Hur man bygger CubeSat med Arduino och Geiger Counter Sensor: 11 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

Har du någonsin undrat om Mars är radioaktivt eller inte? Och om det är radioaktivt, är strålningsnivåerna tillräckligt höga för att anses vara skadliga för människor? Detta är alla frågor som vi hoppas kan besvaras av vår CubeSat med Arduino Geiger Counter.

Strålning mäts i sieverts, vilket kvantifierar mängden strålning som absorberas av mänskliga vävnader, men på grund av deras enorma storlek mäter vi vanligtvis i millisievert (mSV). 100 mSV är den lägsta årliga dosen där varje ökning av cancerrisken är uppenbar, och en enda dos på 10 000 mSV är dödlig inom veckor. Våra förhoppningar är att avgöra var denna simulering landar Mars på den radioaktiva skalan.

Vår fysikklass började med att studera flygkrafterna under första kvartalet genom ett labb där vi designade vårt eget flygplan och sedan skapade det av frigolitplattor. Vi skulle sedan fortsätta att starta för att testa drag, lyft, dragkraft och vikt av planet. Efter den första uppsättningen data skulle vi sedan göra ändringar i planet för att försöka få det längsta möjliga avståndet.

Sedan andra kvartalet fokuserade vi på att bygga en vattenraket för att ytterligare observera och testa de begrepp vi lärt oss under första kvartalet. För detta projekt använde vi 2L flaskor och andra material för att bygga vår raket. När vi var redo att sjösätta skulle vi fylla flaskorna med vatten, gå ut, placera raketen på en startplatta, trycksätta vattnet och släppa. Målet var att skjuta raketen längst möjligt i vertikal riktning och få den att komma ner säkert.

Vårt tredje sista”stora” projekt byggde en CubeSat som skulle bära en Arduino och en sensor säkert till vår klassrumsmodell av Mars. Huvudmålet för detta projekt var att bestämma mängden radioaktivitet på Mars och avgöra om det är skadligt för människor. Några andra sidomål var att skapa en CubeSat som skulle klara skakprovet och kunna passa alla nödvändiga material inuti den. Sidomålen går hand i hand med begränsningarna. De begränsningar vi hade för detta projekt var måtten på CubeSat, hur mycket den väger och materialet som det är byggt av. Andra begränsningar som inte var relaterade till CubeSat var hur lång tid vi hade att 3D -skriva ut eftersom vi bara fick en dag att göra det. sensorerna vi använde var också en begränsning eftersom det fanns sensorer som klassen inte hade tillgängliga eller inte kunde köpa. Utöver detta var vi tvungna att klara skakningstestet för att bestämma stabiliteten hos CubeSat och viktprovet för att se till att vi inte översteg 1,3 kg.

-Juan

Steg 1: Materiallista

3D-tryckt CubeSat- Miniatyriserad satellit som har måtten 10 cm x 10 cm x 10 cm och inte kan väga mer än 1,3 kg. Det är här vi lägger alla våra ledningar och sensorer, fungerar som en rymdprob

Wires- Används för att ansluta Geiger Counter och Arduino till varandra och få dem att fungera

Arduino- Används för att köra koden på Geiger Counter

Geiger Counter- Används för att mäta radioaktivt sönderfall, det här är vad hela vårt projekt är beroende av för att bestämma radioaktivitet

Batterier- Används för att driva Geiger-räknaren som kommer att driva Arduino när den är ansluten

Micro sd Reader- Används för att samla in och registrera data som samlats in med Geiger Counter

Skruvar- Används för att dra åt toppen och botten av CubeSat för att säkerställa att den inte går sönder

Uranmalm- Radioaktivt material som är vad Geiger Counter använder för att bestämma radioaktivitet

Dator- Används för att hitta/skapa koden som du kommer att använda för Arduino

USB-kabel- Används för att ansluta din Arduino till datorn och köra koden

Steg 2: Bygg din CubeSat

Det första du behöver är din CubeSat.

(Om du vill ha en detaljerad förklaring av vad en CubeSat är kassan

När du designar din CubeSat har du två huvudalternativ, bygg ditt eget av allt material du har eller ett 3D -tryck.

Min grupp bestämde sig för att 3D -skriva ut vår CubeSat så allt vi behövde göra var att leta upp "3D CubeSat" och vi hittade flera mallar men vi bestämde oss för att hämta filen från NASA: s webbplats. Därifrån måste du ladda ner filen; då behöver du en flash -enhet för att packa upp filen och ladda upp den till en 3D -skrivare.

Därifrån är det bara att fortsätta och 3D -skriva ut CubeSat för att fortsätta med resten av stegen.

När vi skapade vår 3D CubeSat -modell insåg vi att vår Arduino och sladdar inte skulle passa inuti den. Vi var alla tvungna att skapa en strategi och ta reda på hur vi skulle lägga allt inuti. Vi var tvungna att rotera och sätta vårt lock upp och ner med framsidan uppåt. Efter det var vi tvungna att borra hål och kunna skruva naglarna och hitta den bra storleken. Medan vi lade allt Arduino, SD -kort och allt i det hade vi "för mycket" utrymme så vi var tvungna att lägga till några bubbelomslag inuti så när vi testade skulle det inte gå överallt eftersom det var helt trådbundet och anslutet.

Steg 3: Skissa din design

När du har fått alla dina material kommer du att vilja göra en skiss över hur din design kommer att se ut.

Vissa tycker att detta steg är mer användbart än andra så det kan vara så detaljerat eller så enkelt som du vill, men det är bra att få en allmän uppfattning om hur du ska organisera allt.

Vår grupp använde det personligen för att brainstorma hur vi skulle organisera våra sensorer och alla trådar men därifrån fann vi inte så mycket för det eftersom vi ständigt förändrade saker och därför fungerade våra skisser bara som en utgångspunkt sedan vi inte gjorde det håller inte riktigt med dem.

När du väl har en allmän uppfattning om hur allt kommer att se ut kan du gå vidare till nästa steg

Steg 4: Lär dig hur Geiger -räknaren fungerar

När vi fick Geiger -räknaren levererad till oss var vi tvungna att lära oss hur den fungerade eftersom ingen av oss någonsin hade använt en.

Det första vi lärde oss är att Geiger Counter är superkänslig. Sensorerna på baksidan skulle göra ett extremt högt ljud såväl som själva Geiger -röret när vi rörde. Om vi höll fingret på röret skulle det göra en lång konstant pip och vi tog av och på fingrarna och det pipade efter hur långa fingrarna var på röret.

Sedan testade vi Geiger Counter med bananer. Vi insåg att ju närmare det radioaktiva materialet var Geiger-räknaren, desto mer skulle det ticka och vice versa.

Steg 5: Verktyg/säkerhetsmetoder

1. Det första som behövs är en CubeSat. För att göra det behöver du en 3d -skrivare och filerna för att skriva ut, eller så kan du bygga din egen med allt material du tror kommer att fungera; kom ihåg att CubeSat måste vara 10 cm x 10 cm x 10 cm (hoppa över del 2 om du bygger din egen)
2. Därefter måste du borra hål i de övre och nedre skalen på den 3d -tryckta CubeSat för att sätta skruvar i den. Skruva fast bottenhöljet (se till att du bär glasögon för att förhindra att skräp kommer in i dina ögon)
3. Skaffa några batterier och lägg dem i ett batteri, sedan dra batterierna till Geiger Counter och kabel Geiger Counter till Arduino. Se till att en Micro SD -läsare är ansluten också.
4. Slå på Geiger -räknaren för att se till att allt fungerar som det ska. Lägg allt inuti CubeSat.
5. Testa din CubeSat för att vara säker
6. Efter att ha samlat in dina data, se till att ingenting i CubeSat överhettas. Om det finns, koppla ur det omedelbart och bedömer problemet
7. Testa allt för att kontrollera om data samlas in
8. Var noga med att tvätta händerna efter att ha hanterat uranet som används för att samla in data

Steg 6: Anslutning av Arduino

Den enda strömförsörjningen som behövs är AA -batterier

Anslut batterierna direkt till Geiger -räknaren och anslut sedan VVC -stiftet till den positiva kolumnen på brödbrädan.

Kör en annan tråd på samma kolumn i brödbrädan till 5V -facket på Arduino. Detta kommer att driva Arduino.

Dra sedan en kabel från 5V -stiftet på arduinoen till SD -kortadaptern.

Dra sedan VIN på geigerdisken till en analog stift på Arduino.

Dra sedan GND till den negativa kolumnen på panelen.

Koppla den negativa kolumnen till GND på Arduino.

SD -kort till Arduino:

Miso går till 11

Miso går till 12

SCK går till 13

CS går till 4

Steg 7: Kodning

Det enklaste sättet att koda Arduino är att ladda ner ArduinoCC -appen, som låter dig skriva kod och ladda upp den till Aduino. Vi hade väldigt svårt att hitta en komplett kod som skulle fungera. Tur för dig, vår kod inkluderar registrering av CPM (klick per minut) och data på SD -kortet.

Koda:

#omfatta

#omfatta

/ * * Geiger.ino * * Denna kod interagerar med Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE) Geiger counter board

* och rapporterar avläsningar i CPM (räkningar per minut). *

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

* Licens: MIT -licens *

* Använd fritt med tillskrivning. Tack!

*

* * Redigerad ** */

#define LOG_PERIOD 5000 // Loggningsperiod i millisekunder, rekommenderat värde 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 // Maximal loggningsperiod

flyktiga osignerade långa räkningar = 0; // GM Tube -evenemang

osignerad lång cpm = 0; // CPM

const unsigned int multiplier = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Beräknar/lagrar CPM

osignerad lång tidigareMillis; // Tidsmätning

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// Fångar antalet händelser från Geiger counter board counts ++;

}

#omfatta

Arkivera minFile;

void setup () {

pinMode (10, OUTPUT);

SD. Började (4); // Öppna seriell kommunikation och vänta på att porten öppnas:

Serial.begin (115200);

}

void loop () {// ingenting händer efter installationen

osignerad lång strömMillis = millis ();

if (currentMillis - previousMillis> LOG_PERIOD) {

previousMillis = currentMillis;

cpm = räknar * multiplikator;

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

om (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

räknar = 0;

pinMode (pin, INPUT); // Ställ in pin till ingång för att fånga avbrott i GM Tube -händelser (); // Aktivera avbrott (om de tidigare var inaktiverade) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Definiera externa avbrott

}

}

Bilden vi har är av den första koden vi använde som var ofullständig så det var det första av våra problem med kodning. Därifrån kunde vi inte riktigt fortsätta med projektet förrän våra lärare hjälpte oss med koden. Denna kod härrörde från en annan kod som fungerade med Geiger Counter ensam men inte en gång den var ihopkopplad med SD -kortet.

Steg 8: Testkod

När du har din kod fortsätter du och testar koden för att se till att du kan samla in data.

Se till att alla inställningar är korrekta, så kontrollera dina portar och dina ledningar för att se till att allt är korrekt.

När du har kontrollerat allt kör koden och se data du får.

Notera också enheterna för strålningen du samlar in för att avgöra den faktiska strålningen som sänds ut.

Steg 9: Testa din CubeSat

När du väl har bestämt din kodning och alla dina ledningar är klara är ditt nästa steg att passa allt inuti CubeSat och testa det för att se till att inget går sönder vid din sista testning.

Det första testet du måste slutföra är flygprovet. Få något att hänga din CubeSat från och snurra den för att testa om den kommer att flyga iväg eller inte och för att se till att den snurrar åt rätt håll.

När du har slutfört det första preliminära testet måste du slutföra två skakprov. Det första testet kommer att simulera turbulensen som CubeSat skulle uppleva när han kom ut ur jordens atmosfär och det andra skakningstestet skulle simulera turbulensen i rymden.

Se till att alla dina delar höll ihop och att ingenting föll isär.

Steg 10: Slutprovning och resultat

Data samlas på bordet på olika avstånd från geigerdisken

Insamlingsintervall vid 5 sekunder 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Innan vår sista testning samlade vi in data genom att slå på Geiger -räknaren och sätta det radioaktiva materialet på olika avstånd. Ju högre siffra desto närmare var Geiger Counter det radioaktiva materialet.

Data som samlats in under den faktiska testningen

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

För vår faktiska testning visade sig det radioaktiva materialet vara för långt bort från Geiger -räknaren för att det ens skulle kunna mäta.

Vad betyder data? Med hjälp av avläsningstabellen kan vi avgöra att ju högre siffra desto farligare är strålningen för människor. Vi kan sedan visa Klick per minut till mSV som är de verkliga enheterna för strålning. Och så, baserat på vårt experiment, är Mars perfekt för människor!

Tyvärr är verkligheten ofta en besvikelse. Mars strålning är faktiskt 300 mSv vilket är 15x högre än vad en kärnkraftsarbetare exponeras årligen.

Andra uppgifter för vårt flyg inkluderar:

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

Steg 11: Problem/tips/källor

Det stora problemet vi hade var att hitta koden som skulle fungera för Geiger och SD -kortet så om du har samma problem kan du använda vår kod som bas. Ett annat alternativ skulle vara att gå till Arduino -forumen och be om hjälp där (var dock redo att betala, eftersom vi märkte att människor är mindre benägna att hjälpa till om det inte finns någon ersättning).

En sak vi skulle råda till andra är att försöka hitta ett sätt för Geiger Counter att vara så nära strålningen som möjligt för att kunna få mer certifierad data.

Här är källorna vi konsulterade för alla intresserade:

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

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

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