Arduino ve Geiger Sayaç Sensörü ile CubeSat Nasıl Yapılır: 11 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Mars'ın radyoaktif olup olmadığını hiç merak ettiniz mi? Ve eğer radyoaktifse, radyasyon seviyeleri insanlara zararlı olarak kabul edilecek kadar yüksek mi? Tüm bunlar, Arduino Geiger Sayacı ile CubeSat'ımız tarafından cevaplanabileceğini umduğumuz sorulardır.

Radyasyon, insan dokuları tarafından emilen radyasyon miktarını belirleyen sievert cinsinden ölçülür, ancak muazzam boyutları nedeniyle genellikle milisievert (mSV) cinsinden ölçeriz. 100 mSV, kanser riskinde herhangi bir artışın belirgin olduğu en düşük yıllık dozdur ve 10.000 mSV'lik tek bir doz haftalar içinde ölümcüldür. Umudumuz, bu simülasyonun Mars'ı radyoaktif ölçekte nereye indirdiğini belirlemek.

Fizik sınıfımız, ilk çeyrekte kendi uçağımızı tasarladığımız ve ardından strafor plakalardan oluşturduğumuz bir laboratuvar aracılığıyla uçuş kuvvetlerini inceleyerek başladı. Ardından, uçağın sürükleme, kaldırma, itme ve ağırlığını test etmek için kalkışa geçeceğiz. İlk veri setinden sonra, mümkün olan en uzak mesafeyi denemek ve elde etmek için uçakta değişiklikler yapardık.

Ardından ikinci çeyrekte, ilk çeyrekte öğrendiğimiz kavramları daha fazla gözlemlemek ve test etmek için bir su roketi yapmaya odaklandık. Bu proje için roketimizi inşa etmek için 2 litrelik şişeler ve diğer malzemeleri kullandık. Fırlatmaya hazır olduğumuzda, şişeleri suyla doldurur, dışarı çıkar, roketi fırlatma rampasına yerleştirir, suyu basınçlandırır ve serbest bırakırdık. Amaç, roketi mümkün olan en uzağa dikey yönde fırlatmak ve güvenli bir şekilde aşağı inmesini sağlamaktı.

Üçüncü son “büyük” projemiz, bir Arduino ve bir sensörü güvenli bir şekilde sınıf modelimiz Mars'a taşıyacak bir CubeSat inşa etmekti. Bu projenin temel amacı, Mars'taki radyoaktivite miktarını belirlemek ve bunun insanlara zararlı olup olmadığını belirlemekti. Diğer bazı yan hedefler, sallama testine dayanacak ve içine gerekli tüm malzemeleri sığdırabilecek bir CubeSat oluşturmaktı. Yan hedefler kısıtlamalarla el ele gider. Bu proje için sahip olduğumuz kısıtlamalar, CubeSat'ın boyutları, ağırlığı ve yapıldığı malzemeydi. CubeSat ile ilgili olmayan diğer kısıtlamalar, bunu yapmak için yalnızca bir günümüz olduğu için 3D baskı yapmak zorunda olduğumuz süreydi; Kullandığımız sensörler de kısıtlıydı çünkü sınıfın sahip olmadığı veya satın alamadığı sensörler vardı. Bunun da ötesinde, CubeSat'ın stabilitesini belirlemek için sallama testini ve 1,3 kg'ı geçmediğimizden emin olmak için ağırlık testini geçmemiz gerekti.

-Juan

Adım 1: Malzeme Listesi

3D baskılı CubeSat- 10cm x 10cm x 10cm boyutlarında ve 1.3Kg'dan fazla ağırlığa sahip olmayan minyatür uydu. Burası tüm kablolarımızı ve sensörlerimizi yerleştirdiğimiz yer, uzay sondası görevi görüyor.

Teller- Geiger Sayacı ve Arduino'yu birbirine bağlamak ve çalışır hale getirmek için kullanılır

Arduino- Kodu Geiger Sayacı üzerinde çalıştırmak için kullanılır

Geiger Sayacı- Radyoaktif bozunmayı ölçmek için kullanılır, radyoaktiviteyi belirlemek için tüm projemiz buna bağlıdır.

Piller - Bağlandıktan sonra Arduino'ya güç sağlayacak Geiger Sayacına güç sağlamak için kullanılır

Micro sd Reader- Geiger Sayacı ile toplanan verileri toplamak ve kaydetmek için kullanılır

Vidalar- CubeSat'ın üstünü ve altını, bozulmamasını sağlamak için sıkmak için kullanılır

Uranyum cevheri - Geiger Sayacının radyoaktiviteyi belirlemek için kullandığı radyoaktif malzeme

Bilgisayar- Arduino için kullanacağınız kodu bulmak/oluşturmak için kullanılır

USB Kablosu - Arduino'nuzu bilgisayara bağlamak ve kodu çalıştırmak için kullanılır

Adım 2: CubeSat'ınızı Oluşturun

İhtiyacınız olan ilk şey CubeSat'ınız.

(CubeSat'ın ne olduğuna dair ayrıntılı bir açıklama isterseniz

CubeSat'ınızı tasarlarken iki ana seçeneğiniz vardır, sahip olduğunuz herhangi bir materyalden kendinizinkini oluşturun veya bir 3D yazdırın.

Grubum CubeSat'ımızı 3D yazdırmaya karar verdi, bu yüzden tek yapmamız gereken "3D CubeSat" aramaktı ve birkaç şablon bulduk ama dosyayı NASA web sitesinden almaya karar verdik. Oradan dosyayı indirmeniz gerekecek; daha sonra, dosyayı açmak ve bir 3D yazıcıya yüklemek için bir flash sürücüye ihtiyacınız olacak.

Oradan, devam edin ve kalan adımlara devam etmek için CubeSat'ı 3D yazdırın.

3D CubeSat modelimizi oluştururken Arduino ve kablolarımızın içine sığmayacağını fark ettik. Hepimizin bir strateji oluşturması ve her şeyi nasıl içine koyacağımızı bulmamız gerekiyordu. Kapağımızı yukarı ve aşağı bakacak şekilde döndürmek ve koymak zorunda kaldık. Daha sonra delikler açıp çivileri vidalayıp uygun boyutu bulmamız gerekti. Arduino, SD kart ve her şeyi içine koyarken "çok fazla" yerimiz vardı, bu yüzden içine biraz balonlu naylon eklemek zorunda kaldık. test ederken her yere gitmeyecekti çünkü hepsi kablolu ve bağlıydı.

Adım 3: Tasarımınızı Çizin

Tüm malzemelerinizi aldıktan sonra, tasarımınızın nasıl görüneceğinin bir taslağını yapmak isteyeceksiniz.

Bazıları bu adımı diğerlerinden daha yararlı buluyor, bu nedenle istediğiniz kadar ayrıntılı veya sade olabilir, ancak her şeyi nasıl organize edeceğiniz konusunda genel bir fikir edinmek iyidir.

Grubumuz kişisel olarak bunu sensörlerimizi ve tüm kabloları nasıl organize edeceğimiz konusunda beyin fırtınası yapmak için kullandı ama oradan sürekli bir şeyleri değiştirdiğimiz için pek bir kullanım bulamadık ve bu yüzden eskizlerimiz sadece bir başlangıç noktası olarak hizmet etti. gerçekten onlarla takılma.

Her şeyin nasıl görüneceğine dair genel bir fikriniz olduğunda bir sonraki adıma geçebilirsiniz.

Adım 4: Geiger Sayacının Nasıl Çalıştığını Öğrenin

Geiger Sayacı bize teslim edildiğinde, hiçbirimiz daha önce kullanmadığımız için nasıl çalıştığını öğrenmek zorunda kaldık.

Öğrendiğimiz ilk şey, Geiger Sayacının süper hassas olduğudur. Arkadaki sensörler, dokunduğumuzda Geiger tüpünün yanı sıra son derece yüksek bir ses çıkarırdı. Parmağımızı borunun üzerinde tutsaydık, uzun bir sürekli bip sesi çıkarırdı ve parmaklarımızı açıp kapatırdık ve parmaklarımızın tüpte kalma süresine göre bip sesi çıkarırdı.

Sonra muz kullanarak Geiger Sayacı test ettik. Radyoaktif madde Geiger Sayacı'na ne kadar yakınsa, o kadar çok işaret vereceğini ve bunun tersini fark ettik.

Adım 5: Araçlar/Güvenlik Uygulamaları

1. İhtiyaç duyulan ilk şey bir CubeSat. Bunu yapmak için, bir 3d yazıcıya ve yazdırılacak dosyalara ihtiyacınız olacak veya işe yarayacağını düşündüğünüz malzemeleri kullanarak kendinizinkini oluşturabilirsiniz; unutmayın, CubeSat 10cm x 10cm x 10cm olmalıdır (Kendinizi yapıyorsanız 2. bölümü atlayın)
2. Daha sonra, içine vidaları yerleştirmek için 3d baskılı CubeSat'ın üst ve alt kabuklarına delikler açmanız gerekecek. Devam edin ve alt kabuğu vidalayın (Gözlerinize herhangi bir döküntü girmesini önlemek için gözlük taktığınızdan emin olun)
3. Biraz pil alın ve bir pil takımına koyun, ardından pilleri Geiger Sayacı'na bağlayın ve Geiger Sayacı'nı Arduino'ya bağlayın. Bir Micro SD okuyucunun da kablolu olduğundan emin olun.
4. Her şeyin düzgün çalıştığından emin olmak için Geiger Sayacı'nı açın. Her şeyi CubeSat'ın içine koyun.
5. Emin olmak için CubeSat'ınızı test uçuşu yapın
6. Verilerinizi topladıktan sonra, CubeSat'taki hiçbir şeyin aşırı ısınmadığından emin olun. Varsa hemen fişini çekin ve sorunu değerlendirin
7. Verilerin toplanıp toplanmadığını kontrol etmek için her şeyi test edin
8. Veri toplamak için kullanılan Uranyum ile uğraştıktan sonra ellerinizi yıkadığınızdan emin olun.

Adım 6: Arduino'yu Kablolama

İhtiyaç duyulan tek güç kaynağı AA pillerdir

Pilleri doğrudan Geiger Sayacı'na bağlayın, ardından VVC pinini devre tahtasının pozitif sütununa bağlayın.

Breadboard'daki aynı sütunda başka bir kabloyu Arduino'daki 5V yuvasına çalıştırın. Bu Arduino'ya güç verecektir.

Ardından, arduino üzerindeki 5V pininden SD Kart adaptörüne bir kablo çekin.

Ardından, geiger sayacındaki VIN'i Arduino'daki bir analog pime bağlayın.

Bundan sonra, GND'yi devre tahtasındaki negatif sütuna bağlayın.

Negatif sütunu Arduino'daki GND'ye bağlayın.

Arduino'ya SD kart:

Miso 11'e gidiyor

Miso 12'ye gidiyor

SCK 13'e gidiyor

CS 4'e gidiyor

Adım 7: Kodlama

Arduino'yu kodlamanın en kolay yolu, kod yazıp Aduino'ya yüklemenizi sağlayan ArduinoCC uygulamasını indirmektir. İşe yarayacak eksiksiz bir kod bulmakta çok zorlandık. Şansınıza, kodumuz BGBM'yi (dakikadaki tıklama sayısı) ve SD karttaki verileri kaydetmeyi içerir.

Kod:

#Dahil etmek

#Dahil etmek

/* * Geiger.ino * * Bu kod, Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE) Geiger sayaç kartı ile etkileşime girer.

* ve okumaları BGBM (Dakika Başına Sayı) cinsinden raporlar. *

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

* Lisans: MIT Lisansı *

* Lütfen atıfta bulunarak özgürce kullanın. Teşekkürler!

*

* * Düzenlendi** */

#define LOG_PERIOD 5000 //Milisaniye cinsinden kayıt süresi, önerilen değer 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 //Maksimum kayıt süresi

uçucu işaretsiz uzun sayılar = 0; // GM Tüpü olayları

imzasız uzun cpm = 0; // BGBM

const işaretsiz int çarpan = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // BGBM'yi hesaplar/depolar

imzasız uzun öncekiMillis; // Zaman ölçümü

const int pin = 3;

void tube_impulse() {

// Geiger sayaç kartı sayımlarından olay sayısını yakalar++;

}

#Dahil etmek

Dosya myFile;

geçersiz kurulum() {

pinMode(10, ÇIKIŞ);

SD.başla(4); // Seri iletişimi açın ve bağlantı noktasının açılmasını bekleyin:

Seri.başla(115200);

}

void loop() { // kurulumdan sonra hiçbir şey olmuyor

imzasız uzun akımMillis = millis();

if(currentMillis - öncekiMillis > LOG_PERIOD) {

öncekiMillis = şimdikiMillis;

cpm = sayar * çarpan;

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

if(dosyam) {

Seri.println(cpm);

myFile.println(cpm);

myFile.close();

}

sayım = 0;

pinMode(pin, GİRİŞ); // GM Tube olaylarının kesintilerini yakalamak için pini girişe ayarlayın(); // Kesintileri etkinleştir (önceden devre dışı bırakılmışlarsa) ekInterrupt(digitalPinToInterrupt(pin), tube_impulse, FALLING); // Harici kesmeleri tanımlayın

}

}

Elimizdeki resim, kullandığımız ilk kodun eksik olduğu için kodlama ile ilgili sorunlarımızın ilkiydi. O andan itibaren, öğretmenlerimiz bize kod konusunda yardım edene kadar projeye gerçekten devam edemedik. Bu kod, yalnızca Geiger Sayacı ile çalışan başka bir koddan türetilmiştir, ancak SD kart ile eşleştirildikten sonra değil.

Adım 8: Test Kodu

Kodunuzu aldıktan sonra devam edin ve veri toplayabildiğinizden emin olmak için kodu test edin.

Tüm ayarların doğru olduğundan emin olun, bu nedenle her şeyin doğru olduğundan emin olmak için bağlantı noktalarınızı ve kablolarınızı kontrol edin.

Her şeyi kontrol ettikten sonra kodu çalıştırın ve aldığınız verileri görün.

Ayrıca, yayılan gerçek radyasyonu belirleyeceği için topladığınız radyasyon birimlerine de dikkat edin.

9. Adım: CubeSat'ınızı Test Edin

Kodlamanızı çözdükten ve tüm kablolama işleminiz tamamlandıktan sonra, bir sonraki adımınız her şeyi CubeSat'ın içine sığdırmak ve son testinizde hiçbir şeyin dağılmayacağından emin olmak için test etmektir.

Tamamlamanız gereken ilk test uçuş testidir. CubeSat'ınızı asacak bir şey alın ve uçup uçup gitmeyeceğini test etmek ve doğru yönde döndüğünden emin olmak için döndürün.

İlk ön testi tamamladıktan sonra iki sallama testini tamamlamanız gerekir. İlk test, CubeSat'ın dünya atmosferinden çıkarken yaşayacağı türbülansı simüle edecek ve ikinci sallama testi, uzaydaki türbülansı simüle edecek.

Tüm parçalarınızın bir arada kaldığından ve hiçbir şeyin dağılmadığından emin olun.

Adım 10: Son Test ve Sonuçlar

Geiger sayacından farklı mesafelerde masada toplanan veriler

5 saniyede toplama aralıkları 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Son testimizden önce Geiger Sayacı açıp radyoaktif maddeyi farklı mesafelere koyarak veri topladık. Sayı ne kadar yüksekse, Geiger Sayacı radyoaktif malzemeye o kadar yakındı.

Gerçek Test sırasında toplanan veriler

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

Gerçek testimiz için radyoaktif malzemenin Geiger Sayacı'ndan bile ölçmek için çok uzakta olduğu ortaya çıktı.

Veriler ne anlama geliyor? Okuma grafiğini kullanarak, sayı ne kadar yüksek olursa radyasyonun insanlar için o kadar tehlikeli olduğunu belirleyebiliriz. Ardından, Dakika Başına Tıklama'yı radyasyon için gerçek birimler olan mSV'ye dönüştürebiliriz. Ve böylece, deneyimize dayanarak, Mars mükemmel bir şekilde insanlardan tasarruf ediyor!

Ne yazık ki, gerçeklik genellikle hayal kırıklığı yaratıyor. Mars'ın radyasyonu aslında 300 mSv'dir ve bu, bir nükleer santral çalışanının yıllık maruz kaldığından 15 kat daha yüksektir.

Uçuşumuz için diğer veriler şunları içerir:

Fc: 3.101 Newton

Ac: 8.072 m/s^2

V: 2.107 m/s

m:.38416 kg

S: 1.64 saniye

F:.609Hz

11. Adım: Sorunlar/İpuçları/Kaynaklar

Karşılaştığımız en büyük sorun, Geiger ve SD kart için çalışacak kodu bulmaktı, bu nedenle aynı sorunu yaşıyorsanız kodumuzu temel olarak kullanmaktan çekinmeyin. Başka bir seçenek de Arduino forumlarına gitmek ve orada yardım istemek olacaktır (ancak ödemeye hazır olun, çünkü insanların herhangi bir tazminat yoksa yardım etme olasılıklarının daha düşük olduğunu fark ettik).

Başkalarına tavsiye edeceğimiz bir şey, daha fazla sertifikalı veri alabilmek için Geiger Sayacı'nın radyasyona mümkün olduğunca yakın olmasının bir yolunu bulmaya çalışmaktır.

İlgilenenler için başvurduğumuz kaynaklar şunlardır:

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

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

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