CubeSat Accelerometer Handledning: 6 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:43

En kubesat är en typ av miniatyriserad satellit för rymdforskning som består av multiplar av 10x10x10 cm kubiska enheter och en massa på högst 1,33 kg per enhet. Cubesats möjliggör att en stor mängd satelliter kan skickas till rymden och tillåter ägaren fullständig kontroll över maskinen oavsett var på jorden de befinner sig. Cubesats är också billigare än några andra nuvarande prototyper. I slutändan underlättar cubesats nedsänkning i rymden och sprider kunskap om hur vår planet och universum ser ut.

En Arduino är en plattform, eller en sorts dator, som används för att bygga elektronikprojekt. En Arduino består av både ett programmerbart kretskort och en mjukvara som körs på din dator, som används för att skriva och ladda upp datorkod till kortet.

För detta projekt fick vårt team välja vilken sensor som helst vi ville upptäcka någon viss aspekt av Mars -sminket. Vi bestämde oss för att använda en accelerometer eller en elektromekanisk enhet som används för att mäta accelerationskrafter.

För att få alla dessa enheter att fungera tillsammans var vi tvungna att fästa accelerometern på Arduinos brödbräda och fästa båda på insidan av kubesatsen och se till att den tål en flygsimulering och ett skakprov. Denna instruerbara kommer att täcka hur vi åstadkom detta och data vi samlade in från Arduino.

Steg 1: Upprätta mål (Alex)

Vårt huvudsakliga mål för detta projekt var att använda en accelerometer (oroa dig inte, vi förklarar vad detta är senare) placerad i en CubeSat för att mäta accelerationen på grund av gravitationen på Mars. Vi skulle bygga en CubeSat och testa dess hållbarhet på olika sätt. Den svåraste delen av målsättning och planering var att inse hur man kan innehålla Arduino och accelerometern i CubeSat på ett säkert sätt. För att göra detta måste vi komma på en bra CubeSat -design, se till att den var 10x10x10cm och se till att den vägde mindre än 1,3 kilo.

Vi bestämde att Legos faktiskt skulle visa sig vara hållbara och också lätta att bygga med. Legos var också något någon redan kunde ha, snarare än att vi spenderade pengar på byggmaterial. Lyckligtvis tog processen att komma med en design inte särskilt lång tid, som du kommer att se i nästa steg.

Steg 2: Design Cubesat

För denna specifika kubesats använde vi legos för att de var lätta att bygga, fästa och hålla. Kuben sat måste vara 10x10x10 cm och väga mindre än 1,33 kg (3 lbs) per U. Legos gör det enkelt att ha en exakt 10x10x10 cm medan du använder två Lego -baser för golvet och locket på cubesat. Du kan behöva såga ner Lego -baserna för att få dem exakt hur du vill ha dem. Inuti kubesatsen kommer du att ha din arduino, brödbräda, batteri och SD -korthållare alla fästa på väggarna med hjälp av vilket lim du vill. Vi använde tejp för att säkerställa att inga bitar skulle lossna inuti. För att fästa kubesatsen på orbitern använde vi snöre, gummiband och en dragkedja. Gummibanden måste lindas runt kuben som om bandet lindas runt en present. Strängen knyts sedan till mitten av gummibandet på locket. Sedan slingas strängen genom en dragkedja som sedan hakas fast i orbitern.

Steg 3: Konstruera Arduino

Vårt mål för denna CubeSat, som sagt tidigare, var att bestämma accelerationen på grund av gravitationen på Mars med en accelerometer. Accelerometrar är integrerade kretsar eller moduler som används för att mäta accelerationen för ett objekt som de är fästa till. I detta projekt lärde jag mig grunderna i kodning och kabeldragning. Jag använde en mpu 6050 som används som en elektromekanisk enhet som mäter accelerationskrafter. Genom att känna av mängden dynamisk acceleration kan du analysera hur enheten rör sig på X-, Y- och Z -axeln. Med andra ord kan du se om den rör sig upp och ner eller från sida till sida; en accelerometer och lite kod kan enkelt ge dig data för att bestämma den informationen. Ju mer känslig sensorn är, desto mer exakt och detaljerad blir data. Detta innebär att för en given accelerationsförändring blir det en större förändring i signalen.

Jag var tvungen att koppla arduino, som redan var ansluten till accelerometern, till SD -korthållaren som skulle lagra data som mottogs under flygningstestet så att vi sedan kunde ladda upp det till en dator. På så sätt kan vi se mätningarna av X-, Y- och Z -axeln för att se var kuben satt i luften. Du kan se på bifogade bilder hur du kopplar arduino till accelerometern och brödbrädan.

Steg 4: Flyg- och vibrationstester (Alex)

För att säkra kubens hållbarhet var vi tvungna att genomgå en serie tester som skulle simulera miljön som den skulle sättas igenom i rymden. Det första testet vi fick sätta kuben satt kallades flugtestet. Vi var tvungna att stränga upp arduino till en enhet som kallas en orbiter och simulera dess flygväg runt den röda planeten. Vi provade flera metoder för att fästa kuben satt, men så småningom kunde vi bosätta oss på ett dubbelt gummiband som lindades runt kuben satt. En snöre fästes sedan på gummibanden.

Flygtestet blev inte direkt lyckat, eftersom på vårt första försök började en del av bandet lossna. Vi bytte sedan mönster till alternativet gummiband som nämns i föregående stycke. Även om vi på vårt andra försök kunde låta ungen flyga i önskad hastighet i 30 sekunder, utan att det uppstod några problem alls.

Nästa test var vibrationstestet, som löst skulle simulera kuben som satt och färdades genom en planets atmosfär. Vi var tvungna att sätta kuben satt på vibrationsbordet och skruva upp kraften till en viss grad. Kuben satt sedan måste förbli i takt i minst 30 sekunder vid denna effektnivå. Lyckligtvis för oss kunde vi klara alla aspekter av testet på vårt första försök. Nu återstod bara den sista datainsamlingen och testerna.

Steg 5: Tolkning av data

Med de data vi fick efter att ha gjort det sista testet kan du se var kuben reste på X-, Y- och Z -axeln och bestämma accelerationen genom att dividera din förskjutning med tiden. Detta ger dig medelhastigheten. Nu, så länge objektet accelererar enhetligt, behöver du bara multiplicera medelhastigheten med 2 för att få sluthastigheten. För att hitta accelerationen tar du sluthastigheten och dividerar den med tiden.

Steg 6: Slutsats

Det slutliga målet för vårt projekt var att bestämma accelerationen av gravitationen runt Mars. Genom data som samlats in med Arduino kan det fastställas att gravitationens acceleration medan den kretsar runt Mars förblir konstant. Under resan runt Mars förändras dessutom banans riktning ständigt.

Sammantaget var vårt teams största takeaways vår tillväxt i vår flytande i att läsa och skriva kod, vår förståelse för en ny teknik i framkant av rymdutforskning och vår förtrogenhet med det inre arbetet och många användningsområden för en Arduino.

För det andra, under hela projektet, lärde vårt team inte bara de ovannämnda teknik- och fysikbegreppen, utan vi lärde oss också färdigheter inom projektledning. Några av dessa färdigheter inkluderar att uppfylla tidsfrister, justera för designövervakning och oförutsedda problem och att genomföra dagliga standup -möten för att ge vår grupp ansvar och i sin tur hålla alla på rätt väg för att nå våra mål.

Sammanfattningsvis uppfyllde vårt team alla test- och datakrav, samt lärde oss ovärderlig fysik och teamhanteringskunskaper som vi kan bära in i framtida insatser i skolan och i alla grupparbete-orienterade yrken.