Cara Membangun CubeSat Dengan Sensor Penghitung Arduino dan Geiger: 11 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Pernah bertanya-tanya tentang apakah Mars radioaktif atau tidak? Dan jika itu radioaktif, apakah tingkat radiasinya cukup tinggi untuk dianggap berbahaya bagi manusia? Ini semua adalah pertanyaan yang kami harap dapat dijawab oleh CubeSat kami dengan Arduino Geiger Counter.

Radiasi diukur dalam sieverts, yang mengkuantifikasi jumlah radiasi yang diserap oleh jaringan manusia, tetapi karena ukurannya yang sangat besar, kami biasanya mengukur dalam millisieverts (mSV). 100 mSV adalah dosis tahunan terendah di mana setiap peningkatan risiko kanker terbukti, dan dosis tunggal 10.000 mSV berakibat fatal dalam beberapa minggu. Harapan kami adalah untuk menentukan di mana simulasi ini mendaratkan Mars pada skala radioaktif.

Kelas fisika kami dimulai dengan mempelajari gaya terbang selama kuartal pertama melalui laboratorium di mana kami merancang pesawat kami sendiri dan kemudian membuatnya dari pelat styrofoam. Kami kemudian akan melanjutkan peluncuran untuk menguji drag, lift, thrust, dan berat pesawat. Setelah kumpulan data pertama, kami kemudian akan membuat perubahan pada bidang untuk mencoba dan mendapatkan jarak terjauh.

Kemudian kuartal kedua kami fokus membangun roket air untuk mengamati dan menguji lebih lanjut konsep yang kami pelajari selama kuartal pertama. Untuk proyek ini kami menggunakan botol 2L dan bahan lain untuk membuat roket kami. Ketika kami siap untuk meluncurkan, kami akan mengisi botol dengan air, pergi ke luar, menempatkan roket di landasan peluncuran, memberi tekanan pada air dan melepaskannya. Tujuannya adalah untuk meluncurkan roket sejauh mungkin ke arah vertikal dan menjatuhkannya dengan aman.

Proyek "besar" ketiga kami adalah membangun CubeSat yang akan membawa Arduino dan sensor dengan aman ke model kelas Mars kami. Tujuan utama proyek ini adalah untuk menentukan jumlah radioaktivitas di Mars dan menentukan apakah itu berbahaya bagi manusia. Beberapa tujuan sampingan lainnya adalah menciptakan CubeSat yang tahan uji guncangan dan dapat memuat semua bahan yang diperlukan di dalamnya. Tujuan samping berjalan beriringan dengan kendala. Kendala yang kami miliki untuk proyek ini adalah dimensi CubeSat, berapa beratnya, dan bahan dari mana ia dibuat. Kendala lain yang tidak terkait dengan CubeSat adalah jumlah waktu yang kami miliki untuk mencetak 3D karena kami hanya punya satu hari untuk menyelesaikannya; sensor yang kami gunakan juga menjadi kendala karena ada sensor yang tidak tersedia atau tidak dapat dibeli oleh kelas. Selain itu, kami harus lulus uji goyang untuk menentukan stabilitas CubeSat dan uji berat untuk memastikan kami tidak melebihi 1,3kg.

-Juan

Langkah 1: Daftar Bahan

CubeSat cetak 3D- Miniatur satelit yang memiliki dimensi 10cm x 10cm x 10cm dan berat tidak lebih dari 1,3Kg. Di sinilah kami meletakkan semua kabel dan sensor kami, berfungsi sebagai wahana antariksa

Kabel- Digunakan untuk menghubungkan Penghitung Geiger dan Arduino satu sama lain dan membuatnya berfungsi

Arduino- Digunakan untuk menjalankan kode pada Geiger Counter

Penghitung Geiger- Digunakan untuk mengukur peluruhan radioaktif, inilah yang menjadi sandaran seluruh proyek kami untuk menentukan radioaktivitas

Baterai- Digunakan untuk menyalakan Penghitung Geiger yang akan memberi daya pada Arduino setelah terhubung

Micro sd Reader- Digunakan untuk mengumpulkan dan merekam data yang dikumpulkan dengan Geiger Counter

Sekrup- Digunakan untuk mengencangkan bagian atas dan bawah CubeSat agar tidak rusak

Bijih uranium- Bahan radioaktif yang digunakan Penghitung Geiger untuk menentukan radioaktivitas

Komputer- Digunakan untuk menemukan/membuat kode yang akan Anda gunakan untuk Arduino

Kabel USB- Digunakan untuk menghubungkan Arduino Anda ke komputer dan menjalankan kode

Langkah 2: Bangun CubeSat Anda

Hal pertama yang Anda perlukan adalah CubeSat Anda.

(Jika Anda ingin penjelasan terperinci tentang apa itu CubeSat, periksa

Saat mendesain CubeSat, Anda memiliki dua opsi utama, buat sendiri dari bahan apa pun yang Anda miliki atau cetak 3D.

Grup saya memutuskan untuk mencetak 3D CubeSat kami sehingga yang harus kami lakukan hanyalah mencari "3D CubeSat" dan kami menemukan beberapa template tetapi kami memutuskan untuk mengambil file dari situs web NASA. Dari sana Anda perlu mengunduh file; kemudian, Anda akan memerlukan flash drive untuk membuka zip file dan memuatnya ke printer 3D.

Dari sana, lanjutkan dan cetak CubeSat 3D untuk melanjutkan langkah selanjutnya.

Saat membuat model CubeSat 3D kami, kami menyadari bahwa Arduino dan kabel kami tidak muat di dalamnya. Kami semua harus membuat strategi dan mencari cara untuk memasukkan semuanya ke dalam. Kami harus memutar dan meletakkan penutup atas dan bawah menghadap ke atas. Setelah itu, kami harus mengebor lubang dan dapat memasang paku dan menemukan ukuran yang tepat. Saat meletakkan semua Arduino, kartu SD dan semua yang ada di dalamnya, kami memiliki ruang "terlalu banyak" sehingga kami harus menambahkan beberapa bungkus gelembung di dalamnya sehingga saat kami uji tidak akan kemana-mana karena semuanya terkabel dan terhubung.

Langkah 3: Buat Sketsa Desain Anda

Setelah Anda mendapatkan semua bahan Anda, Anda akan ingin membuat sketsa seperti apa desain Anda nantinya.

Beberapa orang menganggap langkah ini lebih berguna daripada yang lain sehingga bisa sedetail atau sejelas yang Anda suka, tetapi ada baiknya untuk mendapatkan gambaran umum tentang bagaimana Anda akan mengatur semuanya.

Kelompok kami secara pribadi menggunakannya untuk semacam brainstorming bagaimana kami akan mengatur sensor kami dan semua kabel, tetapi dari sana kami tidak menemukan banyak kegunaannya karena kami terus-menerus mengubah banyak hal dan sketsa kami hanya berfungsi sebagai titik awal karena kami tidak melakukannya. tidak benar-benar menempel dengan mereka.

Setelah Anda memiliki gambaran umum tentang seperti apa segala sesuatunya, Anda dapat melanjutkan ke langkah berikutnya

Langkah 4: Pelajari Cara Kerja Penghitung Geiger

Setelah Geiger Counter dikirimkan kepada kami, kami harus mempelajari cara kerjanya karena tidak ada dari kami yang pernah menggunakannya.

Hal pertama yang kami pelajari adalah bahwa Penghitung Geiger sangat sensitif. Sensor di bagian belakang akan mengeluarkan suara yang sangat keras seperti halnya tabung Geiger itu sendiri setiap kali kita menyentuhnya. Jika kita terus jari kita pada tabung itu akan membuat satu bunyi bip konstan panjang dan kami mengambil jari-jari kami dan itu akan berbunyi bip sesuai dengan durasi jari-jari kita pada tabung.

Kemudian kami menguji Geiger Counter menggunakan pisang. Kami menyadari bahwa semakin dekat bahan radioaktif ke Penghitung Geiger, semakin akan berdetak dan sebaliknya.

Langkah 5: Alat/Praktik Keselamatan

1. Hal pertama yang dibutuhkan adalah CubeSat. Untuk membuatnya, Anda memerlukan printer 3d dan file untuk dicetak atau Anda dapat membuatnya sendiri menggunakan bahan apa pun yang Anda rasa akan berhasil; ingat, CubeSat harus berukuran 10cm x 10cm x 10cm (Lewati bagian 2 jika Anda membuat sendiri)
2. Selanjutnya Anda perlu mengebor lubang ke bagian atas dan bawah cangkang CubeSat yang dicetak 3d untuk memasang sekrup di dalamnya. Silakan dan kencangkan cangkang bawah (Pastikan Anda mengenakan kacamata untuk mencegah kotoran masuk ke mata Anda)
3. Dapatkan beberapa baterai dan masukkan ke dalam kemasan baterai, lalu sambungkan baterai ke Penghitung Geiger dan sambungkan Penghitung Geiger ke Arduino. Pastikan pembaca Micro SD juga terhubung.
4. Nyalakan Penghitung Geiger untuk memastikan semuanya berfungsi dengan baik. Masukkan semuanya ke dalam CubeSat.
5. Uji terbang CubeSat Anda untuk memastikan
6. Setelah mengumpulkan data Anda, pastikan tidak ada apa pun di CubeSat yang terlalu panas. Jika ada, segera cabut dan tentukan masalahnya
7. Uji semuanya untuk memeriksa apakah data sedang dikumpulkan
8. Pastikan untuk mencuci tangan setelah berurusan dengan Uranium yang digunakan untuk mengumpulkan data

Langkah 6: Pengkabelan Arduino

Satu-satunya catu daya yang dibutuhkan adalah baterai AA

Hubungkan baterai langsung ke Penghitung Geiger, lalu sambungkan pin VVC ke kolom positif papan tempat memotong roti.

Jalankan kabel lain pada kolom yang sama di papan tempat memotong roti ke slot 5V di Arduino. Ini akan memberi daya pada Arduino.

Kemudian, jalankan kabel dari pin 5V pada arduino ke adaptor SD Card.

Selanjutnya, sambungkan VIN pada penghitung geiger ke pin analog pada Arduino.

Setelah itu, sambungkan GND ke kolom negatif di papan tempat memotong roti.

Hubungkan kolom negatif ke GND di Arduino.

Kartu SD ke Arduino:

Miso pergi ke 11

Miso pergi ke 12

SCK pergi ke 13

CS pergi ke 4

Langkah 7: Pengkodean

Cara termudah untuk membuat kode Arduino adalah dengan mengunduh aplikasi ArduinoCC, yang memungkinkan Anda untuk menulis kode dan mengunggahnya ke Aduino. Kami mengalami kesulitan menemukan kode lengkap yang akan berfungsi. Beruntung bagi Anda, kode kami mencakup pencatatan CPM (klik per menit) dan data pada kartu SD.

Kode:

#termasuk

#termasuk

/* * Geiger.ino * * Kode ini berinteraksi dengan papan penghitung Geiger Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE)

* dan melaporkan pembacaan dalam CPM (Counts Per Minute). *

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

* Lisensi: Lisensi MIT *

* Silakan gunakan secara bebas dengan atribusi. Terima kasih!

*

* * Diedit** */

#define LOG_PERIOD 5000 //Periode pencatatan dalam milidetik, nilai yang disarankan 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 //Periode pencatatan maksimum

volatilitas unsigned long count = 0; // Acara GM Tube

cpm panjang yang tidak ditandatangani = 0; // BPS

const unsigned int multiplier = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Menghitung/menyimpan CPM

unsigned long beforeMillis; // Pengukuran waktu

pin int konstan = 3;

batalkan tabung_impuls() {

// Menangkap jumlah kejadian dari jumlah papan penghitung Geiger++;

}

#termasuk

File file saya;

batalkan pengaturan() {

pinMode(10, OUTPUT);

SD.mulai(4); // Buka komunikasi serial dan tunggu port terbuka:

Serial.begin(115200);

}

void loop() { // tidak ada yang terjadi setelah setup

unsigned long currentMillis = milis();

if(Millis saat ini - Mili sebelumnya > LOG_PERIOD) {

sebelumnyaMillis = saat iniMillis;

cpm = menghitung * pengali;

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

jika (file saya) {

Serial.println(cpm);

myFile.println(cpm);

myFile.close();

}

jumlah = 0;

pinMode(pin, INPUT); // Setel pin ke input untuk menangkap interupsi acara GM Tube(); // Aktifkan interupsi (jika sebelumnya dinonaktifkan) attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pin), tube_impulse, FALLING); // Tentukan interupsi eksternal

}

}

Gambar yang kami miliki adalah kode pertama yang kami gunakan yang tidak lengkap sehingga itu adalah masalah pertama kami dengan pengkodean. Sejak saat itu kami tidak dapat benar-benar melanjutkan proyek sampai guru kami membantu kami dengan kode tersebut. Kode ini berasal dari kode lain yang bekerja dengan Penghitung Geiger saja tetapi tidak setelah dipasangkan dengan kartu SD.

Langkah 8: Kode Uji

Setelah Anda memiliki kode, lanjutkan dan uji kode untuk memastikan Anda dapat mengumpulkan data.

Pastikan semua pengaturan sudah benar, jadi periksa port dan kabel Anda untuk memastikan semuanya benar.

Setelah Anda memeriksa semuanya, jalankan kode dan lihat data yang Anda dapatkan.

Perhatikan juga satuan radiasi yang Anda kumpulkan karena akan menentukan radiasi aktual yang dipancarkan.

Langkah 9: Uji CubeSat Anda

Setelah Anda mendapatkan pengkodean Anda dan semua kabel Anda selesai, langkah selanjutnya adalah menyesuaikan semua yang ada di dalam CubeSat dan mengujinya untuk memastikan tidak ada yang akan berantakan pada pengujian akhir Anda.

Tes pertama yang harus Anda selesaikan adalah tes terbang. Dapatkan sesuatu untuk menggantung CubeSat Anda dan putar untuk menguji apakah akan terbang atau tidak dan untuk memastikannya berputar ke arah yang benar.

Setelah Anda menyelesaikan tes pendahuluan pertama, Anda harus menyelesaikan dua tes goyang. Tes pertama akan mensimulasikan turbulensi yang akan dialami CubeSat saat keluar dari atmosfer bumi dan tes guncangan kedua akan mensimulasikan turbulensi di luar angkasa.

Pastikan semua bagian Anda tetap menyatu dan tidak ada yang berantakan.

Langkah 10: Pengujian dan Hasil Akhir

Data dikumpulkan di atas meja pada jarak yang berbeda dari penghitung geiger

Interval pengumpulan pada 5 detik 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Sebelum pengujian akhir kami, kami mengumpulkan data dengan menyalakan Penghitung Geiger dan meletakkan bahan radioaktif pada jarak yang berbeda. Semakin tinggi angkanya, semakin dekat Geiger Counter dengan bahan radioaktif.

Data yang dikumpulkan selama Pengujian yang sebenarnya

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

Untuk pengujian kami yang sebenarnya, bahan radioaktif ternyata terlalu jauh dari Penghitung Geiger untuk diukur.

Apa yang dimaksud dengan data? Nah dengan menggunakan grafik pembacaan kita dapat menentukan bahwa semakin tinggi angkanya, semakin berbahaya radiasi bagi manusia. Kemudian kita dapat mengubah Klik Per Menit menjadi mSV yang merupakan satuan sebenarnya untuk radiasi. Jadi, berdasarkan percobaan kami, Mars sangat aman bagi manusia!

Sayangnya, kenyataan seringkali mengecewakan. Radiasi Mars sebenarnya adalah 300 mSv yang 15x lebih tinggi daripada yang terpapar oleh pekerja pembangkit nuklir setiap tahun.

Data lain untuk penerbangan kami meliputi:

Fc: 3,101 Newton

Ac: 8,072 m/s^2

V: 2.107 m/s

m: 0,38416 kg

P: 1,64 detik

F: 0,609 Hz

Langkah 11: Masalah/Tips/Sumber

Masalah utama kami adalah menemukan kode yang akan bekerja untuk Geiger dan kartu SD jadi jika Anda memiliki masalah yang sama jangan ragu untuk menggunakan kode kami sebagai basis. Pilihan lain adalah pergi ke forum Arduino dan meminta bantuan di sana (namun bersiaplah untuk membayar karena kami melihat orang-orang cenderung tidak membantu jika tidak ada kompensasi).

Satu hal yang kami sarankan untuk orang lain adalah mencoba dan menemukan cara agar Penghitung Geiger sedekat mungkin dengan radiasi agar bisa mendapatkan lebih banyak data bersertifikat.

Berikut adalah sumber yang kami konsultasikan untuk siapa saja yang tertarik:

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

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

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