Ako vytvoriť CubeSat so snímačom počítadla Arduino a Geiger: 11 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Zaujímalo vás niekedy, či je Mars rádioaktívny? A ak je to rádioaktívne, sú hladiny žiarenia dostatočne vysoké na to, aby boli považované za škodlivé pre ľudí? To sú všetky otázky, na ktoré dúfame, že ich náš CubeSat s Arduino Geiger Counter dokáže zodpovedať.

Žiarenie sa meria v sievertoch, ktoré kvantifikujú množstvo žiarenia absorbovaného ľudskými tkanivami, ale vzhľadom na ich obrovskú veľkosť ich zvyčajne meriame v milisievertoch (mSV). 100 mSV je najnižšia ročná dávka, pri ktorej je evidentné akékoľvek zvýšenie rizika rakoviny, a jediná dávka 10 000 mSV je smrteľná do týždňov. Našou nádejou je určiť, kde táto simulácia pristane na Marse v rádioaktívnom meradle.

Naša hodina fyziky začala štúdiom letových síl v prvom štvrťroku v laboratóriu, v ktorom sme navrhli vlastné lietadlo a potom ho vytvorili z polystyrénových dosiek. Potom by sme pristúpili k štartu, aby sme otestovali odpor, zdvih, ťah a hmotnosť lietadla. Po prvom súbore údajov by sme potom urobili zmeny v lietadle, aby sme sa pokúsili dostať čo najďalej.

V druhom štvrťroku sme sa zamerali na stavbu vodnej rakety, aby sme ďalej pozorovali a testovali koncepty, ktoré sme sa naučili počas prvého štvrťroka. Na tento projekt sme použili 2L fľaše a ďalší materiál na stavbu našej rakety. Keď sme boli pripravení na štart, naplnili sme fľaše vodou, vyšli sme von, raketu položili na štartovaciu rampu, natlakovali sme vodu a pustili ju. Cieľom bolo odpáliť raketu čo najďalej vo zvislom smere a nechať ju bezpečne spadnúť.

Náš tretí posledný „veľký“projekt bol zostrojenie CubeSat, ktorý by bezpečne prenášal Arduino a senzor do nášho modelu triedy v Marse. Hlavným cieľom tohto projektu bolo zistiť množstvo rádioaktivity na Marse a zistiť, či je škodlivý pre ľudí. Ďalšími vedľajšími cieľmi bolo vytvoriť CubeSat, ktorý by odolal testu otrasov a bol schopný zmestiť do neho všetky potrebné materiály. Vedľajšie ciele idú ruka v ruke s obmedzeniami. Obmedzenia, ktoré sme pre tento projekt mali, boli rozmery CubeSat, jeho hmotnosť a materiál, z ktorého je vyrobený. Ďalšími prekážkami, ktoré s CubeSat nesúvisia, bol čas, ktorý sme museli stráviť 3D tlačou, pretože na jeho vybavenie sme dostali iba jeden deň; senzory, ktoré sme použili, boli tiež obmedzením, pretože existovali senzory, ktoré trieda nemala k dispozícii alebo ich nebolo možné kúpiť. Okrem toho sme museli prejsť testom chvenia, aby sme určili stabilitu CubeSat, a hmotnostným testom, aby sme sa presvedčili, že sme neprekonali 1,3 kg.

-Juan

Krok 1: Zoznam materiálov

3D tlačený CubeSat- miniaturizovaný satelit, ktorý má rozmery 10 cm x 10 cm x 10 cm a nemôže vážiť viac ako 1,3 kg. Tu umiestnime všetky naše vodiče a senzory, slúži ako vesmírna sonda

Drôty- slúžia na vzájomné prepojenie Geigerovho počítadla a Arduina a na ich fungovanie

Arduino- slúži na spustenie kódu na Geigerovom počítadle

Geiger Counter- Používa sa na meranie rádioaktívneho rozpadu a na tom závisí celý náš projekt pri určovaní rádioaktivity

Batérie- slúžia na napájanie Geigerovho počítadla, ktoré bude po pripojení napájať Arduino

Čítačka micro sd- slúži na zhromažďovanie a zaznamenávanie údajov zhromaždených pomocou Geigerovho počítadla

Skrutky- slúžia na utiahnutie hornej a spodnej časti CubeSat, aby sa zabezpečilo, že sa nerozbije

Uránová ruda- Rádioaktívny materiál, ktorý Geigerov počítač používa na stanovenie rádioaktivity

Počítač- slúži na nájdenie/vytvorenie kódu, ktorý budete používať pre Arduino

USB kábel- slúži na pripojenie vášho Arduina k počítaču a spustenie kódu

Krok 2: Zostavte si CubeSat

Prvá vec, ktorú budete potrebovať, je váš CubeSat.

(Ak by ste chceli podrobné vysvetlenie toho, čo je CubeSat, pokladňa

Pri navrhovaní vášho CubeSat máte dve hlavné možnosti. Vytvorte si vlastnú z akéhokoľvek materiálu alebo 3D tlač.

Moja skupina sa rozhodla vytlačiť náš CubeSat 3D, takže sme museli vyhľadať „3D CubeSat“a našli sme niekoľko šablón, ale rozhodli sme sa stiahnuť súbor z webovej stránky NASA. Odtiaľ si budete musieť stiahnuť súbor; Potom budete potrebovať jednotku Flash na rozbalenie súboru a jeho načítanie do 3D tlačiarne.

Odtiaľ pokračujte a 3D tlačou CubeSat pokračujte všetkými ostatnými krokmi.

Pri vytváraní nášho modelu 3D CubeSat sme zistili, že naše Arduino a káble sa do neho nezmestia. Všetci sme museli vytvoriť stratégiu a zistiť, ako do nej vložiť všetko. Museli sme otočiť a položiť kryt hore a dole lícom nahor. Potom sme museli vyvŕtať otvory a byť schopní skrutkovať klince a nájsť dobrú veľkosť. Pri vkladaní všetkého Arduina, karty SD a všetkého, čo bolo v ňom, sme mali „príliš veľa“priestoru, takže sme museli do vnútra pridať niekoľko bublinkových obalov. keď sme testovali, nešlo to všade, pretože to bolo všetko zapojené a prepojené.

Krok 3: Načrtnite svoj návrh

Akonáhle získate všetky svoje materiály, budete si chcieť urobiť náčrt toho, ako bude váš návrh vyzerať.

Niektorým sa zdá tento krok užitočnejší než iným, takže môže byť taký podrobný alebo jasný, ako sa vám páči, ale je dobré získať všeobecnú predstavu o tom, ako všetko zorganizujete.

Naša skupina to osobne použila na brainstorming, ako by sme usporiadali naše senzory a všetky káble, ale odtiaľ sme na to nenašli veľké využitie, pretože sme neustále menili veci, a tak naše náčrty slúžili iba ako východiskový bod, pretože sme to neurobili. Naozaj sa ich nedržím.

Keď máte všeobecnú predstavu o tom, ako bude všetko vyzerať, môžete prejsť na ďalší krok

Krok 4: Zistite, ako funguje Geigerovo počítadlo

Akonáhle nám bol doručený Geigerov počítač, museli sme sa naučiť, ako funguje, pretože nikto z nás ho nikdy nepoužil.

Prvá vec, ktorú sme sa dozvedeli, je, že Geigerov počítač je super citlivý. Senzory na zadnej strane vydávajú extrémne hlasný hluk, rovnako ako samotná Geigerova trubica, kedykoľvek sme sa dotkli. Ak by sme držali prst na trubici, vydalo by to jedno dlhé konštantné pípnutie a prsty by sme zložili a zapli a pípalo by to podľa trvania našich prstov na trubici.

Potom sme testovali Geigerovo počítadlo pomocou banánov. Uvedomili sme si, že čím bližšie je rádioaktívny materiál k Geigerovmu pultu, tým viac bude tikať a naopak.

Krok 5: Nástroje/bezpečnostné postupy

1. Prvá vec, ktorú potrebujete, je CubeSat. Na to budete potrebovať 3D tlačiareň a súbory na tlač, alebo si môžete vytvoriť vlastný z akéhokoľvek materiálu, o ktorom si myslíte, že bude fungovať; pamätajte, CubeSat musí mať 10 cm x 10 cm x 10 cm (preskočte časť 2, ak si staviate vlastnú)
2. Ďalej budete musieť vyvŕtať otvory do horných a dolných škrupín 3D tlačeného CubeSat, aby ste do nich mohli vložiť skrutky. Pokračujte a zaskrutkujte spodnú škrupinu (uistite sa, že máte ochranné okuliare, aby sa vám do očí nedostali žiadne úlomky)
3. Získajte nejaké batérie a vložte ich do sady batérií, potom ich zapojte k počítadlu Geiger a Geigerovo počítadlo zapojte k Arduinu. Uistite sa, že je zapojená aj čítačka kariet Micro SD.
4. Zapnite Geigerovo počítadlo, aby ste sa presvedčili, že všetko funguje správne. Vložte všetko do CubeSat.
5. Otestujte si svoj CubeSat, aby ste sa presvedčili
6. Po zhromaždení údajov sa uistite, že sa nič v zariadení CubeSat neprehrieva. Ak existuje, ihneď ho odpojte a vyhodnotte problém
7. Otestujte všetko a skontrolujte, či sa zhromažďujú údaje
8. Po práci s uránom používaným na zber údajov si umyte ruky

Krok 6: Zapojenie Arduina

Jediné potrebné napájanie sú batérie AA

Pripojte batérie priamo k počítadlu Geiger a potom zapojte kolík VVC do kladného stĺpca nepájivej dosky.

Veďte ďalší drôt na tom istom stĺpci v breadboarde do 5V slotu na Arduine. To bude poháňať Arduino.

Potom zapojte vodič z 5V kolíka na arduine do adaptéra karty SD.

Potom zapojte VIN na geigerovom počítadle k analógovému kolíku na Arduine.

Potom zapojte GND do negatívneho stĺpca na doske.

Pripojte záporný stĺpec k GND na Arduino.

Karta SD do Arduina:

Miso ide na 11

Miso ide do 12

SCK ide na 13

CS ide na 4

Krok 7: Kódovanie

Najjednoduchší spôsob, ako kódovať Arduino, je stiahnuť si aplikáciu ArduinoCC, ktorá vám umožní napísať kód a nahrať ho do Aduina. Veľmi ťažko sme hľadali kompletný kód, ktorý by fungoval. Našťastie pre vás náš kód zahŕňa zaznamenávanie CTZ (kliknutia za minútu) a údaje na SD kartu.

Kód:

#zahrnúť

#zahrnúť

/ * * Geiger.ino * * Tento kód spolupracuje s tabuľou Geiger Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE)

* a hlási hodnoty v CTZ (počet za minútu). *

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

* Licencia: Licencia MIT *

* Používajte voľne, s uvedením zdroja. Ďakujem!

*

* * Upravené ** */

#define LOG_PERIOD 5000 // Obdobie protokolovania v milisekundách, odporúčaná hodnota 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 // Maximálne obdobie protokolovania

prchavé dlhé znamienka bez znamienka = 0; // Udalosti GM Tube

nepodpísané dlhé CTZ = 0; // CTZ

multiplikátor konštanty bez znamienka = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Vypočíta/uloží CTZ

nepodpísané dlhé predchádzajúceMillis; // Meranie času

const int pin = 3;

neplatné tube_impulse () {

// Zachytáva počet udalostí z počítadla Geigerovej počítadla ++;

}

#zahrnúť

Súbor myFile;

neplatné nastavenie () {

pinMode (10, VÝSTUP);

SD.begin (4); // Otvorte sériovú komunikáciu a počkajte, kým sa otvorí port:

Serial.begin (115200);

}

void loop () {// po nastavení sa nič nestane

nepodpísaný dlhý prúd Millis = millis ();

if (currentMillis - previousMillis> LOG_PERIOD) {

previousMillis = súčasnýMillis;

cpm = počíta * multiplikátor;

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

if (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

počty = 0;

pinMode (pin, INPUT); // Nastaviť pin na vstup na zachytávanie prerušení udalostí GM Tube (); // Povoliť prerušenia (v prípade, že boli predtým deaktivované) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Definujte externé prerušenia

}

}

Náš obrázok je z prvého kódu, ktorý sme použili a ktorý bol neúplný, takže to bol prvý z našich problémov s kódovaním. Odvtedy sme už nemohli pokračovať v projekte, kým nám naši učitelia nepomohli s kódom. Tento kód bol odvodený z iného kódu, ktorý fungoval iba s Geigerovým počítadlom, ale nie raz bol spárovaný s kartou SD.

Krok 8: Testovací kód

Akonáhle budete mať svoj kód, pokračujte a otestujte ho, aby ste sa presvedčili, že môžete zbierať údaje.

Uistite sa, že sú všetky nastavenia správne, preto skontrolujte svoje porty a káble, aby ste sa presvedčili, že je všetko správne.

Keď všetko skontrolujete, spustite kód a zobrazte údaje, ktoré získavate.

Všimnite si tiež jednotky pre žiarenie, ktoré zbierate, pretože budú určovať skutočné vyžarovanie.

Krok 9: Otestujte si svoj CubeSat

Akonáhle máte kódovanie vyriešené a všetko vaše zapojenie je hotové, ďalším krokom je zmestiť všetko dovnútra CubeSat a otestovať ho, aby ste sa uistili, že sa pri konečnom testovaní nič nerozpadne.

Prvý test, ktorý budete musieť vyplniť, je letový test. Vezmite si niečo, z čoho môžete zavesiť svoj CubeSat, a roztočte ho, aby ste otestovali, či odletí alebo nie, a uistite sa, že sa točí správnym smerom.

Po dokončení prvého predbežného testu budete musieť absolvovať dva trepacie testy. Prvý test bude simulovať turbulencie, ktoré by CubeSat zažil pri výstupe zo zemskej atmosféry, a druhý test otrasov by simuloval turbulencie vo vesmíre.

Zaistite, aby všetky vaše časti zostali pohromade a aby sa nič nerozpadlo.

Krok 10: Záverečné testovanie a výsledky

Údaje sa zbierajú na stole v rôznych vzdialenostiach od geigerovho počítadla

Intervaly zberu po 5 sekundách 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Pred posledným testovaním sme zhromaždili údaje zapnutím Geigerovho počítadla a umiestnením rádioaktívneho materiálu do rôznych vzdialeností. Čím vyššie číslo bolo, tým bližšie bol Geigerov počítač k rádioaktívnemu materiálu.

Údaje zhromaždené počas skutočného testovania

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

Pre naše skutočné testovanie sa ukázalo, že rádioaktívny materiál je príliš ďaleko od Geigerovho počítadla, aby ho mohol dokonca merať.

Čo znamenajú údaje? Pomocou tabuľky odčítaní môžeme určiť, že čím je číslo vyššie, tým je žiarenie pre ľudí nebezpečnejšie. Potom môžeme kliknúť za minútu na mSV, čo sú skutočné jednotky žiarenia. A tak je Mars na základe nášho experimentu pre ľudí dokonale zachránený!

Je smutné, že realita je často sklamaním. Marsovo žiarenie je v skutočnosti 300 mSv, čo je 15 -krát viac, ako je každoročne vystavený pracovník jadrovej elektrárne.

Ďalšie údaje o našom lete zahŕňajú:

Fc: 3,101 newtonov

Ac: 8,072 m/s^2

V: 2,107 m/s

m:, 38416 kg

P: 1,64 sekundy

F: 0,609 Hz

Krok 11: Problémy/tipy/zdroje

Hlavným problémom, ktorý sme mali, bolo nájdenie kódu, ktorý by fungoval pre Geiger a kartu SD, takže ak máte rovnaký problém, neváhajte použiť náš kód ako základ. Ďalšou možnosťou by bolo ísť na fóra Arduino a požiadať o pomoc tam (buďte pripravení zaplatiť, pretože ako sme si všimli, ľudia budú menej ochotní pomôcť, ak neexistuje žiadna kompenzácia).

Jedna vec, ktorú by sme poradili ostatným, je pokúsiť sa nájsť spôsob, ako by sa Geigerovo počítadlo čo najviac priblížilo k žiareniu, aby bolo možné získať viac certifikovaných údajov.

Tu sú zdroje, ktoré sme konzultovali pre kohokoľvek, koho zaujíma:

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

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

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