CubeSat Accelerometer Tutorial: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:06

Kubasat je vrsta minijaturiziranog satelita za svemirska istraživanja koji se sastoji od višekratnika kubičnih jedinica 10x10x10 cm i mase ne veće od 1,33 kilograma po jedinici. Cubesat -ovi omogućavaju slanje velike količine satelita u svemir i omogućavaju vlasniku potpunu kontrolu nad mašinom bez obzira gdje se na zemlji nalazili. Cubesat su također pristupačniji od svih drugih trenutnih prototipova. Konačno, kockasti prostori olakšavaju uranjanje u svemir i šire znanje o tome kako izgleda naš planet i svemir.

Arduino je platforma ili svojevrsni računar koji se koristi za izgradnju elektroničkih projekata. Arduino se sastoji od programabilne ploče i softvera koji radi na vašem računaru, a služi za pisanje i postavljanje računarskog koda na ploču.

Za ovaj projekt, našem timu je bilo dozvoljeno da odabere bilo koji senzor koji želimo otkriti bilo koji aspekt sastava Marsa. Odlučili smo se za akcelerometar ili elektromehanički uređaj za mjerenje sila ubrzanja.

Da bi svi ovi uređaji radili zajedno, morali smo pričvrstiti mjerač ubrzanja na matičnu ploču Arduina, i pričvrstiti oba na unutrašnjost kocke, i pobrinuti se da izdrži simulaciju leta i test protresanja. Ovo uputstvo će pokriti kako smo to postigli i podatke koje smo prikupili iz Arduina.

Korak 1: Postavite ciljeve (Alex)

Naš glavni cilj za ovaj projekt bio je korištenje akcelerometra (ne brinite, kasnije ćemo objasniti što je ovo) smješten unutar CubeSat -a, za mjerenje ubrzanja uslijed gravitacije na Marsu. Trebali smo izgraditi CubeSat i testirati njegovu izdržljivost na različite načine. Najteži dio postavljanja ciljeva i planiranja bio je shvatiti kako na siguran način sadržati Arduino i akcelerometar unutar CubeSat -a. Da bismo to učinili, morali smo smisliti dobar CubeSat dizajn, pobrinuti se da bude dimenzija 10x10x10cm i da bude težak manje od 1,3 kilograma.

Utvrdili smo da će se Legos zapravo pokazati izdržljivim i lakim za izgradnju. Lego kockice su također bile nešto što je neko već mogao imati, umjesto da mi trošimo novac na bilo koji građevinski materijal. Srećom, proces osmišljavanja dizajna nije dugo trajao, kao što ćete vidjeti u sljedećem koraku.

Korak 2: Dizajnirajte Cubesat

Za ovu specifičnu kocku koristili smo lego kockice radi njihove jednostavnosti u izgradnji, pričvršćivanju i trajnosti. Kockasti stol mora biti dimenzija 10x10x10 cm i teži manje od 1,33 kg (3 lbs) po U. Lego kockice olakšavaju postavljanje tačnih 10x10x10 cm dok se koriste dvije Lego podloge za pod i poklopac kocke. Možda ćete morati isjeći Lego baze kako biste ih dobili baš onako kako želite. Unutar kocke ćete imati svoj arduino, matičnu ploču, bateriju i držač SD kartice pričvršćene na zidove pomoću bilo kojeg ljepila koje želite. Koristili smo ljepljivu traku kako bismo osigurali da se unutra ne olabave komadi. Za pričvršćivanje kockaste podloge na orbiter koristili smo uzicu, gumice i kravatu s patentnim zatvaračem. Gumene trake moraju biti omotane oko kocke kao da je vrpca omotana oko poklona. Žica se zatim veže za središte gumice na poklopcu. Zatim se žica provlači kroz patentni zatvarač koji se zatim zakači za orbiter.

Korak 3: Konstruirajte Arduino

Naš cilj za ovaj CubeSat, kao što je već rečeno, bio je odrediti ubrzanje uslijed gravitacije na Marsu pomoću akcelerometra. Akcelerometri su integrirana kola ili moduli koji se koriste za mjerenje ubrzanja objekta na koji su spojeni. U ovom projektu naučio sam osnove kodiranja i ožičenja. Koristio sam mpu 6050 koji se koristi kao elektromehanički uređaj koji će mjeriti sile ubrzanja. Osećajući količinu dinamičkog ubrzanja, možete analizirati način na koji se uređaj kreće po osi X, Y i Z. Drugim riječima, možete odrediti da li se kreće gore -dolje ili s jedne na drugu stranu; mjerač ubrzanja i neki kod lako vam mogu dati podatke za određivanje tih podataka. Što je senzor osjetljiviji, to će podaci biti točniji i detaljniji. To znači da će za datu promjenu ubrzanja doći do veće promjene signala.

Morao sam žicu arduino, koja je već bila spojena na akcelerometar, povezati s držačem SD kartice koji bi pohranio podatke primljene tijekom letačkog testa kako bismo ih mogli prenijeti na računalo. Na ovaj način možemo pregledati mjerenja osi X, Y i Z kako bismo vidjeli gdje je kubat u zraku. Na priloženim slikama možete vidjeti kako spojiti arduino na akcelerometar i matičnu ploču.

Korak 4: Testovi letenja i vibracija (Alex)

Da bismo osigurali trajnost kocke, morali smo je provesti kroz niz testova koji bi simulirali okruženje kroz koje će se provesti, u svemiru. Prvi test kroz koji smo morali staviti kocku nazvan je test leta. Morali smo vezati arduino na uređaj koji se zove orbiter i simulirati njegovu putanju leta oko crvene planete. Isprobali smo više metoda pričvršćivanja kockastog sjedala, ali smo se na kraju uspjeli zaustaviti na dvostrukoj gumici koja je bila omotana oko kockastog sjedala. Zatim je na gumice pričvršćena žica.

Letni test nije odmah uspio, jer je pri prvom pokušaju dio trake počeo odlijepiti. Zatim smo prešli na dizajn gumene trake spomenute u prethodnom paragrafu. Iako smo u drugom pokušaju uspjeli natjerati mladunčeta da leti potrebnom brzinom, 30 sekundi, bez ikakvih problema.

Sljedeći test bio je test vibracija, koji bi labavo simulirao kocku koja sjedi kroz atmosferu planete. Morali smo staviti kocku na stol za vibracije i pojačati napajanje do određene mjere. Kocka je tada morala ostati u taktu najmanje 30 sekundi na ovom nivou snage. Na našu sreću, uspjeli smo položiti sve aspekte testa iz prvog pokušaja. Sada je preostalo samo prikupljanje konačnih podataka i testovi.

Korak 5: Tumačenje podataka

S podacima koje smo dobili nakon završnog testa možete vidjeti gdje je kocka putovala po osi X, Y i Z i odrediti ubrzanje dijeljenjem pomaka s vremenom. To vam daje prosječnu brzinu. Sada, dok se objekt ravnomjerno ubrzava, samo trebate pomnožiti prosječnu brzinu sa 2 da biste dobili konačnu brzinu. Da biste pronašli ubrzanje, uzmite konačnu brzinu i podijelite je s vremenom.

Korak 6: Zaključak

Krajnji cilj našeg projekta bio je odrediti ubrzanje gravitacije oko Marsa. Kroz podatke prikupljene pomoću Arduina može se utvrditi da gravitacijsko ubrzanje dok kruži oko Marsa ostaje konstantno. Osim toga, dok putujete oko Marsa, smjer orbite se stalno mijenja.

Sveukupno, najveći uspjesi našeg tima bili su naš rast tečnosti u čitanju i pisanju koda, razumijevanje nove tehnologije na najnovijim rezultatima istraživanja svemira i poznavanje unutrašnjeg rada i mnoge upotrebe Arduina.

Drugo, tokom cijelog projekta naš tim nije samo naučio gore spomenute koncepte tehnologije i fizike, već smo naučili i vještine upravljanja projektima. Neke od ovih vještina uključuju poštivanje rokova, prilagođavanje radi nadzora dizajna i nepredviđenih problema te izvođenje svakodnevnih sastanaka kako bi se našoj grupi dala odgovornost, a zauzvrat, držali sve na putu da ispune naše ciljeve.

Zaključno, naš tim ispunio je sve zahtjeve za testiranje i podatke, kao i naučio neprocjenjive fizike i vještine upravljanja timom koje možemo primijeniti u buduće napore u školi i u bilo kojoj profesiji orijentiranoj na grupni rad.