Μελέτη σκόνης Arduino: 8 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:35

Πώς θα ήταν να ζεις στον Άρη; Είναι ο αέρας που αναπνέει; Είναι ασφαλές? Πόση σκόνη υπάρχει; Πόσο συχνές είναι οι καταιγίδες; Αναρωτηθήκατε ποτέ την απάντηση σε οποιαδήποτε από αυτές τις ερωτήσεις;

Βήμα 1: Εισαγωγή

Τα ονόματά μας είναι Christian, Brianna και Emma. Έχουμε καλύψει πολλά θέματα κατά τη διάρκεια του χρόνου μας στο μάθημα φυσικής. Έχουμε μάθει για τον ηλεκτρισμό, τους διαφορετικούς τύπους δυνάμεων, τους πυραύλους, τη ρομποτική, τον προγραμματισμό, την κίνηση και πολλά άλλα.

Στόχος μας για αυτό το έργο είναι να δημιουργήσουμε ένα λειτουργικό CubeSat, ή έναν μικροσκοπικό δορυφόρο για διαστημική έρευνα, που περιέχει έναν προγραμματισμένο αισθητήρα σκόνης, προκειμένου να μάθουμε περισσότερα για τα πρότυπα της καταιγίδας σκόνης στον Άρη.

Αυτό το CubeSat πρέπει να μπορεί να αντέξει την ατμόσφαιρα του Άρη. Για να δοκιμάσει την ανθεκτικότητά του, υπέστη μια δοκιμή ανακίνησης για να βεβαιωθεί ότι το CubeSat είναι αρκετά ισχυρό.

Ο κύριος περιορισμός μας για αυτό το έργο ήταν οι απαιτήσεις μεγέθους του CubeSat. Έχουμε πολλά κομμάτια και σύρματα και ήταν δύσκολο να τα χωρέσουμε όλα μέσα. Ένας άλλος περιορισμός που είχαμε ήταν ο χρόνος. Είχαμε ενσωματωμένα πολλά στοιχεία, όπως η δημιουργία του CubeSat, ο προγραμματισμός και η κωδικοποίηση. Συνεχίστε να διαβάζετε το Instructable για να μάθετε περισσότερα!

Βήμα 2: Υλικά

Για Arduino & προγραμματισμό:

1. Αισθητήρας σκόνης

2. Arduino Uno

3. Καλώδιο HDMI

4. 2 καλώδια

5. Καρφίτσες

6. Υπολογιστής για προγραμματισμό

7. Κάρτα SD

8. Κάτοχος κάρτας SD

9. Αναγνώστης καρτών SD

10. Μπαταρία

11. Καλώδιο μπαταρίας

12. Πίνακας ψωμιού*

13. Πυκνωτής 470uF*

Για το CubeSat:

12. Popsicle Sticks (τουλάχιστον 120)

13. Gun Glue Gun

14. Velcro

15. Εργαλείο Dremel

16. Γυαλόχαρτο

Για δοκιμή:

17. Χάρτινες πετσέτες

18. Φίλτρα καφέ

20. Μεγάλος διακόπτης γυαλιού

21. Γάντια / γάντια φούρνου

22. Αναπτήρας / Ταιριάζει

Βήμα 3: Απαιτούμενα και χρησιμοποιημένα εργαλεία και πρακτικές ασφάλειας

- Το πρώτο εργαλείο που χρησιμοποιήσαμε ήταν ένα πιστόλι θερμής κόλλας. Χρησιμοποιήθηκε για να κολλήσει τα ξυλάκια μας, ενώ χτίζαμε το CubeSat. Προσέξτε πολύ να μην κολλήσετε στα χέρια σας και μην αγγίξετε το ακροφύσιο του όπλου, καθώς θα είναι πολύ ζεστό.

- Χρησιμοποιήσαμε επίσης κοπτικά σύρματος για να κόψουμε μια τρύπα στο CubeSat, έτσι ώστε ο αισθητήρας σκόνης να μπορεί να συλλέγει δεδομένα. Αυτό το εργαλείο λειτούργησε καλά με τα ξυλάκια και ήταν εύκολο στη χρήση. Όταν χρησιμοποιείτε αυτό το εργαλείο, να είστε προσεκτικοί ώστε να μην τσιμπήσετε το δάχτυλό σας ή να μην κόψετε διαφορετικά κάτι που δεν θέλετε.

- Ένα άλλο εργαλείο που χρησιμοποιήσαμε ήταν το γυαλόχαρτο. Αφού κόψαμε την τρύπα στο CubeSat, ήταν απαραίτητο να εξομαλύνουμε τις αιχμηρές άκρες. Αυτό το εργαλείο δεν απαιτεί ιδιαίτερες προφυλάξεις ασφαλείας, αλλά πιθανότατα θα δημιουργήσει ένα χάος για να καθαρίσετε.

- Χρησιμοποιήσαμε επίσης ένα εργαλείο Dremel. Το χρησιμοποιήσαμε για να τρίψουμε γρήγορα τις μεγάλες γωνίες του CubeSat. Η χρήση αυτού του εργαλείου απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή και είναι απαραίτητο να φοράτε προστατευτικά για τα μάτια. Επίσης, θα κάνει ένα χάος σκόνης και μικρών κομματιών, οπότε φροντίστε να καθαρίσετε τον χώρο εργασίας σας!

- Το τελευταίο εργαλείο που χρησιμοποιήσαμε ήταν ένας αναπτήρας. Το χρησιμοποιήσαμε για να ανάψουμε φίλτρα καφέ και χαρτί κουζίνας στη φωτιά, για να δημιουργήσουμε σκόνη και καπνό για να αισθανθεί το Arduino μας. Ενώ χρησιμοποιείτε αυτό το εργαλείο, φροντίστε να δέσετε τα μαλλιά σας πίσω, να αποφύγετε να φοράτε φαρδιά ρούχα και να φοράτε προστατευτικά για τα μάτια. Βεβαιωθείτε ότι παρακολουθείτε πάντα προσεκτικά τη φλόγα για να διασφαλίσετε ότι παραμένει περιορισμένη. Επίσης, θα ήταν έξυπνο να υπάρχει επίβλεψη ενήλικα ή δασκάλου!

Βήμα 4: Πώς να φτιάξετε ένα CubeSat

Περίπου 120 ξυλάκια Popsicle χρειάζονται για την κατασκευή του Cubesat. Το παραπάνω βίντεο δείχνει πώς τοποθετήσαμε τα μπαστούνια το ένα πάνω στο άλλο κολλώντας κάθε ραβδί για να βεβαιωθούμε ότι δεν θα σπάσουν.

Το cubesat έχει 1 ράφι και μια κορυφή. Το ράφι και η κορυφή είναι μόλις έξι ξυλάκια παγωτού κολλημένα μεταξύ τους.

Στο κάτω μέρος η μπαταρία και η κάρτα SD είναι Velcro. Στην κορυφή του ράφι το ψωμί κρατά το Velcro και το Arduino κάθεται πάνω από το breadboard.

Για τον αισθητήρα σκόνης, χρησιμοποιήστε τους κοπτήρες σύρματος για να κόψετε μια τρύπα στο πλάι του Cubesat για να χωρέσει ο αισθητήρας σκόνης. Χρησιμοποιήσαμε κάποια ταινία πάπιας για να κρατήσουμε τον αισθητήρα σκόνης στη θέση του.

Τέλος χρησιμοποιήστε το Velcro για να ασφαλίσετε την κορυφή στο Cubesat.

Μπορείτε να δείτε το σκίτσο του τελικού σχεδιασμού μας παραπάνω.

Βήμα 5: Πώς να συνδέσετε έναν αισθητήρα Arduino και σκόνης

1. Για να καλωδίσετε τον συλλέκτη σκόνης και το arduino
2. Πάρτε ένα καλώδιο και συνδέστε το στον πείρο γείωσης (GND) από τον πείρο 5v.
3. Τώρα πάρτε το άλλο άκρο αυτού του σύρματος και συνδέστε το στο ΜΑΥΡΟ σύρμα στον αισθητήρα σκόνης
4. Πάρτε το άλλο καλώδιο και συνδέστε το στην ακίδα 5v
5. Τώρα πάρτε το άλλο άκρο του σύρματος και συνδέστε το στο RED σύρμα στον αισθητήρα σκόνης
6. Στη συνέχεια, πάρτε τα στυλό και τοποθετήστε τα στις ψηφιακές ακίδες: GND, 13, 12, ~ 11, ~ 10, ~ 9, 8
7. Συνδέστε το μπλε καλώδιο στην καρφίτσα στις 13
8. Στη συνέχεια, συνδέστε το ΚΙΤΡΙΝΟ καλώδιο στον πείρο στο 8

Κωδικός για τον αισθητήρα σκόνης (κωδικός από

πηγή

Βήμα 6: Πώς να κάνετε φορητό το αισθητήρα Arduino και σκόνης

Για το έργο μας χρειαζόμασταν έναν τρόπο συλλογής δεδομένων όταν ο κυβικός μας αισθητήρας και ο αισθητήρας σκόνης όταν κινούμαστε. Αποφασίσαμε ότι μια κάρτα SD θα κάνει το κόλπο. Εδώ είναι η καλωδίωση και ο κωδικός της κάρτας SD.

Πώς να συνδέσετε μια κάρτα SD εάν χρειάζεται (*σημειώστε ότι ο χρωματισμός των καλωδίων άλλαξε στη φωτογραφία και δεν χρειάζονται επιπλέον ακίδες)

1. Το μπλε σύρμα στον αισθητήρα σκόνης πηγαίνει σε οποιοδήποτε σημείο της σανίδας ψωμιού
2. Το κόκκινο καλώδιο στη συσκευή ανάγνωσης καρτών SD (VCC) βρίσκεται σε οποιαδήποτε θέση στην ίδια σειρά με το μπλε σύρμα στον πίνακα ψωμιού
3. τώρα πάρτε ένα επιπλέον καλώδιο (λευκό σύρμα στη φωτογραφία), συνδέστε το στην ίδια σειρά με τα μπλε και κόκκινα καλώδια και το άλλο άκρο του σύρματος συνδέεται στο GND στο Arduino
4. Το πορτοκαλί σύρμα στον αισθητήρα σκόνης συνδέεται με το A5
5. Το πράσινο σύρμα συνδέεται με την ψηφιακή ακίδα 7
6. Το μωβ σύρμα στην κάρτα SD (CS) συνδέεται με το digitalpin 4
7. Το μαύρο καλώδιο στην κάρτα SD (MOSI) συνδέεται με την ψηφιακή ακίδα 11
8. Το πορτοκαλί σύρμα στην κάρτα SD (MISO) συνδέεται με την ψηφιακή ακίδα 12
9. Το μπλε καλώδιο της κάρτας SD (SCK) προσαρτάται στην ψηφιακή ακίδα 13
10. Το κίτρινο σύρμα στην κάρτα SD (GND) συνδέεται με έναν πείρο γείωσης (GND)
11. Βάλτε τον πυκνωτή στη σανίδα ψωμιού
12. Το κόκκινο σύρμα στον αισθητήρα σκόνης συνδέεται με την σανίδα ψωμιού στην ίδια σειρά με το κοντό πόδι του πυκνωτή.
13. Τέλος, πάρτε ένα επιπλέον καλώδιο (κόκκινο στη φωτογραφία) και συνδέστε το ένα άκρο στην ίδια σειρά με το μακρύ πόδι του πυκνωτή και το άλλο άκρο του σύρματος πηγαίνει στα 5v.

Κωδικός για την κάρτα SD και τον αισθητήρα σκόνης

Βήμα 7: Αποτελέσματα και διδάγματα

*Το Cubesat αξιολογήθηκε και ελέγχθηκε από την κα Wingfield (δασκάλα)

Διαστάσεις και μάζα

Μάζα: 2,91 κιλά Πλάτος: 110mm. σε κάθε πλευρά

Μήκος: 106 mm. σε κάθε πλευρά

Προκαταρκτικές δοκιμές:

Δοκιμή πτήσης- Ολοκληρώθηκε

Κατά τη διάρκεια αυτής της δοκιμής το Cubesat έμεινε σε τακτ

Ο Αισθητήρας αντιμετώπισε τον "Άρη" μας για το μισό χρόνο και πλάγια το άλλο μισό του χρόνου.

Δοκιμές Δονήσεων - Ολοκληρώθηκαν

Κάναμε αυτές τις δοκιμές δόνησης για να αποδείξουμε την εμπιστοσύνη ότι ο δορυφόρος μπορεί να αντέξει το περιβάλλον εκτόξευσης και να είναι ακόμα σε θέση να λειτουργήσει μετά.

Αποτελέσματα δοκιμών δόνησης

.12 δευτερόλεπτα ανά ανακίνηση

Περίοδος- 2,13 δευτερόλεπτα ανά κύκλο

Όλοι οι ηλεκτρικοί σύνδεσμοι παρέμειναν συνδεδεμένοι και ασφαλισμένοι. Το cubesat δεν μπόρεσε να χωρέσει στο κουτί, οπότε χρησιμοποιήσαμε ταινία για να στερεώσουμε το cubesat κάτω. Το δερματικό εργαλείο και το χαρτί άμμου χρησιμοποιήθηκαν για να τρίψουν τις πλευρές του Cubesat για να χωρέσουν στο κουτί και αυτό έλυσε το πρόβλημα.

Τελικά αποτελέσματα πτήσης

Συχνότητα- 0,47 κύκλοι ανά δευτερόλεπτο

Ταχύτητα- 3,39 μέτρα ανά δευτερόλεπτο

Επιτάχυνση- 9,99 m/s ^2

Κεντρομόλος Δύναμη- 29,07 kg/s ^2

Μήκος χορδής- 1,26 μ.

Μάθαμε ότι ο αισθητήρας σκόνης πήρε τον καπνό από τη φωτιά και μας έδωσε τα καλύτερα δεδομένα. Μάθαμε επίσης πώς να λύνουμε προβλήματα

Σε όλο αυτό το έργο, όλοι πήραμε πολλά πολύτιμα μαθήματα. Τα πραγματικά μαθήματα της ζωής που μάθαμε ήταν να αντιμετωπίζουμε τα πάντα, ακόμα κι αν είναι δύσκολο να το κάνουμε. Δουλέψαμε με ένα cubesat και έναν αισθητήρα σκόνης. Το πιο εύκολο από τα δύο ήταν το cubesat, σχεδιάζοντας και χτίζοντας το σε λίγες μέρες. Το cubesat ήταν ένα πολύ καλό σχέδιο που χρησιμοποιήθηκε για να χωρέσει όλους τους αισθητήρες μας. Ο αισθητήρας σκόνης και το Arduino ήταν πολύ δύσκολο να υπολογιστούν. Στην αρχή, ο κωδικός δεν λειτουργούσε, ωστόσο, ενώ λειτουργούσαμε τον κωδικό, η καλωδίωση αποδείχθηκε λανθασμένη. Μερικοί δάσκαλοι ήρθαν στη διάθεσή μας για να βοηθήσουν και τους δύο για να μας βοηθήσουν να βρούμε τα δεδομένα μας. Μαθαίνοντας μαθήματα ζωής, ανακαλύψαμε επίσης νέα πράγματα για τα cubesats και τους αισθητήρες. Προηγουμένως, δεν γνωρίζαμε τι είναι το cubesat, ούτε γνωρίζαμε πώς λειτουργούν οι αισθητήρες και η καλωδίωση. Καθ 'όλη τη διάρκεια αυτού του έργου, η Brianna έγινε ειδικός στην καλωδίωση και την κωδικοποίηση, ενώ η Emma και ο Christian έγιναν εκπληκτικά κτίρια ενώ έμαθαν επίσης νέες πληροφορίες σχετικά με την κωδικοποίηση και την καλωδίωση. Συνολικά, μάθαμε τόσα πολλά νέα πράγματα και διασκεδάσαμε ενώ το κάναμε. Ευχαριστώ την κυρία Wingfield που σχεδίασε αυτό το έργο για εμάς και ήταν μια δασκάλα που αγαπά πραγματικά τη διδασκαλία και τη διασκέδαση με τους μαθητές της.

Βήμα 8: Δεδομένα αισθητήρα σκόνης

Το γράφημα στα δεξιά είναι τα δεδομένα που έλαβε ο αισθητήρας σκόνης. Η φωτογραφία στα αριστερά είναι η γραφική παράσταση.

Ο αισθητήρας αντιμετώπιζε προβλήματα στη συλλογή εξαιρετικών δεδομένων.

Εάν κάποιος έχει περισσότερες γνώσεις για τον αισθητήρα σκόνης και πώς να πάρει τα κατάλληλα δεδομένα, παρακαλώ σχολιάστε αυτό το εύθραυστο.