CubeSat -ийг Arduino болон Geiger Counter Sensor ашиглан хэрхэн бүтээх вэ: 11 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:03

Ангараг гариг цацраг идэвхит бодис уу, үгүй юу гэж та бодож байсан уу? Хэрэв цацраг идэвхт бодис байгаа бол цацраг идэвхт бодисын хэмжээ хүний биед хортой гэж тооцогдох хэмжээнд хүртэл байна уу? Эдгээр нь Arduino Geiger Counter -тэй CubeSat -аас хариулах боломжтой гэж найдаж буй бүх асуултууд юм.

Цацраг туяа нь хүний эд эсэд шингэсэн цацрагийн хэмжээг хэмждэг сивертээр хэмжигддэг боловч асар том хэмжээтэй тул бид ихэвчлэн миллисиверт (mSV) хэмждэг. 100 mSV бол хорт хавдрын эрсдэл нэмэгдэх жилийн хамгийн бага тун бөгөөд 10,000 mSV -ийн нэг тун нь хэдэн долоо хоногийн дотор үхэлд хүргэдэг. Энэхүү симуляци нь Ангараг гаригийг цацраг идэвхт масштабаар хаана газардгийг тодорхойлох явдал юм.

Манай физикийн хичээл эхний улиралд нислэгийн хүчийг лабораторид туршиж судалж, бид өөрсдийн онгоцыг зохион бүтээгээд дараа нь полистирол хавтангаар хийсэн. Дараа нь бид онгоцны чирэх, өргөх, түлхэх, жинг туршихын тулд хөөргөж эхэлнэ. Эхний өгөгдлийн багцыг хийсний дараа бид хамгийн хол зайг олж авахын тулд онгоцонд өөрчлөлт оруулах болно.

Дараа нь хоёрдугаар улиралд бид усан пуужин бүтээхэд анхаарлаа төвлөрүүлж, эхний улиралд олж авсан ойлголтуудаа цаашид ажиглаж, туршиж үзлээ. Энэхүү төслийн хувьд бид пуужингаа бүтээхийн тулд 2L шил болон бусад материалыг ашигласан. Бид хөөргөхөд бэлэн болсны дараа бид савыг усаар дүүргээд, гадаа гарч, пуужингаа хөөргөх тавцан дээр байрлуулж, усыг дарж, суллана. Зорилго нь пуужинг хамгийн хол зайд босоо чиглэлд хөөргөж, аюулгүйгээр буулгах явдал байв.

Гурав дахь эцсийн "том" төсөл бол манай ангийн Ангараг гаригийн загвар руу Arduino болон мэдрэгчийг аюулгүй авч явах CubeSat бүтээх явдал байв. Энэхүү төслийн гол зорилго нь Ангараг гариг дахь цацраг идэвхт бодисын хэмжээг тодорхойлох, энэ нь хүмүүст хортой эсэхийг тодорхойлох явдал байв. Бусад зарим зорилго нь чичиргээний туршилтыг тэсвэрлэх чадвартай CubeSat бүтээх бөгөөд дотор нь шаардлагатай бүх материалыг багтаах боломжтой байв. Хажуугийн зорилго нь хязгаарлалттай зэрэгцэн явдаг. Энэ төслийн хувьд бидэнд тулгарч буй хязгаарлалтууд нь CubeSat -ийн хэмжээ, хэр жинтэй, ямар материалаар хийгдсэн материал байсан. CubeSat -тэй холбоогүй бусад хязгаарлалтууд нь 3D хэвлэхэд шаардагдах хугацаа байсан бөгөөд үүнийг дуусгахад ганцхан хоног үлдсэн. Ангилалд байхгүй эсвэл худалдаж авах боломжгүй мэдрэгч байсан тул бидний ашигладаг мэдрэгч нь бас хязгаарлалт байсан. Үүнээс гадна бид CubeSat -ийн тогтвортой байдлыг тодорхойлохын тулд чичиргээний туршилтыг давж, 1.3 кг -аас хэтрэхгүй байгаа эсэхийг шалгахын тулд жингийн туршилтыг хийх шаардлагатай болсон.

-Хуан

Алхам 1: Материалын жагсаалт

3D хэвлэсэн CubeSat- 10см х 10см х 10см хэмжээтэй, 1.3кг-аас ихгүй жинтэй хиймэл дагуул. Энд бид бүх утас, мэдрэгчээ байрлуулж, сансрын датчик болж өгдөг

Утас- Geiger Counter ба Arduino-ийг хооронд нь холбож, ажиллуулахад ашигладаг

Arduino- Geiger Counter дээр кодыг ажиллуулахад ашигладаг

Geiger Counter- Цацраг идэвхт бодисын задралыг хэмжихэд ашигладаг бөгөөд энэ нь бидний бүх төсөл цацраг идэвхт байдлыг тодорхойлоход хамаарна

Батерей- Ардуиног холбосны дараа асаах Geiger Counter-ийг ажиллуулахад ашигладаг

Micro sd Reader- Geiger Counter ашиглан цуглуулсан өгөгдлийг цуглуулах, бүртгэхэд ашигладаг

Шураг- CubeSat-ийн дээд ба доод хэсгийг эвдэхгүйн тулд чангалахад ашигладаг

Ураны хүдэр- Цацраг идэвхт бодисыг Geiger Counter цацраг идэвхт байдлыг тодорхойлоход ашигладаг

Компьютер- Arduino-д ашиглах кодыг олох/үүсгэхэд ашигладаг

USB Cord- Arduino-г компьютерт холбож, кодыг ажиллуулахад ашигладаг

Алхам 2: CubeSat -ийг бүтээх

Танд хэрэгтэй хамгийн эхний зүйл бол таны CubeSat юм.

(Хэрэв та CubeSat гэж юу болохыг дэлгэрэнгүй тайлбарлахыг хүсвэл

CubeSat -ийг зохион бүтээхдээ танд хоёр үндсэн сонголт байгаа бөгөөд өөрт байгаа материалаас эсвэл 3D хэвлэх материалаар өөрөө хий.

Манай бүлэг манай CubeSat -ийг 3D хэвлэхээр шийдсэн тул бидний хийх ёстой зүйл бол "3D CubeSat" -ыг хайх бөгөөд хэд хэдэн загвар олсон боловч бид НАСА -гийн вэбсайтаас файлыг авахаар шийдсэн. Тэндээс та файлыг татаж авах хэрэгтэй болно; Файлыг задалж 3D принтер дээр ачаалахын тулд танд флаш диск хэрэгтэй болно.

Тэндээс CubeSat -ийг 3D хэвлээд бусад алхамуудыг үргэлжлүүлээрэй.

3D CubeSat загварыг бүтээхдээ бидний Arduino болон утаснууд дотор нь багтахгүй гэдгийг ойлгосон. Бид бүгд стратеги боловсруулж, бүх зүйлийг дотор нь хэрхэн оруулахаа олж мэдэх ёстой байв. Бид эргүүлж, бүрхэвчээ дээд ба доод хэсгийг дээш харуулах ёстой байв. Үүний дараа бид цооног өрөмдөж, хадаасаа боож, сайн хэмжээг нь олох боломжтой болсон. Бүх Arduino, SD карт болон бүх зүйлийг дотор нь оруулахдаа бидэнд "хэт их" зай байсан тул дотор нь хөөс ороох шаардлагатай болсон. бид туршиж байх үед энэ нь хаа сайгүй явахгүй, учир нь бүгд утастай, холбогдсон байсан.

Алхам 3: Дизайнаа зур

Та бүх материалаа авсны дараа дизайн ямар байхыг харуулах болно.

Зарим хүмүүс энэ алхамыг бусдаас илүү ашигтай гэж үздэг тул энэ нь таны хүссэнээр нарийвчилсан эсвэл ойлгомжтой байж болох ч бүх зүйлийг хэрхэн зохион байгуулах талаар ерөнхий ойлголт авах нь зүйтэй юм.

Манай бүлэг үүнийг мэдрэгч болон бүх утсыг хэрхэн яаж зохион байгуулах талаар тархины шуурга хийх зорилгоор биечлэн ашигласан боловч тэндээс бид юмаа байнга сольж байсан тул төдийлөн ашиг тусаа олсонгүй. Тэдэнтэй үнэхээр зууралддаггүй.

Бүх зүйл хэрхэн харагдах талаар ерөнхий ойлголттой болсны дараа та дараагийн алхам руу шилжиж болно

Алхам 4: Geiger Counter хэрхэн ажилладаг талаар олж мэдэх

Гейгер тоолуурыг бидэнд хүргүүлсний дараа энэ нь хэрхэн ажилладаг талаар олж мэдэх шаардлагатай болсон тул бидний хэн нь ч үүнийг хэзээ ч ашиглаж байгаагүй.

Бидний олж мэдсэн хамгийн эхний зүйл бол Geiger Counter нь маш мэдрэмтгий байдаг. Нуруун дээрх мэдрэгчүүд нь хүрэх тоолондоо Geiger хоолойноос гадна маш чанга дуу чимээ гаргах болно. Хэрэв бид хуруугаа хуруугаараа байлгавал энэ нь нэг урт тасралтгүй дохио өгөх бөгөөд бид хуруугаа салгаж, хуруугаа хуруугаараа үргэлжлэх хугацаанаас нь хамааран дуугарах болно.

Дараа нь бид гадил ашиглан Geiger Counter -ийг туршиж үзсэн. Цацраг идэвхт бодис Geiger Counter-тэй ойр байх тусам илүү их хачиг болон эсрэгээрээ байх болно гэдгийг бид ойлгосон.

Алхам 5: Багаж хэрэгсэл/Аюулгүй ажиллагааны дадлага

1. Шаардлагатай хамгийн эхний зүйл бол CubeSat юм. Үүнийг хийхийн тулд танд 3d принтер, хэвлэх файл хэрэгтэй болно, эсвэл ажиллах боломжтой гэж үзсэн материалаа ашиглан өөрөө бүтээх боломжтой болно. CubeSat нь 10см х 10см х 10см хэмжээтэй байх ёстой гэдгийг санаарай (хэрэв та өөрөө барьж байгаа бол 2 -р хэсгийг алгасаарай).
2. Дараа нь та 3d хэвлэсэн CubeSat -ийн дээд ба доод бүрхүүлд шураг оруулах нүх өрөмдөх хэрэгтэй болно. Доод бүрхүүлийг шургуул.
3. Батерей аваад зайны саванд хийж, дараа нь батерейг Geiger Counter руу холбож, Geiger Counter -ийг Arduino руу залгаарай. Micro SD уншигч утастай эсэхийг шалгаарай.
4. Гейгер тоолуурыг асаагаад бүх зүйл зөв ажиллаж байгаа эсэхийг шалгаарай. Бүгдийг CubeSat дотор оруулна уу.
5. Баталгаажуулахын тулд CubeSat нислэгээ туршиж үзээрэй
6. Өгөгдлөө цуглуулсны дараа CubeSat -д юу ч хэт халахгүй байгаа эсэхийг шалгаарай. Хэрэв байгаа бол түүнийг шууд салгаад асуудлыг шийдээрэй
7. Мэдээлэл цуглуулж байгаа эсэхийг шалгахын тулд бүх зүйлийг туршиж үзээрэй
8. Мэдээлэл цуглуулахад ашигладаг урантай харьцсаны дараа гараа угаахаа мартуузай

Алхам 6: Arduino -ийг холбох

Цахилгаан хангамжийн цорын ганц зүйл бол АА батерей юм

Батерейг шууд Гейгер тоолуурт холбоод дараа нь VVC зүүг талхны эерэг баганад холбоно уу.

Талхны самбар дээрх ижил багана дээр өөр утсыг Arduino дээрх 5V үүр рүү оруулна уу. Энэ нь Arduino -г ажиллуулах болно.

Дараа нь arduino дээрх 5V зүүгээс SD карт адаптер руу утас залгаарай.

Дараа нь geiger тоолуур дээрх VIN -ийг Arduino дээрх аналог зүүгээр холбоно уу.

Үүний дараа GND -ийг талхны самбар дээрх сөрөг багана руу холбоно уу.

Сөрөг баганыг Arduino дээрх GND руу холбоно уу.

Arduino руу SD карт:

Мисо 11 рүү явдаг

Мисо 12 руу явдаг

SCK 13 руу явдаг

CS 4 рүү очно

Алхам 7: Кодлох

Arduino -г кодлох хамгийн хялбар арга бол ArduinoCC програмыг татаж авах бөгөөд энэ нь код бичиж, Aduino -д байршуулах боломжийг олгодог. Ажиллах бүрэн кодыг олоход бидэнд маш хэцүү байсан. Азаар бидний кодонд CPM (минут тутамд товшилт) болон SD карт дээрх өгөгдөл бүртгэгдсэн байна.

Код:

#оруулах

#оруулах

/ * * Geiger.ino * * Энэ код нь Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE) Geiger тоолуурын самбартай харилцан үйлчилдэг.

* ба CPM (минут тутамд тоолох) дахь уншилтыг тайлагнадаг. *

* Зохиогч: Марк А. Хеклер (@MkHeck, [email protected]) *

* Лиценз: MIT лиценз *

* Холбоосоор чөлөөтэй ашиглаарай. Баярлалаа!

*

* * Засварласан ** */

#тодорхойлох LOG_PERIOD 5000 // Бүртгэлийн хугацаа миллисекундээр, санал болгосон утга 15000-60000.

#dex MAX_PERIOD 60000 // Бүртгэлийн хамгийн их хугацаа

дэгдэмхий гарын үсэг зураагүй урт тоолол = 0; // GM Tube үйл явдал

гарын үсэг зураагүй урт cpm = 0; // CPM

const unsigned int үржүүлэгч = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // CPM -ийг тооцоолох/хадгалах

гарын үсэг зураагүй урт өмнөх Миллис; // Цагийн хэмжилт

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// Гейгерийн тоолуурын самбараас авсан үйл явдлын тоог тоолж авдаг ++;

}

#оруулах

MyFile файл хийх;

хүчингүй тохиргоо () {

pinMode (10, OUTPUT);

SD.begin (4); // Цуваа холболтыг нээгээд порт нээгдэхийг хүлээнэ үү.

Цуваа.begin (115200);

}

void loop () {// тохируулсны дараа юу ч болохгүй

тэмдэггүй урт гүйдэлMillis = millis ();

if (currentMillis - previousMillis> LOG_PERIOD) {

өмнөхMillis = одоогийнMillis;

cpm = тоолох * үржүүлэгч;

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

if (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

тоолох = 0;

pinMode (зүү, оролт); // GM Tube -ийн үйл явдлын тасалдлыг авахын тулд оролтыг тохируулах (); // Тасалдлыг идэвхжүүлэх (хэрэв тэд өмнө нь идэвхгүй болсон бол) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Гадны тасалдлыг тодорхойлох

}

}

Бидэнд байгаа зураг бол бидний ашиглаж байсан анхны код дутуу байсан бөгөөд энэ нь кодлохтой холбоотой бидний асуудлын эхнийх байсан юм. Тэндээс эхлэн багш нар маань кодын талаар туслалцаа үзүүлэх хүртэл бид төслөө үргэлжлүүлж чадахгүй байсан. Энэ кодыг зөвхөн Geiger Counter -тэй ажилладаг өөр кодоос авсан боловч нэг удаа SD карттай холбож үзээгүй болно.

Алхам 8: Туршилтын код

Та кодоо авсны дараа өгөгдөл цуглуулах боломжтой эсэхийг шалгахын тулд кодыг туршиж үзээрэй.

Бүх тохиргоо зөв хийгдсэн эсэхийг шалгаарай, бүх зүйл зөв эсэхийг шалгахын тулд портууд болон утаснуудаа шалгаарай.

Та бүх зүйлийг шалгасны дараа кодыг ажиллуулж, авсан өгөгдлөө харна уу.

Мөн цацаж буй бодит цацрагийг тодорхойлохын тулд цуглуулж буй цацрагийн нэгжийг анхаарч үзээрэй.

Алхам 9: CubeSat -ээ туршиж үзээрэй

Та кодчилолоо хийж, бүх утсаа холбосны дараа таны хийх дараагийн алхам бол CubeSat доторх бүх зүйлийг багтааж, турших явдал бөгөөд таны эцсийн туршилтанд юу ч нурахгүй байх болно.

Таны бөглөх ёстой эхний шалгалт бол нислэгийн шалгалт юм. CubeSat -ийг өлгөх эсвэл эргүүлэх ямар нэг зүйл аваарай, энэ нь нисэх эсэхийг шалгахын тулд зөв чиглэлд эргэлдэж байгаа эсэхийг шалгаарай.

Эхний урьдчилсан туршилтыг хийж дууссаны дараа та хоёр чичиргээний туршилтыг хийх шаардлагатай болно. Эхний туршилт нь CubeSat дэлхийн агаар мандлаас гарч буй үймээн самууныг дуурайх бөгөөд хоёр дахь чичиргээний туршилт нь сансрын үймээн самууныг дуурайх болно.

Таны бүх эд анги хамт байх ёстой бөгөөд юу ч эвдэрсэн эсэхийг шалгаарай.

Алхам 10: Эцсийн шалгалт ба үр дүн

Гейгер тоолуураас хол зайд өөр өөр зайд ширээн дээр цуглуулсан өгөгдөл

5 секундын дотор цуглуулах интервал 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Эцсийн туршилтынхаа өмнө бид Geiger Counter -ийг асааж, цацраг идэвхт материалыг өөр өөр зайд байрлуулах замаар мэдээлэл цуглуулсан. Энэ тоо өндөр байх тусам Geiger Counter нь цацраг идэвхт материалтай ойр байх болно.

Бодит туршилтын явцад цуглуулсан мэдээлэл

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

Бидний хийсэн бодит туршилтын хувьд цацраг идэвхт материалыг хэмжихийн тулд Geiger Counter -ээс хэт хол байсан.

Өгөгдөл нь юу гэсэн үг вэ? Унших хүснэгтийг ашигласнаар цацраг туяа нь хүмүүсийн хувьд илүү аюултай болохыг тодорхойлж, дараа нь минут тутамд дарж цацраг идэвхт бодисыг mSV болгон хувиргаж чадна. Тиймээс бидний хийсэн туршилтанд үндэслэн Ангараг гараг нь хүн төрөлхтөнд үнэхээр аврагдах болно!

Харамсалтай нь бодит байдал ихэвчлэн урам хугардаг. Ангараг гаригийн цацраг туяа нь үнэндээ 300 мЗв бөгөөд энэ нь цөмийн станцын ажилчдын жил бүр ил гаргадаг хэмжээнээс 15 дахин их юм.

Манай нислэгийн бусад мэдээлэлд дараахь зүйлс орно.

Fc: 3.101 Ньютон

Ac: 8.072 m/s^2

V: 2.107 м/с

м:.38416 кг

P: 1.64 секунд

F:.609 Гц

Алхам 11: Асуудал/Зөвлөмж/Эх сурвалж

Бидэнд тулгарч байсан гол асуудал бол Geiger болон SD картанд тохирох кодыг олох явдал байсан тул хэрэв танд ийм асуудал тулгарвал манай кодыг суурь болгон ашиглахад чөлөөтэй байгаарай. Өөр нэг сонголт бол Arduino форумд очиж, тэндээс тусламж хүсэх явдал юм (гэхдээ нөхөн төлбөр байхгүй тохиолдолд хүмүүс туслах магадлал багатай болохыг бид анзаарсан тул төлөхөд бэлэн байгаарай).

Бидний бусдад зөвлөх нэг зүйл бол илүү баталгаажсан өгөгдөл авахын тулд Geiger Counter -ийг цацраг туяанд аль болох ойр байлгах арга замыг хайж олох явдал юм.

Сонирхож буй хэн бүхэнд зориулж бид лавласан эх сурвалжууд энд байна.

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

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

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