Как да изградим CubeSat с брояч Arduino и Geiger: 11 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Чудили ли сте се някога дали Марс е радиоактивен? И ако е радиоактивен, нивата на радиация са достатъчно високи, за да се считат за вредни за хората? Това са всички въпроси, на които се надяваме, че може да се отговори от нашия CubeSat с брояч Arduino Geiger.

Радиацията се измерва в сиверти, което определя количеството на радиацията, погълната от човешките тъкани, но поради огромния им размер обикновено измерваме в милизиверти (mSV). 100 mSV е най -ниската годишна доза, при която е очевидно всяко увеличение на риска от рак, а единична доза от 10 000 mSV е фатална в рамките на седмици. Нашите надежди са да определим къде тази симулация каца Марс в радиоактивния мащаб.

Нашият клас по физика започна с изучаване на силите на полета през първото тримесечие в лаборатория, в която проектирахме наш собствен самолет и след това го създадохме от плочи от стиропор. След това щяхме да пристъпим към изстрелване, за да тестваме съпротивлението, повдигането, тягата и теглото на самолета. След първия набор от данни щяхме да направим промени в равнината, за да се опитаме да достигнем възможно най -голямото разстояние.

След това второто тримесечие се фокусирахме върху изграждането на водна ракета, за да наблюдаваме и тестваме концепциите, които научихме през първото тримесечие. За този проект използвахме 2L бутилки и други материали за изграждането на нашата ракета. Когато бяхме готови за изстрелване, напълнихме бутилките с вода, излязохме навън, поставихме ракетата на стартовата площадка, натиснахме водата и освободихме. Целта беше ракетата да бъде изстреляна възможно най -далеч във вертикална посока и безопасно да слезе.

Третият ни последен „голям“проект беше изграждането на CubeSat, който да носи Arduino и сензор безопасно към нашия модел на Марс в класната стая. Основната цел на този проект беше да се определи количеството радиоактивност в Марс и да се определи дали е вредно за хората. Някои други странични цели бяха създаването на CubeSat, който да издържи теста за разклащане и да може да побере всички необходими материали вътре в него. Страничните цели вървят ръка за ръка с ограниченията. Ограниченията, които имахме за този проект, бяха размерите на CubeSat, колко тежи и материалът, от който е изграден. Други ограничения, които не са свързани с CubeSat, са времето, което ни трябваше за 3D отпечатване, тъй като разполагахме само с един ден, за да го направим; сензорите, които използвахме, също бяха ограничение, тъй като имаше сензори, които класът нямаше или не можеше да закупи. На всичкото отгоре трябваше да преминем теста за разклащане, за да определим стабилността на CubeSat, и теглото за тегло, за да сме сигурни, че не надхвърляме 1,3 кг.

-Хуан

Стъпка 1: Списък на материалите

3D отпечатан CubeSat- миниатюрен сателит, който има размери 10 см х 10 см х 10 см и не може да тежи повече от 1,3 кг. Тук поставяме всички наши проводници и сензори, служи като космическа сонда

Проводи- Използва се за свързване на брояча на Geiger и Arduino един към друг и за тяхната работа

Arduino- Използва се за стартиране на кода на брояча на Гайгер

Брояч на Гайгер- Използва се за измерване на радиоактивно разпадане, от това зависи целият ни проект за определяне на радиоактивността

Батерии- Използва се за захранване на брояча на Geiger, който ще захранва Arduino след свързване

Micro sd четец- Използва се за събиране и записване на данните, събрани с брояча на Гайгер

Винтове- Използва се за затягане на горната и долната част на CubeSat, за да се гарантира, че няма да се счупи

Уранова руда- Радиоактивен материал, който Гейгер използва за определяне на радиоактивността

Компютър- Използва се за намиране/създаване на кода, който ще използвате за Arduino

USB кабел- Използва се за свързване на вашия Arduino към компютъра и стартиране на кода

Стъпка 2: Изградете своя CubeSat

Първото нещо, от което ще се нуждаете, е вашият CubeSat.

(Ако искате подробно обяснение за това какво е плащане на CubeSat

Когато проектирате вашия CubeSat, имате две основни опции, изградете своя собствена от какъвто и да е материал или 3D печат.

Моята група реши да отпечата 3D нашия CubeSat, така че всичко, което трябваше да направим, беше да потърсим "3D CubeSat" и намерихме няколко шаблона, но решихме да вземем файла от уебсайта на НАСА. Оттам ще трябва да изтеглите файла; тогава ще ви трябва флаш устройство, за да разархивирате файла и да го заредите до 3D принтер.

Оттам нататък просто продължете и отпечатайте 3D CubeSat, за да продължите с останалите стъпки.

При създаването на нашия 3D модел CubeSat разбрахме, че нашият Arduino и кабелите няма да се поберат вътре в него. Всички трябваше да създадем стратегия и да измислим как да поставим всичко вътре. Трябваше да се завъртим и да сложим капака отгоре и отдолу с лицето нагоре. След това трябваше да пробием дупки и да успеем да завием пироните и да намерим подходящия размер. Докато поставяхме всички Arduino, SD картата и всичко в нея, имахме „твърде много“място, така че трябваше да добавим вътре няколко балончета когато тествахме, нямаше да отиде навсякъде, защото всичко беше свързано и свързано.

Стъпка 3: Начертайте своя дизайн

След като получите всичките си материали, ще искате да направите скица на това как ще изглежда вашият дизайн.

Някои намират тази стъпка за по -полезна от други, така че тя може да бъде толкова подробна или толкова ясна, колкото искате, но е добре да получите обща представа как ще организирате всичко.

Нашата група лично го използва за нещо като мозъчна атака как ще организираме нашите сензори и всички проводници, но от там не намерихме голяма полза от него, тъй като непрекъснато променяхме нещата и затова нашите скици служеха само като отправна точка, откакто не го направихме наистина не се придържам към тях.

След като имате обща представа как ще изглежда всичко, можете да преминете към следващата стъпка

Стъпка 4: Научете как работи броячът на Гайгер

След като ни доставиха брояча на Гайгер, трябваше да научим как работи, тъй като никой от нас никога не е използвал такъв.

Първото нещо, което научихме, е, че броячът на Гайгер е супер чувствителен. Сензорите на гърба ще издават изключително силен шум, както и самата тръба на Гайгер, когато докосваме. Ако държехме пръста си върху епруветката, той щеше да издаде един дълъг постоянен звуков сигнал и свалихме и включихме пръстите си и той би бипнал според продължителността на пръстите ни върху тръбата.

След това тествахме брояча на Гайгер, използвайки банани. Осъзнахме, че колкото по-близо е радиоактивният материал до брояча на Гайгер, толкова повече той ще цъка и обратно.

Стъпка 5: Инструменти/Практики за безопасност

1. Първото нещо, което е необходимо, е CubeSat. За да направите това, ще ви е необходим 3D принтер и файловете за отпечатване или можете да създадете свой собствен, като използвате материалите, които смятате, че ще работят; не забравяйте, че CubeSat трябва да е 10cm x 10cm x 10cm (пропуснете част 2, ако изграждате свой собствен)
2. След това ще трябва да пробиете дупки в горната и долната обвивка на 3D отпечатания CubeSat, за да поставите винтове в него. Продължете и завийте долната обвивка (Уверете се, че носите очила, за да предотвратите навлизането на отломки в очите ви)
3. Вземете няколко батерии и ги поставете в батерия, след това свържете батериите към брояча на Geiger и свържете брояча на Geiger към Arduino. Уверете се, че е включен и четец на Micro SD.
4. Включете брояча на Гайгер, за да се уверите, че всичко работи правилно. Поставете всичко вътре в CubeSat.
5. Тествайте полета на вашия CubeSat, за да се уверите
6. След като съберете вашите данни, уверете се, че нищо в CubeSat не прегрява. Ако има, изключете го незабавно и преценете проблема
7. Тествайте всичко, за да проверите дали се събират данни
8. Измийте ръцете си, след като сте се справили с урана, използван за събиране на данни

Стъпка 6: Окабеляване на Arduino

Единственото необходимо захранване са батерии АА

Свържете батериите направо към брояча на Geiger, след това свържете VVC щифта към положителната колона на макета.

Прокарайте друг проводник в същата колона в макета към 5V слота на Arduino. Това ще захранва Arduino.

След това прекарайте проводник от 5V щифта на arduino към адаптера за SD карта.

След това свържете VIN на брояча на Geiger към аналогов щифт на Arduino.

След това свържете GND към отрицателната колона на макета.

Свържете отрицателната колона към GND на Arduino.

SD карта към Arduino:

Мишо отива на 11

Мишо отива на 12

SCK отива на 13

CS отива на 4

Стъпка 7: Кодиране

Най -лесният начин да кодирате Arduino е да изтеглите приложението ArduinoCC, което ви позволява да пишете код и да го качвате в Aduino. Много трудно намерихме пълен код, който да работи. За щастие за вас, нашият код включва запис на CPM (кликвания в минута) и данните на SD картата.

Код:

#включва

#включва

/ * * Geiger.ino * * Този код взаимодейства с Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE) Geiger counter board

* и отчита показанията в CPM (Брой на минута). *

* Автор: Марк А. Хеклер (@MkHeck, [email protected]) *

* Лиценз: Лиценз на MIT *

* Моля, използвайте свободно с приписване. Благодаря ти!

*

* * Редактирано ** */

#define LOG_PERIOD 5000 // Период на регистриране в милисекунди, препоръчителна стойност 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 // Максимален период на регистриране

летливи неподписани дълги преброявания = 0; // Събития в GM Tube

без знаци дълъг cpm = 0; // CPM

const беззначен int множител = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Изчислява/съхранява CPM

неподписан дълъг предишен Милис; // Измерване на времето

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// Записва броя на събитията от брояча на борда на Geiger ++;

}

#включва

Файл myFile;

void setup () {

pinMode (10, OUTPUT);

SD.begin (4); // Отворете серийните комуникации и изчакайте порта да се отвори:

Serial.begin (115200);

}

void loop () {// нищо не се случва след настройката

без знак дълъг токMillis = millis ();

if (currentMillis - previousMillis> LOG_PERIOD) {

previousMillis = currentMillis;

cpm = брои * множител;

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

if (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

брои = 0;

pinMode (pin, INPUT); // Задайте щифт към вход за улавяне на събития от GM Tube interrupts (); // Активиране на прекъсвания (в случай че преди това са били деактивирани) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Определяне на външни прекъсвания

}

}

Картината, която имаме, е на първия код, който използвахме, който беше непълен, така че това беше първият от нашите проблеми с кодирането. Оттам нататък не можехме да продължим с проекта, докато нашите учители не ни помогнаха с кода. Този код е получен от друг код, който работи само с брояча на Гайгер, но не веднъж, когато е сдвоен със SD картата.

Стъпка 8: Тестов код

След като имате своя код, продължете и тествайте кода, за да се уверите, че можете да събирате данни.

Уверете се, че всички настройки са правилни, затова проверете портовете и проводниците си, за да се уверите, че всичко е правилно.

След като проверите всичко, стартирайте кода и вижте данните, които получавате.

Забележете също мерните единици за радиацията, която събирате, тъй като ще определят действителната радиация, която се излъчва.

Стъпка 9: Тествайте вашия CubeSat

След като разберете кодирането си и всичките ви кабели са завършени, следващата ви стъпка е да поставите всичко в CubeSat и да го тествате, за да сте сигурни, че нищо няма да се разпадне при последното ви тестване.

Първият тест, който ще трябва да завършите, е летният. Вземете нещо, от което да закачите вашия CubeSat и го завъртете, за да проверите дали ще излети или не и да се уверите, че се върти в правилната посока.

След като завършите първия предварителен тест, ще трябва да изпълните два теста за разклащане. Първият тест ще симулира турбуленцията, която CubeSat би изпитал при излизане от земната атмосфера, а вторият тест за разклащане би симулирал турбуленцията в космоса.

Уверете се, че всичките ви части са останали заедно и нищо не се е разпаднало.

Стъпка 10: Окончателно тестване и резултати

Данни, събрани на масата на различни разстояния от брояча на Гейгер

Интервали за събиране на 5 секунди 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Преди последното ни тестване събрахме данни, като включихме брояча на Гайгер и поставихме радиоактивния материал на различни разстояния. Колкото по -голям е броят, толкова по -близо е Броячът на Гайгер до радиоактивния материал.

Данни, събрани по време на реално тестване

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

За нашето реално тестване радиоактивният материал се оказа твърде далеч от брояча на Гайгер, за да може дори да се измери.

Какво означават данните? Използвайки диаграмата на показанията, можем да определим, че колкото по -голям е броят, толкова по -опасна е радиацията за хората. След това можем да се окажем Щракнете за минута в mSV, които са действителните единици за радиация. И така, въз основа на нашия експеримент, Марс е перфектно спасен за хората!

За съжаление реалността често е разочароваща. Радиацията на Марс всъщност е 300 mSv, което е 15 пъти по -високо от това, което работникът на атомната централа излага годишно.

Други данни за нашия полет включват:

Fc: 3.101 Нютона

Ac: 8.072 m/s^2

V: 2,107 m/s

m:.38416 кг

P: 1,64 секунди

F: 0,609 Hz

Стъпка 11: Проблеми/Съвети/Източници

Основният проблем, който имахме, беше намирането на кода, който да работи за Geiger и SD картата, така че ако имате същия проблем, не се колебайте да използвате нашия код като база. Друг вариант би бил да отидете на форумите на Arduino и да поискате помощ там (бъдете готови да платите, тъй като забелязахме, че хората са по -малко склонни да помогнат, ако няма компенсация).

Едно нещо, което бихме посъветвали другите, е да се опитат да намерят начин Броячът на Гайгер да бъде възможно най -близо до радиацията, за да може да получи по -сертифицирани данни.

Ето източниците, които консултирахме за всеки, който се интересува:

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

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

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