Hvordan bygge CubeSat med Arduino og Geiger counter sensor: 11 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Noen gang lurt på om Mars er radioaktivt eller ikke? Og hvis det er radioaktivt, er strålingsnivåene høye nok til å bli ansett som skadelige for mennesker? Dette er alle spørsmål som vi håper kan besvares av vår CubeSat med Arduino Geiger Counter.

Stråling måles i siver, som kvantifiserer mengden stråling som absorberes av menneskelig vev, men på grunn av deres enorme størrelse måler vi vanligvis i millisievert (mSV). 100 mSV er den laveste årlige dosen der enhver økning i kreftrisiko er tydelig, og en enkelt dose på 10 000 mSV er dødelig i løpet av uker. Vårt håp er å bestemme hvor denne simuleringen lander Mars på den radioaktive skalaen.

Fysikkklassen vår startet med å studere flykreftene i løpet av første kvartal gjennom et laboratorium der vi designet vårt eget fly og deretter laget det av isoporplater. Vi fortsatte deretter med å starte for å teste drag, løft, skyvekraft og vekt av flyet. Etter det første datasettet ville vi deretter gjøre endringer i flyet for å prøve å få lengst mulig avstand.

I andre kvartal fokuserte vi på å bygge en vannrakett for å observere og teste konseptene vi lærte i første kvartal. For dette prosjektet brukte vi 2L flasker og andre materialer for å bygge raketten vår. Når vi var klare til å skyte ville vi fylt flaskene med vann, gått utenfor, plassert raketten på en skyteskive, satt vann under trykk og sluppet. Målet var å skyte raketten lengst mulig i vertikal retning og få den til å komme trygt ned.

Vårt tredje siste "store" prosjekt var å bygge en CubeSat som skulle bære en Arduino og en sensor trygt til klasseromsmodellen vår av Mars. Hovedmålet for dette prosjektet var å bestemme mengden radioaktivitet på Mars og avgjøre om det er skadelig for mennesker. Noen andre sidemål var å lage en CubeSat som tåler ristetesten og kunne passe alle materialene som er nødvendige inne i den. Sidemålene går hånd i hånd med begrensningene. Begrensningene vi hadde for dette prosjektet var dimensjonene til CubeSat, hvor mye den veier og materialet den er bygget av. Andre begrensninger som ikke var relatert til CubeSat var hvor lang tid vi hadde til å skrive ut 3D siden vi bare fikk en dag til å gjøre det. sensorene vi brukte var også en begrensning siden det var sensorer som klassen ikke hadde tilgjengelig eller ikke kunne kjøpe. På toppen av dette måtte vi bestå ristetesten for å bestemme stabiliteten til CubeSat og vekttesten for å sikre at vi ikke oversteg 1,3 kg.

-Juan

Trinn 1: Materialeliste

3D-trykt CubeSat- Miniatyrisert satellitt som har dimensjonene 10 cm x 10 cm x 10 cm og ikke kan veie mer enn 1,3 kg. Det er her vi setter alle våre ledninger og sensorer, fungerer som en romfartssonde

Ledninger- Brukes til å koble Geiger-telleren og Arduino til hverandre og få dem til å fungere

Arduino- Brukes til å kjøre koden på Geiger-telleren

Geiger Counter- Brukes til å måle radioaktivt forfall, dette er hva hele prosjektet vårt er avhengig av for å bestemme radioaktivitet

Batterier- Brukes til å drive Geiger-telleren som driver Arduino når den er tilkoblet

Micro sd Reader- Brukes til å samle og registrere dataene som er samlet med Geiger-telleren

Skruer- Brukes til å stramme toppen og bunnen av CubeSat for å sikre at den ikke går i stykker

Uranmalm- Radioaktivt materiale som er hva Geiger-telleren bruker for å bestemme radioaktivitet

Datamaskin- Brukes til å finne/lage koden du vil bruke for Arduino

USB-kabel- Brukes til å koble Arduino til datamaskinen og kjøre koden

Trinn 2: Bygg din CubeSat

Det første du trenger er CubeSat.

(Hvis du vil ha en detaljert forklaring på hva en CubeSat er, kan du betale

Når du designer CubeSat, har du to hovedalternativer, bygg ditt eget av det materialet du har, eller 3D -utskrift.

Gruppen min bestemte seg for å skrive ut CubeSat i 3D, så alt vi måtte gjøre var å slå opp "3D CubeSat", og vi fant flere maler, men vi bestemte oss for å hente filen fra NASAs nettsted. Derfra må du laste ned filen; da trenger du en flash -stasjon for å pakke ut filen og laste den opp til en 3D -skriver.

Derfra er det bare å fortsette og 3D -skrive ut CubeSat for å fortsette med resten av trinnene.

Da vi opprettet vår 3D CubeSat -modell, innså vi at Arduino og ledninger ikke ville passe inn i den. Vi måtte alle lage en strategi og finne ut hvordan vi skulle sette alt inni. Vi måtte rotere og sette lokket opp og ned med forsiden opp. Etter det måtte vi bore hull og kunne skru neglene og finne den gode størrelsen. Mens vi la alt Arduino, SD -kort og alt i det, hadde vi "for mye" plass, så vi måtte legge til noen bobleomslag inne så da vi testet, ville det ikke gå overalt fordi det hele var kablet og tilkoblet.

Trinn 3: Skiss ditt design

Når du har fått alt materialet ditt, vil du lage en skisse av hvordan designet ditt kommer til å se ut.

Noen synes dette trinnet er mer nyttig enn andre, så det kan være så detaljert eller så enkelt som du vil, men det er godt å få en generell ide om hvordan du skal organisere alt.

Vår gruppe brukte det personlig til å brainstorme hvordan vi skulle organisere sensorene våre og alle ledningene, men derfra fant vi ikke mye bruk for det da vi hele tiden forandret ting, og derfor hadde skissene våre bare et utgangspunkt siden vi ikke gjorde det holder meg egentlig ikke til dem.

Når du har en generell ide om hvordan alt kommer til å se ut, kan du gå videre til neste trinn

Trinn 4: Lær hvordan Geiger -telleren fungerer

Når vi fikk Geiger -telleren levert til oss, måtte vi lære hvordan den fungerte da ingen av oss noen gang hadde brukt en.

Det første vi lærte er at Geiger -telleren er superfølsom. Sensorene på baksiden vil lage en ekstremt høy lyd, så vel som selve Geiger -røret når vi berører. Hvis vi holdt fingeren på røret, ville det gi et langt konstant pip, og vi tok fingrene av og på, og det ville pipet i henhold til varigheten av fingrene våre på røret.

Deretter testet vi Geigertelleren med bananer. Vi innså at jo nærmere det radioaktive materialet var Geigertelleren, jo mer ville det krysse av og omvendt.

Trinn 5: Verktøy/sikkerhetspraksis

1. Det første som trengs er en CubeSat. For å gjøre det trenger du en 3d -skriver og filene du kan skrive ut, eller du kan bygge din egen med materialer du føler vil fungere; husk, CubeSat må være 10 cm x 10 cm x 10 cm (Hopp over del 2 hvis du bygger din egen)
2. Deretter må du bore hull i topp- og bunnskallene på den 3D -trykte CubeSat for å sette skruer i den. Fortsett og skru på bunnskallet (Pass på at du har på deg vernebriller for å forhindre at rusk kommer inn i øynene dine)
3. Skaff deg noen batterier og legg dem i en batteripakke, koble deretter batteriene til Geiger -telleren og led Geiger -telleren til Arduino. Sørg for at en Micro SD -leser også er koblet til.
4. Slå på Geiger -telleren for å kontrollere at alt fungerer som det skal. Legg alt inne i CubeSat.
5. Test flyvningen din med CubeSat for å være sikker
6. Etter å ha samlet dataene dine, må du kontrollere at ingenting i CubeSat er overopphetet. Hvis det er det, koble den fra umiddelbart og vurderer problemet
7. Test alt for å sjekke om data samles inn
8. Sørg for å vaske hendene etter å ha håndtert uranet som ble brukt til å samle inn data

Trinn 6: Kabling av Arduino

Den eneste strømforsyningen som trengs er AA -batterier

Koble batteriene rett til Geiger -telleren, og koble deretter VVC -pinnen til den positive kolonnen på brødbrettet.

Kjør en annen ledning på samme kolonne i brødbrettet til 5V -sporet på Arduino. Dette vil drive Arduino.

Kjør deretter en ledning fra 5V -pinnen på arduinoen til SD -kortadapteren.

Deretter koble VIN på geigertelleren til en analog pin på Arduino.

Etter det, led GND til den negative kolonnen på brødbrettet.

Koble den negative kolonnen til GND på Arduino.

SD -kort til Arduino:

Miso går til 11

Miso går til 12

SCK går til 13

CS går til 4

Trinn 7: Koding

Den enkleste måten å kode Arduino på er å laste ned ArduinoCC -appen, som lar deg skrive kode og laste den opp til Aduino. Vi hadde veldig vanskelig for å finne en komplett kode som ville fungere. Heldigvis for deg, vår kode inkluderer registrering av CPM (klikk per minutt) og dataene på SD -kortet.

Kode:

#inkludere

#inkludere

/ * * Geiger.ino * * Denne koden samhandler med Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE) Geiger-tavle

* og rapporterer avlesninger i CPM (tellinger per minutt). *

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

* Lisens: MIT -lisens *

* Vennligst bruk fritt med tilskrivning. Takk skal du ha!

*

* * Redigert ** */

#define LOG_PERIOD 5000 // Loggperiode i millisekunder, anbefalt verdi 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 // Maksimal loggperiode

flyktige usignerte lange tellinger = 0; // GM Tube -hendelser

usignert lang cpm = 0; // CPM

const usignert int multiplikator = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Beregner/lagrer CPM

unsigned long previousMillis; // Tidsmåling

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// Fanger antall hendelser fra Geiger -tavler ++;

}

#inkludere

Fil myFile;

ugyldig oppsett () {

pinMode (10, OUTPUT);

SD. Begynte (4); // Åpne seriell kommunikasjon og vent på at porten åpnes:

Serial.begin (115200);

}

void loop () {// ingenting skjer etter oppsettet

usignert langstrømMillis = millis ();

if (currentMillis - previousMillis> LOG_PERIOD) {

previousMillis = currentMillis;

cpm = teller * multiplikator;

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

hvis (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

teller = 0;

pinMode (pin, INPUT); // Sett pin til input for å fange GM Tube -hendelsesavbrudd (); // Aktiver avbrudd (i tilfelle de tidligere ble deaktivert) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Definer eksterne avbrudd

}

}

Bildet vi har er av den første koden vi brukte som var ufullstendig, så det var den første av våre problemer med koding. Derfra kunne vi ikke gå videre med prosjektet før lærerne våre hjalp oss med koden. Denne koden ble avledet fra en annen kode som fungerte med Geiger Counter alene, men ikke en gang den ble parret med SD -kortet.

Trinn 8: Testkode

Når du har koden din, fortsett og test koden for å være sikker på at du kan samle inn data.

Sørg for at alle innstillingene er riktige, så sjekk portene og ledningene dine for å kontrollere at alt er riktig.

Når du har sjekket alt, kjør koden og se dataene du får.

Legg også merke til enhetene for strålingen du samler inn for å bestemme den faktiske strålingen som sendes ut.

Trinn 9: Test CubeSat

Når du har funnet ut kodingen din og alle ledningene er gjort, er neste trinn å montere alt inne i CubeSat og teste det for å sikre at ingenting faller fra hverandre på den siste testen.

Den første testen du må fullføre er flytesten. Få noe å henge CubeSat fra og spinn den for å teste om den flyr av eller ikke, og for å sikre at den snurrer i riktig retning.

Når du har fullført den første foreløpige testen, må du fullføre to ristetester. Den første testen vil simulere turbulensen CubeSat ville oppleve å komme seg ut av jordens atmosfære, og den andre ristetesten ville simulere turbulensen i verdensrommet.

Sørg for at alle delene dine holdt seg sammen og at ingenting falt fra hverandre.

Trinn 10: Sluttesting og resultater

Data samlet på bordet i forskjellige avstander unna geigerteller

Innsamlingsintervaller på 5 sekunder 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Før den siste testen vi samlet inn data ved å slå på Geiger -telleren og sette det radioaktive materialet på forskjellige avstander. Jo høyere tall jo nærmere Geigertelleren var for det radioaktive materialet.

Data samlet inn under faktisk testing

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

For vår egentlige testing viste det radioaktive materialet seg å være for langt unna Geigertelleren til at det kunne måles.

Hva betyr dataene? Vel, ved hjelp av avlesningstabellen kan vi bestemme at jo høyere tall jo farligere er strålingen for mennesker. Vi kan deretter slå ut Klikk per minutt i mSV som er de faktiske enhetene for stråling. Og så, basert på vårt eksperiment, er Mars perfekt reddet for mennesker!

Dessverre er virkeligheten ofte skuffende. Mars 'stråling er faktisk 300 mSv, som er 15x høyere enn det en atomarbeider blir utsatt for årlig.

Andre data for flyreisen vår inkluderer:

Fc: 3.101 Newton

Ac: 8,072 m/s^2

V: 2,107 m/s

m:.38416 kg

P: 1,64 sekunder

F:.609 Hz

Trinn 11: Problemer/tips/kilder

Det største problemet vi hadde var å finne koden som ville fungere for Geiger og SD -kortet, så hvis du har det samme problemet, bruk gjerne koden vår som en base. Et annet alternativ ville være å gå til Arduino -forumene og be om hjelp der (vær imidlertid klar til å betale, ettersom vi la merke til at det er mindre sannsynlig at folk hjelper hvis det ikke er noen kompensasjon).

En ting vi vil anbefale andre er å prøve å finne en måte for Geiger -telleren å være så nær strålingen som mulig for å kunne få mer sertifiserte data.

Her er kildene vi konsulterte for alle interesserte:

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

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

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