Φροντιστήριο επιταχυνσιόμετρου CubeSat: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Το cubesat είναι ένας τύπος μικροσκοπικού δορυφόρου για διαστημική έρευνα που αποτελείται από πολλαπλάσια κυβικών μονάδων 10x10x10 cm και μάζας όχι μεγαλύτερη από 1,33 κιλά ανά μονάδα. Τα Cubesats επιτρέπουν την αποστολή μεγάλου αριθμού δορυφόρων στο διάστημα και επιτρέπουν στον ιδιοκτήτη τον πλήρη έλεγχο του μηχανήματος ανεξάρτητα από το πού βρίσκονται στη γη. Τα Cubesats είναι επίσης πιο προσιτά από οποιοδήποτε άλλο τρέχον πρωτότυπο. Τελικά, τα cubesats διευκολύνουν τη βύθιση στο διάστημα και διαδίδουν τη γνώση για το πώς μοιάζει ο πλανήτης και το σύμπαν μας.

Το Arduino είναι μια πλατφόρμα, ή ένας υπολογιστής του είδους, που χρησιμοποιείται για την κατασκευή ηλεκτρονικών έργων. Το Arduino αποτελείται από προγραμματιζόμενη πλακέτα κυκλώματος και ένα κομμάτι λογισμικού που λειτουργεί στον υπολογιστή σας και χρησιμοποιείται για την εγγραφή και τη μεταφόρτωση κώδικα υπολογιστή στον πίνακα.

Για αυτό το έργο, η ομάδα μας είχε τη δυνατότητα να επιλέξει όποιον αισθητήρα θέλαμε για να ανιχνεύσει οποιαδήποτε συγκεκριμένη πτυχή της σύνθεσης του Άρη. Αποφασίσαμε να πάμε με ένα επιταχυνσιόμετρο ή μια ηλεκτρομηχανική συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση των δυνάμεων επιτάχυνσης.

Για να λειτουργήσουν όλες αυτές οι συσκευές μαζί, έπρεπε να συνδέσουμε το επιταχυνσιόμετρο στο ψωμί του Arduino και να το τοποθετήσουμε και στο εσωτερικό του cubesat και να βεβαιωθούμε ότι αντέχει σε προσομοίωση πτήσης και δοκιμή ανακίνησης. Αυτό το διδακτικό θα καλύψει πώς το πετύχαμε αυτό και τα δεδομένα που συλλέξαμε από το Arduino.

Βήμα 1: Καθορίστε στόχους (Alex)

Ο κύριος στόχος μας για αυτό το έργο, ήταν να χρησιμοποιήσουμε ένα επιταχυνσιόμετρο (μην ανησυχείτε θα εξηγήσουμε τι είναι αυτό αργότερα) τοποθετημένο σε ένα CubeSat, για να μετρήσετε την επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας στον Άρη. Έπρεπε να φτιάξουμε ένα CubeSat και να δοκιμάσουμε την ανθεκτικότητά του με διάφορους τρόπους. Το πιο δύσκολο μέρος του καθορισμού και του σχεδιασμού στόχων, ήταν η συνειδητοποίηση του τρόπου συγκράτησης του Arduino και του επιταχυνσιόμετρου στο CubeSat, με ασφαλή τρόπο. Για να γίνει αυτό, έπρεπε να βρούμε ένα καλό σχέδιο CubeSat, να βεβαιωθούμε ότι ήταν 10x10x10cm και να βεβαιωθούμε ότι ζύγιζε λιγότερο από 1,3 κιλά.

Καθορίσαμε ότι τα Legos, στην πραγματικότητα θα αποδείχθηκαν ανθεκτικά, και επίσης εύκολο να χτιστούν μαζί τους. Τα Legos ήταν επίσης κάτι που θα μπορούσε να έχει κάποιος, αντί να ξοδεύουμε χρήματα σε οικοδομικά υλικά. Ευτυχώς, η διαδικασία κατάληψης ενός σχεδίου δεν κράτησε πολύ, όπως θα δείτε στο επόμενο βήμα.

Βήμα 2: Σχεδιάστε το Cubesat

Για αυτό το συγκεκριμένο cubesat, χρησιμοποιήσαμε lego για την ευκολία κατασκευής τους, την προσάρτηση και την αντοχή τους. Ο κύβος πρέπει να είναι 10x10x10 cm και να ζυγίζει λιγότερο από 1,33 kg (3 lbs) ανά U. Τα Legos διευκολύνουν να έχουν ακριβή 10x10x10 cm, ενώ χρησιμοποιούν δύο βάσεις Lego για το πάτωμα και το καπάκι του cubesat. Σως χρειαστεί να δείτε τις βάσεις Lego για να τις πάρετε ακριβώς όπως τις θέλετε. Μέσα στο cubesat, θα έχετε το arduino, το breadboard, την μπαταρία και τη θήκη της κάρτας SD όλα προσαρτημένα στους τοίχους χρησιμοποιώντας οποιαδήποτε κόλλα που θέλετε. Χρησιμοποιήσαμε κολλητική ταινία για να διασφαλίσουμε ότι δεν θα χαλαρώσουν κομμάτια στο εσωτερικό. Για να στερεώσουμε το cubesat στο τροχιακό, χρησιμοποιήσαμε χορδή, λαστιχάκια και φερμουάρ. Οι λαστιχένιες ταινίες πρέπει να τυλίγονται γύρω από το cubesat σαν να είναι τυλιγμένη με κορδέλα γύρω από ένα δώρο. Στη συνέχεια, το κορδόνι είναι δεμένο στο κέντρο της λαστιχένιας ζώνης στο καπάκι. Στη συνέχεια, η συμβολοσειρά περιστρέφεται μέσω μιας φερμουάρ που συνδέεται στη συνέχεια με την τροχιά.

Βήμα 3: Κατασκευάστε το Arduino

Ο στόχος μας για αυτό το CubeSat, όπως προαναφέρθηκε, ήταν να καθορίσουμε την επιτάχυνση λόγω βαρύτητας στον Άρη με ένα επιταχυνσιόμετρο. Τα επιταχυνσιόμετρα είναι ολοκληρωμένα κυκλώματα ή μονάδες που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της επιτάχυνσης ενός αντικειμένου στο οποίο είναι προσαρτημένα. Σε αυτό το έργο έμαθα τα βασικά της κωδικοποίησης και της καλωδίωσης. Χρησιμοποίησα ένα mpu 6050 το οποίο χρησιμοποιείται ως ηλεκτρομηχανική συσκευή που θα μετρά τις δυνάμεις επιτάχυνσης. Ανιχνεύοντας το μέγεθος της δυναμικής επιτάχυνσης, μπορείτε να αναλύσετε τον τρόπο με τον οποίο η συσκευή κινείται στον άξονα Χ, Υ και Ζ. Με άλλα λόγια, μπορείτε να πείτε αν κινείται πάνω -κάτω ή από πλευρά σε πλευρά. Ένα επιταχυνσιόμετρο και κάποιος κώδικας μπορούν εύκολα να σας δώσουν τα δεδομένα για να καθορίσετε αυτές τις πληροφορίες. Όσο πιο ευαίσθητος είναι ο αισθητήρας, τόσο πιο ακριβή και λεπτομερή θα είναι τα δεδομένα. Αυτό σημαίνει ότι για μια δεδομένη αλλαγή στην επιτάχυνση, θα υπάρξει μεγαλύτερη αλλαγή στο σήμα.

Έπρεπε να συνδέσω το arduino, το οποίο ήταν ήδη συνδεδεμένο στο επιταχυνσιόμετρο, στη θήκη της κάρτας SD, η οποία θα αποθηκεύσει τα δεδομένα που ελήφθησαν κατά τη διάρκεια της δοκιμής πτήσης, ώστε να μπορέσουμε στη συνέχεια να το ανεβάσουμε σε έναν υπολογιστή. Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να δούμε τις μετρήσεις του άξονα Χ, Υ και Ζ για να δούμε πού βρισκόταν ο κύβος στον αέρα. Μπορείτε να δείτε στις συνημμένες εικόνες πώς να συνδέσετε το arduino στο επιταχυνσιόμετρο και στο breadboard.

Βήμα 4: Δοκιμές πτήσης και δόνησης (Alex)

Προκειμένου να διασφαλιστεί η ανθεκτικότητα του κύβου, έπρεπε να το περάσουμε από μια σειρά δοκιμών, που θα προσομοιώσουν το περιβάλλον στο οποίο θα περάσει, στο διάστημα. Η πρώτη δοκιμή που έπρεπε να βάλουμε τον κύβο καθόταν, ονομάστηκε μύγα Το Έπρεπε να συνδέσουμε το arduino σε μια συσκευή που ονομάζεται τροχιά και να προσομοιώσουμε τη διαδρομή πτήσης γύρω από τον κόκκινο πλανήτη. Δοκιμάσαμε πολλαπλές μεθόδους στερέωσης του καθίσματος κύβων, αλλά τελικά καταφέραμε να εγκατασταθούμε σε ένα διπλό λαστιχάκι που ήταν τυλιγμένο γύρω από το κάθισμα κύβου. Στη συνέχεια προσαρτήθηκε μια χορδή στα λαστιχάκια.

Η δοκιμή πτήσης δεν ήταν αμέσως επιτυχής, καθώς στην πρώτη μας προσπάθεια, άρχισε να βγαίνει μέρος της κασέτας. Στη συνέχεια, αλλάξαμε σχέδια στην επιλογή της ελαστικής ταινίας που αναφέρεται στην προηγούμενη παράγραφο. Αν και στη δεύτερη απόπειρά μας, καταφέραμε να αφήσουμε το μικρό να πετάξει στην απαιτούμενη ταχύτητα, για 30 δευτερόλεπτα, χωρίς να προκύψει κανένα απολύτως πρόβλημα.

Η επόμενη δοκιμή ήταν η δοκιμή δόνησης, η οποία θα προσομοίωνε χαλαρά τον κύβο που καθόταν ταξιδεύοντας στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη. Έπρεπε να βάλουμε τον κύβο στο τραπέζι κραδασμών και να αυξήσουμε την ισχύ σε ένα βαθμό. Ο κύβος κάθισε τότε έπρεπε να παραμείνει σε τακτική για τουλάχιστον 30 δευτερόλεπτα σε αυτό το επίπεδο ισχύος. Ευτυχώς για εμάς, καταφέραμε να περάσουμε όλες τις πτυχές του τεστ στην πρώτη μας προσπάθεια. Τώρα το μόνο που έμεινε ήταν η τελική συλλογή δεδομένων και δοκιμές.

Βήμα 5: Ερμηνεία δεδομένων

Με τα δεδομένα που πήραμε μετά την ολοκλήρωση της τελικής δοκιμής, μπορείτε να δείτε πού ταξίδεψε ο κύβος στον άξονα Χ, Υ και Ζ και να προσδιορίσετε την επιτάχυνση διαιρώντας τη μετατόπιση σας με το χρόνο. Αυτό σας δίνει τη μέση ταχύτητα. Τώρα, όσο το αντικείμενο επιταχύνεται ομοιόμορφα, πρέπει απλώς να πολλαπλασιάσετε τη μέση ταχύτητα επί 2 για να πάρετε την τελική ταχύτητα. Για να βρείτε την επιτάχυνση, παίρνετε την τελική ταχύτητα και τη διαιρείτε με το χρόνο.

Βήμα 6: Συμπέρασμα

Ο τελικός στόχος του έργου μας ήταν να προσδιορίσει την επιτάχυνση της βαρύτητας γύρω από τον Άρη. Μέσα από τα δεδομένα που συλλέχθηκαν χρησιμοποιώντας το Arduino, μπορεί να διαπιστωθεί ότι η βαρυτική επιτάχυνση ενώ περιστρέφεται γύρω από τον Άρη παραμένει σταθερή. Επιπλέον, ενώ ταξιδεύουμε γύρω από τον Άρη, η κατεύθυνση της τροχιάς αλλάζει συνεχώς.

Συνολικά, τα μεγαλύτερα αποτελέσματα της ομάδας μας ήταν η ανάπτυξη της ευχέρειας στην ανάγνωση και γραφή κώδικα, η κατανόηση μιας νέας τεχνολογίας στην αιχμή της εξερεύνησης του διαστήματος και η εξοικείωσή μας με τις εσωτερικές λειτουργίες και τις πολλές χρήσεις ενός Arduino.

Δεύτερον, καθ 'όλη τη διάρκεια του έργου, η ομάδα μας όχι μόνο έμαθε τις προαναφερθείσες έννοιες τεχνολογίας και φυσικής, αλλά μάθαμε επίσης δεξιότητες διαχείρισης έργου. Ορισμένες από αυτές τις δεξιότητες περιλαμβάνουν τη συμμόρφωση με τις προθεσμίες, την προσαρμογή για σχεδιαστικές παραβλέψεις και απρόβλεπτα προβλήματα και τη διεξαγωγή καθημερινών συνεδριάσεων standup για να δώσουμε την ευθύνη της ομάδας μας και, με τη σειρά της, να κρατήσουμε όλους σε καλό δρόμο για την επίτευξη των στόχων μας.

Συμπερασματικά, η ομάδα μας πληρούσε κάθε απαίτηση δοκιμών και δεδομένων, καθώς και εκμάθηση ανεκτίμητων δεξιοτήτων φυσικής και διαχείρισης ομάδας που μπορούμε να φέρουμε σε μελλοντικές προσπάθειες στο σχολείο και σε οποιοδήποτε επάγγελμα προσανατολισμένο στην ομαδική εργασία.