Jinsi ya Kujenga CubeSat Na Arduino na Sensor ya Kukabiliana na Geiger: Hatua 11

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:52

Umewahi kujiuliza juu ya ikiwa Mars ni mionzi? Na ikiwa ni mionzi, viwango vya mionzi viko juu vya kutosha kuzingatiwa kuwa hatari kwa wanadamu? Haya yote ni maswali ambayo tunatarajia yanaweza kujibiwa na CubeSat yetu na Arduino Geiger Counter.

Mionzi hupimwa kwa vidonge, ambavyo hupima kiwango cha mionzi iliyoingizwa na tishu za wanadamu, lakini kwa sababu ya saizi yao kubwa kawaida tunapima katika millisieverts (mSV). 100 mSV ni kipimo cha chini kabisa cha kila mwaka ambacho ongezeko lolote la hatari ya saratani linaonekana, na kipimo moja cha 10, 000 mSV ni mbaya ndani ya wiki. Matumaini yetu ni kuamua ni wapi masimulizi haya yanatua Mars kwa kiwango cha mionzi.

Darasa letu la fizikia lilianza kwa kusoma nguvu za kukimbia wakati wa robo ya kwanza kupitia maabara ambayo tulibuni ndege yetu wenyewe na kisha tukaiunda kutoka kwa sahani za Styrofoam. Tungeendelea kuzindua ili kujaribu kuvuta, kuinua, kutia, na uzito wa ndege. Baada ya seti ya kwanza ya data basi tutafanya mabadiliko kwa ndege kujaribu kupata umbali mrefu zaidi.

Halafu robo ya pili tulizingatia kujenga roketi ya maji ili kuchunguza zaidi na kujaribu dhana tulizojifunza wakati wa robo ya kwanza. Kwa mradi huu tulitumia chupa 2L na vifaa vingine kujenga roketi yetu. Tulipokuwa tayari kuzindua tungejaza chupa na maji, twende nje, tuweke roketi kwenye pedi ya uzinduzi, tushinikiza maji na kutolewa. Lengo lilikuwa kuzindua roketi mbali zaidi kwa mwelekeo wa wima na kuiangusha salama.

Mradi wetu wa tatu wa mwisho "mkubwa" ulikuwa kujenga CubeSat ambayo ingebeba Arduino na sensa salama kwa mfano wa darasa letu la Mars. Lengo kuu la mradi huu lilikuwa kuamua kiwango cha mionzi katika Mars na kuamua ikiwa ni hatari kwa wanadamu. Malengo mengine ya upande yalikuwa kuunda CubeSat ambayo ingeweza kuhimili mtihani wa kutikisika na kuweza kutoshea vifaa vyote muhimu ndani yake. Malengo ya upande huenda sambamba na vikwazo. Vikwazo tulivyokuwa navyo kwa mradi huu vilikuwa vipimo vya CubeSat, ni uzito gani, na nyenzo ambayo imejengwa kutoka. Vizuizi vingine visivyohusiana na CubeSat vilikuwa ni muda ambao tulilazimika kuchapisha 3D kwani tulipata siku moja tu kuimaliza; sensorer tulizotumia pia zilikuwa kikwazo kwa kuwa kulikuwa na sensorer ambazo darasa halikupatikana au hazingeweza kununua. Juu ya hii tulilazimika kupitisha mtihani wa kutikisa ili kubaini utulivu wa CubeSat na jaribio la uzito ili kuhakikisha hatuzidi 1.3kg.

-Juan

Hatua ya 1: Orodha ya Vifaa

3D iliyochapishwa CubeSat- Miniaturized satellite ambayo ina vipimo vya 10cm x 10cm x 10cm na haiwezi kupima zaidi ya 1.3Kg. Hapa ndipo tunapoweka waya na sensorer zetu zote, hutumika kama uchunguzi wa nafasi

Waya- Inatumika kuunganisha Counter ya Geiger na Arduino na kuifanya ifanye kazi

Arduino- Inatumika kuendesha nambari kwenye Counter ya Geiger

Counter ya Geiger- Inatumiwa kupima uozo wa mionzi, hii ndio mradi wetu wote unategemea kuamua mionzi

Betri- Inatumiwa kuwezesha Counter ya Geiger ambayo itawasha Arduino mara moja ikiunganishwa

Micro sd Reader- Inatumika kukusanya na kurekodi data iliyokusanywa na Geiger Counter

Screws- Inatumika kukaza juu na chini ya CubeSat kuhakikisha haivunjika

Ore ya Urani- Nyenzo ya mionzi ambayo ndio ambayo Geiger Counter hutumia kuamua mionzi

Kompyuta- Inatumika kupata / kuunda nambari ambayo utatumia kwa Arduino

Kamba ya USB- Inatumiwa kuunganisha Arduino yako kwenye kompyuta na kuendesha nambari

Hatua ya 2: Jenga CubeSat yako

Jambo la kwanza utakalohitaji ni CubeSat yako.

(Ikiwa ungependa ufafanuzi wa kina wa CubeSat ni malipo gani https://www.nasa.gov/content/what-are-smallsats-an …….

Wakati wa kubuni CubeSat yako una chaguzi kuu mbili, jenga yako mwenyewe kutoka kwa nyenzo yoyote unayo au uchapishe 3D moja.

Kikundi changu kiliamua kuchapisha 3D CubeSat yetu kwa hivyo tulichotakiwa kufanya ni kutafuta "3D CubeSat" na tukapata templeti kadhaa lakini tuliamua kunyakua faili kutoka kwa wavuti ya NASA. Kutoka hapo utahitaji kupakua faili; basi, utahitaji gari la kuendesha gari ili kufungua faili na kuipakia kwa printa ya 3D.

Kutoka hapo, endelea tu na 3D chapa CubeSat kuendelea na hatua zingine.

Wakati wa kuunda muundo wetu wa 3D CubeSat tuligundua kuwa Arduino yetu na kamba hazingefaa ndani yake. Sote tulilazimika kuunda mkakati na kujua jinsi ya kuweka kila kitu ndani. Tulilazimika kuzunguka na kuweka kifuniko chetu juu na chini juu. Baada ya hapo, tulilazimika kuchimba mashimo na kuweza kupiga misumari na kupata saizi nzuri. Wakati tunaweka Arduino zote, kadi ya SD na kila kitu ndani yake, tulikuwa na nafasi "nyingi" kwa hivyo ilibidi tuongeze vifuniko vya Bubble ndani hivyo tulipokuwa tukijaribu haingeenda kila mahali kwa sababu yote ilikuwa waya na imeunganishwa.

Hatua ya 3: Chora muundo wako

Mara tu utakapopata vifaa vyako vyote utataka kutengeneza mchoro wa muundo wako utaonekanaje.

Wengine wanaona hatua hii kuwa muhimu zaidi kuliko zingine ili iweze kuwa ya kina au wazi kama unavyopenda, lakini ni vizuri kupata wazo la jumla la jinsi utaandaa kila kitu.

Kikundi chetu kiliitumia kibinafsi kupanga mawazo jinsi tunavyopanga sensorer zetu na waya zote lakini kutoka hapo hatukupata matumizi mengi kwani tulikuwa tukibadilisha vitu kila wakati na kwa hivyo michoro yetu ilitumika kama mwanzo tu tangu tusipoanza 'Hakika fimbo nao.

Mara tu unapokuwa na wazo la jumla la kila kitu kitaonekanaje unaweza kusonga kwa hatua inayofuata

Hatua ya 4: Jifunze jinsi Counter ya Geiger inavyofanya kazi

Mara tu tulipopewa Counter ya Geiger tulilazimika kujifunza jinsi ilifanya kazi kwani hakuna hata mmoja wetu aliyewahi kutumia moja.

Jambo la kwanza tulijifunza ni kwamba Geiger Counter ni nyeti sana. Sensorer nyuma inaweza kutoa kelele kubwa sana na bomba la Geiger yenyewe wakati wowote tunapogusa. Ikiwa tungeweka kidole kwenye bomba itafanya beep moja ndefu ya mara kwa mara na tukachukua vidole vyetu na kuendelea na ingekuwa inalia kulingana na muda wa vidole vyetu kwenye bomba.

Kisha tukajaribu Kihesabu cha Geiger kwa kutumia ndizi. Tuligundua kuwa karibu nyenzo zenye mionzi zilikuwa karibu na Geiger Counter, ndivyo ingekuwa inaashiria zaidi na kinyume chake.

Hatua ya 5: Zana / Mazoea ya Usalama

1. Jambo la kwanza ambalo linahitajika ni CubeSat. Ili kufanya hivyo, utahitaji printa ya 3d na faili kuchapisha au unaweza kujenga yako mwenyewe kwa kutumia vifaa vyovyote unavyohisi vitafanya kazi; kumbuka, CubeSat lazima iwe 10cm x 10cm x 10cm (Ruka sehemu ya 2 ikiwa unaunda yako mwenyewe)
2. Ifuatayo utahitaji kuchimba mashimo kwenye ganda la juu na chini la CubeSat iliyochapishwa 3d ili kuweka visu ndani yake. Endelea na uangaze ganda la chini (Hakikisha umevaa miwani ili kuzuia takataka yoyote isiingie machoni pako)
3. Pata betri kadhaa na uziweke kwenye kifurushi cha betri, kisha waya waya kwenye Counter ya Geiger na waya kwa Geiger Counter hadi Arduino. Hakikisha kuwa msomaji wa Micro SD ameunganishwa pia.
4. Washa Kitufe cha Geiger ili kuhakikisha kuwa kila kitu kinafanya kazi vizuri. Weka kila kitu ndani ya CubeSat.
5. Jaribu kukimbia CubeSat yako ili uhakikishe
6. Baada ya kukusanya data yako, hakikisha kuwa hakuna kitu kwenye CubeSat kinachozidi joto. Ikiwa iko, ondoa mara moja na punda shida
7. Jaribu kila kitu kuangalia ikiwa data inakusanywa
8. Hakikisha kunawa mikono baada ya kushughulika na Uranium inayotumika kukusanya data

Hatua ya 6: Wiring Arduino

Ugavi wa umeme unaohitajika ni betri za AA

Unganisha betri moja kwa moja kwa Geiger Counter, halafu waya pini ya VVC kwenye safu nzuri ya ubao wa mkate.

Tumia waya mwingine kwenye safu hiyo hiyo kwenye ubao wa mkate hadi nafasi ya 5V kwenye Arduino. Hii itaipa nguvu Arduino.

Kisha, tumia waya kutoka kwa pini ya 5V kwenye arduino hadi kwenye adapta ya Kadi ya SD.

Ifuatayo, waya VIN kwenye kaunta ya geiger kwa pini ya analog kwenye Arduino.

Baada ya hapo, waya GND kwenye safu hasi kwenye ubao wa mkate.

Funga safu wima hasi kwa GND kwenye Arduino.

Kadi ya SD kwa Arduino:

Miso huenda kwa 11

Miso huenda kwa 12

SCK huenda kwa 13

CS huenda kwa 4

Hatua ya 7: Usimbuaji

Njia rahisi ya kuweka nambari Arduino ni kupakua programu ya ArduinoCC, ambayo hukuruhusu kuandika nambari na kuipakia kwa Aduino. Tulikuwa na wakati mgumu sana kupata nambari kamili ambayo ingefanya kazi. Bahati nzuri kwako, nambari yetu ni pamoja na kurekodi CPM (mibofyo kwa dakika) na data kwenye kadi ya SD.

Nambari:

# pamoja

# pamoja

/ * * Geiger.ino * * Nambari hii inashirikiana na Mionzi ya AlibabaD-v1.1 (CAJOE) Bodi ya kaunta ya Geiger

* na ripoti za usomaji katika CPM (Hesabu kwa Dakika). *

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

* Leseni: Leseni ya MIT *

* Tafadhali tumia kwa uhuru na usambazaji. Asante!

*

* * Imebadilishwa ** * /

#fafanua LOG_PERIOD 5000 // Kipindi cha magogo katika milliseconds, thamani iliyopendekezwa 15000-60000.

#fafanua MAX_PERIOD 60000 // Kipindi cha juu cha kukata miti

hesabu za muda mrefu zisizosainiwa = 0; // Matukio ya GM Tube

muda mrefu cpm = 0; // CPM

const unsigned int multiplier = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Hukokotoa / kuhifadhi CPM

unsigned muda mrefu uliopitaMillis; // Upimaji wa wakati

pini ya int = 3;

utupu tube_impulse () {

// Inachukua hesabu ya hafla kutoka kwa hesabu za bodi ya kukabiliana na Geiger ++;

}

# pamoja

Faili myFile;

usanidi batili () {

pinMode (10, OUTPUT);

Anza SD (4); // Fungua mawasiliano ya serial na subiri bandari ifunguliwe:

Serial. Kuanza (115200);

}

kitanzi batili () {// hakuna kinachotokea baada ya kusanidi

unsigned long longMillis = millis ();

ikiwa (sasaMillis - uliopitaMillis> LOG_PERIOD) {

previousMillis = currentMillis;

cpm = hesabu * kuzidisha;

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

ikiwa (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile. karibu ();

}

hesabu = 0;

pinMode (pini, INPUT); // Weka pini kwenye pembejeo kwa kukamata hafla za Matukio ya Tube Tube (); // Wezesha usumbufu (ikiwa hapo awali walikuwa walemavu) ambatishaInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Fafanua usumbufu wa nje

}

}

Picha tuliyonayo ni ya nambari ya kwanza tuliyotumia ambayo ilikuwa haijakamilika kwa hivyo hiyo ilikuwa ya kwanza ya shida zetu na usimbuaji. Kuanzia hapo na kuendelea hatungeweza kuendelea na mradi huo mpaka waalimu wetu watusaidie nambari hiyo. Nambari hii ilitokana na nambari nyingine ambayo ilifanya kazi na Geiger Counter peke yake lakini sio mara moja ilipounganishwa na kadi ya SD.

Hatua ya 8: Nambari ya Mtihani

Mara baada ya kuwa na nambari yako nenda mbele na ujaribu nambari ili uhakikishe unaweza kukusanya data.

Hakikisha mipangilio yote ni sahihi kwa hivyo angalia bandari zako na waya zako ili kuhakikisha kuwa kila kitu ni sahihi.

Mara tu ukiangalia kila kitu tumia nambari na uone data unayopata.

Pia kumbuka vitengo vya mionzi unayokusanya kama itaamua mionzi halisi inayotolewa.

Hatua ya 9: Jaribu CubeSat yako

Mara baada ya kubaini usimbuaji wako na wiring yako yote imefanywa hatua yako inayofuata ni kutoshea kila kitu ndani ya CubeSat na kuijaribu ili kuhakikisha kuwa hakuna kitakachoanguka kwenye upimaji wako wa mwisho.

Jaribio la kwanza utakalohitaji kukamilisha ni jaribio la kukimbia. Pata kitu cha kutundika CubeSat yako na uizungushe ili ujaribu ikiwa itaenda kuruka au la na kuhakikisha inazunguka kwa njia sahihi.

Mara tu unapomaliza jaribio la kwanza la awali utahitaji kukamilisha vipimo viwili vya kutikisika. Jaribio la kwanza litaiga machafuko ambayo CubeSat itapata kutoka angani na jaribio la pili la kuitingisha lingeiga vurugu angani.

Hakikisha sehemu zako zote zinakaa pamoja na kwamba hakuna kitu kilichoanguka.

Hatua ya 10: Upimaji wa Mwisho na Matokeo

Takwimu zilizokusanywa kwenye meza kwa umbali tofauti mbali na kaunta ya geiger

Vipindi vya ukusanyaji kwa sekunde 5 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Kabla ya upimaji wetu wa mwisho tulikusanya data kwa kuwasha Geiger Counter na kuweka nyenzo zenye mionzi kwa umbali tofauti. Nambari ya juu ilikaribia karibu na Counter ya Geiger kwa nyenzo zenye mionzi.

Takwimu zilizokusanywa wakati wa Upimaji halisi

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

Kwa upimaji wetu halisi nyenzo zenye mionzi ziligeuka kuwa mbali sana kutoka kwa Geiger Counter ili iweze kupima.

Je! Data inamaanisha nini? Kutumia vizuri chati ya usomaji tunaweza kuamua kuwa idadi iko juu zaidi mionzi ni hatari kwa wanadamu. Tunaweza kuzima Bonyeza kwa Dakika kuwa mSV ambayo ni vitengo halisi vya mionzi. Na kwa hivyo, kulingana na jaribio letu, Mars imeokoa kabisa wanadamu!

Kwa kusikitisha, ukweli mara nyingi hukatisha tamaa. Mionzi ya Mars ni kweli 300 mSv ambayo ni 15x juu kuliko kile mfanyakazi wa mmea wa nyuklia anafunuliwa kila mwaka.

Takwimu zingine za ndege yetu ni pamoja na:

Fc: 3.101 Newtons

Ac: 8.072 m / s ^ 2

V: 2.107 m / s

m:.38416 kg

P: sekunde 1.64

F:.609 Hz

Hatua ya 11: Shida / Vidokezo / Vyanzo

Shida kubwa tuliyokuwa nayo ni kupata nambari ambayo itafanya kazi kwa Geiger na kadi ya SD kwa hivyo ikiwa una shida hiyo hiyo jisikie huru kutumia nambari yetu kama msingi. Chaguo jingine lingekuwa kwenda kwenye vikao vya Arduino na kuomba msaada huko (kuwa tayari kulipa hata hivyo kwani tuligundua kuwa watu wana uwezekano mdogo wa kusaidia ikiwa hakuna fidia).

Jambo moja tunaloshauri kwa wengine ni kujaribu kutafuta njia ya Geiger Counter kuwa karibu na mionzi iwezekanavyo ili kuweza kupata data zaidi iliyothibitishwa.

Hapa kuna vyanzo tulivowasiliana na mtu yeyote anayevutiwa:

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

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

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