Kako izgraditi CubeSat s Arduino i Geiger -ovim senzorom brojača: 11 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Jeste li se ikada zapitali je li Mars radioaktivan? A ako je radioaktivan, jesu li razine zračenja dovoljno visoke da se smatraju štetnim za ljude? Nadamo se da će na sva ova pitanja odgovoriti naš CubeSat s Arduino Geiger brojačem.

Zračenje se mjeri u sivertima, koji kvantificiraju količinu zračenja koju apsorbiraju ljudska tkiva, ali zbog njihove ogromne veličine obično mjerimo u milisievertima (mSV). 100 mSV je najniža godišnja doza pri kojoj je evidentno povećanje rizika od raka, a pojedinačna doza od 10 000 mSV je smrtonosna u roku od nekoliko sedmica. Nadamo se da ćemo utvrditi gdje ova simulacija slijeće Mars na radioaktivnoj ljestvici.

Naš čas fizike počeo je proučavanjem sila leta tokom prve četvrtine kroz laboratoriju u kojoj smo dizajnirali vlastiti avion, a zatim ga napravili od ploča od stiropora. Zatim bismo nastavili lansiranje kako bismo testirali otpor, podizanje, potisak i težinu aviona. Nakon prvog skupa podataka tada bismo izvršili izmjene u ravnini kako bismo pokušali postići najveću moguću udaljenost.

Zatim smo se u drugom tromjesečju fokusirali na izgradnju vodene rakete kako bismo dalje promatrali i testirali koncepte koje smo naučili tokom prvog tromjesečja. Za ovaj projekt koristili smo 2L boce i druge materijale za izradu naše rakete. Kad smo bili spremni za lansiranje, napunili bismo boce vodom, izašli van, stavili raketu na lansirnu rampu, pritisnuli vodu i pustili je. Cilj je bio lansirati raketu najdalje moguće u vertikalnom smjeru i sigurno je srušiti.

Naš treći posljednji "veliki" projekt bio je izgradnja CubeSat -a koji bi Arduino i senzor sigurno nosio do našeg modela Marsa u učionici. Glavni cilj ovog projekta bio je utvrditi količinu radioaktivnosti na Marsu i utvrditi je li štetna za ljude. Neki drugi sporedni ciljevi bili su stvaranje CubeSat -a koji bi izdržao test tresenja i koji bi mogao uklopiti sve potrebne materijale u njega. Sporedni ciljevi idu ruku pod ruku sa ograničenjima. Ograničenja koja smo imali za ovaj projekt bile su dimenzije CubeSat -a, njegova težina i materijal od kojeg je izgrađen. Ostala ograničenja koja se ne odnose na CubeSat bila su količina vremena koju smo imali za 3D štampanje jer smo imali samo jedan dan da to uradimo; senzori koje smo koristili također su bili ograničenje jer je bilo senzora koje klasa nije imala na raspolaganju ili ih nije mogla kupiti. Povrh svega, morali smo proći test protresanja kako bismo utvrdili stabilnost CubeSat -a i test težine kako bismo bili sigurni da nismo premašili 1,3 kg.

-Juan

Korak 1: Lista materijala

3D štampani CubeSat- minijaturni satelit dimenzija 10cm x 10cm x 10cm i ne može težiti više od 1,3 kg. Ovdje stavljamo sve naše žice i senzore, služi kao svemirska sonda

Žice- Koriste se za međusobno povezivanje Geiger brojača i Arduina i njihovo funkcioniranje

Arduino- Koristi se za pokretanje koda na Gajgerovom brojaču

Gajgerov brojač- Koristi se za mjerenje radioaktivnog raspada, o tome ovisi cijeli naš projekt za određivanje radioaktivnosti

Baterije- Koriste se za napajanje Geiger brojača koji će napajati Arduino nakon povezivanja

Micro sd čitač- koristi se za prikupljanje i snimanje podataka prikupljenih pomoću Geiger brojača

Vijci- Koriste se za zatezanje gornjeg i donjeg dijela CubeSat-a kako se ne bi slomili

Uranova ruda- radioaktivni materijal koji Geiger brojač koristi za određivanje radioaktivnosti

Računalo- koristi se za pronalaženje/kreiranje koda koji ćete koristiti za Arduino

USB kabel- Koristi se za povezivanje vašeg Arduina s računalom i pokretanje koda

Korak 2: Izgradite svoj CubeSat

Prva stvar koja će vam trebati je vaš CubeSat.

(Ako želite detaljno objašnjenje šta je CubeSat plaćanje

Prilikom dizajniranja vašeg CubeSat -a imate dvije glavne opcije, napravite vlastitu od materijala koji imate ili 3D ispišite.

Moja grupa je odlučila 3D ispisati naš CubeSat pa smo samo trebali potražiti "3D CubeSat" i pronašli smo nekoliko predložaka, ali smo odlučili preuzeti datoteku s NASA -ine web stranice. Odatle ćete morati preuzeti datoteku; tada će vam trebati fleš disk za raspakiranje datoteke i učitavanje na 3D štampač.

Odatle samo naprijed i 3D ispišite CubeSat da nastavite s ostalim koracima.

Prilikom stvaranja našeg 3D CubeSat modela shvatili smo da naš Arduino i kabeli neće stati u njega. Svi smo morali stvoriti strategiju i smisliti kako sve staviti unutra. Morali smo rotirati i staviti poklopac odozgo i odozdo prema gore. Nakon toga smo morali izbušiti rupe i moći smo zašrafiti čavle i pronaći odgovarajuću veličinu. Dok smo u nju stavljali sav Arduino, SD karticu i sve ostalo, imali smo "previše" prostora pa smo morali unutra dodati neke omote od mjehurića. dok smo testirali ne bi išlo svugdje jer je bilo ožičeno i spojeno.

Korak 3: Skicirajte svoj dizajn

Nakon što nabavite sav materijal, poželjet ćete napraviti skicu kako će vaš dizajn izgledati.

Nekima je ovaj korak korisniji od drugih pa može biti što detaljniji ili jednostavniji koliko želite, ali dobro je steći opću ideju o tome kako ćete sve organizirati.

Naša grupa ga je lično koristila za neku vrstu brainstorminga o tome kako bismo organizirali naše senzore i sve žice, ali od tada nismo našli mnogo koristi za to jer smo stalno mijenjali stvari, pa su naše skice služile samo kao polazna tačka od kada nismo Zaista se ne pridržavam njih.

Kada steknete opću ideju o tome kako će sve izgledati, možete prijeći na sljedeći korak

Korak 4: Saznajte kako funkcionira Geiger brojač

Kada smo dobili Geiger -ov brojač, morali smo naučiti kako funkcionira jer ga niko od nas nikada nije koristio.

Prvo što smo saznali je da je Geiger brojač super osjetljiv. Senzori sa stražnje strane stvarali bi izuzetno glasnu buku, kao i sama Geigerova cijev kad god bismo je dodirnuli. Kad bismo držali prst na cijevi, oglasio bi se jedan dugačak konstantan zvučni signal, a mi bismo skidali i uključivali prste i bip birao prema trajanju naših prstiju na cijevi.

Zatim smo testirali Geiger brojač koristeći banane. Shvatili smo da što je radioaktivni materijal bliže Geigerovom brojaču, to će više otkucavati i obrnuto.

Korak 5: Alati/Sigurnosne prakse

1. Prva stvar koja je potrebna je CubeSat. Da biste to učinili, trebat će vam 3d pisač i datoteke za ispis ili možete sami izraditi materijale za koje smatrate da će raditi; zapamtite, CubeSat mora biti 10 cm x 10 cm x 10 cm (preskočite drugi dio ako sami gradite)
2. Zatim ćete morati izbušiti rupe u gornjoj i donjoj školjci 3D štampanog CubeSat -a da biste u njega stavili vijke. Samo naprijed i zavrnite donju školjku (Pazite da nosite naočale da spriječite da vam ostaci uđu u oči)
3. Nabavite nekoliko baterija i stavite ih u bateriju, a zatim baterije spojite na Geiger brojač, a Geiger brojač na Arduino. Provjerite je li priključen i čitač Micro SD kartice.
4. Uključite Geiger brojač kako biste bili sigurni da sve radi ispravno. Stavite sve u CubeSat.
5. Isprobajte let na svom CubeSat -u kako biste bili sigurni
6. Nakon prikupljanja podataka, uverite se da se ništa u CubeSat -u ne pregreva. Ako postoji, odmah ga isključite iz struje i procijenite problem
7. Testirajte sve kako biste provjerili prikupljaju li se podaci
8. Operite ruke nakon obrade uranija koji se koristi za prikupljanje podataka

Korak 6: Ožičenje Arduina

Jedino potrebno napajanje su AA baterije

Priključite baterije ravno u Geiger brojač, a zatim spojite VVC pin na pozitivni stupac matične ploče.

Provedite još jednu žicu na istoj koloni u ploči do 5V utora na Arduinu. Ovo će napajati Arduino.

Zatim povežite žicu od 5V pina na arduinu do adaptera SD kartice.

Zatim spojite VIN na gejgerovom brojaču s analognim pinom na Arduinu.

Nakon toga spojite GND na negativni stupac na ploči.

Spojite negativni stupac na GND na Arduinu.

SD kartica za Arduino:

Mišo ide u 11

Mišo ide na 12

SCK ide na 13

CS ide na 4

Korak 7: Kodiranje

Najlakši način kodiranja Arduina je preuzimanje aplikacije ArduinoCC koja vam omogućuje da napišete kôd i postavite ga na Aduino. Bilo nam je jako teško pronaći potpuni kod koji bi funkcionirao. Na vašu sreću, naš kôd uključuje bilježenje CPM -a (klikova u minuti) i podataka na SD kartici.

Šifra:

#include

#include

/ * * Geiger.ino * * Ovaj kôd stupa u interakciju s Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE) Geigerovom pločom za brojanje

* i izvještava o očitanjima u CPM -u (broji po minuti). *

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

* Licenca: MIT licenca *

* Molimo koristite slobodno s pripisivanjem. Hvala ti!

*

* * Uređeno ** */

#define LOG_PERIOD 5000 // Period evidentiranja u milisekundama, preporučena vrijednost 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 // Maksimalni period evidentiranja

nestabilni nepotpisani dugi brojevi = 0; // GM Tube događaji

nepotpisani dugi cpm = 0; // CPM

const nepotpisani int multiplikator = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Izračunava/pohranjuje CPM

nepotpisani dugi previousMillis; // Mjerenje vremena

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// bilježi broj događaja s Geigerove brojila brojača ++;

}

#include

File myFile;

void setup () {

pinMode (10, OUTPUT);

SD.početak (4); // Otvorite serijsku komunikaciju i pričekajte da se port otvori:

Serial.begin (115200);

}

void loop () {// ništa se ne događa nakon postavljanja

bez potpisa duga strujaMillis = millis ();

if (currentMillis - previousMillis> LOG_PERIOD) {

previousMillis = trenutniMillis;

cpm = broji * multiplikator;

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

if (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

count = 0;

pinMode (pin, INPUT); // Postavi pin na ulaz za snimanje GM Tube događaja interrupts (); // Omogući prekide (u slučaju da su prethodno onemogućeni) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Definiranje vanjskih prekida

}

}

Slika koju imamo je prvi kod koji smo koristili, a koji je bio nepotpun, pa je to bio prvi od naših problema s kodiranjem. Od tada nadalje nismo mogli nastaviti s projektom sve dok nam nastavnici nisu pomogli oko koda. Ovaj kôd je izveden iz drugog koda koji je radio samo sa Geiger Counter -om, ali ne jednom kada je uparen sa SD karticom.

Korak 8: Testni kôd

Nakon što ste dobili kôd, isprobajte kôd kako biste bili sigurni da možete prikupiti podatke.

Provjerite jesu li sve postavke ispravne pa provjerite svoje portove i svoje žice kako biste bili sigurni da je sve ispravno.

Nakon što ste sve provjerili, pokrenite kôd i pogledajte podatke koje dobivate.

Također zabilježite jedinice za zračenje koje prikupljate jer će odrediti stvarno zračenje koje se emitira.

Korak 9: Testirajte svoj CubeSat

Kad shvatite kodiranje i završite sa ožičenjem, vaš sljedeći korak je da sve uklopite u CubeSat i testirate kako biste bili sigurni da se ništa neće raspasti na vašem završnom testiranju.

Prvi test koji morate ispuniti je letni test. Nabavite nešto na što ćete objesiti svoj CubeSat i okrećite ga kako biste provjerili hoće li odletjeti ili ne i provjerite da li se okreće u pravom smjeru.

Nakon što završite prvi preliminarni test, morat ćete dovršiti dva testa protresanja. Prvi test će simulirati turbulencije koje bi CubeSat iskusio pri izlasku iz zemljine atmosfere, a drugi test tresenja bi simulirao turbulencije u svemiru.

Pobrinite se da svi vaši dijelovi ostanu zajedno i da se ništa ne raspadne.

Korak 10: Završno testiranje i rezultati

Podaci prikupljeni na stolu na različitim udaljenostima od Gajgerovog brojača

Intervali prikupljanja u 5 sekundi 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Prije konačnog testiranja prikupili smo podatke uključivanjem Geiger brojača i postavljanjem radioaktivnog materijala na različite udaljenosti. Što je broj bio veći, Geigerov brojač je bio bliže radioaktivnom materijalu.

Podaci prikupljeni tokom testiranja

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

Za naše stvarno testiranje, pokazalo se da je radioaktivni materijal previše udaljen od Geigerovog brojača da bi ga se moglo mjeriti.

Šta znače podaci? Pa pomoću tablice očitanja možemo utvrditi da što je veći broj to je zračenje opasnije za ljude. Zatim možemo pretvoriti klik po minuti u mSV koje su stvarne jedinice zračenja. I tako je, na temelju našeg eksperimenta, Mars savršeno spasio ljude!

Nažalost, stvarnost je često razočaravajuća. Marsovo zračenje je zapravo 300 mSv, što je 15 puta više od onoga što radnik nuklearne elektrane izlaže godišnje.

Ostali podaci za naš let uključuju:

Fc: 3.101 Newtona

Ac: 8.072 m/s^2

V: 2,107 m/s

m:. 38416 kg

P: 1,64 sekunde

F: 0,609 Hz

Korak 11: Problemi/savjeti/izvori

Glavni problem koji smo imali bilo je pronalaženje koda koji bi radio za Geiger i SD karticu, pa ako imate isti problem, slobodno koristite naš kôd kao bazu. Druga mogućnost bila bi otići na Arduino forume i tamo zatražiti pomoć (budite spremni platiti jer smo primijetili da je manja vjerojatnost da će ljudi pomoći ako nema naknade).

Jednu stvar koju bismo savjetovali drugima je da pokušaju pronaći način da Geigerov brojač bude što bliže zračenju kako bi mogli dobiti više certificiranih podataka.

Evo izvora koje smo konsultovali za sve zainteresovane:

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

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

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