როგორ ავაშენოთ CubeSat არდუინოსა და გეიგერის მრიცხველის სენსორით: 11 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:18

ოდესმე გიფიქრიათ იმაზე, არის თუ არა მარსი რადიოაქტიური? და თუ ის რადიოაქტიურია, არის რადიაციის დონე საკმარისად მაღალი, რომ ადამიანისთვის საზიანოდ ჩაითვალოს? ეს არის ყველა კითხვა, რომელზეც ჩვენ ვიმედოვნებთ, რომ ჩვენი CubeSat– ით გაეცემა პასუხი Arduino Geiger Counter– ით.

რადიაცია იზომება სივერტებში, რაც ადგენს ადამიანის ქსოვილების მიერ შეწოვილი რადიაციის რაოდენობას, მაგრამ მათი უზარმაზარი ზომის გამო ჩვენ ჩვეულებრივ ვზომავთ მილისივერტებში (mSV). 100 mSV არის ყველაზე დაბალი წლიური დოზა, რომლის დროსაც კიბოს რისკის ნებისმიერი ზრდა აშკარაა და ერთჯერადი დოზა 10 000 mSV ფატალურია რამდენიმე კვირაში. ჩვენ ვიმედოვნებთ, რომ დავადგინოთ, სად მიდის ეს სიმულაცია მარსზე რადიოაქტიური მასშტაბით.

ჩვენი ფიზიკის გაკვეთილი დაიწყო პირველი კვარტლის განმავლობაში ფრენის ძალების შესწავლით ლაბორატორიაში, რომელშიც ჩვენ შევქმენით ჩვენი თვითმფრინავი და შემდეგ შევქმენით იგი სტიროფომის ფირფიტებისგან. შემდეგ ჩვენ გავაგრძელებთ გაშვებას, რათა გამოვცადოთ თვითმფრინავის გადაადგილება, მოხსნა, დაწნევა და წონა. მონაცემების პირველი ნაკრების შემდეგ ჩვენ შევიტანთ ცვლილებებს თვითმფრინავზე, რომ შევეცადოთ და მივიღოთ რაც შეიძლება შორს მანძილი.

მეორე კვარტალში ჩვენ გავამახვილეთ ყურადღება წყლის რაკეტის შექმნაზე, რათა შემდგომში დავაკვირდეთ და შევამოწმოთ ის კონცეფციები, რაც ვისწავლეთ პირველი კვარტლის განმავლობაში. ამ პროექტისთვის ჩვენ გამოვიყენეთ 2 ლ ბოთლები და სხვა მასალები ჩვენი რაკეტის ასაშენებლად. როდესაც მზად ვიყავით გასაშვებად, ჩვენ ბოთლებს ვავსებდით წყლით, გავდიოდით გარეთ, ვათავსებდით რაკეტას გასაშვებ ბალიშზე, ვაყენებდით წყალს ზეწოლას და ვუშვებდით. მიზანი იყო რაკეტის მაქსიმალურად შორს გაშვება ვერტიკალური მიმართულებით და მისი უსაფრთხოდ დაცემა.

ჩვენი მესამე საბოლოო "დიდი" პროექტი იყო CubeSat– ის მშენებლობა, რომელიც არდუინოს და სენსორს უსაფრთხოდ გადაიყვანს მარსის ჩვენს საკლასო მოდელზე. ამ პროექტის მთავარი მიზანი იყო მარსის რადიოაქტიურობის ოდენობის დადგენა და დადგენა რამდენად საზიანოა ის ადამიანებისთვის. სხვა გვერდითი მიზნები იყო CubeSat– ის შექმნა, რომელიც გაუძლებდა შერყევის გამოცდას და შეძლებდა მის შიგნით საჭირო ყველა მასალის მორგებას. გვერდითი მიზნები ხელს უშლის შეზღუდვებს. ამ პროექტის შეზღუდვები იყო CubeSat- ის ზომები, რამდენს იწონის და მასალა, საიდანაც იგი აგებულია. სხვა შეზღუდვები, რომლებიც არ არის დაკავშირებული CubeSat– თან იყო ის დრო, რაც გვქონდა 3D ბეჭდვისთვის, რადგან ჩვენ მხოლოდ ერთი დღე გვქონდა ამის გასაკეთებლად; სენსორები, რომლებიც ჩვენ გამოვიყენეთ, ასევე იყო შეზღუდვა, რადგან იყო სენსორები, რომლებიც კლასს არ გააჩნდა ან ვერ შეიძენდა. ამას გარდა ჩვენ უნდა ჩავაბაროთ შერყევის ტესტი CubeSat- ის სტაბილურობის დასადგენად და წონის ტესტი რომ დავრწმუნდეთ რომ არ გადავაბიჯეთ 1.3 კგ.

-ჟუან

ნაბიჯი 1: მასალების სია

3D დაბეჭდილი CubeSat- მინიატურული სატელიტი, რომლის ზომებია 10 სმ x 10 სმ x 10 სმ და მისი წონა არ აღემატება 1.3 კილოგრამს. ეს არის ის ადგილი, სადაც ჩვენ ვაყენებთ ჩვენს ყველა მავთულს და სენსორს და ემსახურება როგორც კოსმოსური ზონდი

მავთულები- გამოიყენება Geiger Counter და Arduino ერთმანეთთან დასაკავშირებლად და მათი ფუნქციონირებისათვის

არდუინო- გამოიყენება გეიგერის მრიცხველზე კოდის გასაშვებად

გეიგერის მრიცხველი- გამოიყენება რადიოაქტიური დაშლის გასაზომად, სწორედ ამაზეა დამოკიდებული ჩვენი მთელი პროექტი რადიოაქტიურობის დასადგენად

ბატარეები- გამოიყენება გეიგერის მრიცხველის გასააქტიურებლად, რომელიც აერთებს არდუინოს დაკავშირებისთანავე

Micro sd Reader- გამოიყენება გეიგერის მრიცხველთან შეგროვებული მონაცემების შესაგროვებლად და ჩასაწერად

ხრახნები- გამოიყენება CubeSat– ის ზედა და ქვედა ნაწილის გამკაცრების მიზნით, რათა უზრუნველყოს მისი დაშლა

ურანის საბადო- რადიოაქტიური მასალა, რასაც გეიგერის მრიცხველი იყენებს რადიოაქტიურობის დასადგენად

კომპიუტერი- გამოიყენება კოდის მოსაძებნად/შესაქმნელად, რომელსაც გამოიყენებთ Arduino– სთვის

USB კაბელი- გამოიყენება თქვენი Arduino კომპიუტერთან დასაკავშირებლად და კოდის გასაშვებად

ნაბიჯი 2: შექმენით თქვენი CubeSat

პირველი რაც დაგჭირდებათ არის თქვენი CubeSat.

(თუ გსურთ დეტალური ახსნა იმისა, თუ რა არის CubeSat– ის გადახდა

თქვენი CubeSat- ის შექმნისას თქვენ გაქვთ ორი ძირითადი ვარიანტი, ააწყოთ თქვენი საკუთარი მასალა ნებისმიერი მასალისგან ან 3D ბეჭდვით.

ჩემმა ჯგუფმა გადაწყვიტა ჩვენი CubeSat– ის 3D დაბეჭდვა, ასე რომ ჩვენ მხოლოდ ის უნდა ვეძებოთ „3D CubeSat“და ვიპოვნეთ რამდენიმე შაბლონი, მაგრამ ჩვენ გადავწყვიტეთ, რომ ეს ფაილი ავიღოთ NASA– ს ვებ – გვერდიდან. იქიდან თქვენ უნდა გადმოწეროთ ფაილი; შემდეგ, თქვენ დაგჭირდებათ ფლეშ დრაივი ფაილის გახსნისა და ჩატვირთვისთვის 3D პრინტერზე.

იქიდან, უბრალოდ განაგრძეთ და 3D დაბეჭდეთ CubeSat, რათა გააგრძელოთ დანარჩენი ნაბიჯები.

ჩვენი 3D CubeSat მოდელის შექმნისას ჩვენ მივხვდით, რომ ჩვენი არდუინო და კაბელები არ ჯდებოდა მასში. ჩვენ ყველამ უნდა შევქმნათ სტრატეგია და გავარკვიოთ როგორ ჩავდოთ ყველაფერი შიგნით. ჩვენ გვქონდა როტაცია და ჩვენი საფარის ზედა და ქვედა პირისპირ. ამის შემდეგ, ჩვენ უნდა გავაღოთ ხვრელები და შევძლოთ ლურსმნების ხრახნა და კარგი ზომის პოვნა. ყველა Arduino- ს, SD ბარათისა და მასში ჩადებული ყველაფრის მიუხედავად, ჩვენ გვქონდა "ძალიან ბევრი" სივრცე, ასე რომ ჩვენ უნდა დავამატოთ ბუშტუკების სახვევები შიგნით როდესაც ჩვენ ვამოწმებდით, ის არ წავიდოდა ყველგან, რადგან ეს ყველაფერი სადენიანი და დაკავშირებული იყო.

ნაბიჯი 3: დახატეთ თქვენი დიზაინი

მას შემდეგ რაც მიიღებთ თქვენს ყველა მასალას, თქვენ გინდათ შექმნათ ესკიზი, თუ როგორ გამოიყურება თქვენი დიზაინი.

ზოგი მიიჩნევს, რომ ეს ნაბიჯი უფრო სასარგებლოა, ვიდრე სხვები, ასე რომ, ის შეიძლება იყოს როგორც დეტალური, ისე უბრალო, როგორც მოგწონთ, მაგრამ კარგია მიიღოთ ზოგადი წარმოდგენა იმის შესახებ, თუ როგორ აპირებთ ყველაფრის ორგანიზებას.

ჩვენმა ჯგუფმა პირადად გამოიყენა იმის დასადგენად, თუ როგორ მოვაწყობდით ჩვენს სენსორებს და ყველა მავთულს, მაგრამ იქიდან ჩვენ არ გამოვიყენეთ ის, რამდენადაც ჩვენ მუდმივად ვცვლიდით ნივთებს და ასე რომ, ჩვენი ესკიზები მხოლოდ ამოსავალი წერტილი იყო. ნამდვილად არ დავრჩები მათთან.

მას შემდეგ რაც ზოგადი წარმოდგენა გექნებათ იმაზე, თუ როგორ გამოიყურება ყველაფერი, შეგიძლიათ გადადით შემდეგ საფეხურზე

ნაბიჯი 4: ისწავლეთ როგორ მუშაობს გეიგერის მრიცხველი

მას შემდეგ რაც გეიგერის მრიცხველი გადმოგვეცა, ჩვენ უნდა გვესწავლა, თუ როგორ მუშაობდა იგი, რადგან არცერთ ჩვენგანს არ გამოუყენებია.

პირველი რაც ჩვენ შევიტყვეთ არის ის, რომ გეიგერის მრიცხველი არის ძალიან მგრძნობიარე. სენსორები უკანა მხარეს წარმოქმნიან უკიდურესად ხმამაღალ ხმას, ისევე როგორც თავად გეიგერის მილი, როდესაც შევეხებით. თუ ჩვენ თითს მივაჩერებდით მილზე, ის გახდიდა ერთ დიდხანს მუდმივ სიგნალს და ჩვენ ვიღებდით თითებს და ვიღებდით და ეს იქნებოდა სიგნალი მილზე ჩვენი თითების ხანგრძლივობის მიხედვით.

შემდეგ ჩვენ შევამოწმეთ გეიგერის მრიცხველი ბანანის გამოყენებით. ჩვენ გავაცნობიერეთ, რომ რაც უფრო ახლოს იყო რადიოაქტიური მასალა გეიგერის მთვლელთან, მით უფრო მეტს იკადრებდა და პირიქით.

ნაბიჯი 5: ინსტრუმენტები/უსაფრთხოების პრაქტიკა

1. პირველი რაც საჭიროა არის CubeSat. ამის გასაკეთებლად, დაგჭირდებათ 3D პრინტერი და ფაილები დასაბეჭდად, ან შეგიძლიათ შექმნათ თქვენი საკუთარი ხელით, ნებისმიერი მასალის გამოყენებით, რომელიც თქვენი აზრით, იმუშავებს; დაიმახსოვრე, CubeSat უნდა იყოს 10 სმ x 10 სმ x 10 სმ (გამოტოვეთ ნაწილი 2, თუ თქვენ აშენებთ საკუთარ თავს)
2. შემდეგ თქვენ დაგჭირდებათ ხვრელების გაბურღვა 3D დაბეჭდილი CubeSat– ის ზედა და ქვედა ჭურვებში, რომ მასში ხრახნები ჩააწყოთ. წადი და შეახვიე ქვედა გარსი (დარწმუნდით, რომ ატარებთ სათვალეებს, რათა თავიდან აიცილოთ ნამსხვრევები თქვენს თვალში)
3. აიღეთ რამდენიმე ბატარეა და ჩადეთ ბატარეის პაკეტში, შემდეგ მიაბით ბატარეები გეიგერის მრიცხველზე და მიაწოდეთ გეიგერის მრიცხველი არდუინოში. ასევე დარწმუნდით, რომ მიკრო SD წამკითხველი ჩართულია.
4. ჩართეთ გეიგერის მრიცხველი, რომ დარწმუნდეთ, რომ ყველაფერი გამართულად მუშაობს. ყველაფერი ჩადეთ CubeSat– ში.
5. შეამოწმეთ თქვენი CubeSat ფრენა, რომ დარწმუნდეთ
6. თქვენი მონაცემების შეგროვების შემდეგ, დარწმუნდით, რომ CubeSat– ში არაფერი არ არის გადახურებული. თუ არსებობს, დაუყოვნებლივ გამორთეთ იგი და შეაფასეთ პრობლემა
7. შეამოწმეთ ყველაფერი, რომ შეამოწმოთ არის თუ არა მონაცემები შეგროვებული
8. დარწმუნდით, რომ დაიბანეთ ხელები მონაცემების შესაგროვებლად გამოყენებულ ურანთან ურთიერთობის შემდეგ

ნაბიჯი 6: გაყვანილობა Arduino

ერთადერთი კვების წყაროა საჭირო AA ბატარეები

დააკავშირეთ ბატარეები პირდაპირ გეიგერის მრიცხველთან, შემდეგ მიამაგრეთ VVC პინი პურის დაფის დადებით სვეტზე.

გაუშვით სხვა მავთული იმავე სვეტზე პურის დაფაზე Arduino– ს 5V სლოტზე. ეს გააძლიერებს არდუინოს.

შემდეგ გაუშვით მავთული არვუინოზე 5V პინიდან SD ბარათის ადაპტერამდე.

შემდეგი, მიამაგრეთ VIN გეიგერის მრიცხველზე Arduino– ს ანალოგიურ პინზე.

ამის შემდეგ, დააკავშირეთ GND პურის დაფაზე არსებულ უარყოფით სვეტზე.

შეაერთეთ უარყოფითი სვეტი GND– ზე Arduino– ზე.

SD ბარათი Arduino– სთვის:

მიშო მიდის 11 -ზე

მიშო მიდის 12 -ზე

SCK მიდის 13 -ზე

CS გადადის 4 -ზე

ნაბიჯი 7: კოდირება

Arduino– ს კოდირების უმარტივესი გზაა ჩამოტვირთოთ ArduinoCC აპლიკაცია, რომელიც საშუალებას გაძლევთ დაწეროთ კოდი და ატვირთოთ იგი Aduino– ში. ჩვენ ძალიან გაგვიჭირდა სრული კოდის პოვნა, რომელიც იმუშავებდა. გაგიმართლათ, ჩვენი კოდი მოიცავს CPM (დაწკაპუნება წუთში) და SD ბარათის მონაცემების ჩაწერას.

კოდი:

#ჩართეთ

#ჩართეთ

/ * * Geiger.ino * * ეს კოდი ურთიერთქმედებს Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE) Geiger counter დაფაზე

* და აცნობებს კითხვას CPM- ში (რაოდენობა წუთში). *

* ავტორი: მარკ ჰეკლერი (@MkHeck, [email protected]) *

* ლიცენზია: MIT ლიცენზია *

* გთხოვთ თავისუფლად გამოიყენოთ მიკუთვნებით. Გმადლობთ!

*

* * შესწორებულია ** */

#განსაზღვრეთ LOG_PERIOD 5000 // აღრიცხვის პერიოდი მილიწამებში, რეკომენდებული ღირებულება 15000-60000.

#განსაზღვრეთ MAX_PERIOD 60000 // აღრიცხვის მაქსიმალური პერიოდი

არასტაბილური ხელმოუწერელი გრძელი რაოდენობა = 0; // GM Tube მოვლენები

ხელმოუწერელი გრძელი cpm = 0; // CPM

const unsigned int გამრავლება = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // ითვლის/ინახავს CPM- ს

ხელმოუწერელი გრძელი წინამილისი; // დროის გაზომვა

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// აღრიცხავს მოვლენების რაოდენობას გეიგერის მთვლელი დაფებიდან ++;

}

#ჩართეთ

ფაილის myFile;

void setup () {

pinMode (10, OUTPUT);

SD. დასაწყისი (4); // გახსენით სერიული კომუნიკაციები და დაელოდეთ პორტის გახსნას:

Serial.begin (115200);

}

void loop () {// არაფერი ხდება კონფიგურაციის შემდეგ

ხელმოუწერელი გრძელი მიმდინარემილის = მილილი ();

თუ (მიმდინარე მილილი - წინა მილილი> LOG_PERIOD) {

previousMillis = მიმდინარე მილი;

cpm = ითვლის * მულტიპლიკატორი;

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

თუ (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

ითვლის = 0;

pinMode (pin, INPUT); // დააყენეთ pin შესასვლელად GM Tube– ის მოვლენების შეფერხებების აღსაწერად (); // შეწყვეტის ჩართვა (იმ შემთხვევაში, თუ ისინი ადრე იყო გამორთული) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // გარე შეფერხებების განსაზღვრა

}

}

სურათი, რომელიც ჩვენ გვაქვს არის პირველი კოდის, რომელიც ჩვენ გამოვიყენეთ, რომელიც იყო არასრული, ასე რომ, ეს იყო პირველი ჩვენი კოდირების პრობლემა. იქიდან ჩვენ ნამდვილად ვერ გავაგრძელებთ პროექტს, სანამ ჩვენი მასწავლებლები არ დაგვეხმარებიან კოდში. ეს კოდი მომდინარეობს სხვა კოდიდან, რომელიც მუშაობდა გეიგერის მთვლელთან მარტო, მაგრამ არა ერთხელ SD ბარათთან ერთად.

ნაბიჯი 8: ტესტი კოდი

მას შემდეგ რაც მიიღებთ კოდს, გააგრძელეთ და შეამოწმეთ კოდი, რომ დარწმუნდეთ, რომ შეგიძლიათ მონაცემების შეგროვება.

დარწმუნდით, რომ ყველა პარამეტრი სწორია, ასე რომ შეამოწმეთ თქვენი პორტები და თქვენი მავთულები, რომ დარწმუნდეთ, რომ ყველაფერი სწორია.

მას შემდეგ რაც ყველაფერი შეამოწმეთ გაუშვით კოდი და ნახეთ მიღებული მონაცემები.

ასევე გაითვალისწინეთ რადიაციის ერთეული, რომელსაც თქვენ აგროვებთ და განსაზღვრავს გამოსხივების ფაქტობრივ გამოსხივებას.

ნაბიჯი 9: შეამოწმე შენი CubeSat

მას შემდეგ რაც გაარკვევთ თქვენს კოდირებას და გაყვანილია თქვენი გაყვანილობა, თქვენი შემდეგი ნაბიჯი არის მოათავსოთ ყველაფერი CubeSat– ის შიგნით და გამოსცადოთ, რომ დარწმუნდეთ, რომ არაფერი დაიშლება თქვენს საბოლოო ტესტირებაზე.

პირველი გამოცდა, რომლის დასრულებაც დაგჭირდებათ, არის ფრენის ტესტი. მიიღეთ რაღაც, საიდანაც დაკიდება თქვენი CubeSat და დაატრიალეთ, რომ შეამოწმოთ გაფრინდება თუ არა და დარწმუნდით რომ ტრიალებს სწორი მიმართულებით.

მას შემდეგ რაც დაასრულებთ პირველ წინასწარ გამოცდას, თქვენ უნდა შეავსოთ ორი შერყევის ტესტი. პირველი ტესტი ახდენს იმ ტურბულენტობის სიმულაციას, რომელსაც CubeSat განიცდიდა დედამიწის ატმოსფეროდან გამოსვლისას, ხოლო მეორე შერყევის ტესტი - სივრცის ტურბულენტობის სიმულაციას.

დარწმუნდით, რომ თქვენი ყველა ნაწილი დარჩა ერთად და რომ არაფერი დაიშალა.

ნაბიჯი 10: საბოლოო ტესტირება და შედეგები

მაგიდაზე შეგროვებული მონაცემები გეიგერის მრიცხველისგან სხვადასხვა დისტანციებზე

შეგროვების ინტერვალი 5 წამი 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

ჩვენი საბოლოო ტესტირების დაწყებამდე ჩვენ შევაგროვეთ მონაცემები გეიგერის მთვლელის ჩართვით და რადიოაქტიური მასალის სხვადასხვა დისტანციებზე დაყენებით. რაც უფრო მაღალია რიცხვი, მით უფრო ახლოს იყო გეიგერის მრიცხველი რადიოაქტიურ მასალასთან.

ფაქტობრივი ტესტირების დროს შეგროვებული მონაცემები

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

ჩვენი ფაქტობრივი ტესტირებისთვის რადიოაქტიური მასალა ძალიან შორს იყო გეიგერის მრიცხველიდან, რომ მისი გაზომვაც კი შეეძლოთ.

რას ნიშნავს მონაცემები? კითხვის ცხრილის გამოყენებით შეგვიძლია განვსაზღვროთ, რომ რაც უფრო მაღალია რიცხვი, მით უფრო საშიშია რადიაცია ადამიანებისთვის. ამის შემდეგ ჩვენ შეგვიძლია გამოვაქციოთ დაწკაპუნება წუთში mSV– ში, რომლებიც რადიაციის რეალური ერთეულებია. ასე რომ, ჩვენი ექსპერიმენტის საფუძველზე, მარსი მშვენივრად გადაარჩინა ადამიანებს!

სამწუხაროდ, რეალობა ხშირად იმედგაცრუებულია. მარსის გამოსხივება რეალურად არის 300 mSv, რაც 15 -ჯერ აღემატება იმას, რასაც ბირთვული ქარხნის თანამშრომელი ყოველწლიურად ამხილებდა.

ჩვენი ფრენის სხვა მონაცემები მოიცავს:

Fc: 3.101 ნიუტონი

Ac: 8.072 მ/წ^2

V: 2.107 მ/წმ

მ:.38416 კგ

P: 1.64 წამი

F:.609 ჰერცი

ნაბიჯი 11: პრობლემები/მინიშნებები/წყაროები

მთავარი პრობლემა, რაც ჩვენ გვქონდა, იყო კოდის პოვნა, რომელიც იმუშავებდა გეიგერისთვის და SD ბარათისთვის, ასე რომ, თუ თქვენ გაქვთ იგივე პრობლემა, თავისუფლად გამოიყენეთ ჩვენი კოდი, როგორც ბაზა. სხვა ვარიანტი იქნება არდუინოს ფორუმებზე წასვლა და იქ დახმარების თხოვნა (იყავით მზად გადაიხადოთ, თუმცა როგორც შევამჩნიეთ ხალხი ნაკლებად სავარაუდოა რომ დაეხმაროს, თუ კომპენსაცია არ არის).

ერთს რასაც სხვებს ვურჩევდით არის ეცადონ იპოვონ გზა გეიგერის მრიცხველი იყოს მაქსიმალურად ახლოს რადიაციასთან, რათა შეძლოს უფრო დამოწმებული მონაცემების მიღება.

აქ მოცემულია წყაროები, რომლებთანაც ჩვენ ვისაუბრეთ ნებისმიერ დაინტერესებულ პირზე:

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

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

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