CubeSat Accelerometer Tutorial: 6 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

En cubesat er en form for miniaturiseret satellit til rumforskning, der består af multipler på 10x10x10 cm kubiske enheder og en masse på ikke mere end 1,33 kg pr. Enhed. Cubesats gør det muligt at sende en stor mængde satellitter til rummet og give ejeren fuldstændig kontrol over maskinen, uanset hvor på jorden de er. Cubesats er også mere overkommelige end nogen anden nuværende prototyper. I sidste ende letter cubesats nedsænkning i rummet og spreder viden om, hvordan vores planet og univers ser ud.

En Arduino er en platform eller en slags computer, der bruges til at bygge elektronikprojekter. En Arduino består af både et programmerbart printkort og et stykke software, der kører på din computer, der bruges til at skrive og uploade computerkode til kortet.

Til dette projekt fik vores team lov til at vælge en hvilken som helst sensor, vi ønskede at opdage et bestemt aspekt af Mars 'makeup. Vi besluttede at gå med et accelerometer eller en elektromekanisk enhed, der bruges til at måle accelerationskræfter.

For at få alle disse enheder til at fungere sammen, var vi nødt til at vedhæfte accelerometeret til Arduinoens brødbræt og vedhæfte begge til indersiden af cubesat og sikre, at det modstod en flyvesimulering og en rystetest. Denne instruktive vil dække, hvordan vi opnåede dette og de data, vi indsamlede fra Arduino.

Trin 1: Etabler mål (Alex)

Vores hovedmål for dette projekt var at bruge et accelerometer (bare rolig, vi forklarer, hvad dette er senere) placeret i en CubeSat, til at måle accelerationen på grund af tyngdekraften på Mars. Vi skulle bygge en CubeSat, og teste dens holdbarhed på forskellige måder. Den sværeste del af målsætning og planlægning var at indse, hvordan man kan indeholde Arduino og accelerometeret i CubeSat på en sikker måde. For at gøre dette var vi nødt til at komme med et godt CubeSat -design, sørge for at det var 10x10x10cm, og sørge for at det vejede mindre end 1,3 kilo.

Vi bestemte, at Legos faktisk ville vise sig at være holdbare og også lette at bygge med. Legoer var også noget, nogen allerede kunne have, frem for at vi brugte penge på byggematerialer. Heldigvis tog processen med at komme med et design ikke meget lang tid, som du vil se i det næste trin.

Trin 2: Design Cubesat

Til denne specifikke cubesat brugte vi legoer for deres lette konstruktion, vedhæftning og holdbarhed. Terningen sad skal være 10x10x10 cm og veje mindre end 1,33 kg (3 lbs) pr. U. Legos gør det let at have en nøjagtig 10x10x10 cm, mens du bruger to Lego -baser til gulvet og låget på cubesat. Du skal muligvis save Lego -baserne ned for at få dem præcis, som du vil have dem. Inde i cubesat vil du have din arduino, brødbræt, batteri og SD -kortholder alle fastgjort til væggene ved hjælp af det klæbemiddel, du gerne vil have. Vi brugte tape til at sikre, at ingen stykker ville løsne indeni. For at fastgøre cubesat til orbiteren brugte vi snor, gummibånd og en lynlås. Gummibåndene skal vikles rundt om terningen, som om båndet var pakket rundt om en gave. Strengen bindes derefter til midten af gummibåndet på låget. Derefter slynges snoren gennem et lynlås, der derefter hænges fast i kredsløbet.

Trin 3: Konstruer Arduino

Vores mål for denne CubeSat var, som sagt før, at bestemme accelerationen på grund af tyngdekraften på Mars med et accelerometer. Accelerometre er integrerede kredsløb eller moduler, der bruges til at måle accelerationen af et objekt, som de er knyttet til. I dette projekt lærte jeg det grundlæggende i kodning og ledninger. Jeg brugte en mpu 6050, der bruges som en elektromekanisk enhed, der måler accelerationskræfter. Ved at registrere mængden af dynamisk acceleration kan du analysere den måde, enheden bevæger sig på X-, Y- og Z -aksen. Med andre ord kan du se, om det bevæger sig op og ned eller side til side; et accelerometer og en vis kode kan let give dig dataene til at bestemme disse oplysninger. Jo mere følsom sensoren er, desto mere præcise og detaljerede bliver dataene. Dette betyder, at for en given ændring i acceleration vil der være en større ændring i signalet.

Jeg var nødt til at koble arduinoen, som allerede var tilsluttet accelerometeret, til SD -kortholderen, som lagrede de data, der blev modtaget under flyvetesten, så vi derefter kunne uploade dem til en computer. På denne måde kan vi se målingerne af X-, Y- og Z -aksen for at se, hvor cubesat var i luften. Du kan se på de vedhæftede billeder, hvordan du leder arduinoen til accelerometeret og brødbrættet.

Trin 4: Flyve- og vibrationstest (Alex)

For at sikre, at kuben sad holdbarhed, var vi nødt til at gennemgå en række tests, der ville simulere det miljø, den ville blive sat igennem, i rummet. Den første test, vi skulle sætte kuben sat igennem, blev kaldt fluetesten. Vi var nødt til at sno arduinoen op til en enhed kaldet en orbiter og simulere dens flyvebane rundt om den røde planet. Vi prøvede flere metoder til at fastgøre terningen sat, men til sidst kunne vi slå os ned på et dobbelt gummibånd, der var viklet rundt om terningen sad. En snor blev derefter fastgjort til gummibåndene.

Flyvetesten blev ikke umiddelbart en succes, da ved vores første forsøg begyndte noget af båndet at komme af. Vi skiftede derefter designs til gummibåndsmuligheden nævnt i det foregående afsnit. Selvom vi på vores andet forsøg kunne få ungen til at flyve med den nødvendige hastighed i 30 sekunder, uden at der overhovedet opstod problemer.

Den næste test var vibrationstesten, som løst ville simulere terningen, der sad og rejste gennem en planets atmosfære. Vi var nødt til at sætte terningen sat på vibrationsbordet og skrue op for strømmen til en vis grad. Terningen sad derefter skulle forblive i takt i mindst 30 sekunder på dette effektniveau. Heldigvis for os kunne vi bestå alle aspekter af testen ved vores første forsøg. Nu var der kun tilbage den sidste dataindsamling og test.

Trin 5: Fortolkning af data

Med de data, vi fik efter at have udført den sidste test, kan du se, hvor terningen rejste på X-, Y- og Z -aksen og bestemme accelerationen ved at dividere din forskydning med tiden. Dette giver dig gennemsnitshastigheden. Nu, så længe objektet accelererer ensartet, skal du blot gange gennemsnitshastigheden med 2 for at få den endelige hastighed. For at finde accelerationen tager du sluthastigheden og deler den med tiden.

Trin 6: Konklusion

Det endelige mål med vores projekt var at bestemme tyngdekraftens acceleration omkring Mars. Gennem de data, der er indsamlet ved hjælp af Arduino, kan det bestemmes, at tyngdeaccelerationen, mens den kredser om Mars, forbliver konstant. Når du rejser rundt på Mars, ændrer banens retning sig konstant.

Samlet set var vores teams største takeaways vores vækst i vores flydende i at læse og skrive kode, vores forståelse af en ny teknologi på forkant med udforskning af rummet og vores kendskab til det indre arbejde og mange anvendelser af en Arduino.

For det andet lærte vores team gennem projektet ikke kun de førnævnte teknologi- og fysikbegreber, men vi lærte også projektledelsesevner. Nogle af disse færdigheder omfatter overholdelse af deadlines, justering af designovervågning og uforudsete problemer og afholdelse af daglige standup -møder for at give vores gruppe ansvarlighed og til gengæld holde alle på rette vej til at nå vores mål.

Afslutningsvis opfyldte vores team alle test- og datakrav samt lærte uvurderlig fysik og teamledelse færdigheder, som vi kan bære ind i fremtidige bestræbelser i skolen og i ethvert gruppearbejdsorienteret erhverv.