Paano Bumuo ng CubeSat Sa Arduino at Geiger Counter Sensor: 11 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Naisip mo ba kung hindi o radioaktif ang Mars? At kung radioactive ito, ang antas ba ng radiation ay sapat na mataas upang maituring na nakakapinsala sa mga tao? Ito ang lahat ng mga katanungan na inaasahan naming masagot ng aming CubeSat kasama ang Arduino Geiger Counter.

Ang radiation ay sinusukat sa mga sieverts, na kinakalkula ang dami ng radiation na hinihigop ng mga tisyu ng tao, ngunit dahil sa kanilang napakalawak na laki ay karaniwang sinusukat namin sa millisieverts (mSV). Ang 100 mSV ay ang pinakamababang taunang dosis kung saan maliwanag ang anumang pagtaas ng panganib sa kanser, at ang isang solong dosis na 10, 000 mSV ay nakamamatay sa loob ng mga linggo. Ang aming pag-asa ay upang matukoy kung saan ang simulation na ito ay nakarating sa Mars sa radioactive scale.

Ang aming klase sa pisika ay nagsimula sa pamamagitan ng pag-aaral ng mga puwersa ng paglipad sa unang quarter sa pamamagitan ng isang lab kung saan dinisenyo namin ang aming sariling eroplano at pagkatapos ay nilikha ito mula sa mga plato ng Styrofoam. Pagkatapos ay magpapatuloy kaming maglunsad upang masubukan ang drag, lift, thrust, at bigat ng eroplano. Matapos ang unang hanay ng data ay magkakaroon kami ng mga pagbabago sa eroplano upang subukan at makuha ang pinakamalayo na distansya na posible.

Pagkatapos ng ikalawang kwarter ay nakatuon kami sa pagbuo ng isang rocket ng tubig upang higit na obserbahan at subukan ang mga konseptong natutunan namin sa unang isang-kapat. Para sa proyektong ito, gumamit kami ng 2L na bote at iba pang mga materyales upang maitayo ang aming rocket. Kapag handa na kaming ilunsad pupunan namin ng tubig ang mga bote, lumabas, ilagay ang rocket sa isang launch pad, presyurin ang tubig at pakawalan. Ang layunin ay upang ilunsad ang rocket ang pinakamalayo na posible sa isang patayong direksyon at ligtas itong bumaba.

Ang aming pangatlong huling "malaking" proyekto ay ang pagbuo ng isang CubeSat na magdadala ng isang Arduino at isang sensor na ligtas sa aming silid-aralan na modelo ng Mars. Ang pangunahing layunin para sa proyektong ito ay upang matukoy ang dami ng radioactivity sa Mars at matukoy kung nakakapinsala ito sa mga tao. Ang ilang iba pang mga layunin sa gilid ay upang lumikha ng isang CubeSat na makatiis sa pagsubok sa pag-iling at magkasya ang lahat ng mga materyal na kinakailangan sa loob nito. Ang mga layunin sa gilid ay magkakasabay sa mga hadlang. Ang mga hadlang na mayroon kami para sa proyektong ito ay ang mga sukat ng CubeSat, kung magkano ang bigat nito, at ang materyal na kung saan ito binuo. Ang iba pang mga hadlang na hindi nauugnay sa CubeSat ay ang dami ng oras na kailangan naming mag-print sa 3D dahil nakakuha lamang kami ng isang araw upang matapos ito; ang mga sensor na ginamit namin ay isang hadlang din dahil may mga sensor na walang magagamit o hindi maaaring bumili ang klase. Sa itaas nito kailangan naming ipasa ang pagsubok sa pag-iling upang matukoy ang katatagan ng CubeSat at ang pagsubok sa timbang upang matiyak na hindi namin nalampasan ang 1.3kg.

-Juan

Hakbang 1: Listahan ng Mga Materyales

3D naka-print na CubeSat- Miniaturized satellite na may sukat na 10cm x 10cm x 10cm at hindi maaaring timbangin ng higit sa 1.3Kg. Dito namin inilalagay ang lahat ng aming mga wire at sensor, nagsisilbing isang space probe

Mga Wires- Ginamit upang ikonekta ang Geiger Counter at Arduino sa bawat isa at paganahin ang mga ito

Arduino- Ginamit upang patakbuhin ang code sa Geiger Counter

Geiger Counter- Ginamit upang sukatin ang pagkabulok ng radioactive, ito ang nakasalalay sa ating buong proyekto upang matukoy ang radioactivity

Mga Baterya- Ginagamit upang mapagana ang Geiger Counter na magpapagana sa Arduino sa sandaling nakakonekta

Micro sd Reader- Ginamit upang mangolekta at maitala ang data na nakalap sa Geiger Counter

Mga Screw- Ginamit upang higpitan ang tuktok at ibaba ng CubeSat upang matiyak na hindi ito nasisira

Uranium ore- Radioactive material na kung saan ay ginagamit ng Geiger Counter upang matukoy ang radioactivity

Computer- Ginamit upang maghanap / lumikha ng code na iyong gagamitin para sa Arduino

USB Cord- Ginamit upang ikonekta ang iyong Arduino sa computer at patakbuhin ang code

Hakbang 2: Buuin ang Iyong CubeSat

Ang unang bagay na kakailanganin mo ay ang iyong CubeSat.

(Kung nais mo ang isang detalyadong paliwanag kung ano ang checkout ng isang CubeSat

Kapag ang pagdidisenyo ng iyong CubeSat mayroon kang dalawang pangunahing pagpipilian, bumuo ng iyong sarili sa anumang materyal na mayroon ka o 3D na naka-print na isa.

Nagpasya ang aking pangkat na i-print ang 3D sa aming CubeSat kaya't ang kailangan lamang naming gawin ay maghanap ng "3D CubeSat" at nakakita kami ng maraming mga template ngunit nagpasya kaming kunin ang file mula sa website ng NASA. Mula doon kakailanganin mong i-download ang file; pagkatapos, kakailanganin mo ng isang flash drive upang i-unzip ang file at i-load ito sa isang 3D printer.

Mula doon, magpatuloy lamang at i-print ng 3D ang CubeSat upang magpatuloy sa natitirang mga hakbang.

Kapag lumilikha ng aming modelo ng 3D CubeSat napagtanto namin na ang aming Arduino at mga tanikala ay hindi magkakasya sa loob nito. Kailangan nating lumikha ng isang diskarte at alamin kung paano mailalagay ang lahat sa loob. Kailangan naming paikutin at ilagay ang aming takip sa itaas at ibabang mukha. Pagkatapos nito, kailangan naming mag-drill ng mga butas at mai-tornilyo ang mga kuko at hanapin ang magandang sukat. Habang inilalagay ang lahat ng Arduino, SD card at lahat ng nasa loob nito, mayroon kaming "sobrang" puwang kaya kailangan naming magdagdag ng ilang mga bubble wraps sa loob kaya't kapag sinusubukan namin hindi ito pupunta kahit saan dahil ang lahat ay wired at konektado.

Hakbang 3: I-sketch ang Iyong Disenyo

Kapag nakuha mo na ang lahat ng iyong mga materyales gugustuhin mong gumawa ng isang sketch ng kung ano ang magiging hitsura ng iyong disenyo.

Ang ilan ay nahahanap ang hakbang na ito na mas kapaki-pakinabang kaysa sa iba upang maaari itong maging detalyado o kasing payak na gusto mo, ngunit mahusay na makakuha ng isang pangkalahatang ideya kung paano mo aayusin ang lahat.

Personal na ginamit ito ng aming pangkat upang mauri ang uri ng utak kung paano namin aayusin ang aming mga sensor at lahat ng mga wire ngunit mula doon hindi namin nahanap ang labis na paggamit para dito dahil patuloy kaming nagbabago ng mga bagay at sa gayon ang aming mga sketch ay nagsisilbing panimulang simula lamang nang hindi namin talagang hindi manatili sa kanila.

Kapag mayroon kang isang pangkalahatang ideya kung ano ang hitsura ng lahat na maaari kang lumipat sa susunod na hakbang

Hakbang 4: Alamin Kung Paano Gumagana ang Geiger Counter

Sa sandaling nakuha namin ang Geiger Counter na naihatid sa amin kailangan naming malaman kung paano ito gumagana dahil wala sa amin ang gumamit ng isa.

Ang unang natutunan namin ay ang Geiger Counter ay sobrang sensitibo. Ang mga sensor sa likuran ay gumawa ng isang napakalakas na ingay pati na rin ang Geiger tube mismo tuwing hinahawakan namin. Kung itatago namin ang aming daliri sa tubo gagawa ito ng isang mahabang pare-pareho na pag-beep at inalis namin ang aming mga daliri at ito ay beep ayon sa tagal ng aming mga daliri sa tubo.

Pagkatapos ay sinubukan namin ang Geiger Counter gamit ang mga saging. Napagtanto namin na kung gaano kalapit ang materyal na radioactive ay sa Geiger Counter, mas marami itong tik at kabaligtaran.

Hakbang 5: Mga Kagamitan / Kasanayan sa Kaligtasan

1. Ang unang bagay na kinakailangan ay isang CubeSat. Upang magawa iyon, kakailanganin mo ang isang 3d printer at ang mga file upang mai-print o maaari kang bumuo ng iyong sariling gamit ang anumang mga materyal na sa palagay mo ay gagana; tandaan, ang CubeSat ay dapat na 10cm x 10cm x 10cm (Laktawan ang bahagi 2 kung nagtatayo ka ng iyong sarili)
2. Susunod kakailanganin mong mag-drill ng mga butas sa tuktok at ilalim na mga shell ng 3d na naka-print na CubeSat upang ilagay ang mga tornilyo dito. Sige at i-tornilyo ang ibabang shell (Siguraduhing nakasuot ka ng mga salaming de kolor upang maiwasan ang pagpunta sa anumang mga labi sa iyong mga mata)
3. Kumuha ng ilang mga baterya at ilagay ang mga ito sa isang pack ng baterya, pagkatapos ay i-wire ang mga baterya sa Geiger Counter at i-wire ang Geiger Counter sa Arduino. Tiyaking naka-wire din ang isang Micro SD reader.
4. I-on ang Geiger Counter upang matiyak na ang lahat ay gumagana nang maayos. Ilagay ang lahat sa loob ng CubeSat.
5. Subukan ang paglipad ng iyong CubeSat upang matiyak
6. Matapos makolekta ang iyong data, siguraduhin na wala sa CubeSat ang nag-overheat. Kung mayroon, i-unplug ito kaagad at asahin ang problema
7. Subukan ang lahat upang suriin kung nakolekta ang data
8. Tiyaking hugasan ang iyong mga kamay pagkatapos makitungo sa ginamit na Uranium upang makalikom ng data

Hakbang 6: Mga Kable Arduino

Ang tanging supply ng kuryente na kinakailangan ay mga baterya ng AA

Ikonekta ang mga baterya nang diretso sa Geiger Counter, pagkatapos ay i-wire ang VVC pin sa positibong haligi ng breadboard.

Patakbuhin ang isa pang kawad sa parehong haligi sa breadboard sa slot ng 5V sa Arduino. Ito ang magpapagana sa Arduino.

Pagkatapos, magpatakbo ng isang kawad mula sa 5V pin sa arduino sa adapter ng SD Card.

Susunod, i-wire ang VIN sa geiger counter sa isang analog pin sa Arduino.

Pagkatapos nito, i-wire ang GND sa negatibong haligi sa breadboard.

I-wire ang negatibong haligi sa GND sa Arduino.

SD card sa Arduino:

Si Miso ay pupunta sa 11

Si Miso ay pupunta sa 12

Ang SCK ay pupunta sa 13

Pupunta ang CS sa 4

Hakbang 7: Pag-coding

Ang pinakamadaling paraan upang ma-code ang Arduino ay ang pag-download ng ArduinoCC app, na nagbibigay-daan sa iyo upang sumulat ng code at i-upload ito sa Aduino. Napakahirap naming hanapin ang isang kumpletong code na gagana. Masuwerte para sa iyo, kasama sa aming code ang pagtatala ng CPM (mga pag-click bawat minuto) at ang data sa SD card.

Code:

# isama

# isama

/ * * Geiger.ino * * Ang code na ito ay nakikipag-ugnay sa Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE) Geiger counter board

* at nag-uulat ng mga pagbabasa sa CPM (Mga Bilang bawat Minuto). *

* May-akda: Mark A. Heckler (@MkHeck, [email protected]) *

* Lisensya: MIT Lisensya *

* Mangyaring gamitin nang malayang may pagpapatungkol. Salamat!

*

* * Na-edit ** * /

#define LOG_PERIOD 5000 // Periode ng pag-log sa milliseconds, inirekumendang halagang 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 // Maximum logging period

pabagu-bago ng unsigned mahabang bilang = 0; // Mga kaganapan sa GM Tube

unsigned mahabang cpm = 0; // CPM

const unsigned int multiplier = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Kinakalkula / nag-iimbak ng CPM

unsigned matagal na ang nakaraangMillis; // Pagsukat ng oras

Const int pin = 3;

walang bisa tube_impulse () {

// Nakukuha ang bilang ng mga kaganapan mula sa mga bilang ng counter board ng Geiger ++;

}

# isama

I-file ang myFile;

walang bisa ang pag-setup () {

pinMode (10, OUTPUT);

SD.begin (4); // Buksan ang mga serial na komunikasyon at maghintay para mabuksan ang port:

Serial.begin (115200);

}

void loop () {// walang nangyari pagkatapos ng pag-set up

unsigned long currentMillis = millis ();

kung (currentMillis - nakaraangMillis> LOG_PERIOD) {

nakaraangMillis = kasalukuyangMillis;

cpm = bilang * multiplier;

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

kung (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

bilang = 0;

pinMode (pin, INPUT); // Itakda ang pin sa input para sa pagkuha ng mga nakakagambala sa mga kaganapan sa GM Tube (); // Paganahin ang mga nakakagambala (kung sakaling hindi pa sila pinagana) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Tukuyin ang mga panlabas na pagkagambala

}

}

Ang larawan na mayroon kami ay ang unang code na ginamit namin na hindi kumpleto kaya iyon ang una sa aming mga problema sa pag-coding. Mula doon hindi talaga kami makakapagpatuloy sa proyekto hanggang sa matulungan kami ng aming mga guro sa code. Ang code na ito ay nagmula sa isa pang code na nagtrabaho nang mag-isa sa Geiger Counter ngunit hindi isang beses ito ipinares sa SD card.

Hakbang 8: Code ng Pagsubok

Kapag natuloy mo ang iyong code at subukan ang code upang matiyak na makakolekta ka ng data.

Tiyaking tama ang lahat ng mga setting kaya suriin ang iyong mga port at iyong mga wire upang matiyak na ang lahat ay tama.

Kapag nasuri mo na ang lahat patakbuhin ang code at makita ang data na nakukuha mo.

Tandaan din ang mga yunit para sa radiation na iyong kinokolekta bilang tumutukoy sa aktwal na radiation na inilalabas.

Hakbang 9: Subukan ang Iyong CubeSat

Sa sandaling natagpuan mo ang iyong pag-coding at ang lahat ng iyong mga kable ay tapos na ang iyong susunod na hakbang ay upang magkasya ang lahat sa loob ng CubeSat at subukan ito upang matiyak na walang mahulog sa iyong huling pagsubok.

Ang unang pagsubok na kakailanganin mong makumpleto ay ang pagsubok sa paglipad. Kumuha ng isang bagay upang i-hang ang iyong CubeSat mula at iikot ito upang subukan kung lilipad ito o hindi at upang matiyak na umiikot ito sa tamang direksyon.

Kapag natapos mo ang unang paunang pagsubok kailangan mong makumpleto ang dalawang pagsubok sa pag-iling. Ang unang pagsubok ay gayahin ang kaguluhan na mararanasan ng CubeSat na makalabas sa kapaligiran ng mundo at ang pangalawang pagsubok ng pag-iling ay gayahin ang kaguluhan sa kalawakan.

Siguraduhin na ang lahat ng iyong mga bahagi ay nanatili magkasama at walang nahulog.

Hakbang 10: Pangwakas na Pagsubok at Mga Resulta

Ang data na nakolekta sa talahanayan sa iba't ibang mga distansya ang layo mula sa geiger counter

Mga agwat ng koleksyon sa 5 segundo 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Bago ang aming pangwakas na pagsubok nakolekta namin ang data sa pamamagitan ng pag-on sa Geiger Counter at paglalagay ng materyal na radioactive sa iba't ibang distansya. Mas mataas ang bilang na mas malapit ang Geiger Counter sa materyal na radioactive.

Nakolekta ang data sa aktwal na Pagsubok

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

Para sa aming aktwal na pagsubok ang materyal na radioactive ay naging napakalayo mula sa Geiger Counter para kahit na masukat ito.

Ano ang ibig sabihin ng data? Sa paggamit ng tsart ng mga pagbasa maaari nating matukoy na mas mataas ang bilang na mas mapanganib ang radiation sa mga tao. Pagkatapos ay mai-click namin ang Click Per Minute sa mSV na kung saan ay ang tunay na mga yunit para sa radiation. At sa gayon, batay sa aming eksperimento, ang Mars ay perpektong nai-save sa mga tao!

Nakalulungkot, ang katotohanan ay madalas na nakakabigo. Ang radiation ng Mars ay talagang 300 mSv na kung saan ay 15x mas mataas kaysa sa kung ano ang isang trabahador ng planta ng nukleyar na nakalantad taun-taon.

Ang iba pang mga data para sa aming flight ay may kasamang:

Fc: 3.101 Mga Newton

Ac: 8.072 m / s ^ 2

V: 2.107 m / s

m:.38416 kg

P: 1.64 segundo

F:.609 Hz

Hakbang 11: Mga problema / Tip / Pinagmulan

Ang pangunahing problema na mayroon kami ay ang paghahanap ng code na gagana para sa Geiger at ang SD card kaya kung mayroon kang parehong problema huwag mag-atubiling gamitin ang aming code bilang isang batayan. Ang isa pang pagpipilian ay ang pumunta sa mga forum ng Arduino at humingi ng tulong doon (maging handa na magbayad subalit napansin naming ang mga tao ay mas malamang na tumulong kung walang kabayaran).

Ang isang bagay na pinapayuhan namin para sa iba ay upang subukan at makahanap ng isang paraan para ang Geiger Counter upang maging malapit sa radiation hangga't maaari upang makakuha ng higit pang sertipikadong data.

Narito ang mga mapagkukunan na kinunsulta namin para sa sinumang interesado:

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

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

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