Cubesat met luchtkwaliteitssensor en Arduino - Ajarnpa

2025 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2025-01-23 15:01

CubeSat-makers: Reghan, Logan, Kate en Joan

Invoering

Heb je je ooit afgevraagd hoe je een Mars-orbiter kunt maken om gegevens te verzamelen over de atmosfeer en luchtkwaliteit van Mars? Gedurende dit jaar hebben we in onze natuurkundeles geleerd hoe we Arduino's kunnen programmeren om gegevens op Mars te kunnen verzamelen. We zijn het jaar begonnen met leren hoe we uit de aptomosfeer van de aarde kunnen komen en zijn langzaam gevorderd met het ontwerpen en bouwen van CubeSats die rond Mars kunnen draaien en gegevens kunnen verzamelen over het oppervlak en de atmosfeer van Mars.

Stap 1: Benodigde materialen

• MQ 9 Gassensor
• Metalen robotonderdelen
• Arduino
• broodplank
• schroeven & moeren

Stap 2: Gereedschap & veiligheid

• Dremel
• Bout snijder
• Tang
• Wielschuurmachine
• Slijper
• Metaalzaag
• schuurpapier
• Tape & string om sensor, Arduino, etc. te bevestigen aan CubeSat (indien nodig)
• Veiligheidsbril
• Handschoenen

Stap 3: Hoe Cubesat te bouwen en Arduino te bedraden

Fritsing-diagrammen om Arduino en sensoren te bedraden

De MQ-9 is een halfgeleider voor CO/brandbaar gas.

Cubesat-beperkingen:

1. 10x10x10
2. Mag niet meer wegen dan 1,3 kg (ongeveer 3 lbs.)

Hoe een Cubesat te bouwen:

LET OP: Gebruik een lintzaag of een ijzerzaag om het metaal te zagen en draag een veiligheidsbril en handschoenen.

1. Snijd 2 platen metaal in een vierkant van 10x10 cm of als u niet de juiste maat metaal heeft, verbindt u 2 stukken metaal met behulp van een plastic connector en enkele schroeven en moeren.

2. Snijd 4 stukken van 10 cm hoge hoekstukken van metaal. Dit zijn de hoeken van de Cubesat.

3. Snijd 8 stukken van 10 lange platte smalle staven metaal.

4. Begin met het verbinden van de hoekstukken met een van de platte vierkanten van 10x10cm die in stap 1 zijn uitgesneden. Zorg dat de schroeven naar de buitenkant van de Cubesat wijzen.

5. Voeg 4 horizontale steunen (lange platte stokken) toe aan de hoekstukken, deze moeten ongeveer halverwege op de hoekstukken komen. Er zouden er vier moeten zijn, één aan elke kant.

6. Voeg 4 verticale steunen toe (lange platte stokken), deze zullen aansluiten op de horizontale steunen in het midden.

7. Gebruik hete lijm om de verticale steunen te verbinden met de basis, waar de hoekdelen zijn verbonden.

8. Plaats het andere vierkant van 10x10 cm erop, bevestig dit met 4 schroeven (één in elke hoek). Bevestig niet voordat de arduino en sensoren in de CubeSat zitten.

Code voor de MQ-9-sensor:

#include //(Serial Peripheral Interface communiceert met apparaten over korte afstanden)

#include // (verzendt en verbindt gegevens met de SD-kaart)

#include // (gebruikt draden om gegevens en informatie te verbinden en te verplaatsen)

vlottersensor Spanning; // (lees de sensorspanning)

vlottersensorWaarde; // (print de gelezen sensorwaarde af)

Bestandsgegevens; // (variabele voor schrijven naar bestand)

// beëindig de pre-setup

void setup() //(acties worden uitgevoerd in setup, maar er wordt geen informatie/gegevens vastgelegd)//

{

pinMode (10, UITGANG); // moet pin 10 instellen om uit te voeren, zelfs als deze niet wordt gebruikt

SD.begin(4); // begint SD-kaart met CS ingesteld op pin 4

Serieel.begin(9600);

sensorValue = analoog lezen (A0); //(analoge pin ingesteld op nul)

sensorVoltage = sensorWaarde/1024*5.0;

}

void loop()// (loop de loop opnieuw en neem geen informatie/gegevens op)

{

Data = SD.open("Log.txt", FILE_WRITE); // opent bestand genaamd "Log"

if (Data) { // zal alleen rusten als het bestand succesvol is gemaakt

Serial.print ("sensorspanning = "); //(print/record sensor spanning)

Seriële.afdruk (sensorVoltage);

Serieel.println ("V"); //(druk gegevens in volatages)

Data.println(sensorVoltage);

Gegevens.sluiten();

vertraging (1000); // (vertraging van 1000 milliseconden en herstart de gegevensverzameling)

}

}

Stap 4: Resultaten en geleerde lessen

Resultaten:

Natuurkunde We hebben onze kennis van de wetten van Newton uitgebreid, met name zijn eerste wet. Deze wet stelt dat een bewegend object in beweging zal blijven, tenzij er een kracht van buitenaf op inwerkt. Hetzelfde concept geldt voor objecten in rust. Toen onze CubeSat in een baan om de aarde draaide, was hij met constante snelheid… dus in beweging. Als de draad zou breken, zou onze CubeSat in een rechte lijn zijn gaan vliegen op het specifieke punt van zijn baan waar hij knapte.

Kwantitatief Toen de baan begon, hadden we een tijdje 4,28, toen veranderde het in 3,90. Dit bepaalt de spanning

Kwalitatief Onze CubeSat draaide in een baan om Mars en verzamelde gegevens over de atmosfeer. We gebruikten propaan (C3H8) om de atmosfeer aan onze MQ-9-sensor toe te voegen om het verschil te detecteren en te meten. De vliegtest verliep erg goed vanwege de vertraging van de Mars-orbiter. De CubeSat vloog in een cirkelvormige beweging, met de censor naar binnen gericht naar Mars.

Les geleerd:

De grootste les die we tijdens dit project hebben geleerd, was door te zetten in onze strijd. Het moeilijkste deel van dit project was waarschijnlijk uitzoeken hoe de SD-kaart moet worden ingesteld en gecodeerd om onze gegevens te verzamelen. Het gaf ons veel problemen omdat het een lang proces van vallen en opstaan was, wat een beetje frustrerend was, maar uiteindelijk kwamen we erachter.

We leerden creatief te zijn en tools te gebruiken om een 10x10x10 CubeSat te maken die luchtvervuiling helpt meten met de MQ-9 gassensor. We gebruikten elektrisch gereedschap zoals een Dremel, een boutensnijder, een grote wielslijper en een ijzerzaag om ons metaal op de juiste maat te zagen. We hebben ook geleerd hoe we ons ontwerp correct kunnen plannen van de ideeën in ons hoofd naar het papier, en vervolgens het plan uitvoeren. Niet helemaal perfect natuurlijk, maar de planning hielp ons om op koers te blijven.

Een andere vaardigheid die we leerden was het coderen van de MQ-9-sensor in de Arduinos. We gebruikten de MQ-9 gassensor omdat ons belangrijkste doel was om een CubeSat te maken die de luchtkwaliteit in de atmosfeer van Mar zou kunnen meten.