukšanas () uztveršanai; // Iespējot pārtraukumus (ja tie iepriekš bija atspējoti) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Definējiet ārējos pārtraukumus

}

}

Mūsu redzamais attēls ir no pirmā izmantotā koda, kas bija nepilnīgs, tāpēc tā bija pirmā no mūsu problēmām ar kodēšanu. Turpmāk mēs nevarējām turpināt projektu, līdz skolotāji mums palīdzēja ar kodu. Šis kods tika iegūts no cita koda, kas darbojās tikai ar Geigera skaitītāju, bet ne reizi, kad tas bija savienots pārī ar SD karti.

8. darbība: pārbaudes kods

Kad esat ieguvis kodu, dodieties uz priekšu un pārbaudiet kodu, lai pārliecinātos, ka varat savākt datus.

Pārliecinieties, vai visi iestatījumi ir pareizi, tāpēc pārbaudiet savus portus un vadus, lai pārliecinātos, ka viss ir pareizi.

Kad esat pārbaudījis visu, palaidiet kodu un skatiet iegūtos datus.

Ņemiet vērā arī savāktās radiācijas vienības, jo tās noteiks faktisko izstaroto starojumu.

9. darbība: pārbaudiet savu CubeSat

Kad esat izdomājis savu kodēšanu un visas elektroinstalācijas, jūsu nākamais solis ir ievietot visu CubeSat iekšpusē un pārbaudīt to, lai pārliecinātos, ka pēdējās pārbaudes laikā nekas nesabruks.

Pirmais tests, kas jums būs jāizpilda, ir lidojuma tests. Iegūstiet kaut ko, no kā pakārt CubeSat, un pagrieziet to, lai pārbaudītu, vai tas lidos vai nē, un pārliecinieties, vai tas griežas pareizajā virzienā.

Kad esat pabeidzis pirmo provizorisko testu, jums būs jāizpilda divi kratīšanas testi. Pirmais tests simulēs turbulenci, ar kādu CubeSat izkļūtu no Zemes atmosfēras, un otrais kratīšanas tests simulēs turbulenci telpā.

Pārliecinieties, ka visas jūsu detaļas ir palikušas kopā un ka nekas nesadalās.

10. solis: galīgā pārbaude un rezultāti

Dati, kas savākti uz galda dažādos attālumos no ģeigera skaitītāja

Savākšanas intervāli 5 sekundēs 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Pirms pēdējās pārbaudes mēs apkopojām datus, ieslēdzot Geigera skaitītāju un ievietojot radioaktīvo materiālu dažādos attālumos. Jo lielāks skaitlis, jo tuvāk Geigera skaitītājs atradās radioaktīvajam materiālam.

Dati, kas savākti faktiskās pārbaudes laikā

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

Mūsu faktiskajai pārbaudei radioaktīvais materiāls izrādījās pārāk tālu no Geigera skaitītāja, lai to varētu pat izmērīt.

Ko nozīmē dati? Labi, izmantojot nolasījumu tabulu, mēs varam noteikt, ka jo lielāks skaitlis, jo bīstamāks starojums ir cilvēkiem. Pēc tam mēs varam pārvērst klikšķi minūtē uz mSV, kas ir faktiskās starojuma vienības. Un tā, pamatojoties uz mūsu eksperimentu, Marss ir pilnīgi glābjams cilvēkiem!

Diemžēl realitāte bieži rada vilšanos. Marsa starojums faktiski ir 300 mSv, kas ir 15 reizes lielāks nekā tas, ko atomelektrostacijas darbinieks katru gadu pakļauj.

Citi mūsu lidojuma dati ietver:

Fc: 3.101 Ņūtoni

Ac: 8,072 m/s^2

V: 2,107 m/s

m:.38416 kg

P: 1,64 sekundes

F: 0,609 Hz

11. darbība: problēmas/padomi/avoti

Galvenā problēma, kas mums bija, bija atrast kodu, kas derētu Geigeram un SD kartei, tādēļ, ja jums ir tāda pati problēma, lūdzu, izmantojiet mūsu kodu kā pamatu. Vēl viena iespēja būtu doties uz Arduino forumiem un lūgt palīdzību tur (tomēr esiet gatavi maksāt, jo pamanījām, ka cilvēki, visticamāk, nepalīdzēs, ja netiks saņemta kompensācija).

Viena lieta, ko mēs ieteiktu citiem, ir mēģināt atrast veidu, kā Geigera skaitītājs būtu pēc iespējas tuvāk starojumam, lai varētu iegūt vairāk sertificētu datu.

Šeit ir avoti, kurus mēs apspriedām ikvienam interesentam:

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

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

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