Sådan bygger du CubeSat med Arduino og Geiger tællersensor: 11 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Har du nogensinde spekuleret over, om Mars er radioaktivt eller ej? Og hvis det er radioaktivt, er strålingsniveauerne høje nok til at blive betragtet som skadelige for mennesker? Dette er alle spørgsmål, som vi håber kan besvares af vores CubeSat med Arduino Geiger Counter.

Stråling måles i siv, som kvantificerer mængden af stråling, der absorberes af menneskelige væv, men på grund af deres enorme størrelse måler vi normalt i millisievert (mSV). 100 mSV er den laveste årlige dosis, hvor enhver stigning i kræftrisiko er tydelig, og en enkelt dosis på 10.000 mSV er dødelig inden for uger. Vores håb er at afgøre, hvor denne simulering lander Mars på den radioaktive skala.

Vores fysikklasse startede med at studere flyvekræfterne i første kvartal gennem et laboratorium, hvor vi designede vores eget fly og derefter skabte det ud af frigolitplader. Vi ville derefter fortsætte med at starte for at teste træk, løft, tryk og vægt af flyet. Efter det første sæt data ville vi derefter foretage ændringer i flyet for at forsøge at få den længst mulige afstand.

Derefter fokuserede vi på andet kvartal på at bygge en vandraket for yderligere at observere og teste de begreber, vi lærte i løbet af første kvartal. Til dette projekt brugte vi 2L flasker og andre materialer til at bygge vores raket. Da vi var klar til at starte, ville vi fylde flaskerne med vand, gå udenfor, placere raketten på en affyringsplade, sætte vand under tryk og slippe. Målet var at skyde raketten længst muligt i lodret retning og få den til at komme sikkert ned.

Vores tredje sidste "store" projekt var at bygge en CubeSat, der ville bære en Arduino og en sensor sikkert til vores klasseværelsesmodel af Mars. Hovedmålet for dette projekt var at bestemme mængden af radioaktivitet på Mars og afgøre, om det er skadeligt for mennesker. Nogle andre sidemål var at skabe en CubeSat, der kunne modstå rystetesten og kunne passe alle de nødvendige materialer inde i den. Sidemålene går hånd i hånd med begrænsningerne. De begrænsninger, vi havde til dette projekt, var dimensionerne på CubeSat, hvor meget det vejer og det materiale, det er bygget af. Andre begrænsninger, der ikke var relateret til CubeSat, var den tid, vi havde til 3D -udskrivning, da vi kun fik en dag til at få det gjort; de sensorer, vi brugte, var også en begrænsning, da der var sensorer, som klassen ikke havde til rådighed eller ikke kunne købe. Oven i dette skulle vi bestå rystetesten for at bestemme stabiliteten af CubeSat og vægttesten for at sikre, at vi ikke oversteg 1,3 kg.

-Juan

Trin 1: Materialeliste

3D-printet CubeSat- Miniaturiseret satellit, der har dimensionerne 10 cm x 10 cm x 10 cm og ikke kan veje mere end 1,3 kg. Det er her, vi sætter alle vores ledninger og sensorer, fungerer som en rumsonde

Ledninger- bruges til at forbinde Geiger-tælleren og Arduino med hinanden og få dem til at fungere

Arduino- Bruges til at køre koden på Geiger-tælleren

Geiger Counter- Bruges til at måle radioaktivt henfald, det er hvad hele vores projekt afhænger af for at bestemme radioaktivitet

Batterier- bruges til at drive Geiger-tælleren, som driver Arduino, når den er tilsluttet

Micro sd-læser- bruges til at indsamle og registrere de data, der er indsamlet med Geiger-tælleren

Skruer- bruges til at stramme toppen og bunden af CubeSat for at sikre, at den ikke går i stykker

Uranmalm- Radioaktivt materiale, som Geiger-tælleren bruger til at bestemme radioaktivitet

Computer- Bruges til at finde/oprette den kode, du vil bruge til Arduino

USB-kabel- bruges til at slutte din Arduino til computeren og køre koden

Trin 2: Byg din CubeSat

Det første, du får brug for, er din CubeSat.

(Hvis du vil have en detaljeret forklaring på, hvad en CubeSat er, skal du betale

Når du designer din CubeSat, har du to hovedmuligheder, byg din egen ud af det materiale, du har, eller et 3D -print.

Min gruppe besluttede at 3D -udskrive vores CubeSat, så alt hvad vi skulle gøre var at slå "3D CubeSat" op, og vi fandt flere skabeloner, men vi besluttede at hente filen fra NASAs websted. Derfra skal du downloade filen; så skal du bruge et flashdrev til at pakke filen ud og indlæse den på en 3D -printer.

Derfra skal du bare fortsætte og 3D -udskrive CubeSat for at fortsætte med resten af trinene.

Da vi lavede vores 3D CubeSat -model, indså vi, at vores Arduino og ledninger ikke ville passe ind i den. Vi var alle nødt til at lave en strategi og finde ud af at sætte alt indeni. Vi var nødt til at rotere og lægge vores cover top og bund med forsiden opad. Derefter skulle vi bore huller og kunne skrue sømmene og finde den gode størrelse. Mens vi lagde alt Arduino, SD -kort og alt i det, havde vi "for meget" plads, så vi var nødt til at tilføje nogle bobleindpakninger inde i så da vi testede, ville det ikke gå alle steder, fordi det hele var kablet og forbundet.

Trin 3: Tegn dit design

Når du har fået alle dine materialer, vil du gerne lave en skitse af, hvordan dit design kommer til at se ud.

Nogle finder dette trin mere nyttigt end andre, så det kan være så detaljeret eller så enkelt som du vil, men det er godt at få en generel idé om, hvordan du vil organisere alt.

Vores gruppe brugte det personligt til at brainstorme, hvordan vi ville organisere vores sensorer og alle ledninger, men derfra fandt vi ikke meget brug for det, da vi konstant ændrede ting, og derfor fungerede vores skitser kun som et udgangspunkt, da vi ikke gjorde det holder ikke rigtig med dem.

Når du har en generel idé om, hvordan alt kommer til at se ud, kan du gå videre til det næste trin

Trin 4: Lær, hvordan Geiger -tælleren fungerer

Da vi fik leveret Geiger -tælleren til os, måtte vi lære, hvordan den fungerede, da ingen af os nogensinde havde brugt en.

Det første, vi lærte, er, at Geiger -tælleren er superfølsom. Sensorerne på bagsiden ville lave en ekstremt høj støj samt selve Geiger -røret, når vi rørte ved det. Hvis vi holdt vores finger på røret, ville det lave et langt konstant bip, og vi tog fingrene af og på, og det ville bippe i henhold til varigheden af vores fingre på røret.

Derefter testede vi Geiger -tælleren ved hjælp af bananer. Vi indså, at jo tættere det radioaktive materiale var på Geigertælleren, jo mere ville det krydse af og omvendt.

Trin 5: Værktøjer/sikkerhedspraksis

1. Det første, der er nødvendigt, er en CubeSat. For at gøre det skal du bruge en 3d -printer og filerne til at udskrive, eller du kan bygge din egen ved hjælp af de materialer, du føler vil fungere; husk, CubeSat skal være 10 cm x 10 cm x 10 cm (Spring del 2 over, hvis du bygger din egen)
2. Dernæst skal du bore huller i de øverste og nederste skaller på den 3d -trykte CubeSat for at sætte skruer i den. Fortsæt og skru den nederste skal (Sørg for, at du har beskyttelsesbriller på for at forhindre, at snavs kommer i øjnene)
3. Tag nogle batterier, og sæt dem i en batteripakke, led derefter batterierne til Geiger -tælleren og led Geiger -tælleren til Arduino. Sørg for, at en Micro SD -læser også er tilsluttet.
4. Tænd Geiger -tælleren for at sikre, at alt fungerer korrekt. Læg alt inde i CubeSat.
5. Test flyvning med din CubeSat for at være sikker
6. Når du har indsamlet dine data, skal du sørge for, at intet i CubeSat er overophedet. Hvis der er det, skal du straks tage stikket ud og vurdere problemet
7. Test alt for at kontrollere, om der indsamles data
8. Sørg for at vaske dine hænder efter håndtering af det uran, der blev brugt til at indsamle data

Trin 6: Tilslutning af Arduino

Den eneste nødvendige strømforsyning er AA -batterier

Tilslut batterierne lige til Geiger -tælleren, og led derefter VVC -stiften til den positive kolonne på brødbrættet.

Kør en anden ledning på den samme kolonne i brødbrættet til 5V -åbningen på Arduino. Dette vil drive Arduino.

Kør derefter en ledning fra 5V -stiften på arduinoen til SD -kortadapteren.

Led derefter VIN'en på geigertælleren til en analog pin på Arduino.

Derefter ledes GND til den negative kolonne på brødbrættet.

Led den negative kolonne til GND på Arduino.

SD -kort til Arduino:

Miso går til 11

Miso går til 12

SCK går til 13

CS går til 4

Trin 7: Kodning

Den nemmeste måde at kode Arduino på er at downloade ArduinoCC -appen, som giver dig mulighed for at skrive kode og uploade den til Aduino. Vi havde meget svært ved at finde en komplet kode, der ville fungere. Heldigvis for dig inkluderer vores kode registrering af CPM (klik pr. Minut) og dataene på SD -kortet.

Kode:

#omfatte

#omfatte

/ * * Geiger.ino * * Denne kode interagerer med Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE) Geiger counterboard

* og rapporterer aflæsninger i CPM (tællinger pr. minut). *

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

* Licens: MIT License *

* Brug venligst frit med tilskrivning. Tak skal du have!

*

* * Redigeret ** */

#define LOG_PERIOD 5000 // Logningsperiode i millisekunder, anbefalet værdi 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 // Maksimal logningsperiode

flygtige usignerede lange tællinger = 0; // GM Tube -begivenheder

usigneret lang cpm = 0; // CPM

const unsigned int multiplier = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Beregner/gemmer CPM

usigneret lang foregåendeMillis; // Tidsmåling

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// Fanger optælling af hændelser fra Geiger counter board counts ++;

}

#omfatte

Fil myFile;

ugyldig opsætning () {

pinMode (10, OUTPUT);

SD. Begyndte (4); // Åbn seriel kommunikation, og vent på, at porten åbnes:

Serial.begin (115200);

}

void loop () {// intet sker efter installationen

usigneret lang strømMillis = millis ();

if (currentMillis - previousMillis> LOG_PERIOD) {

previousMillis = currentMillis;

cpm = tæller * multiplikator;

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

hvis (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

tæller = 0;

pinMode (pin, INPUT); // Indstil pin til input til registrering af GM Tube -hændelsesafbrydelser (); // Aktiver afbrydelser (hvis de tidligere var deaktiveret) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Definer eksterne afbrydelser

}

}

Billedet, vi har, er af den første kode, vi brugte, som var ufuldstændig, så det var det første af vores problemer med kodning. Derfra kunne vi ikke rigtig komme videre med projektet, før vores lærere hjalp os med koden. Denne kode blev afledt af en anden kode, der fungerede med Geiger -tælleren alene, men ikke når den blev parret med SD -kortet.

Trin 8: Testkode

Når du har din kode, skal du gå videre og teste koden for at sikre, at du kan indsamle data.

Sørg for, at alle indstillinger er korrekte, så tjek dine porte og dine ledninger for at sikre, at alt er korrekt.

Når du har kontrolleret alt, skal du køre koden og se de data, du får.

Bemærk også enhederne for den stråling, du indsamler, for at bestemme den faktiske stråling, der udsendes.

Trin 9: Test din CubeSat

Når du har fundet ud af din kodning, og alle dine ledninger er udført, er dit næste trin at passe alt inde i CubeSat og teste det for at sikre, at intet falder fra hinanden ved din sidste test.

Den første test, du skal gennemføre, er flyvetesten. Få noget at hænge din CubeSat fra, og spin det for at teste, om det flyver afsted eller ej, og for at sikre, at det drejer i den rigtige retning.

Når du har gennemført den første indledende test, skal du gennemføre to rystetest. Den første test vil simulere den turbulens, CubeSat ville opleve at komme ud af jordens atmosfære, og den anden rystetest ville simulere turbulensen i rummet.

Sørg for, at alle dine dele holdt sammen, og at intet faldt fra hinanden.

Trin 10: Endelig testning og resultater

Data indsamlet på bordet i forskellige afstande væk fra geigertælleren

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

Inden vores sidste test indsamlede vi data ved at tænde Geiger -tælleren og sætte det radioaktive materiale på forskellige afstande. Jo højere tal jo tættere Geiger -tælleren var på det radioaktive materiale.

Data indsamlet under den egentlige test

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

Til vores egentlige test viste det radioaktive materiale sig at være for langt væk fra Geiger -tælleren til, at det overhovedet kunne måles.

Hvad betyder dataene? Godt ved hjælp af aflæsningsdiagrammet kan vi bestemme, at jo højere tallet er, desto farligere er strålingen for mennesker. Vi kan derefter vise Klik pr. Minut til mSV, som er de faktiske enheder for stråling. Og så, baseret på vores eksperiment, er Mars fuldstændig frelst for mennesker!

Desværre er virkeligheden ofte skuffende. Mars 'stråling er faktisk 300 mSv, hvilket er 15x højere end hvad et atomkraftværksmedarbejder udsætter årligt.

Andre data for vores flyvning 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

Trin 11: Problemer/tips/kilder

Det største problem, vi havde, var at finde den kode, der ville fungere for Geiger og SD -kortet, så hvis du har det samme problem, er du velkommen til at bruge vores kode som en base. En anden mulighed ville være at gå til Arduino -fora og bede om hjælp der (vær dog klar til at betale, da vi bemærkede, at folk er mindre tilbøjelige til at hjælpe, hvis der ikke er nogen kompensation).

En ting, vi vil rådgive til andre, er at forsøge at finde en måde for Geiger -tælleren at være så tæt på strålingen som muligt for at kunne få flere certificerede data.

Her er de kilder, vi konsulterede for alle interesserede:

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

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

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