Kaip sukurti „CubeSat“naudojant „Arduino“ir „Geiger“skaitiklio jutiklį: 11 žingsnių

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Ar kada susimąstėte, ar Marsas yra radioaktyvus? Ir jei jis yra radioaktyvus, ar radiacijos lygis yra pakankamai aukštas, kad būtų laikomas kenksmingu žmonėms? Tikimės, kad į visus šiuos klausimus tikimės atsakyti mūsų „CubeSat“su Arduino Geigerio skaitikliu.

Spinduliuotė matuojama sievertais, kurie kiekybiškai įvertina žmogaus audinių sugertos spinduliuotės kiekį, tačiau dėl jų milžiniško dydžio dažniausiai matuojame milisivertais (mSV). 100 mSV yra mažiausia metinė dozė, kai akivaizdus bet koks vėžio rizikos padidėjimas, o viena 10 000 mSV dozė yra mirtina per kelias savaites. Tikimės nustatyti, kur šis modeliavimas nusileidžia Marsui radioaktyviu mastu.

Mūsų fizikos pamoka prasidėjo tyrinėjant skrydžio jėgas per pirmąjį ketvirtį per laboratoriją, kurioje mes sukūrėme savo lėktuvą ir sukūrėme jį iš polistirolo plokščių. Tada mes pradėsime paleisti, kad išbandytume lėktuvo tempimą, kėlimą, trauką ir svorį. Po pirmojo duomenų rinkinio mes pakeisime lėktuvą, kad galėtume pasiekti kuo tolimesnį atstumą.

Tada antrąjį ketvirtį mes sutelkėme dėmesį į vandens raketos kūrimą, kad galėtume toliau stebėti ir išbandyti koncepcijas, kurias išmokome per pirmąjį ketvirtį. Šiam projektui mes panaudojome 2L butelius ir kitas medžiagas savo raketai kurti. Kai buvome pasiruošę paleisti, pripildėme butelius vandens, išėjome į lauką, pastatėme raketą ant paleidimo aikštelės, slėgėme vandenį ir paleisime. Tikslas buvo paleisti raketą kuo toliau vertikalia kryptimi ir saugiai nusileisti.

Mūsų trečiasis paskutinis „didelis“projektas buvo „CubeSat“kūrimas, kuris saugiai neštų „Arduino“ir jutiklį į mūsų klasės Marso modelį. Pagrindinis šio projekto tikslas buvo nustatyti radioaktyvumo kiekį Marse ir nustatyti, ar jis kenksmingas žmonėms. Kai kurie kiti šalutiniai tikslai buvo sukurti „CubeSat“, kuris atlaikytų sukrėtimo bandymą ir galėtų tilpti į visas reikalingas medžiagas. Šalutiniai tikslai eina koja kojon su apribojimais. Šio projekto apribojimai buvo „CubeSat“matmenys, kiek jis sveria ir medžiaga, iš kurios jis pagamintas. Kiti su „CubeSat“nesusiję apribojimai buvo laikas, kurį turėjome spausdinti 3D, nes mums pavyko tai padaryti tik vieną dieną; mūsų naudojami jutikliai taip pat buvo suvaržymas, nes buvo jutiklių, kurių klasė neturėjo arba negalėjo įsigyti. Be to, turėjome išlaikyti purtymo testą, kad nustatytume „CubeSat“stabilumą, ir svorio testą, kad įsitikintume, jog neviršijame 1,3 kg.

-Juanas

1 žingsnis: medžiagų sąrašas

3D spausdintas „CubeSat“- miniatiūrinis palydovas, kurio matmenys yra 10 cm x 10 cm x 10 cm ir negali sverti daugiau kaip 1,3 kg. Čia mes dedame visus laidus ir jutiklius, tarnauja kaip kosminis zondas

Laidai- naudojami prijungti „Geiger“skaitiklį ir „Arduino“vienas prie kito ir priversti juos veikti

„Arduino“- naudojamas paleisti kodą „Geiger“skaitiklyje

Geigerio skaitiklis- naudojamas radioaktyviam skilimui matuoti, nuo to priklauso visas mūsų projektas, siekiant nustatyti radioaktyvumą

Baterijos- naudojamos maitinti „Geiger“skaitiklį, kuris maitins „Arduino“, kai jis bus prijungtas

„Micro sd Reader“- naudojamas surinkti ir įrašyti duomenis, surinktus naudojant „Geiger“skaitiklį

Sraigtai- naudojami CubeSat viršaus ir apačios priveržimui, siekiant užtikrinti, kad jis nesugestų

Urano rūda- radioaktyvi medžiaga, kurią Geigerio skaitiklis naudoja radioaktyvumui nustatyti

Kompiuteris- naudojamas surasti/sukurti kodą, kurį naudosite „Arduino“

USB laidas- naudojamas prijungti „Arduino“prie kompiuterio ir paleisti kodą

2 žingsnis: sukurkite „CubeSat“

Pirmas dalykas, kurio jums prireiks, yra „CubeSat“.

(Jei norite išsamaus paaiškinimo, kas yra „CubeSat“kasa, Kurdami „CubeSat“turite dvi pagrindines galimybes, sukurkite savo iš bet kokios medžiagos arba 3D spausdinimo.

Mano grupė nusprendė 3D spausdinti mūsų „CubeSat“, todėl mums beliko ieškoti „3D CubeSat“ir radome kelis šablonus, tačiau nusprendėme paimti failą iš NASA svetainės. Iš ten turėsite atsisiųsti failą; tada jums reikės „flash“disko, kad išpakuotumėte failą ir įkeltumėte jį į 3D spausdintuvą.

Iš ten tiesiog eikite į priekį ir 3D spausdinkite „CubeSat“, kad galėtumėte tęsti likusius veiksmus.

Kurdami 3D „CubeSat“modelį supratome, kad mūsų „Arduino“ir laidai netelpa jo viduje. Visi turėjome sukurti strategiją ir išsiaiškinti, kaip viską sudėti į vidų. Turėjome pasukti ir uždėti dangtelį viršuje ir apačioje į viršų. Po to mes turėjome gręžti skyles ir sugebėti įsukti nagus ir rasti gerą dydį. Įdėdami visą „Arduino“, SD kortelę ir viską, kas buvo joje, turėjome „per daug“vietos, todėl turėjome pridėti keletą burbuliukų kai mes bandėme, tai ne visur, nes viskas buvo prijungta ir prijungta.

3 žingsnis: eskizuokite savo dizainą

Kai gausite visas savo medžiagas, norėsite sukurti eskizą, kaip atrodys jūsų dizainas.

Kai kurie mano, kad šis žingsnis yra naudingesnis už kitus, todėl jis gali būti toks išsamus ar paprastas, kaip jums patinka, tačiau gerai susidaryti bendrą supratimą, kaip viską organizuosite.

Mūsų grupė asmeniškai ją naudojo tam, kad galvotų, kaip mes organizuotume savo jutiklius ir visus laidus, bet iš ten mes neradome daug naudos, nes mes nuolat keisdavome dalykus, todėl mūsų eskizai buvo tik atspirties taškas, nes mes to nepadarėme tikrai nesilaikyk jų.

Kai turėsite bendrą idėją, kaip viskas atrodys, galite pereiti prie kito žingsnio

4 žingsnis: sužinokite, kaip veikia „Geiger“skaitiklis

Kai gavome „Geiger“skaitiklį, turėjome sužinoti, kaip jis veikia, nes nė vienas iš mūsų niekada jo nenaudojome.

Pirmas dalykas, kurį sužinojome, yra tai, kad „Geiger“skaitiklis yra labai jautrus. Galinėje pusėje esantys jutikliai skleis itin garsų triukšmą, taip pat pats Geigerio vamzdis, kai tik prisiliesime. Jei laikytume pirštą ant vamzdžio, jis skleistų vieną ilgą nuolatinį pyptelėjimą, o pirštus nuimtume ir įjungtume, ir jis pyptelėtų pagal pirštų trukmę ant mėgintuvėlio.

Tada mes išbandėme „Geiger“skaitiklį naudodami bananus. Supratome, kad kuo arčiau radioaktyviosios medžiagos buvo Geigerio skaitiklis, tuo labiau ji tiks ir atvirkščiai.

5 žingsnis: įrankiai/saugos praktika

1. Pirmas dalykas, kurio reikia, yra „CubeSat“. Norėdami tai padaryti, jums reikės 3D spausdintuvo ir spausdinamų failų, arba galite sukurti savo, naudodami bet kokias medžiagas, kurios, jūsų manymu, veiks; atminkite, kad „CubeSat“turi būti 10 cm x 10 cm x 10 cm (praleiskite 2 dalį, jei kuriate savo)
2. Toliau turėsite išgręžti skyles į 3D spausdinto „CubeSat“viršutinį ir apatinį korpusus, kad į jį įsuktų varžtus. Pirmyn ir užsukite apatinį apvalkalą (įsitikinkite, kad dėvite akinius, kad šiukšlės nepatektų į akis)
3. Paimkite keletą baterijų ir įdėkite jas į akumuliatorių, tada prijunkite baterijas prie „Geiger“skaitiklio ir „Geiger“skaitiklį prie „Arduino“. Įsitikinkite, kad prijungtas ir „Micro SD“skaitytuvas.
4. Įjunkite „Geiger“skaitiklį, kad įsitikintumėte, jog viskas veikia tinkamai. Įdėkite viską į „CubeSat“.
5. Išbandykite „CubeSat“skrydį ir įsitikinkite
6. Surinkę duomenis įsitikinkite, kad „CubeSat“niekas neperkaito. Jei yra, nedelsdami atjunkite jį nuo elektros tinklo ir įvertinkite problemą
7. Išbandykite viską, kad patikrintumėte, ar renkami duomenys
8. Būtinai nusiplaukite rankas, kai susiduriate su uranu, naudojamu duomenims rinkti

6 žingsnis: „Arduino“prijungimas

Vienintelis reikalingas maitinimo šaltinis yra AA baterijos

Prijunkite baterijas tiesiai prie „Geiger“skaitiklio, tada prijunkite VVC kaištį prie teigiamo duonos lentos stulpelio.

Paleiskite kitą laidą toje pačioje duonos lentelės stulpelyje iki 5 V lizdo „Arduino“. Tai suteiks jėgų „Arduino“.

Tada paleiskite laidą nuo 5 V kištuko ant arduino iki SD kortelės adapterio.

Tada prijunkite VIN ant geigerio skaitiklio prie analoginio „Arduino“kaiščio.

Po to prijunkite GND prie neigiamos duonos lentelės stulpelio.

Prijunkite neigiamą stulpelį prie GND „Arduino“.

SD kortelė į „Arduino“:

Miso eina į 11

Miso eina į 12

SCK eina į 13

CS eina į 4

7 žingsnis: kodavimas

Lengviausias būdas koduoti „Arduino“yra atsisiųsti „ArduinoCC“programą, kuri leidžia rašyti kodą ir įkelti jį į „Aduino“. Mums buvo labai sunku rasti pilną kodą, kuris veiktų. Laimei, mūsų kodas apima MUT (paspaudimų per minutę) ir SD kortelės duomenų įrašymą.

Kodas:

#įtraukti

#įtraukti

/ * * Geiger.ino * * Šis kodas sąveikauja su „Alibaba RadiationD-v1.1“(CAJOE) „Geiger“skaitiklio lenta

* ir parodo rodmenis MUT (skaičiavimai per minutę). *

* Autorius: Markas A. Heckleris (@MkHeck, [email protected]) *

* Licencija: MIT licencija *

* Prašome laisvai naudoti su priskyrimu. Ačiū!

*

* * Redaguota ** */

#define LOG_PERIOD 5000 // Registravimo laikotarpis milisekundėmis, rekomenduojama vertė 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 // Maksimalus registravimo laikotarpis

nepastovūs nepasirašyti ilgi skaičiai = 0; // „GM Tube“įvykiai

nepasirašytas ilgas cpm = 0; // MUT

const unsigned int multiplier = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Skaičiuoja/saugo MUT

unsigned ilgai ankstesnisMillis; // Laiko matavimas

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// Užfiksuoja įvykių skaičių iš „Geiger“skaitiklių lentos skaičiaus ++;

}

#įtraukti

Failas myFile;

void setup () {

pinMode (10, OUTPUT);

SD. Pradžia (4); // Atidarykite nuoseklųjį ryšį ir palaukite, kol bus atidarytas prievadas:

Serial.begin (115200);

}

void loop () {// po sąrankos nieko nevyksta

nepasirašyta ilga srovėMillis = milis ();

if (currentMillis - previousMillis> LOG_PERIOD) {

previousMillis = dabartinisMillis;

cpm = skaičiuoja * daugiklį;

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

if (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

skaičiuoja = 0;

pinMode (kaištis, Įvestis); // Nustatykite PIN įvestį, skirtą fiksuoti GM Tube įvykių pertraukimus (); // Įgalinti pertraukimus (jei jie anksčiau buvo išjungti) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Apibrėžkite išorinius pertraukimus

}

}

Turime paveikslėlį iš pirmojo naudojamo kodo, kuris buvo neišsamus, todėl tai buvo pirmoji problema, susijusi su kodavimu. Nuo tada mes tikrai negalėjome tęsti projekto, kol mūsų mokytojai nepadėjo mums su kodu. Šis kodas buvo gautas iš kito kodo, kuris veikė tik su „Geiger“skaitikliu, bet ne kartą, kai buvo suporuotas su SD kortele.

8 žingsnis: bandymo kodas

Kai turėsite kodą, išbandykite kodą ir įsitikinkite, kad galite rinkti duomenis.

Įsitikinkite, kad visi nustatymai yra teisingi, todėl patikrinkite savo prievadus ir laidus, kad įsitikintumėte, jog viskas teisinga.

Kai viską patikrinote, paleiskite kodą ir peržiūrėkite gautus duomenis.

Taip pat atkreipkite dėmesį į jūsų renkamos spinduliuotės vienetus, nes jie nustatys tikrąją spinduliuojamą spinduliuotę.

9 veiksmas: išbandykite „CubeSat“

Kai išsiaiškinsite kodavimą ir atliksite visus laidus, kitas žingsnis yra sutalpinti viską į „CubeSat“ir išbandyti, kad įsitikintumėte, jog paskutinio bandymo metu niekas nesugrius.

Pirmasis testas, kurį turėsite atlikti, yra skrydžio testas. Gaukite ką pakabinti „CubeSat“ir sukite, kad patikrintumėte, ar jis nuskris, ar ne, ir įsitikinkite, kad jis sukasi teisinga kryptimi.

Baigę pirmąjį preliminarų testą, turėsite atlikti du purtymo testus. Pirmasis bandymas imituos turbulenciją, kurią „CubeSat“patirtų išeinant iš žemės atmosferos, o antrasis purtymo bandymas imituotų turbulenciją erdvėje.

Įsitikinkite, kad visos dalys liko kartu ir kad niekas nesugriuvo.

10 žingsnis: galutinis bandymas ir rezultatai

Duomenys, surinkti ant stalo skirtingais atstumais nuo geigerio skaitiklio

Surinkimo intervalai 5 sekundėmis 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Prieš paskutinį bandymą surinkome duomenis, įjungdami „Geiger“skaitiklį ir padėdami radioaktyviąsias medžiagas skirtingais atstumais. Kuo didesnis šis skaičius, tuo Geigerio skaitiklis buvo arčiau radioaktyviosios medžiagos.

Duomenys, surinkti tikrojo bandymo metu

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

Tikrinant, radioaktyvioji medžiaga pasirodė per toli nuo Geigerio skaitiklio, kad būtų galima net išmatuoti.

Ką reiškia duomenys? Na, naudodamiesi rodmenų diagrama, galime nustatyti, kad kuo didesnis skaičius, tuo pavojingesnė spinduliuotė žmonėms. Tada galime paversti spragtelėjimą per minutę į mSV, kurie yra tikri radiacijos vienetai. Taigi, remiantis mūsų eksperimentu, Marsas puikiai apsaugo žmones!

Deja, realybė dažnai nuvilia. Marso spinduliuotė iš tikrųjų yra 300 mSv, kuri yra 15 kartų didesnė nei atominės elektrinės darbuotojas kasmet.

Kiti mūsų skrydžio duomenys apima:

Fc: 3.101 Niutonai

Ac: 8,072 m/s^2

V: 2,107 m/s

m:.38416 kg

P: 1,64 sekundės

F:.609 Hz

11 veiksmas: problemos/patarimai/šaltiniai

Pagrindinė problema, su kuria susidūrėme, buvo rasti kodą, kuris veiktų „Geiger“ir SD kortelėje, todėl jei turite tą pačią problemą, nedvejodami naudokite mūsų kodą kaip pagrindą. Kitas variantas būtų apsilankyti „Arduino“forumuose ir paprašyti pagalbos ten (tačiau būkite pasirengę mokėti, nes pastebėjome, kad žmonės mažiau linkę padėti, jei nėra kompensacijos).

Vienas dalykas, kurį patartume kitiems, yra pabandyti rasti būdą, kaip „Geiger“skaitiklis būtų kuo arčiau radiacijos, kad būtų galima gauti daugiau patvirtintų duomenų.

Štai šaltiniai, kuriuos konsultavome visiems besidomintiems:

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

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

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