CubeSat -ті Arduino және Geiger есептегіш сенсорымен қалай құруға болады: 11 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:25

Сіз Марстың радиоактивті екендігі туралы ойландыңыз ба? Ал егер ол радиоактивті болса, радиация деңгейі адамдарға зиянды деп есептеуге жеткілікті ме? Бұл Arduino Geiger Counter көмегімен CubeSat жауап бере алатын барлық сұрақтар.

Сәулелену сиверттермен өлшенеді, ол адам тіндері жұтатын сәулелену мөлшерін анықтайды, бірақ олардың үлкен мөлшерінің арқасында біз әдетте миллисивертпен өлшенеміз (mSV). 100 мЗВ - бұл ең төменгі жылдық доза, онда қатерлі ісік ауруының кез келген жоғарылауы байқалады, ал 10 000 мЗВ бір реттік дозасы аптаның ішінде өлімге әкеледі. Біздің үмітіміз - бұл модельдеу Марсты радиоактивті шкалада қай жерге қондыратынын анықтау.

Біздің физика сабағымыз бірінші тоқсанда ұшу күштерін зертханадан зерттеуден басталды, онда біз өз ұшағымызды құрастырдық, содан кейін оны полистирол пластиналарынан жасадық. Содан кейін біз ұшақтың тартылуын, көтерілуін, тартылуын және салмағын тексеру үшін ұшыруды жалғастырамыз. Бірінші деректер жиынтығынан кейін біз мүмкіндігінше алыс қашықтыққа жету үшін ұшаққа өзгерістер енгіземіз.

Содан кейін екінші тоқсанда біз бірінші тоқсанда үйренген түсініктерді одан әрі бақылау және тексеру үшін су зымыранының құрылысына назар аудардық. Бұл жоба үшін біз зымыраны жасау үшін 2 литрлік бөтелкелер мен басқа материалдарды қолдандық. Біз ұшыруға дайын болған кезде біз бөтелкелерді сумен толтырып, сыртқа шығып, зымыранды ұшыру алаңына қойып, судың қысымын түсіріп жібердік. Мақсаты - зымыранды мүмкіндігінше тік бағытта ұшыру және қауіпсіз жерге түсіру.

Үшінші «үлкен» соңғы жобамыз - біздің сыныптағы Марстың үлгісіне қауіпсіз түрде Arduino мен сенсорды алып жүретін CubeSat құрастыру. Бұл жобаның негізгі мақсаты Марстағы радиоактивтілік мөлшерін анықтау және оның адамдарға зияндылығын анықтау болды. Кейбір басқа мақсаттар - бұл шайқау сынағына төтеп беретін және оның ішіндегі барлық материалдарды сыйдыра алатын CubeSat құру. Бүйірлік мақсаттар шектеулермен қатар жүреді. Бұл жобаға қойылатын шектеулер CubeSat өлшемдері, оның салмағы және ол жасалған материал болды. CubeSat -пен байланысты емес басқа шектеулер - біз 3D басып шығаруға қанша уақыт жұмсадық, өйткені оны жасауға бір күн ғана қалды; біз қолданған сенсорлар да шектеулер болды, өйткені сыныпта жоқ немесе сатып алуға болмайтын сенсорлар болды. Бұған қоса, біз CubeSat тұрақтылығын және 1,3 кг -нан асып кетпеу үшін салмақ сынағын анықтау үшін дірілдеу сынағынан өтуіміз керек болды.

-Хуан

1 -қадам: материалдар тізімі

3D басып шығарылған CubeSat- өлшемі 10см x 10см х 10см және салмағы 1,3 кг-нан аспайтын миниатюрленген спутник. Бұл жерде біз барлық сымдар мен сенсорларды қоямыз, бұл ғарыштық зонд ретінде қызмет етеді

Сымдар- Geiger Counter мен Arduino-ны бір-бірімен байланыстырып, олардың жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін қолданылады

Arduino- Geiger есептегішінде кодты іске қосу үшін қолданылады

Гейгер есептегіші- Радиоактивті ыдырауды өлшеу үшін қолданылады, біздің жобамыз радиоактивтілікті анықтауға байланысты

Батареялар- Arduino қосылғаннан кейін жұмыс істейтін Geiger есептегішін қуаттандыру үшін қолданылады

Micro sd Reader- Geiger есептегішімен жиналған деректерді жинау және жазу үшін қолданылады

Бұрандалар- CubeSat бұзылмайтынына көз жеткізу үшін оның жоғарғы және төменгі жағын қатайту үшін қолданылады

Уран кені- радиоактивтілікті анықтау үшін Geiger Counter қолданатын радиоактивті материал

Компьютер- Arduino үшін қолданылатын кодты табу/жасау үшін қолданылады

USB сымы- Arduino-ны компьютерге қосу және кодты іске қосу үшін қолданылады

2 -қадам: CubeSat құрыңыз

Сізге қажет бірінші нәрсе - сіздің CubeSat.

(Егер сіз CubeSat-ті төлеу туралы егжей-тегжейлі түсініктеме алғыңыз келсе

CubeSat жобалау кезінде сізде екі негізгі нұсқа бар, өзіңізде бар материалдан немесе 3D басып шығарудан өзіңіз жасаңыз.

Менің тобым CubeSat -ті 3D басып шығаруға шешім қабылдады, сондықтан бізге тек «3D CubeSat» іздеу қажет болды, біз бірнеше шаблондар таптық, бірақ біз файлды NASA веб -сайтынан алуды шештік. Сол жерден сізге файлды жүктеу қажет болады; Файлды ашу және оны 3D принтерге жүктеу үшін сізге флэш -диск қажет болады.

Осыдан кейін, қалған қадамдарды жалғастыру үшін CubeSat 3D басып шығарыңыз.

3D CubeSat моделін жасаған кезде біз Arduino мен сымдар оның ішіне сыймайтынын түсіндік. Біз бәрімізге стратегия құрып, бәрін ішіне қалай қою керектігін анықтауымыз керек еді. Біз бұрылып, мұқабамызды жоғары және төмен қаратып қоюға тура келді. Осыдан кейін біз тесіктерді бұрғылауымыз керек, тырнақтарды бұрап, жақсы өлшемді таба аламыз. Arduino, SD картасын және оған барлық нәрсені салғанда, бізде «тым көп» орын болды, сондықтан ішіне көпіршікті қаптамаларды қосу керек болды. біз тестілеу кезінде ол барлық жерде болмайды, себебі бәрі сымды және қосылған.

3 -қадам: Дизайнды сызыңыз

Барлық материалдарды алғаннан кейін сіз өзіңіздің дизайныңыздың эскизін жасағыңыз келеді.

Кейбіреулер бұл қадамды басқаларға қарағанда пайдалы деп санайды, сондықтан ол сіз қалағандай егжей -тегжейлі немесе қарапайым болуы мүмкін, бірақ бәрін қалай ұйымдастыруға болатыны туралы жалпы түсінік алған дұрыс.

Біздің топ оны сенсорлар мен барлық сымдарды қалай ұйымдастыру керектігін ойластыру үшін қолданды, бірақ біз ол жерден көп пайда таппадық, өйткені біз үнемі заттарды өзгертіп отырдық, сондықтан біздің эскиздер біз өзгермегеннен бері тек бастапқы нүкте болды. олармен шынымен жабыспаңыз.

Барлығы қалай болатыны туралы жалпы түсінік алғаннан кейін келесі қадамға өтуге болады

4 -қадам: Geiger Counter қалай жұмыс істейтінін біліңіз

Бізге Geiger есептегішін жеткізгеннен кейін, біз оның қалай жұмыс істейтінін білуіміз керек еді, өйткені біздің ешқайсымыз оны ешқашан қолданған жоқпыз.

Біз білген бірінші нәрсе - Geiger Counter өте сезімтал. Біз қол тигізген кезде артқы жағындағы сенсорлар, сондай -ақ Geiger түтігінің өзі өте қатты дыбыс шығарады. Егер біз саусағымызды түтікте ұстасақ, ол бір ұзақ тұрақты дыбыстық сигнал шығарады, ал біз саусақтарымызды алып тастадық және ол саусақтардың түтіктегі ұзақтығына байланысты дыбыстық сигнал береді.

Содан кейін біз Geiger Counter -ді банан арқылы сынап көрдік. Біз радиоактивті материал Geiger Counter-ге неғұрлым жақын болса, соғұрлым ол соғылатынын және керісінше болатынын түсіндік.

5 -қадам: Құралдар/қауіпсіздік техникасы

1. Қажетті бірінші нәрсе - CubeSat. Мұны істеу үшін сізге 3D принтері мен файлдарды басып шығару қажет болады немесе сіз өзіңіз жұмыс істейтін материалдарды қолдана отырып өзіңіз жасай аласыз; Есіңізде болсын, CubeSat 10см x 10см х 10см болуы керек (егер сіз өзіңіздің жеке құрылысыңыз болса, 2 -бөлімді өткізіп жіберіңіз)
2. Содан кейін бұрандаларды салу үшін 3d басып шығарылған CubeSat жоғарғы және төменгі қабықтарына тесіктер бұрғылау қажет болады. Жалғастырыңыз және төменгі қабықты бұраңыз (көзге қоқыс кірмеуі үшін көзілдірік кигеніңізге көз жеткізіңіз)
3. Батареяларды алыңыз да, оларды батарея жинағына салыңыз, содан кейін батареяларды Geiger есептегішіне және Geiger есептегішін Arduino -ға қосыңыз. Micro SD оқу құралы да қосылғанын тексеріңіз.
4. Бәрі дұрыс жұмыс істейтініне көз жеткізу үшін Geiger есептегішін қосыңыз. Барлығын CubeSat ішіне салыңыз.
5. Бұған көз жеткізу үшін CubeSat ұшуын тексеріңіз
6. Деректерді жинағаннан кейін, CubeSat ішіндегі ештеңе қызып кетпейтініне көз жеткізіңіз. Егер бар болса, оны дереу ажыратыңыз және мәселені шешіңіз
7. Деректердің жиналып жатқанын тексеру үшін бәрін тексеріңіз
8. Деректерді жинау үшін қолданылатын уранмен жұмыс жасағаннан кейін қолыңызды міндетті түрде жуыңыз

6 -қадам: Arduino сымдарын жалғау

Жалғыз қуат көзі - АА батареялары

Батареяларды тікелей Geiger есептегішіне жалғаңыз, содан кейін VVC түйреуішін нан тақтасының оң бағанына қосыңыз.

Басқару тақтасындағы сол бағандағы басқа сымды Arduino 5V ұясына қосыңыз. Бұл Arduino -ны қуаттандырады.

Содан кейін, arduino -дағы 5В істікшеден SD карт адаптеріне сым өткізіңіз.

Әрі қарай, Geiger есептегішіндегі VIN кодын Arduino аналогтық түйреуішіне жалғаңыз.

Осыдан кейін, GND -ді тақтадағы теріс бағанға қосыңыз.

Теріс бағанды Arduino GND -ге қосыңыз.

SD картасы Arduino үшін:

Мисо 11ге барады

Мисо 12ге барады

SCK 13 -ке барады

CS 4 -ке барады

7 -қадам: кодтау

Arduino кодтаудың ең оңай жолы - кодты жазуға және оны Aduino -ға жүктеуге мүмкіндік беретін ArduinoCC қосымшасын жүктеу. Біз жұмыс істейтін толық кодты табу өте қиын болды. Бақытымызға орай, біздің код CPM (минутына шертулер) мен SD картасындағы деректерді жазуды қамтиды.

Код:

#қосу

#қосу

/ * * Geiger.ino * * Бұл код Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE) Geiger есептегіш тақтасымен өзара әрекеттеседі

* және CPM -де оқулар туралы есептер (минутына санау). *

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

* Лицензия: MIT лицензиясы *

* Атрибуциямен еркін қолданыңыз. Рақмет сізге!

*

* * Өңделген ** *//

#define LOG_PERIOD 5000 // Милисекундта тіркеу кезеңі, ұсынылған мән 15000-60000.

#dexine MAX_PERIOD 60000 // Максималды тіркеу кезеңі

тұрақсыз ұзын санаулар = 0; // GM Tube оқиғалары

белгісіз ұзын cpm = 0; // CPM

const unsigned int мультипликаторы = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // CPM есептейді/сақтайды

ұзақ уақыт бұрын қол қойылмаған Миллис; // Уақытты өлшеу

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// Geiger есептегіш тақтасынан оқиғалар санын жазады ++;

}

#қосу

MyFile файлын жасаңыз;

жарамсыз орнату () {

pinMode (10, OUTPUT);

SD.begin (4); // Сериялық байланысты ашыңыз және порттың ашылғанын күтіңіз:

Serial.begin (115200);

}

void loop () {// баптаудан кейін ештеңе болмайды

белгісіз ұзақ токMillis = millis ();

егер (currentMillis - алдыңғыMillis> LOG_PERIOD) {

алдыңғыMillis = currentMillis;

cpm = санайды * көбейткіш;

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

if (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

санау = 0;

pinMode (PIN, INPUT); // Pin Tube оқиғаларын GM Tube үзулерін түсіру үшін енгізуге орнатыңыз (); // Үзілістерді қосу (егер олар бұрын ажыратылған болса) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (түйреуіш), tube_impulse, FALLING); // Сыртқы үзілістерді анықтаңыз

}

}

Бізде бар сурет - біз қолданған бірінші код, ол толық емес болды, сондықтан біздің кодтауға қатысты мәселелеріміздің біріншісі болды. Осыдан кейін біз мұғалімдер бізге кодты бермейінше, жобаны жалғастыра алмадық. Бұл код тек Geiger Counter -мен жұмыс істейтін басқа кодтан алынған, бірақ ол SD картамен жұпталған жоқ.

8 -қадам: Тест коды

Кодыңызды алғаннан кейін, деректерді жинай алатындығыңызға сенімді болу үшін кодты тексеріңіз.

Барлық параметрлердің дұрыстығына көз жеткізіңіз, сондықтан бәрі дұрыс екеніне көз жеткізу үшін порттар мен сымдарды тексеріңіз.

Барлығын тексергеннен кейін кодты іске қосыңыз және сіз алатын деректерді көріңіз.

Сондай -ақ, сіз жинайтын сәулелену бірліктеріне назар аударыңыз, себебі шығарылатын нақты радиация анықталады.

9 -қадам: CubeSat бағдарламасын тексеріңіз

Сіз кодтауды анықтап, барлық сымдарды орнатқаннан кейін, сіздің келесі қадамыңыз - CubeSat ішіндегі барлық нәрсені сәйкестендіру және соңғы тестілеуден ештеңе кетпеуін тексеру.

Сізге бірінші тест - бұл ұшу сынағы. CubeSat ілінетін нәрсені алыңыз, ол ұшып кететінін немесе болмайтынын тексеру үшін және оның дұрыс бағытта айналатынына көз жеткізу үшін.

Алғашқы алдын ала тестті аяқтағаннан кейін сізге екі рет шайқау сынағын өткізу қажет. Бірінші сынақ CubeSat жер атмосферасынан шығатын турбуленттілікті модельдейді, ал екінші шайқау сынағы ғарыштағы турбуленттілікті модельдейді.

Сіздің барлық бөліктеріңіздің бір жерде екеніне және ештеңе бұзылмайтынына көз жеткізіңіз.

10 -қадам: Қорытынды тестілеу және нәтижелер

Гейгер есептегішінен әр түрлі қашықтықта үстелге жиналған деректер

5 секундтағы жинау интервалдары 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Соңғы тестілеуден бұрын біз Geiger есептегішін қосу және радиоактивті материалды әр түрлі қашықтыққа қою арқылы деректер жинадық. Бұл сан неғұрлым жоғары болса, Geiger Counter радиоактивті материалға жақындай түседі.

Нақты тестілеу кезінде жиналған мәліметтер

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

Біздің нақты тестілеу үшін радиоактивті материал Geiger Counter -ден тым алыс болып шықты, тіпті оны өлшеуге де болмады.

Деректер нені білдіреді? Оқу диаграммасын қолдана отырып, біз радиацияның адам үшін неғұрлым қауіпті екенін анықтай аламыз, содан кейін біз минутына басуды mSV -ге айналдыра аламыз, олар радиацияның нақты бірліктері болып табылады. Сонымен, біздің экспериментке сүйене отырып, Марс адамдар үшін өте жақсы сақталады!

Өкінішке орай, шындық көбінесе көңілсіз қалдырады. Марстың сәулеленуі іс жүзінде 300 мЗв құрайды, бұл жыл сайын АЭС жұмысшысының әсерінен 15 есе жоғары.

Біздің рейске қатысты басқа мәліметтер мыналарды қамтиды:

Fc: 3.101 Ньютон

Ac: 8.072 м/с^2

V: 2.107 м/с

м:.38416 кг

П: 1,64 секунд

F:.609 Гц

11 -қадам: Мәселелер/кеңестер/дереккөздер

Бізде басты мәселе - бұл Geiger және SD картасы үшін жұмыс істейтін кодты табу. Тағы бір нұсқа - Arduino форумдарына бару және сол жерден көмек сұрау (бірақ төлеуге дайын болыңыз, бірақ егер біз өтемақы болмаса, адамдардың көмектесу ықтималдығы аз екенін байқадық).

Біз басқаларға кеңес берер едік - сертификатталған деректерді алу үшін Geiger Counter -ге радиацияға мүмкіндігінше жақын болу жолын іздеу.

Міне, біз қызығушылық танытқан кез келген адаммен кеңескен дереккөздер:

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

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

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