Si të ndërtoni CubeSat me Arduino dhe Geiger Counter Sensor: 11 hapa

2025 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2025-01-13 06:58

A keni menduar ndonjëherë nëse Marsi është radioaktiv apo jo? Dhe nëse është radioaktiv, a janë nivelet e rrezatimit aq të larta sa të konsiderohen të dëmshme për njerëzit? Këto janë të gjitha pyetjet që shpresojmë se mund të marrin përgjigje nga CubeSat -i ynë me Arduino Geiger Counter.

Rrezatimi matet në sieverts, i cili përcakton sasinë e rrezatimit të absorbuar nga indet njerëzore, por për shkak të madhësisë së tyre të madhe ne zakonisht e matim në milisieverts (mSV). 100 mSV është doza më e ulët vjetore në të cilën është e dukshme çdo rritje e rrezikut të kancerit, dhe një dozë e vetme prej 10, 000 mSV është fatale brenda javëve. Shpresat tona janë të përcaktojmë se ku zbarkon ky simulim Marsin në shkallën radioaktive.

Klasa jonë e fizikës filloi duke studiuar forcat e fluturimit gjatë tremujorit të parë përmes një laboratori në të cilin ne projektuam aeroplanin tonë dhe më pas e krijuam atë nga pllaka polistireni. Ne pastaj do të vazhdonim të lëshonim në mënyrë që të testonim tërheqjen, ngritjen, futjen dhe peshën e avionit. Pas grupit të parë të të dhënave ne do të bënim ndryshime në aeroplan për të provuar dhe për të marrë distancën më të largët të mundshme.

Pastaj tremujori i dytë u përqëndruam në ndërtimin e një rakete uji për të vëzhguar dhe testuar më tej konceptet që mësuam gjatë tremujorit të parë. Për këtë projekt ne përdorëm shishe 2L dhe materiale të tjera për të ndërtuar raketën tonë. Kur ishim gati për të lëshuar, ne mbushnim shishet me ujë, dilnim jashtë, e vendosnim raketën në një tabelë lëshimi, i bënim presion ujit dhe e lëshonim. Qëllimi ishte që raketa të hidhej sa më larg në drejtim vertikal dhe të binte në mënyrë të sigurt.

Projekti ynë i tretë përfundimtar "i madh" ishte ndërtimi i një CubeSat që do të mbante një Arduino dhe një sensor të sigurt në modelin tonë të klasës së Marsit. Qëllimi kryesor për këtë projekt ishte përcaktimi i sasisë së radioaktivitetit në Mars dhe përcaktimi nëse është i dëmshëm për njerëzit. Disa synime të tjera anësore ishin krijimi i një CubeSat që do të përballonte testin e dridhjes dhe do të ishte në gjendje të përshtatte të gjitha materialet e nevojshme brenda tij. Qëllimet anësore shkojnë krah për krah me kufizimet. Kufizimet që kishim për këtë projekt ishin dimensionet e CubeSat, sa peshon dhe materiali nga i cili është ndërtuar. Kufizimet e tjera që nuk lidhen me CubeSat ishin sasia e kohës që na duhej për të printuar 3D pasi kishim vetëm një ditë për ta bërë atë; sensorët që përdorëm ishin gjithashtu një kufizim pasi kishte sensorë që klasa nuk i kishte në dispozicion ose nuk mund t'i blinte. Për më tepër, ne duhej të kalonim testin e dridhjes për të përcaktuar qëndrueshmërinë e CubeSat dhe testin e peshës për t'u siguruar që nuk e kalonim 1.3 kg.

-Juan

Hapi 1: Lista e materialeve

3D i printuar CubeSat- Satelit i miniaturizuar i cili ka dimensione 10cm x 10cm x 10cm dhe nuk mund të peshojë më shumë se 1.3Kg. Kjo është ajo ku ne po vendosim të gjithë telat dhe sensorët tanë, shërben si një sondë hapësinore

Tela- Përdoret për të lidhur Geiger Counter dhe Arduino me njëri-tjetrin dhe për t'i bërë ato të funksionojnë

Arduino- Përdoret për të drejtuar kodin në Counter Geiger

Geiger Counter- Përdoret për të matur prishjen radioaktive, kjo është ajo nga e cila varet i gjithë projekti ynë për të përcaktuar radioaktivitetin

Bateri- Përdoret për të fuqizuar Counter Geiger i cili do të furnizojë Arduino pasi të jetë lidhur

Micro sd Reader- Përdoret për të mbledhur dhe regjistruar të dhënat e mbledhura me Counter Geiger

Vida- Përdoret për të shtrënguar pjesën e sipërme dhe të poshtme të CubeSat për të siguruar që të mos prishet

Xeherori i uraniumit- Material radioaktiv i cili është ai që Counter Geiger përdor për të përcaktuar radioaktivitetin

Kompjuter- Përdoret për të gjetur/krijuar kodin që do të përdorni për Arduino

Kordoni USB- Përdoret për të lidhur Arduino tuaj me kompjuterin dhe për të ekzekutuar kodin

Hapi 2: Ndërtoni CubeSat -in tuaj

Gjëja e parë që do t'ju duhet është CubeSat juaj.

(Nëse dëshironi një shpjegim të hollësishëm të asaj që arrin CubeSat

Kur dizajnoni CubeSat tuaj keni dy mundësi kryesore, krijoni tuajin nga çfarëdo materiali që keni ose printoni një.

Grupi im vendosi të printonte 3D CubeSat -in tonë, kështu që gjithçka që na duhej të bënim ishte të kërkonim "3D CubeSat" dhe gjetëm disa shabllone, por vendosëm ta merrnim skedarin nga faqja e internetit e NASA -s. Nga atje do t'ju duhet të shkarkoni skedarin; atëherë, do t'ju duhet një flash drive për ta shpaketuar skedarin dhe për ta ngarkuar atë në një printer 3D.

Nga atje, thjesht shkoni përpara dhe printoni 3D CubeSat për të vazhduar me hapat e tjerë.

Kur krijuam modelin tonë 3D CubeSat kuptuam se Arduino dhe litarët tanë nuk do të përshtaten brenda tij. Ne të gjithë duhej të krijonim një strategji dhe të kuptonim se si të vendosnim gjithçka brenda. Ne duhej të rrotulloheshim dhe ta vendosnim kapakun sipër dhe poshtë me fytyrë lart. Pas kësaj, na u desh të hapnim vrima dhe të ishim në gjendje të vidhosnim thonjtë dhe të gjenim madhësinë e mirë. Ndërsa vendosnim të gjithë Arduino, kartën SD dhe gjithçka në të, kishim "shumë" hapësirë, kështu që duhej të shtonim disa mbështjellësa me flluska brenda kur po testonim nuk do të shkonte kudo sepse ishte e gjitha me tela dhe e lidhur.

Hapi 3: Hartoni modelin tuaj

Pasi të keni marrë të gjitha materialet tuaja, do të dëshironi të bëni një skicë se si do të duket dizajni juaj.

Disa e konsiderojnë këtë hap më të dobishëm se të tjerët, kështu që mund të jetë aq i detajuar ose aq i thjeshtë sa ju pëlqen, por është mirë të merrni një ide të përgjithshme se si do të organizoni gjithçka.

Grupi ynë personalisht e përdori atë për të disiplinuar idenë se si do të organizonim sensorët tanë dhe të gjitha telat, por prej andej nuk gjetëm shumë përdorim për të pasi vazhdimisht po ndryshonim gjërat dhe kështu skicat tona shërbyen vetëm si pikënisje që kur nuk e bëmë me të vërtetë nuk qëndroni me ta.

Pasi të keni një ide të përgjithshme se si do të duket gjithçka, mund të kaloni në hapin tjetër

Hapi 4: Mësoni se si funksionon Counter Geiger

Sapo na u dorëzua Counter Geiger, ne duhej të mësonim se si funksiononte pasi askush prej nesh nuk e kishte përdorur ndonjëherë.

Gjëja e parë që mësuam është se Counter Geiger është super i ndjeshëm. Sensorët në anën e pasme do të bënin një zhurmë jashtëzakonisht të lartë, si dhe vetë tubin Geiger sa herë që prekim. Nëse e mbanim gishtin në tub do të bënte një bip të vazhdueshëm të gjatë dhe i hiqnim gishtat dhe i ndiznim dhe do të binte sipas kohëzgjatjes së gishtërinjve tanë në tub.

Pastaj ne testuam Counter Geiger duke përdorur banane. Ne e kuptuam se sa më afër materialit radioaktiv të ishte me Counter Geiger, aq më shumë do të shënonte dhe anasjelltas.

Hapi 5: Mjetet/Praktikat e Sigurisë

1. Gjëja e parë që nevojitet është një CubeSat. Për ta bërë këtë, do t'ju duhet një printer 3d dhe skedarët për t'u printuar ose mund të krijoni tuajin duke përdorur çfarëdo materiali që mendoni se do të funksionojë; mbani mend, CubeSat duhet të jetë 10cm x 10cm x 10cm (Kaloni pjesën 2 nëse po ndërtoni tuajën)
2. Tjetra do t'ju duhet të shponi vrima në guaskat e sipërme dhe të poshtme të CubeSat të shtypur në 3D për të vendosur vida në të. Vazhdoni dhe vidhosni guaskën e poshtme (Sigurohuni që mbani syze për të parandaluar që mbeturinat të hyjnë në sytë tuaj)
3. Merrni disa bateri dhe vendosini në një paketë baterie, më pas lidhini bateritë në Counter Geiger dhe lidhni Counter Geiger në Arduino. Sigurohuni që një lexues Micro SD të jetë i lidhur gjithashtu.
4. Ndizni Counter Geiger për t'u siguruar që gjithçka po funksionon siç duhet. Vendosni gjithçka brenda CubeSat.
5. Provo fluturimin me CubeSat për t'u siguruar
6. Pasi të keni mbledhur të dhënat tuaja, sigurohuni që asgjë në CubeSat të mos nxehet. Nëse ka, hiqeni menjëherë nga priza dhe vlerësoni problemin
7. Provoni gjithçka për të kontrolluar nëse të dhënat po mblidhen
8. Sigurohuni që të lani duart pasi keni të bëni me Uraniumin e përdorur për të mbledhur të dhëna

Hapi 6: Instalimi i Arduino

Furnizimi i vetëm me energji i nevojshëm janë bateritë AA

Lidhni bateritë drejtpërdrejt me Counter Geiger, pastaj lidhni kunjin VVC në kolonën pozitive të bordit të bukës.

Drejtoni një tel tjetër në të njëjtën kolonë në tabelën e bukës në folenë 5V në Arduino. Kjo do të fuqizojë Arduino.

Pastaj, drejtoni një tel nga kunja 5V në arduino në përshtatësin e Kartës SD.

Tjetra, lidhni VIN në sportelin geiger në një kunj analog në Arduino.

Pas kësaj, lidhni GND në kolonën negative në tabelën e bukës.

Lidh kolonën negative në GND në Arduino.

Kartë SD për Arduino:

Miso shkon në 11

Miso shkon në 12

SCK shkon në 13

CS shkon në 4

Hapi 7: Kodimi

Mënyra më e lehtë për të koduar Arduino është të shkarkoni aplikacionin ArduinoCC, i cili ju lejon të shkruani kod dhe ta ngarkoni atë në Aduino. Ne e kishim shumë të vështirë të gjenim një kod të plotë që do të funksiononte. Me fat për ju, kodi ynë përfshin regjistrimin e CPM (klikimet në minutë) dhe të dhënat në kartën SD.

Kodi:

#përfshi

#përfshi

/ * * Geiger.ino * * Ky kod ndërvepron me tabelën e sportelit të Aligaba RadiationD-v1.1 (CAJOE)

* dhe raporton leximet në CPM (Numërime për Minutë). *

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

* Licenca: Licenca MIT *

* Ju lutemi përdorni lirshëm me atribuim. Faleminderit!

*

* * Redaktuar ** *//

#përcakto LOG_PERIOD 5000 // Periudha e regjistrimit në milisekonda, vlera e rekomanduar 15000-60000.

#përcakto MAX_PERIOD 60000 // Periudha maksimale e prerjeve

akuza të paqëndrueshme të panënshkruara të gjata = 0; // Ngjarjet e GM Tube

cpm e gjatë e panënshkruar = 0; // CPM

const shumëzues int i panënshkruar = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Llogarit/ruan CPM

i panënshkruar i gjatë i mëparshëmMillis; // Matja e kohës

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// Regjistron numërimin e ngjarjeve nga numërimet e tabelës së sportelit Geiger ++;

}

#përfshi

Dosja myFile;

void setup () {

pinMode (10, OUTPUT);

SD.filloj (4); // Hapni komunikimet serike dhe prisni që porta të hapet:

Serial.filloj (115200);

}

void loop () {// asgjë nuk ndodh pas konfigurimit

rrymë e gjatë e panënshkruarMillis = millis ();

nëse (aktualMillis - Millis i mëparshëm> LOG_PERIOD) {

previousMillis = aktualMillis;

cpm = numëron * shumëzues;

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

nëse (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

numëron = 0;

pinMode (pin, INPUT); // Vendosni pin në hyrje për kapjen e ndërprerjeve të ngjarjeve të GM Tube (); // Aktivizo ndërprerjet (në rast se ishin çaktivizuar më parë) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Përcaktoni ndërprerjet e jashtme

}

}

Fotografia që kemi është e kodit të parë që kemi përdorur i cili ishte i paplotë kështu që ishte i pari nga problemet tona me kodimin. Nga atje e tutje ne nuk mund të vazhdonim me projektin derisa mësuesit tanë të na ndihmonin me kodin. Ky kod rrjedh nga një kod tjetër i cili ka punuar vetëm me Counter Geiger, por jo një herë që është çiftuar me kartën SD.

Hapi 8: Kodi i Testit

Pasi të keni kodin tuaj, vazhdoni dhe provoni kodin për t'u siguruar që mund të mbledhni të dhëna.

Sigurohuni që të gjitha cilësimet janë të sakta, kështu që kontrolloni portat dhe telat tuaj për t'u siguruar që gjithçka është e saktë.

Pasi të keni kontrolluar gjithçka, ekzekutoni kodin dhe shihni të dhënat që merrni.

Gjithashtu vini re njësitë për rrezatimin që po grumbulloni pasi do të përcaktojnë rrezatimin aktual që po emetohet.

Hapi 9: Provoni CubeSat -in tuaj

Pasi të keni kuptuar kodimin tuaj dhe të keni përfunduar instalimet elektrike, hapi juaj i ardhshëm është të vendosni gjithçka brenda CubeSat dhe ta provoni atë për t'u siguruar që asgjë nuk do të shpërbëhet në testimin tuaj përfundimtar.

Testi i parë që do t'ju duhet të përfundoni është testi i fluturimit. Merrni diçka për të varur CubeSat tuaj dhe rrotullojeni atë për të provuar nëse do të fluturojë apo jo dhe për t'u siguruar që të rrotullohet në drejtimin e duhur.

Pasi të keni përfunduar testin e parë paraprak, do t'ju duhet të përfundoni dy teste të shkundjes. Testi i parë do të simulojë turbullirat që CubeSat do të përjetonte duke dalë nga atmosfera e tokës dhe testi i dytë i shkundjes do të simulonte turbullirat në hapësirë.

Sigurohuni që të gjitha pjesët tuaja të qëndrojnë së bashku dhe që asgjë të mos shpërbëhet.

Hapi 10: Testimi përfundimtar dhe rezultatet

Të dhënat e mbledhura në tryezë në distanca të ndryshme larg nga sporteli geiger

Intervalet e grumbullimit në 5 sekonda 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Para testimit tonë përfundimtar, ne mblodhëm të dhëna duke ndezur numëruesin Geiger dhe duke e vendosur materialin radioaktiv në distanca të ndryshme. Sa më i lartë të jetë numri, aq më afër ishte Counter Geiger me materialin radioaktiv.

Të dhënat e mbledhura gjatë Testimit aktual

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

Për testimin tonë aktual, materiali radioaktiv doli të ishte shumë larg nga Counter Geiger për ta matur atë.

Çfarë nënkuptojnë të dhënat? Duke përdorur tabelën e leximeve, ne mund të përcaktojmë se sa më i lartë numri aq më i rrezikshëm është rrezatimi për njerëzit. Ne pastaj mund të kthejmë Kliko në minutë në mSV të cilat janë njësitë aktuale për rrezatim. Dhe kështu, bazuar në eksperimentin tonë, Marsi është krejtësisht i ruajtur për njerëzit!

Mjerisht, realiteti është shpesh zhgënjyes. Rrezatimi i Marsit është në të vërtetë 300 mSv, që është 15 herë më i lartë se sa ekspozohet çdo vit një punëtor i centralit bërthamor.

Të dhëna të tjera për fluturimin tonë përfshijnë:

Fc: 3.101 Njutonë

Ac: 8.072 m/s^2

V: 2.107 m/s

m:.38416 kg

P: 1.64 sekonda

F:.609 Hz

Hapi 11: Probleme/Këshilla/Burime

Problemi kryesor që kishim ishte gjetja e kodit që do të funksiononte për Geiger dhe kartën SD kështu që nëse keni të njëjtin problem mos ngurroni të përdorni kodin tonë si bazë. Një opsion tjetër do të ishte të shkoni në forume Arduino dhe të kërkoni ndihmë atje (jini gati të paguani megjithatë siç vumë re njerëzit kanë më pak gjasa të ndihmojnë nëse nuk ka kompensim).

Një gjë që ne do të këshillonim për të tjerët është të përpiqen dhe të gjejnë një mënyrë që Counter Geiger të jetë sa më afër rrezatimit në mënyrë që të jetë në gjendje të marrë më shumë të dhëna të certifikuara.

Këtu janë burimet që kemi konsultuar për këdo që është i interesuar:

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

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

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