Hoe om CubeSat te bou met Arduino en Geiger counter sensor: 11 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

Al ooit gewonder of Mars radioaktief is of nie? En as dit radioaktief is, is die stralingsvlakke hoog genoeg om as skadelik vir mense beskou te word? Dit is alles vrae wat ons hoop kan beantwoord word deur ons CubeSat met Arduino Geiger Counter.

Straling word gemeet in sifters, wat die hoeveelheid straling wat deur menslike weefsels geabsorbeer word, kwantifiseer, maar as gevolg van hul enorme grootte meet ons gewoonlik in millisievert (mSV). 100 mSV is die laagste jaarlikse dosis waarteen 'n toename in kankerrisiko duidelik blyk, en 'n enkele dosis van 10 000 mSV is binne enkele weke dodelik. Ons hoop is om vas te stel waar hierdie simulasie Mars op die radioaktiewe skaal laat beland.

Ons fisika -klas het begin deur die vliegkragte gedurende die eerste kwartaal te bestudeer deur 'n laboratorium waarin ons ons eie vliegtuig ontwerp het en dit dan uit piepschuimplate gemaak het. Ons sal dan begin om te begin om die sleep, hef, stoot en gewig van die vliegtuig te toets. Na die eerste stel data, sal ons die vliegtuig verander om die verste afstand moontlik te maak.

In die tweede kwartaal het ons gefokus op die bou van 'n waterraket om die konsepte wat ons gedurende die eerste kwartaal geleer het, verder waar te neem en te toets. Vir hierdie projek het ons 2L -bottels en ander materiaal gebruik om ons vuurpyl te bou. As ons gereed was om te begin, vul ons die bottels met water, gaan buitentoe, plaas die vuurpyl op 'n lanseerplank, druk die water en laat dit los. Die doel was om die vuurpyl so ver moontlik in 'n vertikale rigting af te skiet en dit veilig te laat val.

Ons derde laaste 'groot' projek was die bou van 'n CubeSat wat 'n Arduino en 'n sensor veilig na ons klaskamermodel van Mars sou vervoer. Die hoofdoel van hierdie projek was om die hoeveelheid radioaktiwiteit in Mars te bepaal en te bepaal of dit skadelik is vir mense. 'N Paar ander newe -doelwitte was om 'n CubeSat te skep wat die skuddingstoets kan weerstaan en al die nodige materiaal daarin kan pas. Die sydoele loop hand aan hand met die beperkings. Die beperkings wat ons vir hierdie projek gehad het, was die afmetings van die CubeSat, hoeveel dit weeg en die materiaal waaruit dit gebou is. Ander beperkings wat nie met die CubeSat verband hou nie, was die hoeveelheid tyd wat ons moes 3D -druk, aangesien ons net een dag tyd gehad het om dit klaar te kry; die sensors wat ons gebruik het, was ook 'n beperking, aangesien daar sensors was wat die klas nie beskikbaar gehad het of nie kon koop nie. Boonop moes ons die skudtoets slaag om die stabiliteit van die CubeSat en die gewigstoets te bepaal om seker te maak dat ons nie 1,3 kg oorskry nie.

-Juan

Stap 1: Materiaallys

3D-gedrukte CubeSat- Geminiaturiseerde satelliet met 'n afmeting van 10 cm x 10 cm x 10 cm en kan nie meer as 1,3 kg weeg nie. Dit is waar ons al ons drade en sensors sit, dien as 'n ruimtesonde

Drade- word gebruik om die Geiger Counter en Arduino aan mekaar te koppel en te laat funksioneer

Arduino- word gebruik om die kode op die Geiger-toonbank uit te voer

Geiger Counter- Dit is waarmee ons hele projek afhanklik is om radioaktiwiteit te bepaal, om radioaktiewe verval te meet

Batterye- word gebruik om die Geiger-toonbank aan te dryf, wat die Arduino van krag sal maak sodra dit gekoppel is

Micro sd Reader- Word gebruik om die data wat met die Geiger-teller ingesamel is, te versamel en op te neem

Skroewe- word gebruik om die bokant en onderkant van CubeSat vas te trek om te verseker dat dit nie breek nie

Uraanerts- Radioaktiewe materiaal, wat die Geiger-toonbank gebruik om radioaktiwiteit te bepaal

Rekenaar- word gebruik om die kode te vind/skep wat u vir die Arduino sal gebruik

USB-koord- word gebruik om u Arduino aan die rekenaar te koppel en die kode uit te voer

Stap 2: Bou u CubeSat

Die eerste ding wat u nodig het, is u CubeSat.

(As u 'n gedetailleerde verduideliking wil hê van wat 'n CubeSat is, betaal dan

By die ontwerp van u CubeSat het u twee hoofopsies; bou u eie materiaal uit enige materiaal of 3D -druk.

My groep het besluit om ons CubeSat in 3D te druk, al wat ons hoef te doen is om '3D CubeSat' op te soek en ons vind verskeie sjablone, maar ons besluit om die lêer van die NASA -webwerf af te haal. Van daar af moet u die lêer aflaai; Dan benodig u 'n flash drive om die lêer uit te pak en na 'n 3D -drukker te laai.

Gaan daarvandaan voort en 3D -druk die CubeSat uit om met die res van die stappe voort te gaan.

Toe ons ons 3D CubeSat -model skep, het ons besef dat ons Arduino en toue nie daarin pas nie. Ons moes almal 'n strategie opstel en uitvind hoe om alles binne te sit. Ons moes draai en die omslag bo en onder sit na bo. Daarna moes ons gate boor en die spykers kon skroef en die goeie grootte kon vind. Terwyl ons alle Arduino, SD -kaart en alles daarin geplaas het, het ons 'te veel' ruimte gehad, sodat ons 'n paar borrelomhulsels daarby moes voeg toe ons toets, sou dit nie oral gaan nie, want dit was alles bedraad en verbind.

Stap 3: Skets u ontwerp

Sodra u al u materiaal gekry het, sal u 'n skets wil maak van hoe u ontwerp gaan lyk.

Sommige vind hierdie stap nuttiger as ander, sodat dit so gedetailleerd of eenvoudig kan wees as wat u wil, maar dit is goed om 'n algemene idee te kry van hoe u alles gaan organiseer.

Ons groep het dit persoonlik gebruik om 'n dinkskrum te kry oor hoe ons ons sensors en al die drade sou organiseer, maar daarvandaan het ons nie veel gebruik nie, aangesien ons voortdurend dinge verander, en ons sketse was dus slegs 'n beginpunt sedert ons dit nie gedoen het nie hou nie regtig by hulle nie.

As u eers 'n algemene idee het van hoe alles gaan lyk, kan u na die volgende stap gaan

Stap 4: Leer hoe die Geiger -toonbank werk

Nadat ons die Geiger -toonbank by ons afgelewer het, moes ons leer hoe dit werk, aangesien niemand van ons dit ooit gebruik het nie.

Die eerste ding wat ons geleer het, is dat die Geiger -teller supergevoelig is. Die sensors aan die agterkant maak 'n baie groot geluid, sowel as die Geiger -buis self wanneer ons aanraak. As ons ons vinger op die buis hou, sal dit 'n lang, konstante piep maak en ons neem ons vingers af en aan en dit sal piep volgens die duur van ons vingers op die buis.

Toe toets ons die Geiger -toonbank met piesangs. Ons het besef dat hoe nader die radioaktiewe materiaal aan die Geiger-toonbank was, hoe meer sou dit tik en omgekeerd.

Stap 5: Gereedskap/veiligheidspraktyke

1. Die eerste ding wat nodig is, is 'n CubeSat. Om dit te kan doen, benodig u 'n 3D -drukker en die lêers om dit te druk, of u kan u eie bou met materiaal wat u voel sal werk; onthou, die CubeSat moet 10 cm x 10 cm x 10 cm wees (slaan deel 2 oor as u u eie bou)
2. Vervolgens moet u gate in die boonste en onderste doppe van die 3D -gedrukte CubeSat boor om skroewe daarin te sit. Skroef die onderste dop vas (maak seker dat u 'n bril dra om te voorkom dat puin in u oë kom)
3. Kry 'n paar batterye en sit dit in 'n battery, dra die batterye dan na die Geiger -toonbank en dra die Geiger -toonbank na die Arduino. Maak seker dat 'n Micro SD -leser ook aangesluit is.
4. Skakel die Geiger -toonbank aan om seker te maak dat alles behoorlik werk. Plaas alles in die CubeSat.
5. Toets vlug met u CubeSat om seker te maak
6. Nadat u u data versamel het, moet u seker maak dat niks in die CubeSat oorverhit word nie. As dit die geval is, ontkoppel dit onmiddellik en ontleed die probleem
7. Toets alles om te kyk of data versamel word
8. Maak seker dat u u hande was nadat u met Uranium omgegaan het om data te versamel

Stap 6: Bedrading van Arduino

Die enigste kragbron is AA -batterye

Koppel die batterye regstreeks aan die Geiger -toonbank en dra die VVC -pen aan die positiewe kolom van die broodbord.

Draai 'n ander draad op dieselfde kolom in die broodbord na die 5V -gleuf op die Arduino. Dit sal die Arduino dryf.

Draai dan 'n draad van die 5V -pen op die arduino na die SD -kaartadapter.

Draai dan die VIN op die geiger -toonbank na 'n analoog pen op die Arduino.

Draai daarna die GND na die negatiewe kolom op die broodbord.

Dra die negatiewe kolom na die GND op Arduino.

SD -kaart vir Arduino:

Miso gaan na 11

Miso gaan na 12

SCK gaan na 13

CS gaan na 4

Stap 7: Kodering

Die maklikste manier om Arduino te kodeer, is deur die ArduinoCC -app af te laai, waarmee u kode kan skryf en dit na die Aduino kan oplaai. Ons het baie moeilik 'n volledige kode gevind wat sou werk. Gelukkig vir u bevat ons kode die opname van die CPM (klik per minuut) en die data op die SD -kaart.

Kode:

#insluit

#insluit

/ * * Geiger.ino * * Hierdie kode is in wisselwerking met die Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE) Geiger-toonbank

* en rapporteer lesings in CPM (tellings per minuut). *

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

* Lisensie: MIT -lisensie *

* Gebruik vrylik met toeskrywing. Dankie!

*

* * Geredigeer ** */

#define LOG_PERIOD 5000 // Tekenperiode in millisekondes, aanbevole waarde 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 // Maksimum aanmeldperiode

vlugtige ongetekende lang tellings = 0; // GM Tube -geleenthede

ongetekende lang cpm = 0; // CPM

const ongetekende int vermenigvuldiger = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Bereken/stoor CPM

ongetekende lang vorigeMillis; // Tydmeting

const int pin = 3;

leegte buis_impuls () {

// Vang die aantal gebeure op van Geiger -tellerbordtellings ++;

}

#insluit

Lê myFile;

ongeldige opstelling () {

pinMode (10, UITGANG);

SD.begin (4); // Maak reekskommunikasie oop en wag totdat die poort oopgemaak word:

Serial.begin (115200);

}

leemte -lus () {// niks gebeur na die opstelling nie

ongetekende lang stroomMillis = millis ();

if (currentMillis - previousMillis> LOG_PERIOD) {

vorigeMillis = currentMillis;

cpm = tellings * vermenigvuldiger;

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

as (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

tellings = 0;

pinMode (pen, INVOER); // Stel pen op invoer om GM Tube -gebeurtenisse te onderbreek (); // Aktiveer onderbrekings (as hulle voorheen gedeaktiveer is) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Definieer eksterne onderbrekings

}

}

Die prentjie wat ons het, is van die eerste kode wat ons gebruik het, wat onvolledig was, dus dit was die eerste van ons probleme met kodering. Van daar af kon ons nie regtig voortgaan met die projek totdat ons onderwysers ons met die kode gehelp het nie. Hierdie kode is afgelei van 'n ander kode wat alleen met die Geiger Counter gewerk het, maar nie een keer met die SD -kaart nie.

Stap 8: Toets kode

Sodra u u kode gekry het, toets die kode om seker te maak dat u data kan versamel.

Maak seker dat al die instellings korrek is, dus kyk na u poorte en u drade om seker te maak dat alles korrek is.

Nadat u alles nagegaan het, voer die kode uit en sien die data wat u kry.

Let ook op die eenhede vir die straling wat u versamel, om die werklike straling wat uitgestraal word, te bepaal.

Stap 9: Toets u CubeSat

Nadat u u kodering uitgevind het en al u bedrading klaar is, is u volgende stap om alles binne -in die CubeSat in te pas en te toets om seker te maak dat niks uitmekaar val tydens u finale toetsing nie.

Die eerste toets wat u moet voltooi, is die vlugtoets. Kry iets om u CubeSat aan op te hang en draai dit om te toets of dit sal vlieg of nie, en om seker te maak dat dit in die regte rigting draai.

Nadat u die eerste voorlopige toets voltooi het, moet u twee skuddoetse voltooi. Die eerste toets simuleer die turbulensie wat die CubeSat sou ervaar om uit die aarde se atmosfeer te kom en die tweede skuddingstoets sou die turbulensie in die ruimte naboots.

Maak seker dat al u onderdele bymekaar bly en dat niks uitmekaar val nie.

Stap 10: Finale toetsing en resultate

Data versamel op tafel op verskillende afstande weg van die geiger -toonbank

Insamelingsintervalle op 5 sekondes 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Voor ons finale toetsing het ons data versamel deur die Geiger -teller aan te skakel en die radioaktiewe materiaal op verskillende afstande te plaas. Hoe hoër die getal, hoe nader die Geiger -toonbank aan die radioaktiewe materiaal was.

Data versamel tydens die werklike toetsing

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

Vir ons werklike toetsing blyk dit dat die radioaktiewe materiaal te ver van die Geiger -toonbank af was om te meet.

Wat beteken die data? Met behulp van die lesingsgrafiek kan ons bepaal dat hoe hoër die getal, hoe gevaarliker die straling vir mense is. Ons kan dan Klik per minuut in mSV verander, wat die werklike eenhede vir bestraling is. Op grond van ons eksperiment is Mars dus volkome gered vir mense!

Ongelukkig is die werklikheid dikwels teleurstellend. Mars se straling is eintlik 300 mSv, wat 15x hoër is as wat 'n kernwerker jaarliks blootgestel word.

Ander data vir ons vlug sluit in:

Fc: 3.101 Newton

Ac: 8,072 m/s^2

V: 2.107 m/s

m:.38416 kg

P: 1,64 sekondes

F:.609 Hz

Stap 11: Probleme/wenke/bronne

Die grootste probleem wat ons gehad het, was om die kode te vind wat vir die Geiger en die SD -kaart sou werk, dus as u dieselfde probleem het, kan u ons kode as 'n basis gebruik. 'N Ander opsie sou wees om na die Arduino -forums te gaan en daar hulp te vra (wees egter gereed om te betaal, aangesien ons opgemerk het dat mense minder geneig is om te help as daar geen vergoeding is nie).

Een ding wat ons vir ander sal adviseer, is om 'n manier te vind waarop die Geiger -toonbank so na as moontlik aan die straling kan wees om meer gesertifiseerde data te kry.

Hier is die bronne wat ons geraadpleeg het vir almal wat belangstel:

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

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

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