Com construir CubeSat amb el sensor de comptador Arduino i Geiger: 11 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Us heu preguntat mai sobre si Mart és radioactiu o no? I si és radioactiu, els nivells de radiació són prou alts per considerar-se nocius per als humans? Totes aquestes són preguntes que esperem que el nostre CubeSat amb Arduino Geiger Counter pugui respondre.

La radiació es mesura en setges, que quantifiquen la quantitat de radiació absorbida pels teixits humans, però a causa de la seva immensa mida, normalment mesurem en mil·lisieverts (mSV). 100 mSV és la dosi anual més baixa en què és evident qualsevol augment del risc de càncer, i una dosi única de 10.000 mSV és mortal en poques setmanes. Les nostres esperances són determinar on aquesta simulació aterra Mart a escala radioactiva.

La nostra classe de física va començar estudiant les forces de vol durant el primer trimestre a través d’un laboratori en el qual vam dissenyar el nostre propi avió i després el vam crear a partir de plaques de poliestireno. A continuació, procediríem al llançament per provar l’arrossegament, l’elevació, l’empenta i el pes de l’avió. Després del primer conjunt de dades, faríem canvis al pla per intentar aconseguir la distància més llunyana possible.

Després, el segon trimestre ens vam centrar a construir un coet aquàtic per observar i provar encara més els conceptes que vam aprendre durant el primer trimestre. Per a aquest projecte hem utilitzat ampolles de 2 litres i altres materials per construir el nostre coet. Quan estiguéssim a punt per llançar, ompliríem les ampolles d’aigua, sortiríem, col·locaríem el coet sobre una plataforma de llançament, pressuritzaríem l’aigua i deixaríem anar. L’objectiu era llançar el coet el més lluny possible en direcció vertical i fer que baixés amb seguretat.

El nostre tercer projecte "gran" final va ser construir un CubeSat que portés un Arduino i un sensor de manera segura fins al nostre model de Mart. L’objectiu principal d’aquest projecte era determinar la quantitat de radioactivitat a Mart i determinar si és perjudicial per als humans. Alguns altres objectius secundaris eren crear un CubeSat que resistís la prova de batuts i pogués adaptar-se a tots els materials necessaris. Els gols laterals van de la mà amb les restriccions. Les limitacions que teníem per a aquest projecte eren les dimensions del CubeSat, quant pesa i el material a partir del qual està construït. Altres restriccions no relacionades amb el CubeSat van ser la quantitat de temps que vam tenir per imprimir en 3D, ja que només vam tenir un dia per fer-ho; els sensors que vam fer servir també eren una limitació, ja que hi havia sensors que la classe no tenia disponibles o que no podien comprar. A més, vam haver de passar la prova de batut per determinar l’estabilitat del CubeSat i la prova de pes per assegurar-nos que no superàvem els 1,3 kg.

-Juan

Pas 1: Llista de materials

CubeSat imprès en 3D: satèl·lit miniaturitzat que té les mides de 10 cm x 10 cm x 10 cm i no pot pesar més de 1,3 kg. Aquí és on estem posant tots els nostres cables i sensors, que serveix com a sonda espacial

Wires: s’utilitza per connectar el comptador Geiger i Arduino entre si i fer-los funcionar

Arduino: s’utilitza per executar el codi al comptador Geiger

Geiger Counter: s'utilitza per mesurar la desintegració radioactiva, d'això depèn tot el nostre projecte per determinar la radioactivitat

Bateries: s’utilitzen per alimentar el comptador Geiger, que alimentarà l’Arduino un cop connectat

Lector Micro SD: s’utilitza per recopilar i registrar les dades recollides amb el comptador Geiger

Cargols: s’utilitzen per ajustar la part superior i inferior de CubeSat per assegurar-se que no es trenqui

Mineral d’urani: material radioactiu que és el que fa servir el comptador Geiger per determinar la radioactivitat

Ordinador: s’utilitza per trobar / crear el codi que faràs servir per a l’Arduino

Cordó USB: s’utilitza per connectar el vostre Arduino a l’ordinador i executar el codi

Pas 2: creeu el vostre CubeSat

El primer que necessitareu és el vostre CubeSat.

(Si voleu una explicació detallada del que és un pagament CubeSat

Quan dissenyeu el CubeSat, teniu dues opcions principals: creeu-les amb qualsevol material que tingueu o imprimiu-ne un.

El meu grup va decidir imprimir en 3D el nostre CubeSat, així que només havíem de buscar "CubeSat 3D" i vam trobar diverses plantilles, però vam decidir agafar el fitxer del lloc web de la NASA. A partir d’aquí hauràs de descarregar el fitxer; llavors, necessitareu una unitat flash per descomprimir el fitxer i carregar-lo a una impressora 3D.

A partir d’aquí, seguiu endavant i imprimiu en 3D el CubeSat per continuar amb la resta de passos.

En crear el nostre model 3D CubeSat ens vam adonar que el nostre Arduino i els cables no hi cabrien. Tots havíem de crear una estratègia i esbrinar com posar-ho tot dins. Vam haver de girar i posar la tapa cap amunt i cap avall cap amunt. Després d’això, vam haver de perforar forats i poder cargolar les ungles i trobar la bona mida. Mentre posàvem tota la targeta Arduino, la targeta SD i tot allò que teníem, teníem “massa” espai, de manera que havíem d’afegir alguns embolcalls de bombolles quan provàvem, no aniria a tot arreu perquè estava tot connectat i connectat.

Pas 3: dibuixeu el vostre disseny

Un cop obtingueu tots els vostres materials, voldreu fer un esbós de com serà el vostre disseny.

Alguns troben aquest pas més útil que d’altres, de manera que pot ser tan detallat o tan senzill com vulgueu, però és bo tenir una idea general de com ho organitzareu tot.

El nostre grup ho va utilitzar personalment per fer una pluja d’idees sobre com organitzaríem els nostres sensors i tots els cables, però a partir d’aquí no en vam trobar gaire utilitat, ja que anàvem canviant les coses constantment i, per tant, els nostres esbossos només van servir de punt de partida des que no ho vam fer. En realitat no em quedo amb ells.

Un cop tingueu una idea general de com quedarà tot, podeu passar al següent pas

Pas 4: apreneu com funciona el comptador Geiger

Un cop vam rebre el comptador Geiger, vam haver d’aprendre com funcionava, ja que cap de nosaltres no n’havia utilitzat mai cap.

El primer que hem après és que el Geiger Counter és súper sensible. Els sensors de la part posterior farien un soroll extremadament fort, així com el mateix tub Geiger sempre que toquéssim. Si mantinguéssim el dit sobre el tub, emetria un llançament sonor constant i trauríem els dits, i emetria un so segons la durada dels dits del tub.

Després vam provar el comptador Geiger amb plàtans. Ens vam adonar que com més a prop el material radioactiu fos del comptador Geiger, més marcaria i viceversa.

Pas 5: eines / pràctiques de seguretat

1. El primer que es necessita és un CubeSat. Per fer-ho, necessitareu una impressora 3D i els fitxers per imprimir o podeu crear-ne la vostra utilitzant el material que creieu que funcionarà; recordeu, el CubeSat ha de tenir 10 cm x 10 cm x 10 cm (ometeu la part 2 si esteu construint el vostre propi)
2. A continuació, haureu de foradar les carcasses superiors i inferiors del CubeSat imprès en 3D per posar-hi cargols. Seguiu endavant i cargoleu la carcassa inferior (assegureu-vos que porteu ulleres per evitar que entrin restes als vostres ulls)
3. Aconseguiu algunes piles i poseu-les en un paquet de bateries i, a continuació, connecteu-les al comptador Geiger i connecteu el comptador Geiger a l’Arduino. Assegureu-vos que també hi hagi connectat un lector Micro SD.
4. Engegueu el comptador Geiger per assegurar-vos que tot funciona correctament. Posa-ho tot dins del CubeSat.
5. Prova el vol del teu CubeSat per assegurar-te
6. Després de recopilar les vostres dades, assegureu-vos que res del CubeSat no s’escalfi. Si n'hi ha, desconnecteu-lo immediatament i avalueu el problema
7. Proveu-ho tot per comprovar si s’estan recopilant dades
8. Assegureu-vos de rentar-vos les mans després de tractar amb l’urani utilitzat per recopilar dades

Pas 6: Cablatge d'Arduino

L’única font d’alimentació necessària són les piles AA

Connecteu les bateries directament al comptador Geiger i, a continuació, connecteu el passador VVC a la columna positiva de la placa.

Executeu un altre cable a la mateixa columna del tauler de control fins a la ranura de 5 V de l'Arduino. Això alimentarà l'Arduino.

A continuació, executeu un cable des del pin de 5V de l’arduino fins a l’adaptador de la targeta SD.

A continuació, connecteu el VIN al comptador geiger a un pin analògic de l'Arduino.

Després, connecteu el GND a la columna negativa de la taula de treball.

Connecteu la columna negativa a GND a Arduino.

Targeta SD a Arduino:

Miso va a les 11

Miso va a les 12

SCK passa a 13

CS va a 4

Pas 7: Codificació

La forma més senzilla de codificar Arduino és descarregar l’aplicació ArduinoCC, que us permet escriure codi i penjar-lo a l’Aduino. Ens va costar molt trobar un codi complet que funcionés. Per sort, el nostre codi inclou enregistrar el CPM (clics per minut) i les dades a la targeta SD.

Codi:

#incloure

#incloure

/ * * Geiger.ino * * Aquest codi interactua amb el tauler de comptador Geiger d'Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE)

* i informa de lectures en CPM (recomptes per minut). *

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

* Llicència: Llicència MIT *

* Si us plau, utilitzeu lliurement amb atribució. Gràcies!

*

* * Editat ** * /

#define LOG_PERIOD 5000 // Període de registre en mil·lisegons, valor recomanat 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 // Període màxim de registre

recomptes llargs sense signar volàtils = 0; // Esdeveniments de GM Tube

cpm llarg sense signar = 0; // CPM

const unsigned int multiplicador = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Calcula / emmagatzema CPM

unsigned long previousMillis; // Mesura del temps

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// Captura el recompte d'esdeveniments dels comptadors de taulers Geiger ++;

}

#incloure

Arxiva myFile;

configuració nul·la () {

pinMode (10, OUTPUT);

SD.begin (4); // Obriu les comunicacions en sèrie i espereu que s'obri el port:

Serial.begin (115200);

}

void loop () {// no passa res després de la configuració

corrent llarg sense signar Millis = millis ();

if (currentMillis - previousMillis> LOG_PERIOD) {

anteriorMillis = actualMillis;

cpm = compta * multiplicador;

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

si (el meu fitxer) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

recomptes = 0;

pinMode (pin, INPUT); // Estableix el pin a l'entrada per capturar interrupcions d'esdeveniments de GM Tube (); // Activa les interrupcions (en cas que prèviament estiguessin desactivades) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Definiu interrupcions externes

}

}

La imatge que tenim és del primer codi que hem utilitzat, que era incomplet, de manera que va ser el primer dels nostres problemes amb la codificació. A partir d’aquí no podríem continuar amb el projecte fins que els nostres professors no ens van ajudar amb el codi. Aquest codi es va derivar d’un altre codi que funcionava només amb el comptador Geiger, però no un cop es va emparellar amb la targeta SD.

Pas 8: Codi de prova

Un cop tingueu el codi, continueu i proveu-lo per assegurar-vos que podeu recopilar dades.

Assegureu-vos que tots els paràmetres siguin correctes, així que comproveu els ports i els cables per assegurar-vos que tot sigui correcte.

Un cop comprovat tot, executeu el codi i vegeu les dades que obteniu.

Tingueu en compte també les unitats de la radiació que esteu recollint, ja que determinaran la radiació real que s’està emetent.

Pas 9: proveu el vostre CubeSat

Un cop hàgiu esbrinat la vostra codificació i hàgiu acabat el cablejat, el vostre següent pas és ajustar-ho tot dins del CubeSat i provar-lo per assegurar-vos que res no es desfarà en les proves finals.

La primera prova que haureu de realitzar és la prova de vol. Obteniu alguna cosa per penjar el vostre CubeSat i gireu-lo per provar si sortirà o no volant i per assegurar-vos que giri en la direcció correcta.

Un cop hàgiu completat la primera prova preliminar, haureu de realitzar dues proves de batut. La primera prova simularà la turbulència que experimentaria CubeSat en sortir de l’atmosfera terrestre i la segona prova de sacsejar simularia la turbulència a l’espai.

Assegureu-vos que totes les vostres parts estiguin juntes i que res no es desfaci.

Pas 10: proves finals i resultats

Dades recollides a la taula a diferents distàncies del comptador geiger

Intervals de recollida a 5 segons 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Abans de les nostres proves finals, vam recollir dades activant el comptador Geiger i posant el material radioactiu a diferents distàncies. Com més gran era el nombre, més a prop estava el comptador Geiger del material radioactiu.

Dades recopilades durant les proves reals

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

Per a les nostres proves reals, el material radioactiu va resultar estar massa lluny del comptador Geiger perquè ni tan sols es pogués mesurar.

Què signifiquen les dades? Utilitzant el gràfic de lectures, podem determinar que com més gran sigui la quantitat de perillosa radiació per als éssers humans, podem convertir Feu clic per minut en mSV, que són les unitats reals de la radiació. I, per tant, segons el nostre experiment, Mart és perfectament salvador per als humans.

Malauradament, la realitat sovint és decebedora. La radiació de Mart és en realitat de 300 mSv, que és 15 vegades superior a l'exposició anual d'un treballador de plantes nuclears.

Altres dades del nostre vol inclouen:

Fc: 3,101 Newtons

Ac: 8,072 m / s ^ 2

V: 2.107 m / s

m:, 38416 kg

P: 1,64 segons

F: 0,609 Hz

Pas 11: Problemes / Consells / Fonts

El principal problema que vam tenir va ser trobar el codi que funcionaria per a la Geiger i la targeta SD, de manera que si teniu el mateix problema, no dubteu a utilitzar el nostre codi com a base. Una altra opció seria anar als fòrums d'Arduino i demanar ajuda allà (estigueu preparats per pagar, però, ja que hem notat que és menys probable que la gent ajudi si no hi ha cap compensació).

Una cosa que recomanaríem als altres és intentar trobar una manera perquè el comptador Geiger estigui el més a prop possible de la radiació per poder obtenir més dades certificades.

A continuació, es detallen les fonts que hem consultat per a qualsevol persona interessada:

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

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

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