Ինչպես կառուցել CubeSat- ը Arduino- ի և Geiger Counter Sensor- ի միջոցով. 11 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:48

Երբևէ մտածե՞լ եք, թե արդյոք Մարսը ռադիոակտիվ է: Իսկ եթե դա ռադիոակտիվ է, ճառագայթման մակարդակն այնքան բարձր է, որ համարվի՞ վնասակար մարդկանց համար: Սրանք բոլոր այն հարցերն են, որոնց մենք հույս ունենք, որ կարող է պատասխանել մեր CubeSat- ը Arduino Geiger Counter- ի միջոցով:

Iationառագայթումը չափվում է սիվերտներով, ինչը քանակականորեն չափում է մարդու հյուսվածքների կողմից ներծծվող ճառագայթման քանակը, սակայն դրանց հսկայական չափերի պատճառով մենք սովորաբար չափում ենք միլիսիվերցում (mSV): 100 mSV- ը տարեկան ամենացածր դոզանն է, որի դեպքում ակնհայտ է քաղցկեղի ռիսկի բարձրացումը, իսկ 10 000 mSV- ի մեկ դոզան մահացու է շաբաթների ընթացքում: Մեր հույսն է պարզել, թե որտեղ է այս սիմուլյացիան տեղադրում Մարսը ռադիոակտիվ մասշտաբով:

Ֆիզիկայի մեր դասը սկսվեց ՝ ուսումնասիրելով առաջին եռամսյակի ընթացքում թռիչքի ուժերը լաբորատորիայում, որտեղ մենք նախագծեցինք մեր ինքնաթիռը, այնուհետև այն ստեղծեցինք պոլիպրոփետե թիթեղներից: Այնուհետև մենք կշարունակենք արձակումը `փորձելու ինքնաթիռի քաշը, բարձրացումը, մղումը և քաշը: Տվյալների առաջին փաթեթից հետո մենք ինքնաթիռում փոփոխություններ կկատարենք `փորձելով հասնել հնարավորինս հեռավոր հեռավորությանը:

Երկրորդ եռամսյակում մենք կենտրոնացանք ջրի հրթիռի կառուցման վրա `առաջին եռամսյակում սովորած հասկացությունները հետագայում դիտելու և փորձարկելու համար: Այս նախագծի համար մենք օգտագործեցինք 2 լ շշեր և այլ նյութեր `մեր հրթիռը կառուցելու համար: Երբ մենք պատրաստ էինք մեկնարկել, մենք շշերը լցնում էինք ջրով, դուրս էինք գալիս, հրթիռը տեղադրում արձակման հարթակի վրա, ճնշում գործադրում ջրի վրա և արձակում: Նպատակն էր հրթիռը հնարավորինս հեռու արձակել ուղղահայաց ուղղությամբ և ապահով կերպով իջնել այն:

Մեր երրորդ վերջին «մեծ» նախագիծը CubeSat- ի կառուցումն էր, որը Arduino- ն և սենսորը ապահով կերպով կտեղափոխեր Մարսի մեր դասարանի մոդելը: Այս նախագծի հիմնական նպատակն էր որոշել Մարսում ռադիոակտիվության քանակը և որոշել, թե արդյոք դա վնասակար է մարդկանց համար: Որոշ այլ կողմնակի նպատակներ էին CubeSat- ի ստեղծումը, որը կդիմանա ցնցման փորձությանը և կկարողանա տեղավորել դրա ներսում անհրաժեշտ բոլոր նյութերը: Կողմնակի նպատակները ձեռք -ձեռքի տված են սահմանափակումների հետ: Այս նախագծի համար սահմանափակումներն էին CubeSat- ի չափերը, քաշը և նյութը, որից այն կառուցված է: Այլ սահմանափակումներ, որոնք կապված չեն CubeSat- ի հետ, այն ժամանակն էր, որը մենք ստիպված էինք 3D տպել, քանի որ դրա ավարտին մնացել էր ընդամենը մեկ օր: մեր օգտագործած տվիչները նույնպես սահմանափակում էին, քանի որ կային սենսորներ, որոնք դասարանը մատչելի չէր կամ չէր կարող գնել: Բացի այդ, մենք պետք է անցնեինք թափահարման թեստը `CubeSat- ի կայունությունը որոշելու և քաշի թեստը` համոզվելու համար, որ չենք գերազանցել 1,3 կգ -ը:

-Jուան

Քայլ 1: Նյութերի ցուցակ

3D տպագիր CubeSat- մանրանկարված արբանյակ, որն ունի 10 սմ x 10 սմ x 10 սմ չափսեր և չի կարող կշռել ավելի քան 1.3 կգ: Սա այն վայրն է, որտեղ մենք դնում ենք մեր բոլոր լարերը և տվիչները, ծառայում է որպես տիեզերական զոնդ

Լարեր- Օգտագործվում է Geiger Counter- ը և Arduino- ն միմյանց միացնելու և դրանք գործարկելու համար

Arduino- Օգտագործվում է Geiger Counter- ի կոդը գործարկելու համար

Geiger Counter- Օգտագործվում է ռադիոակտիվ քայքայումը չափելու համար, ահա թե ինչից է կախված մեր ամբողջ նախագիծը ռադիոակտիվությունը որոշելու համար

Մարտկոցներ- Օգտագործվում է Geiger Counter- ի սնուցման համար, որը միացնելու դեպքում Arduino- ն սնուցելու է

Micro sd Reader- Օգտագործվում է Geiger Counter- ով հավաքված տվյալների հավաքման և գրանցման համար

Պտուտակներ- Օգտագործվում է CubeSat- ի վերին և ստորին հատվածները սեղմելու համար `ապահովելու համար, որ այն չի քայքայվում

Ուրանի հանքաքար- ռադիոակտիվ նյութ, որը Գայգերի հաշվիչն օգտագործում է ռադիոակտիվությունը որոշելու համար

Համակարգիչ- Օգտագործվում է Arduino- ի համար օգտագործվող կոդը գտնելու/ստեղծելու համար

USB լար- Օգտագործվում է ձեր Arduino- ն համակարգչին միացնելու և ծածկագիրը գործարկելու համար

Քայլ 2: Կառուցեք ձեր CubeSat- ը

Առաջին բանը, որ ձեզ պետք կգա, ձեր CubeSat- ն է:

(Եթե ցանկանում եք մանրամասն բացատրել, թե ինչ է CubeSat- ը գնում, Ձեր CubeSat- ի նախագծման ժամանակ դուք ունեք երկու հիմնական տարբերակ ՝ կառուցեք ձեր սեփականը ցանկացած նյութից, կամ 3D տպիչով:

Իմ խումբը որոշեց 3D տպել մեր CubeSat- ը, այնպես որ մեզ մնում էր միայն փնտրել «3D CubeSat» - ը, և մենք գտանք մի քանի կաղապարներ, բայց որոշեցինք ֆայլը վերցնել NASA- ի կայքից: Այնտեղից ձեզ հարկավոր կլինի ներբեռնել ֆայլը. այնուհետև ձեզ հարկավոր կլինի ֆլեշ կրիչ ՝ ֆայլը բացելու և այն 3D տպիչի վրա բեռնելու համար:

Այնտեղից պարզապես առաջ գնացեք և 3D տպեք CubeSat- ը ՝ մնացած քայլերը շարունակելու համար:

Մեր 3D CubeSat մոդելը ստեղծելիս մենք հասկացանք, որ մեր Arduino- ն և լարերը չեն տեղավորվում դրա ներսում: Մենք բոլորս պետք է ստեղծեինք ռազմավարություն և պարզեինք, թե ինչպես ամեն ինչ ներսում դնել: Մենք ստիպված էինք պտտվել և ծածկը դնել վերևի և ներքևի երեսի վրա: Դրանից հետո մենք պետք է անցքեր բացեինք և կարողանայինք պտուտակել եղունգները և գտնել լավ չափը: Մինչև ամբողջ Arduino- ն, SD քարտը և ամեն ինչ դրա մեջ դնելիս մենք «չափազանց» տարածք ունեինք, այնպես որ մենք ստիպված էինք մի քանի պղպջակների փաթաթել ներսում: երբ մենք փորձարկում էինք, այն ամենուր չէր գնա, քանի որ ամեն ինչ լարով և միացված էր:

Քայլ 3. Ուրվագծեք ձեր դիզայնը

Ձեր բոլոր նյութերը ստանալուց հետո կցանկանաք ուրվագծել, թե ինչպիսին կլինի ձեր դիզայնը:

Ոմանք այս քայլն ավելի օգտակար են համարում, քան մյուսները, ուստի այն կարող է լինել այնքան մանրամասն կամ պարզ, որքան ցանկանում եք, բայց լավ է ընդհանուր պատկերացում կազմել, թե ինչպես եք ամեն ինչ կազմակերպելու:

Մեր խումբն անձամբ այն օգտագործեց ՝ մտորելու համար, թե ինչպես ենք մենք կազմակերպելու մեր տվիչներն ու բոլոր լարերը, բայց այնտեղից մենք դրա համար մեծ օգուտ չգտանք, քանի որ անընդհատ փոխում էինք իրերը, ուստի մեր էսքիզները ծառայում էին միայն որպես ելակետ, քանի որ դա չէինք անում: իրոք կառչիր նրանցից:

Երբ ընդհանուր պատկերացում կազմեք, թե ինչպիսին է լինելու ամեն ինչ, կարող եք անցնել հաջորդ քայլին

Քայլ 4: Իմացեք, թե ինչպես է աշխատում Գեյգերի հաշվիչը

Երբ մենք մեզ հանձնեցինք Գայգերի հաշվիչը, մենք պետք է սովորեինք, թե ինչպես է այն աշխատում, քանի որ մեզանից ոչ մեկը երբևէ չէր օգտագործել մեկը:

Առաջին բանը, որ մենք սովորեցինք, այն է, որ Գեյգերի հաշվիչը չափազանց զգայուն է: Հետևի սենսորները չափազանց բարձր աղմուկ էին բարձրացնում, ինչպես նաև հենց Գեյգերի խողովակը, երբ դիպչում էինք: Եթե մենք մատը պահեինք խողովակի վրա, ապա դա կլիներ մեկ երկարատև ազդանշան, և մենք մեր մատները հանում և կվերջացնեինք և այն կզնգաց ըստ խողովակի վրա մեր մատների տևողության:

Այնուհետեւ մենք փորձեցինք Geiger Counter- ը `օգտագործելով բանան: Մենք հասկացանք, որ ինչքան ռադիոակտիվ նյութը ավելի մոտ էր Գայգերի հաշվիչին, այնքան ավելի շատ կխփեր և հակառակը:

Քայլ 5. Գործիքներ/Անվտանգության պրակտիկա

1. Առաջին բանը, որ անհրաժեշտ է, CubeSat- ն է: Դա անելու համար ձեզ հարկավոր է 3D տպիչ և ֆայլեր տպելու համար, կամ կարող եք ինքներդ կառուցել ՝ օգտագործելով այն նյութերը, որոնք, ձեր կարծիքով, կաշխատեն. հիշեք, CubeSat- ը պետք է լինի 10 սմ x 10 սմ x 10 սմ (Բաց թողեք 2 -րդ մասը, եթե ինքներդ եք կառուցում)
2. Հաջորդը, անհրաժեշտ կլինի անցքեր փորել 3D տպված CubeSat- ի վերևի և ներքևի պատյանների մեջ `դրա մեջ պտուտակներ տեղադրելու համար: Շարունակեք և պտուտակեք ներքևի պատյանը (համոզվեք, որ ակնոց եք կրում, որպեսզի ձեր աչքերին բեկորներ չմտնեն)
3. Վերցրեք մի քանի մարտկոց և դրեք դրանք մարտկոցի տուփի մեջ, այնուհետև մարտկոցները միացրեք Գեյգերի հաշվիչին և միացրեք Գեյգերի հաշվիչը Arduino- ին: Համոզվեք, որ Micro SD ընթերցողը նույնպես միացված է:
4. Միացրեք Geiger Counter- ը `համոզվելու համար, որ ամեն ինչ ճիշտ է աշխատում: Տեղադրեք ամեն ինչ CubeSat- ի ներսում:
5. Փորձարկեք ձեր CubeSat- ը ՝ համոզվելու համար
6. Ձեր տվյալները հավաքելուց հետո համոզվեք, որ CubeSat- ում ոչինչ չի գերտաքանում: Եթե կա, անմիջապես անջատեք այն և գնահատեք խնդիրը
7. Ստուգեք ամեն ինչ ՝ ստուգելու համար, թե արդյոք տվյալները հավաքվում են
8. Տվյալներ հավաքելու համար օգտագործվող ուրանի հետ գործ ունենալուց հետո անպայման լվացեք ձեր ձեռքերը

Քայլ 6. Arduino- ի միացում

Միակ սնուցման աղբյուրը AA մարտկոցներն են

Մարտկոցները միացրեք ուղիղ Geiger հաշվիչին, այնուհետև միացրեք VVC կապը հացաթխիկի դրական սյունակին:

Հացաթղթի նույն սյունակի վրա մեկ այլ մետաղալար անցկացրեք մինչև Arduino- ի 5V բնիկ: Սա կհզորացնի Arduino- ն:

Այնուհետև, արդուինոյի 5V պինից մետաղալար անցկացրեք SD քարտի ադապտեր:

Հաջորդը, Geiger հաշվիչի VIN- ը միացրեք Arduino- ի անալոգային քորոցին:

Դրանից հետո մետաղալարով GND- ը դրեք սեղանի վրա բացասական սյունակի վրա:

Միացրեք բացասական սյունակը GND- ին Arduino- ում:

SD քարտ Arduino- ին.

Միսոն գնում է 11

Միսոն գնում է 12

SCK- ն անցնում է 13 -ի

CS- ն անցնում է 4 -ի

Քայլ 7: Կոդավորում

Arduino- ի ծածկագրման ամենահեշտ ձևը ներբեռնելն է ArduinoCC ծրագիրը, որը թույլ է տալիս գրել կոդը և վերբեռնել այն Aduino- ում: Մենք շատ դժվարությամբ գտանք ամբողջական կոդ, որը կաշխատեր: Ձեր բախտը բերել է, որ մեր ծածկագիրը ներառում է CPM (րոպեում կտտոցներ) և SD քարտի տվյալների գրանցում:

Կոդ:

#ներառում

#ներառում

/ * * Geiger.ino * * Այս կոդը փոխազդում է Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE) Geiger հաշվիչի տախտակի հետ

* և հաշվետվություններ է կարդում CPM- ով (հաշվում է րոպեում): *

* Հեղինակ ՝ Mark A. Heckler (@MkHeck, [email protected]) *

* Լիցենզիա. MIT լիցենզիա *

* Խնդրում ենք ազատ օգտագործել վերագրումներով: Շնորհակալություն!

*

* * Խմբագրված ** */

#սահմանել LOG_PERIOD 5000 // Անտառահատման ժամանակահատվածը միլիվայրկյաններում, առաջարկվող արժեքը `15000-60000:

#սահմանել MAX_PERIOD 60000 // Անտառահատումների առավելագույն ժամկետ

անկայուն անստորագիր երկար հաշվարկներ = 0; // GM Tube միջոցառումներ

անստորագիր երկար cpm = 0; // CPM

const unsigned int բազմապատկիչ = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Հաշվում/պահում է CPM- ը

անստորագիր երկար նախորդ Միլիս; // Timeամանակի չափում

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// Գրառում է իրադարձությունների քանակը Geiger- ի հաշվիչից ++;

}

#ներառում

Ֆայլ myFile;

void setup () {

pinMode (10, OUTPUT);

SD. սկիզբ (4); // Բացեք սերիական հաղորդակցությունները և սպասեք նավահանգստի բացմանը.

Serial.begin (115200);

}

void loop () {// կարգավորումից հետո ոչինչ չի պատահում

անստորագիր երկար հոսանք Millis = millis ();

եթե (ընթացիկ Միլիս - նախորդ Միլիս> LOG_PERIOD) {

նախորդ Միլիս = ընթացիկ Միլիս;

cpm = հաշվում * բազմապատկիչ;

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

եթե (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

հաշվում = 0;

pinMode (pin, INPUT); // GM Tube- ի իրադարձությունների ընդհատումները ֆիքսելու համար մուտքագրեք մուտքագրում (); // Միացնել ընդհատումները (նախկինում անջատված լինելու դեպքում) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Սահմանել արտաքին ընդհատումները

}

}

Մեր ունեցած պատկերը մեր օգտագործած առաջին ծածկագրից է, որը թերի էր, այնպես որ դա կոդավորման մեր առաջին խնդիրն էր: Այնուհետև մենք իսկապես չէինք կարող շարունակել նախագիծը, մինչև մեր ուսուցիչները չօգնեցին մեզ ծածկագրում: Այս կոդը ստացվել է մեկ այլ ծածկագրից, որն աշխատել է Geiger Counter- ի հետ միայնակ, բայց ոչ մեկ անգամ, երբ այն զուգակցվել է SD քարտի հետ:

Քայլ 8: Փորձարկման կոդ

Ձեր կոդը ստանալուց հետո առաջ անցեք և փորձարկեք ծածկագիրը `համոզվելու համար, որ կարող եք տվյալներ հավաքել:

Համոզվեք, որ բոլոր պարամետրերը ճիշտ են, այնպես որ ստուգեք ձեր նավահանգիստներն ու լարերը ՝ համոզվելու համար, որ ամեն ինչ ճիշտ է:

Ամեն ինչ ստուգելուց հետո գործարկեք կոդը և տեսեք ձեր ստացած տվյալները:

Նաև նշեք ձեր հավաքած ճառագայթման միավորները, որոնք որոշելու են արտանետվող իրական ճառագայթումը:

Քայլ 9: Փորձարկեք ձեր CubeSat- ը

Երբ ձեր կոդավորումը պարզվի և ձեր բոլոր էլեկտրագծերը կատարվեն, ձեր հաջորդ քայլն այն է, որ ամեն ինչ տեղավորեք CubeSat- ի ներսում և փորձարկեք այն `համոզվելու համար, որ ձեր վերջնական փորձարկումից ոչինչ չի քանդվի:

Առաջին թեստը, որը դուք պետք է ավարտեք, թռիչքի փորձարկումն է: Ստացեք ինչ -որ բան, որից կախեք ձեր CubeSat- ը և պտտեք այն ստուգելու համար, թե արդյոք այն կթռչի, թե ոչ և համոզվեք, որ այն պտտվում է ճիշտ ուղղությամբ:

Առաջին նախնական փորձարկումն ավարտելուց հետո ձեզ հարկավոր է լրացնել թափահարման երկու թեստ: Առաջին փորձարկումը նմանակելու է այն տուրբուլենտությունը, որը CubeSat- ը կարող էր զգալ երկրի մթնոլորտից դուրս գալու համար, իսկ երկրորդ թրթռման թեստը `տիեզերական տուրբուլենտությունը:

Համոզվեք, որ ձեր բոլոր մասերը միասին են մնացել, և որ ոչինչ չի քանդվել:

Քայլ 10. Վերջնական փորձարկում և արդյունքներ

Տվյալները հավաքվում են սեղանի վրա `տարբեր հեռավորությունների վրա` հեռու գեյգեր հաշվիչից

Հավաքածուի միջակայքերը 5 վայրկյանում 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Մինչև մեր վերջնական փորձարկումը մենք հավաքեցինք տվյալներ ՝ միացնելով Գեյգերի հաշվիչը և ռադիոակտիվ նյութը դնելով տարբեր հեռավորությունների վրա: Որքան մեծ է թիվը, այնքան ավելի մոտ էր Գայգերի հաշվիչը ռադիոակտիվ նյութին:

Փաստացի փորձարկման ընթացքում հավաքված տվյալները

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

Մեր իրական փորձարկումների համար ռադիոակտիվ նյութը պարզվեց, որ շատ հեռու է Գեյգերի հաշվիչից, որպեսզի այն նույնիսկ չափվի:

Ի՞նչ են նշանակում տվյալները: Դե օգտագործելով ընթերցումների աղյուսակը, մենք կարող ենք որոշել, որ որքան մեծ է թիվը, այնքան ավելի վտանգավոր է ճառագայթումը մարդկանց համար: Այնուհետև մենք կարող ենք մեկ րոպեն մեկ սեղմումը դարձնել mSV, որոնք ճառագայթման իրական միավորներն են: Եվ այսպես, մեր փորձի հիման վրա, Մարսը հիանալի կերպով փրկում է մարդկանց:

Lyավոք, իրականությունը հաճախ հիասթափեցնում է: Մարսի ճառագայթումն իրականում 300 mSv է, ինչը 15 անգամ ավելի բարձր է, քան ատոմակայանի աշխատակիցը տարեկան բացահայտում է:

Մեր թռիչքի այլ տվյալները ներառում են.

Fc: 3.101 Նյուտոն

Ac: 8.072 մ/վ^2

V: 2.107 մ/վ

մ.383816 կգ

P: 1.64 վայրկյան

F:.609 Հց

Քայլ 11: Խնդիրներ/խորհուրդներ/աղբյուրներ

Հիմնական խնդիրը, որը մենք ունեինք, գտել էր Geiger- ի և SD քարտի համար աշխատող ծածկագիրը, այնպես որ, եթե նույն խնդիրը ունեք, ազատ օգտագործեք մեր ծածկագիրը որպես հիմք: Մեկ այլ տարբերակ կլինի գնալ Arduino ֆորումներում և օգնություն խնդրել այնտեղ (պատրաստ եղեք վճարել, սակայն, ինչպես նկատեցինք, մարդիկ ավելի քիչ հավանական է, որ օգնեն, եթե փոխհատուցում չլինի):

Մի բան, որը մենք խորհուրդ կտայինք ուրիշներին, այն է, որ փորձեն գտնել մի տարբերակ, որպեսզի Գեյգերի հաշվիչը հնարավորինս մոտ լինի ճառագայթմանը, որպեսզի կարողանա ավելի վավերացված տվյալներ ստանալ:

Ահա այն աղբյուրները, որոնց հետ մենք խորհրդակցեցինք հետաքրքրված ցանկացած անձի համար.

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

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

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