Урок за акселерометър CubeSat: 6 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Кубесат е вид миниатюризиран спътник за космически изследвания, който се състои от кратни на 10x10x10 cm кубични единици и маса не повече от 1,33 килограма на единица. Cubesats позволяват изпращането на голямо количество сателити в космоса и позволява на собственика пълен контрол над машината, независимо къде се намират на земята. Cubesats също са по -достъпни от всички други настоящи прототипи. В крайна сметка кубиците улесняват потапянето в космоса и разпространяват знания за това как изглежда нашата планета и вселена.

Arduino е платформа или някакъв компютър, използван за изграждане на проекти за електроника. Arduino се състои както от програмируема платка, така и от софтуер, който работи на вашия компютър, използван за писане и качване на компютърен код на платката.

За този проект на нашия екип беше позволено да избере всеки сензор, който искаме да открием всеки определен аспект от състава на Марс. Решихме да отидем с акселерометър или електромеханично устройство, използвано за измерване на ускорителните сили.

За да накараме всички тези устройства да работят заедно, трябваше да прикачим акселерометъра към основната платка на Arduino и да го прикрепим към вътрешността на кубеса, и да се уверим, че издържа на симулация на полет и тест за разклащане. Тази инструкция ще обхване как постигнахме това и данните, които събрахме от Arduino.

Стъпка 1: Поставете цели (Алекс)

Основната ни цел за този проект беше да използваме акселерометър (не се притеснявайте, ще обясним какво е това по -късно), поставен в CubeSat, за измерване на ускорението, дължащо се на гравитацията на Марс. Трябваше да изградим CubeSat и да тестваме издръжливостта му по различни начини. Най -трудната част от поставянето на цели и планирането беше да се осъзнае как да се поставят Arduino и акселерометърът в CubeSat по безопасен начин. За да направим това, трябваше да измислим добър дизайн на CubeSat, да се уверим, че е 10x10x10cm и да се уверим, че тежи по -малко от 1,3 килограма.

Решихме, че Legos всъщност ще се окаже издръжлив и също така лесен за изграждане. Леготата също бяха нещо, което някой вече можеше да има, вместо да харчим пари за строителни материали. За щастие процесът на измисляне на дизайн не отне много време, както ще видите в следващата стъпка.

Стъпка 2: Проектирайте Cubesat

За този специфичен кубсат използвахме легота за тяхната лекота за изграждане, закрепване и издръжливост. Кубът трябва да е с размери 10x10x10 cm и да тежи по -малко от 1,33 kg (3 lbs) на U. Леготата улесняват разполагането с точни 10x10x10 cm, докато използвате две основи Lego за пода и капака на кубчето. Може да се наложи да изрежете основите на Lego, за да ги получите точно както искате. Вътре в кубеса ще имате вашите arduino, макет, батерия и държач за SD карта всички прикрепени към стените с помощта на всяко лепило, което искате. Използвахме тиксо, за да гарантираме, че вътре няма да се разхлабят парчета. За да прикрепим кубсат към орбитата, използвахме връв, гумени ленти и вратовръзка с цип. Гумените ленти трябва да бъдат увити около кубчето, сякаш панделка е увита около подарък. След това връвта се привързва към центъра на гумената лента на капака. След това низът се затваря през цип, който след това се закача към орбитата.

Стъпка 3: Конструирайте Arduino

Нашата цел за този CubeSat, както беше казано по -горе, беше да определим ускорението, дължащо се на гравитацията на Марс, с акселерометър. Акселерометрите са интегрални схеми или модули, използвани за измерване на ускорението на обект, към който са свързани. В този проект научих основите на кодирането и окабеляването. Използвах mpu 6050, който се използва като електромеханично устройство, което ще измерва силите на ускорение. Чрез определяне на размера на динамичното ускорение можете да анализирате начина, по който устройството се движи по оста X, Y и Z. С други думи, можете да разберете дали се движи нагоре и надолу или отстрани; акселерометър и някакъв код могат лесно да ви дадат данните, за да определите тази информация. Колкото по -чувствителен е сензорът, толкова по -точни и подробни ще бъдат данните. Това означава, че при дадена промяна в ускорението ще има по -голяма промяна в сигнала.

Трябваше да свържа arduino, който вече беше свързан към акселерометъра, към държача на SD картата, който ще съхранява данните, получени по време на полетния тест, за да можем след това да ги качим на компютър. По този начин можем да видим измерванията на оста X, Y и Z, за да видим къде е бил кубесатът във въздуха. Можете да видите в приложените снимки как да свържете arduino към акселерометъра и макета.

Стъпка 4: Тестове за летене и вибрации (Алекс)

За да се осигури дълготрайност на куба, трябваше да го подложим на поредица от тестове, които да симулират средата, през която ще бъде поставен, в космоса. Първият тест, който трябваше да поставим, се нарича тест. Трябваше да нанижем arduino към устройство, наречено орбитален, и да симулираме траекторията му на полет около червената планета. Опитахме няколко метода за закрепване на кубчето, но в крайна сметка успяхме да се спрем на двойна гумена лента, която беше увита около кубчето. След това към гумените ленти е прикрепен низ.

Летният тест не беше веднага успешен, тъй като при първия ни опит част от лентата започна да се отделя. След това преминахме към дизайна на опцията за ластик, спомената в предишния параграф. Въпреки че при втория ни опит успяхме да накараме малките да седят с необходимата скорост за 30 секунди, без да възникнат никакви проблеми.

Следващият тест беше тестът за вибрации, който би симулирал свободно кубът, който пътува през атмосферата на планетата. Трябваше да поставим куба, седнал на масата с вибрации, и да увеличим мощността до известна степен. След това кубът трябваше да остане в такт поне 30 секунди при това ниво на мощност. За наш късмет успяхме да преминем всички аспекти на теста при първия ни опит. Сега остана само окончателното събиране на данни и тестове.

Стъпка 5: Тълкуване на данни

С данните, които получихме след извършване на последния тест, можете да видите къде е пътувал кубът по оста X, Y и Z и да определите ускорението, като разделите изместването си на времето. Това ви дава средната скорост. Сега, докато обектът се ускорява равномерно, просто трябва да умножите средната скорост с 2, за да получите крайната скорост. За да намерите ускорението, вземете крайна скорост и я разделете на времето.

Стъпка 6: Заключение

Крайната цел на нашия проект беше да определим ускорението на гравитацията около Марс. Чрез данните, събрани с помощта на Arduino, може да се определи, че гравитационното ускорение, докато обикаля около Марс, остава постоянно. Освен това, докато пътувате около Марс, посоката на орбита непрекъснато се променя.

Като цяло най -големите изваждания от екипа ни бяха нарастването на владеенето на четене и писане на код, разбирането ни за нова технология в авангарда на космическите изследвания и познаването на вътрешната работа и многото приложения на Arduino.

Второ, по време на проекта нашият екип не само научи гореспоменатите концепции за технология и физика, но също така научихме и умения за управление на проекти. Някои от тези умения включват спазване на крайните срокове, коригиране за пропуски в дизайна и непредвидени проблеми, както и провеждане на ежедневни стендъп срещи, за да се даде отчетност на нашата група и от своя страна да поддържат всички на път да постигнат целите си.

В заключение, нашият екип изпълни всички изисквания за тестване и данни, както и усвояване на безценни физически умения и умения за управление на екипа, които можем да приложим в бъдещите усилия в училище и във всяка професия, ориентирана към групова работа.