CubeSat -ni Arduino va Geiger hisoblagich sensori yordamida qanday qurish mumkin: 11 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:25

Mars radioaktivmi yoki yo'qmi, deb hech o'ylab ko'rganmisiz? Va agar u radioaktiv bo'lsa, radiatsiya darajasi odamlar uchun zararli deb hisoblanadimi? Bularning barchasiga biz Arduino Geiger Counter bilan CubeSat javob bera olamiz deb umid qilamiz.

Radiatsiya sieverts bilan o'lchanadi, bu inson to'qimalari tomonidan so'rilgan nurlanish miqdorini aniqlaydi, lekin ularning kattaligi tufayli biz odatda milisieverts (mSV) da o'lchaymiz. 100 mSV - bu eng past yillik dozadir, bunda har qanday saraton xavfi oshadi va bir martalik 10 000 mSV dozasi o'limga olib keladi. Bizning umidimiz - bu simulyatsiya Marsni radioaktiv miqyosda qaerga tushishini aniqlash.

Bizning fizika darsimiz birinchi chorakda biz o'z samolyotimizni loyihalashtirgan laboratoriya orqali uchish kuchlarini o'rganishdan boshlandi, keyin uni ko'pikli plastinkalardan yasadik. Keyin biz samolyotning tortilishi, ko'tarilishi, tortilishi va og'irligini sinab ko'rish uchun uchishni davom ettiramiz. Ma'lumotlarning birinchi to'plamidan so'ng biz iloji boricha uzoqroq masofani bosib o'tish uchun samolyotga o'zgartirish kiritamiz.

Ikkinchi chorakda biz birinchi chorakda o'rgangan tushunchalarimizni kuzatish va sinab ko'rish uchun suv raketasini yaratishga e'tibor qaratdik. Ushbu loyiha uchun biz 2L shisha va boshqa materiallardan foydalanganmiz. Biz ishga tushishga tayyor bo'lganimizda, biz idishlarni suv bilan to'ldirardik, tashqariga chiqamiz, raketani uchirish maydonchasiga qo'yamiz, suvga bosim o'tkazamiz va qo'yib yuboramiz. Maqsad raketani vertikal yo'nalishda iloji boricha uzoqroqqa uchirish va uni xavfsiz tarzda tushirish edi.

Uchinchi yakuniy "katta" loyihamiz Arduino va sensorni bizning sinfimiz Marsga xavfsiz olib o'tadigan CubeSat qurilishi edi. Loyihaning asosiy maqsadi Marsdagi radioaktivlik miqdorini aniqlash va uning odamlar uchun zararli ekanligini aniqlash edi. Boshqa maqsadlar, silkinish sinoviga bardosh beradigan va uning ichida zarur bo'lgan barcha materiallarga mos keladigan CubeSat yaratish edi. Yon maqsadlar cheklovlar bilan yonma -yon ketadi. Ushbu loyiha uchun cheklovlarimiz CubeSat -ning o'lchamlari, uning og'irligi va undan yasalgan material edi. CubeSat bilan bog'liq bo'lmagan boshqa cheklovlar - biz 3D bosib chiqarishga qancha vaqt sarflashimiz kerak edi, chunki bizda faqat bir kun bor edi; biz ishlatgan sensorlar ham cheklov edi, chunki sinfda mavjud bo'lmagan yoki sotib olmaydigan sensorlar bor edi. Buning ustiga, biz 1,3 kg dan oshmasligimiz uchun CubeSat barqarorligini aniqlash uchun silkinish testini va vazn testini topshirishimiz kerak edi.

-Xuan

1 -qadam: materiallar ro'yxati

3D bosilgan CubeSat- o'lchamlari 10 sm x 10 sm x 10 sm bo'lgan va og'irligi 1,3 kg dan oshmaydigan miniatyuralangan sun'iy yo'ldosh. Bu erda biz barcha simlar va datchiklarni joylashtiramiz, bu kosmik zond bo'lib xizmat qiladi

Simlar- Geiger Counter va Arduino-ni bir-biriga ulash va ularning ishlashini ta'minlash uchun ishlatiladi

Arduino- Geiger hisoblagichida kodni ishlatish uchun ishlatiladi

Geiger hisoblagichi- radioaktiv parchalanishni o'lchash uchun ishlatilgan, bizning butun loyihamiz radioaktivlikni aniqlashga bog'liq

Batareyalar- Arduino ulangandan keyin quvvat oladigan Geiger hisoblagichini quvvatlantirish uchun ishlatiladi

Micro sd Reader- Geiger hisoblagichi yordamida to'plangan ma'lumotlarni to'plash va yozish uchun ishlatiladi

Vintlar- CubeSat buzilmasligi uchun uning yuqori va pastki qismini mahkamlash uchun ishlatiladi

Uran rudasi- radioaktivlikni aniqlash uchun Geiger taymeridan foydalanadigan radioaktiv material

Kompyuter- Arduino uchun ishlatiladigan kodni topish/yaratish uchun ishlatiladi

USB kabeli- Arduino-ni kompyuterga ulash va kodni ishga tushirish uchun ishlatiladi

2 -qadam: CubeSat -ni yarating

Sizga kerak bo'lgan birinchi narsa bu sizning CubeSat.

(Agar siz CubeSat nima ekanligini batafsil tushuntirmoqchi bo'lsangiz, CubeSat -ni loyihalashda siz ikkita asosiy variantni tanlashingiz mumkin: o'zingiz xohlagan materialdan yoki 3D -bosmadan o'zingiz tayyorlang.

Mening guruhim CubeSat -ni 3D chop etishga qaror qildi, shuning uchun biz faqat "3D CubeSat" ni qidirishimiz kerak edi va biz bir nechta shablonlarni topdik, lekin biz faylni NASA veb -saytidan olishga qaror qildik. U erdan siz faylni yuklab olishingiz kerak bo'ladi; Faylni ochish va uni 3D printerga yuklash uchun sizga flesh -disk kerak bo'ladi.

U erdan, davom eting va qolgan qadamlarni davom ettirish uchun CubeSat -ni 3D chop eting.

3D CubeSat modelini yaratishda biz Arduino va simlarimiz uning ichiga mos kelmasligini tushundik. Biz hammamiz strategiya tuzishimiz va hamma narsani ichkariga qanday kiritish kerakligini aniqlashimiz kerak edi. Biz aylantirib, qopqog'imizni yuqoriga va pastga qaratishimiz kerak edi. Shundan so'ng, biz teshiklarni burg'ilashimiz, mixlarni burab, yaxshi o'lchamlarini topishimiz kerak edi. Arduino, SD -karta va hamma narsani joylashtirganimizda, bizda "juda ko'p" bo'sh joy bor edi, shuning uchun ichkariga pufakchali o'ramlarni qo'shish kerak edi. biz sinovdan o'tkazganimizda, u hamma joyga bormaydi, chunki hammasi simli va ulangan.

3 -qadam: Dizayningizning eskizini tuzing

Barcha materiallarni olganingizdan so'ng, siz qanday ko'rinishga ega bo'lishingizni eskiz qilishni xohlaysiz.

Ba'zilar bu qadamni boshqalarga qaraganda foydaliroq deb hisoblaydilar, shuning uchun siz xohlaganingizcha batafsil yoki tushunarli bo'lishi mumkin, lekin hamma narsani qanday tashkil qilish haqida umumiy tasavvurga ega bo'lish yaxshidir.

Bizning guruhimiz buni sensorlar va barcha simlarni qanday tashkil qilishimiz mumkinligi haqida fikr yuritish uchun ishlatgan, lekin u erdan biz bundan unchalik foydalanishni topa olmadik, chunki biz doimo narsalarni o'zgartirib turardik, shuning uchun biz chizgan narsalar biz boshlanmagan paytdan boshlab faqat boshlang'ich nuqtasi bo'lib xizmat qilgan. Haqiqatan ham ularga yopishmang.

Hamma narsa qanday bo'lishi haqida umumiy tasavvurga ega bo'lgach, keyingi bosqichga o'tishingiz mumkin

4 -qadam: Geiger hisoblagichi qanday ishlashini bilib oling

Geiger hisoblagichini bizga topshirgandan so'ng, biz uning qanday ishlashini o'rganishimiz kerak edi, chunki hech birimiz uni ishlatmaganmiz.

Biz bilib olgan birinchi narsa, Geiger Counter juda sezgir. Orqa tarafdagi datchiklar, biz tegganimizda, Geiger trubkasining o'zi kabi juda baland ovoz chiqaradi. Agar biz barmog'imizni naychada ushlab tursak, u bitta doimiy signal beradi va biz barmoqlarimizni olib tashladik va barmoqlarning naychadagi davomiyligiga qarab signal berardik.

Keyin banan yordamida Geiger hisoblagichini sinovdan o'tkazdik. Biz tushundikki, radioaktiv material Geiger hisoblagichiga qanchalik yaqin bo'lsa, shuncha ko'p belgi qo'yiladi va aksincha.

5 -qadam: Asboblar/Xavfsizlik amaliyoti

1. Sizga kerak bo'lgan birinchi narsa - bu CubeSat. Buni amalga oshirish uchun sizga 3d printer va fayllarni chop etish kerak bo'ladi yoki siz o'zingiz xohlagan materiallardan foydalanib, o'zingiz yaratishingiz mumkin; Esingizda bo'lsin, CubeSat 10 sm x 10 sm x 10 sm bo'lishi kerak (agar siz o'zingizni qurayotgan bo'lsangiz, 2 -qismni o'tkazib yuboring).
2. Keyinchalik, vintlarni burab qo'yish uchun 3d bosilgan CubeSat -ning yuqori va pastki qobiqlariga teshiklarni burishingiz kerak bo'ladi. Davom eting va pastki qobiqni burab qo'ying (ko'zingizga axlat tushmasligi uchun ko'zoynak taqib olganingizga ishonch hosil qiling).
3. Batareyalarni oling va ularni akkumulyatorga soling, so'ng batareyalarni Geiger taymeriga ulang va Geiger taymerini Arduino -ga ulang. Micro SD o'quvchi ham ulanganligiga ishonch hosil qiling.
4. Hamma narsa to'g'ri ishlashiga ishonch hosil qilish uchun Geiger hisoblagichini yoqing. Hammasini CubeSat ichiga joylashtiring.
5. Ishonch hosil qilish uchun CubeSat parvozini sinovdan o'tkazing
6. Ma'lumotlaringizni yig'gandan so'ng, CubeSat -da hech narsa qizib ketmasligiga ishonch hosil qiling. Agar mavjud bo'lsa, uni darhol tarmoqdan uzing va muammoni hal qiling
7. Ma'lumot yig'ilganligini tekshirish uchun hamma narsani sinab ko'ring
8. Ma'lumot yig'ish uchun ishlatilgan uran bilan ishlagandan so'ng qo'lingizni yuvganingizga ishonch hosil qiling

6 -qadam: Arduino simini ulash

Quvvat manbai faqat AA batareyadir

Batareyalarni to'g'ridan -to'g'ri Geiger taymeriga ulang, so'ngra VVC pinini non panelining musbat ustuniga ulang.

Xuddi shu ustun ustidagi boshqa simni Arduino -dagi 5V uyasiga o'tkazing. Bu Arduino -ni quvvatlantiradi.

Keyin, arduino -dagi 5V -pindan SD -karta adapteriga sim o'tkazing.

Keyin geiger taymeridagi VINni Arduino analog piniga ulang.

Shundan so'ng, GNDni non panelidagi salbiy ustunga o'tkazing.

Salbiy ustunni Arduino -dagi GND -ga ulang.

Arduino uchun SD -karta:

Miso 11 ga boradi

Miso 12 ga kiradi

SCK 13 ga o'tadi

CS 4 ga o'tadi

7 -qadam: kodlash

Arduino -ni kodlashning eng oson usuli - bu kod yozish va Aduino -ga yuklash imkonini beruvchi ArduinoCC ilovasini yuklab olish. Ishlaydigan to'liq kodni topish juda qiyin edi. Sizning baxtingiz, bizning kodimizga CPM (bir daqiqada bosish) va SD -kartadagi ma'lumotlarni yozib olish kiradi.

Kod:

#qo'shing

#qo'shing

/ * * Geiger.ino * * Bu kod Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE) Geiger hisoblagichi bilan o'zaro ta'sir qiladi.

* va CPM -da o'qishlar to'g'risida hisobot beradi (daqiqalar soni). *

* Muallif: Mark A. Xekler (@MkHeck, [email protected]) *

* Litsenziya: MIT litsenziyasi *

* Iltimos, atribut bilan erkin foydalaning. Rahmat!

*

* * Tahrirlangan ** */

#define LOG_PERIOD 5000 // Jurnal vaqti millisekundlarda, tavsiya etilgan qiymat 15000-60000.

#dexine MAX_PERIOD 60000 // Maksimal ro'yxatga olish davri

o'zgaruvchan imzosiz uzun hisoblar = 0; // GM Tube voqealari

imzosiz uzun cpm = 0; // CPM

const unsigned int ko'paytmasi = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // CPMni hisoblab chiqadi/saqlaydi

uzoq vaqt oldin imzolangan emas; // Vaqtni o'lchash

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// Geiger hisoblagichlaridan voqealar sonini yozib oladi ++;

}

#qo'shing

MyFile faylini yarating;

bo'sh o'rnatish () {

pinMod (10, OUTPUT);

SD.begin (4); // Seriya aloqalarini oching va port ochilishini kuting:

Serial.begin (115200);

}

void loop () {// sozlashdan keyin hech narsa bo'lmaydi

belgisiz uzun oqimMillis = millis ();

if (currentMillis - previousMillis> LOG_PERIOD) {

oldingiMillis = joriyMillis;

cpm = hisoblash * ko'paytmasi;

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

agar (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

hisoblar = 0;

pinMod (pin, INPUT); // GM Tube hodisalari uzilishlarini yozish uchun kirishni kirgizish (); // uzilishlarni yoqish (agar ular ilgari o'chirilgan bo'lsa) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Tashqi uzilishlarni aniqlang

}

}

Bizda mavjud bo'lgan rasm biz ishlatgan birinchi kod bo'lib, u tugallanmagan, shuning uchun kodlash bilan bog'liq muammolarimiz birinchi bo'ldi. O'sha paytdan boshlab biz o'qituvchilarimiz bizga kod bilan yordam bermaguncha loyihani davom ettira olmadik. Bu kod faqat Geiger hisoblagichi bilan ishlaydigan boshqa koddan olingan, lekin u bir marta SD -karta bilan bog'lanmagan.

8 -qadam: Sinov kodi

Kodni olganingizdan so'ng, ma'lumotlarni to'plashingizga ishonch hosil qilish uchun kodni sinab ko'ring.

Barcha sozlamalar to'g'ri ekanligiga ishonch hosil qiling, shuning uchun hamma narsa to'g'ri ekanligiga ishonch hosil qilish uchun portlaringizni va simlaringizni tekshiring.

Hamma narsani tekshirgandan so'ng, kodni ishga tushiring va siz olgan ma'lumotlarni ko'ring.

Shuningdek, siz to'playotgan radiatsiya birliklariga e'tibor bering, chunki ular chiqarilayotgan haqiqiy radiatsiyani aniqlaydi.

9 -qadam: CubeSat -ni sinab ko'ring

Sizning kodlashingizni aniqlab bo'lgach va barcha simlar ulangandan so'ng, sizning keyingi qadamingiz CubeSat ichidagi hamma narsani moslashtirish va uni oxirgi sinovda hech narsa buzilmasligiga ishonch hosil qilishdir.

Siz bajarishingiz kerak bo'lgan birinchi sinov - bu parvoz testi. CubeSat -ni osib qo'yadigan narsalarni oling va uni aylantiring, u uchib ketadimi yoki yo'qmi, uning to'g'ri yo'nalishda aylanishiga ishonch hosil qiling.

Birinchi dastlabki testni tugatganingizdan so'ng, siz ikkita silkinish testini bajarishingiz kerak bo'ladi. Birinchi sinov CubeSat turbulentligini simulyatsiya qiladi, u er atmosferasidan chiqib ketishi mumkin, ikkinchisi esa silkinish sinovi kosmosdagi turbulentlikni simulyatsiya qiladi.

Sizning barcha qismlaringiz bir -biriga bog'langanligiga va hech narsa buzilmasligiga ishonch hosil qiling.

10 -qadam: Yakuniy test va natijalar

Ma'lumotlar geiger hisoblagichidan uzoqda joylashgan har xil masofadagi stolga yig'iladi

5 soniyada yig'ish intervallari 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Yakuniy sinovdan oldin biz Geiger hisoblagichini yoqish va radioaktiv materialni turli masofalarga joylashtirish orqali ma'lumotlarni to'pladik. Bu raqam qanchalik baland bo'lsa, Geiger hisoblagichi radioaktiv materialga shunchalik yaqin edi.

Haqiqiy test paytida to'plangan ma'lumotlar

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

Bizning haqiqiy sinovimiz uchun radioaktiv material Geiger hisoblagichidan juda uzoqda bo'lib chiqdi, uni o'lchash ham mumkin emas edi.

Ma'lumotlar nimani anglatadi? O'qish jadvalidan foydalanib, radiatsiya odamlar uchun qanchalik xavfli ekanligini aniqlay olamiz, shundan so'ng biz daqiqada bir marta bosishni mSV ga aylantira olamiz. Shunday qilib, bizning tajribamizga asoslanib, Mars odamlarni qutqaradi!

Afsuski, haqiqat ko'pincha umidsizlikka uchraydi. Marsning radiatsiyasi aslida 300 mVtni tashkil etadi, bu har yili atom stansiyasida ishlaydigan ishchilarnikidan 15 baravar yuqori.

Bizning parvozimiz uchun boshqa ma'lumotlar quyidagilarni o'z ichiga oladi:

Fc: 3.101 Nyuton

Ac: 8.072 m/s^2

V: 2.107 m/s

m:.38416 kg

P: 1,64 soniya

F:.609 Gts

11 -qadam: Muammolar/Maslahatlar/Manbalar

Bizning asosiy muammomiz Geiger va SD -kartaga mos keladigan kodni topish edi, agar sizda ham shunday muammo bo'lsa, bizning kodimizni asos sifatida ishlating. Yana bir variant - Arduino forumlariga borib, u erda yordam so'rash (to'lashga tayyor bo'ling, lekin agar biz kompensatsiya bo'lmasa odamlarning yordam berish ehtimoli kamligini payqadik).

Biz boshqalarga maslahat beradigan bo'lsak, ko'proq tasdiqlangan ma'lumotlarni olish uchun Geiger hisoblagichini radiatsiyaga iloji boricha yaqinroq bo'lish yo'lini topish.

Mana biz qiziqqan har bir kishi uchun maslahatlashgan manbalar:

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

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

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