Hoe CubeSat te bouwen met Arduino en Geiger Counter Sensor - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Heb je je ooit afgevraagd of Mars wel of niet radioactief is? En als het radioactief is, zijn de stralingsniveaus dan hoog genoeg om als schadelijk voor de mens te worden beschouwd? Dit zijn allemaal vragen waarvan we hopen dat ze kunnen worden beantwoord door onze CubeSat met Arduino Geiger Counter.

Straling wordt gemeten in sieverts, die de hoeveelheid straling kwantificeren die door menselijke weefsels wordt geabsorbeerd, maar vanwege hun enorme omvang meten we meestal in millisieverts (mSV). 100 mSV is de laagste jaarlijkse dosis waarbij een toename van het kankerrisico duidelijk is, en een enkele dosis van 10.000 mSV is binnen enkele weken dodelijk. Onze hoop is om te bepalen waar deze simulatie Mars op de radioactieve schaal landt.

Onze natuurkundeles begon met het bestuderen van de vliegkrachten tijdens het eerste kwartaal via een laboratorium waarin we ons eigen vliegtuig ontwierpen en het vervolgens van piepschuimplaten maakten. We zouden dan doorgaan met lanceren om de weerstand, de lift, de stuwkracht en het gewicht van het vliegtuig te testen. Na de eerste set gegevens zouden we dan wijzigingen in het vliegtuig aanbrengen om te proberen de grootst mogelijke afstand te krijgen.

In het tweede kwartaal hebben we ons gericht op het bouwen van een waterraket om de concepten die we in het eerste kwartaal hebben geleerd verder te observeren en te testen. Voor dit project hebben we flessen van 2 liter en andere materialen gebruikt om onze raket te bouwen. Toen we klaar waren om te lanceren, vulden we de flessen met water, gingen naar buiten, plaatsten de raket op een lanceerplatform, brachten het water onder druk en lieten los. Het doel was om de raket zo ver mogelijk in verticale richting te lanceren en veilig naar beneden te laten komen.

Ons derde laatste "grote" project was het bouwen van een CubeSat die een Arduino en een sensor veilig naar ons klaslokaalmodel van Mars zou brengen. Het belangrijkste doel van dit project was om de hoeveelheid radioactiviteit op Mars te bepalen en te bepalen of het schadelijk is voor de mens. Enkele andere nevendoelen waren om een CubeSat te maken die de schudtest zou doorstaan en in staat zou zijn om alle benodigde materialen erin te passen. De zijdoelen gaan hand en hand met de beperkingen. De beperkingen die we hadden voor dit project waren de afmetingen van de CubeSat, hoeveel hij weegt en het materiaal waaruit hij is opgebouwd. Andere beperkingen die geen verband houden met de CubeSat waren de hoeveelheid tijd die we hadden om te 3D-printen, aangezien we maar één dag de tijd hadden om het voor elkaar te krijgen; de sensoren die we gebruikten, waren ook een beperking, omdat er sensoren waren die de klas niet beschikbaar had of niet kon kopen. Bovendien moesten we de schudtest doorstaan om de stabiliteit van de CubeSat te bepalen en de gewichtstest om er zeker van te zijn dat we de 1,3 kg niet overschreden.

-Juan

Stap 1: Materialenlijst

3D-geprinte CubeSat- geminiaturiseerde satelliet met afmetingen van 10 cm x 10 cm x 10 cm en niet meer dan 1,3 kg wegen. Dit is waar we al onze draden en sensoren plaatsen, dient als een ruimtesonde

Draden - Gebruikt om de Geigerteller en Arduino met elkaar te verbinden en ze te laten functioneren

Arduino- Gebruikt om de code op de geigerteller uit te voeren

Geigerteller - Wordt gebruikt om radioactief verval te meten, dit is waar ons hele project van afhankelijk is om radioactiviteit te bepalen

Batterijen - Wordt gebruikt om de geigerteller van stroom te voorzien, die de Arduino van stroom zal voorzien zodra deze is aangesloten

Micro SD-lezer - Gebruikt om de gegevens te verzamelen en vast te leggen die zijn verzameld met de Geigerteller

Schroeven - Gebruikt om de boven- en onderkant van CubeSat vast te draaien om ervoor te zorgen dat deze niet kapot gaat

Uraniumerts - Radioactief materiaal dat de Geigerteller gebruikt om radioactiviteit te bepalen

Computer - Gebruikt om de code te vinden / maken die u voor de Arduino gaat gebruiken

USB-kabel - Gebruikt om uw Arduino op de computer aan te sluiten en de code uit te voeren

Stap 2: Bouw je CubeSat

Het eerste dat je nodig hebt, is je CubeSat.

(Als je een gedetailleerde uitleg wilt over wat een CubeSat is, ga dan naar

Bij het ontwerpen van je CubeSat heb je twee hoofdopties: bouw je eigen uit welk materiaal je ook hebt of print er een in 3D.

Mijn groep besloot onze CubeSat in 3D af te drukken, dus we hoefden alleen maar "3D CubeSat" op te zoeken en we vonden verschillende sjablonen, maar we besloten het bestand van de NASA-website te halen. Van daaruit moet je het bestand downloaden; dan heb je een flashstation nodig om het bestand uit te pakken en op een 3D-printer te laden.

Vanaf daar ga je gewoon door en 3D-print de CubeSat om door te gaan met de rest van de stappen.

Bij het maken van ons 3D CubeSat-model realiseerden we ons dat onze Arduino en snoeren er niet in zouden passen. We moesten allemaal een strategie bedenken en uitzoeken hoe we alles erin konden stoppen. We moesten draaien en onze hoes met de boven- en onderkant naar boven plaatsen. Daarna moesten we gaten boren en in staat zijn om de spijkers te schroeven en de goede maat te vinden. Terwijl we alle Arduino, SD-kaart en alles erin stopten, hadden we "te veel" ruimte, dus moesten we wat noppenfolie erin doen, zodat toen we aan het testen waren, ging het niet overal naartoe omdat het allemaal bedraad en aangesloten was.

Stap 3: schets uw ontwerp

Als je al je materialen hebt, wil je een schets maken van hoe je ontwerp eruit gaat zien.

Sommigen vinden deze stap nuttiger dan anderen, dus het kan zo gedetailleerd of zo duidelijk zijn als je wilt, maar het is goed om een algemeen idee te krijgen van hoe je alles gaat organiseren.

Onze groep gebruikte het persoonlijk om te brainstormen over hoe we onze sensoren en alle draden zouden organiseren, maar van daaruit vonden we er niet veel nut voor omdat we constant dingen aan het veranderen waren en dus dienden onze schetsen alleen als uitgangspunt sinds we dat niet deden blijf niet echt bij ze.

Zodra je een algemeen idee hebt van hoe alles eruit gaat zien, kun je naar de volgende stap gaan

Stap 4: Leer hoe de geigerteller werkt

Toen we de geigerteller eenmaal bij ons hadden afgeleverd, moesten we leren hoe het werkte, aangezien niemand van ons er ooit een had gebruikt.

Het eerste dat we hebben geleerd, is dat de geigerteller supergevoelig is. De sensoren aan de achterkant zouden een extreem hard geluid maken, evenals de Geiger-buis zelf wanneer we elkaar aanraakten. Als we onze vinger op het buisje zouden houden, zou het een lange constante pieptoon geven en we haalden onze vingers af en aan en het zou piepen volgens de duur van onze vingers op het buisje.

Daarna hebben we de Geigerteller getest met bananen. We realiseerden ons dat hoe dichter het radioactieve materiaal bij de Geigerteller was, hoe meer het zou tikken en vice versa.

Stap 5: Tools/Veiligheidspraktijken

1. Het eerste dat nodig is, is een CubeSat. Om dat te maken, heb je een 3D-printer nodig en de bestanden om af te drukken of je kunt je eigen maken met alle materialen waarvan je denkt dat ze zullen werken; onthoud dat de CubeSat 10 cm x 10 cm x 10 cm moet zijn (Sla deel 2 over als u uw eigen bouwt)
2. Vervolgens moet je gaten boren in de boven- en onderkant van de 3D-geprinte CubeSat om er schroeven in te plaatsen. Ga je gang en schroef de onderste schaal vast (zorg ervoor dat je een veiligheidsbril draagt om te voorkomen dat er vuil in je ogen komt)
3. Pak wat batterijen en doe ze in een batterijpakket, sluit de batterijen vervolgens aan op de geigerteller en sluit de geigerteller aan op de Arduino. Zorg ervoor dat er ook een Micro SD-lezer is aangesloten.
4. Zet de geigerteller aan om te controleren of alles goed werkt. Zet alles in de CubeSat.
5. Test de vlucht van uw CubeSat om er zeker van te zijn
6. Controleer na het verzamelen van uw gegevens of niets in de CubeSat oververhit raakt. Als dit het geval is, trek dan onmiddellijk de stekker uit het stopcontact en beoordeel het probleem
7. Test alles om te controleren of er gegevens worden verzameld
8. Zorg ervoor dat je je handen wast na het omgaan met het uranium dat wordt gebruikt om gegevens te verzamelen

Stap 6: Arduino bedraden

De enige voeding die nodig is, zijn AA-batterijen

Sluit de batterijen rechtstreeks aan op de geigerteller en sluit vervolgens de VVC-pin aan op de positieve kolom van het breadboard.

Leid een andere draad op dezelfde kolom in het breadboard naar de 5V-sleuf op de Arduino. Dit zal de Arduino van stroom voorzien.

Leid vervolgens een draad van de 5V-pin op de Arduino naar de SD-kaartadapter.

Verbind vervolgens het VIN op de geigerteller met een analoge pin op de Arduino.

Sluit daarna de GND aan op de negatieve kolom op het breadboard.

Sluit de negatieve kolom aan op de GND op Arduino.

SD-kaart naar Arduino:

Miso gaat naar 11

Miso gaat naar 12

SCK gaat naar 13

CS gaat naar 4

Stap 7: Coderen

De eenvoudigste manier om Arduino te coderen is door de ArduinoCC-app te downloaden, waarmee je code kunt schrijven en uploaden naar de Aduino. Het was erg moeilijk om een volledige code te vinden die zou werken. Gelukkig voor jou bevat onze code het opnemen van de CPM (klikken per minuut) en de gegevens op de SD-kaart.

Code:

#erbij betrekken

#erbij betrekken

/* * Geiger.ino * * Deze code werkt samen met het Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE) geigertellerbord

* en rapporteert metingen in CPM (Counts Per Minute). *

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

* Licentie: MIT-licentie *

* Gelieve vrij te gebruiken met naamsvermelding. Bedankt!

*

* * Bewerkt** */

#define LOG_PERIOD 5000 // Loggingsperiode in milliseconden, aanbevolen waarde 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 //Maximale logperiode

vluchtige niet-ondertekende lange tellingen = 0; // GM Tube-evenementen

niet-ondertekende lange cpm = 0; // CPM

const unsigned int multiplier = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Berekent/slaat CPM op

ongetekende lange vorigeMillis; // Tijdmeting

const int pin = 3;

leegte tube_impulse() {

// Legt het aantal gebeurtenissen vast van het aantal geigertellerbordtellingen ++;

}

#erbij betrekken

Bestand mijnBestand;

ongeldige setup() {

pinMode (10, UITGANG);

SD.begin(4); // Open seriële communicatie en wacht tot de poort wordt geopend:

Serieel.begin(115200);

}

void loop() {// er gebeurt niets na het instellen

unsigned long currentMillis = millis();

if (currentMillis - previousMillis > LOG_PERIOD) {

vorigeMillis = huidigeMillis;

cpm = telt * vermenigvuldiger;

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

if(mijnBestand) {

Serieel.println(cpm);

mijnBestand.println(cpm);

mijnBestand.close();

}

telt = 0;

pinMode (pin, INGANG); // Stel pin in op invoer voor het vastleggen van GM Tube-gebeurtenissen-interrupts (); // Schakel interrupts in (voor het geval ze eerder waren uitgeschakeld) attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pin), tube_impulse, FALLING); // Definieer externe interrupts

}

}

De afbeelding die we hebben is van de eerste code die we gebruikten en die was onvolledig, dus dat was de eerste van onze problemen met de codering. Vanaf dat moment konden we niet echt verder met het project totdat onze docenten ons hielpen met de code. Deze code is afgeleid van een andere code die alleen met de geigerteller werkte, maar niet nadat deze was gekoppeld aan de SD-kaart.

Stap 8: Testcode

Zodra u uw code heeft, kunt u de code testen om er zeker van te zijn dat u gegevens kunt verzamelen.

Zorg ervoor dat alle instellingen correct zijn, dus controleer uw poorten en uw draden om er zeker van te zijn dat alles correct is.

Nadat u alles hebt gecontroleerd, voert u de code uit en ziet u de gegevens die u krijgt.

Noteer ook de eenheden voor de straling die u verzamelt, aangezien dit de werkelijke straling bepaalt die wordt uitgezonden.

Stap 9: Test uw CubeSat

Als je eenmaal je codering hebt bedacht en al je bedrading klaar is, is je volgende stap om alles in de CubeSat te passen en te testen om er zeker van te zijn dat er niets uit elkaar valt tijdens je laatste test.

De eerste test die u moet voltooien, is de vliegtest. Pak iets om je CubeSat aan op te hangen en draai het om te testen of het wegvliegt of niet en om ervoor te zorgen dat het in de goede richting draait.

Nadat u de eerste voorbereidende test hebt voltooid, moet u twee schudtests uitvoeren. De eerste test simuleert de turbulentie die de CubeSat zou ervaren om uit de atmosfeer van de aarde te komen en de tweede schudtest zou de turbulentie in de ruimte simuleren.

Zorg ervoor dat al je onderdelen bij elkaar blijven en dat er niets uit elkaar valt.

Stap 10: Laatste testen en resultaten

Gegevens verzameld op tafel op verschillende afstanden van de geigerteller

Verzamelintervallen op 5 seconden 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Voor onze laatste tests verzamelden we gegevens door de geigerteller aan te zetten en het radioactieve materiaal op verschillende afstanden te plaatsen. Hoe hoger het getal, hoe dichter de geigerteller bij het radioactieve materiaal was.

Gegevens verzameld tijdens het daadwerkelijke testen

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

Voor onze daadwerkelijke testen bleek het radioactieve materiaal te ver weg van de Geigerteller te zijn om zelfs maar te kunnen meten.

Wat betekenen de gegevens? Welnu, met behulp van de meetgrafiek kunnen we bepalen dat hoe hoger het getal, hoe gevaarlijker de straling is voor de mens. We kunnen dan Klik per minuut omzetten in mSV, de werkelijke eenheden voor straling. En dus, op basis van ons experiment, is Mars perfect veilig voor mensen!

Helaas is de realiteit vaak teleurstellend. De straling van Mars is in feite 300 mSv, wat 15x hoger is dan wat een werknemer van een kerncentrale jaarlijks wordt blootgesteld.

Andere gegevens voor onze vlucht zijn onder meer:

Fc: 3.101 Newton

Wisselstroom: 8,072 m/s^2

V: 2.107 m/s

m:.38416 kg

P: 1,64 seconden

F: 0,609 Hz

Stap 11: Problemen/Tips/Bronnen

Het grootste probleem dat we hadden, was het vinden van de code die zou werken voor de Geiger en de SD-kaart, dus als je hetzelfde probleem hebt, kun je onze code als basis gebruiken. Een andere optie zou zijn om naar de Arduino-forums te gaan en daar om hulp te vragen (wees echter bereid om te betalen, aangezien we hebben gemerkt dat mensen minder snel zullen helpen als er geen compensatie is).

Een ding dat we anderen zouden adviseren, is om te proberen een manier te vinden waarop de geigerteller zo dicht mogelijk bij de straling komt om meer gecertificeerde gegevens te krijgen.

Hier zijn de bronnen die we hebben geraadpleegd voor iedereen die geïnteresseerd is:

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

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

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