Cubesat Με αισθητήρα ποιότητας αέρα και Arduino: 4 βήματα

2025 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2025-01-23 14:39

Δημιουργοί του CubeSat: Reghan, Logan, Kate και Joan

Εισαγωγή

Έχετε αναρωτηθεί ποτέ πώς να δημιουργήσετε ένα τροχιοφόρο Άρη για τη συλλογή δεδομένων σχετικά με την ατμόσφαιρα και την ποιότητα του αέρα του Άρη; Καθ 'όλη τη διάρκεια του έτους στο μάθημα φυσικής, μάθαμε πώς να προγραμματίζουμε το Arduinos για να μπορούμε να συλλέγουμε δεδομένα στον Άρη. Ξεκινήσαμε τη χρονιά μαθαίνοντας πώς να βγούμε από τη γήινη απτομόσφαιρα και σιγά -σιγά προχωρήσαμε στο σχεδιασμό και την κατασκευή CubeSats που θα μπορούσαν να περιστρέφονται γύρω από τον Άρη και να συλλέγουν δεδομένα για την επιφάνεια του Άρη και την ατμόσφαιρά του.

Βήμα 1: Απαιτούνται υλικά

• Αισθητήρας αερίου MQ 9
• Μεταλλικά μέρη ρομπότ
• Arduino
• σανίδα ψωμιού
• βίδες & παξιμάδια

Βήμα 2: Εργαλεία και ασφάλεια

• Ντρέμελ
• Κόφτης κοχλίας
• Πένσα
• Τριβείο τροχών
• Τραπεζίτης
• Σιδηροπρίονο
• Χαρτί άμμου
• Ταινία & συμβολοσειρά για την ασφάλιση του αισθητήρα, Arduino κ.λπ. στο CubeSat (εάν χρειάζεται)
• Προστατευτικά γυαλιά
• Γάντια

Βήμα 3: Πώς να χτίσετε το Cubesat & Wire Arduino

Fritzing Diagrams to Wire Arduino & Sensor

Το MQ-9 είναι ένας ημιαγωγός για CO/Καύσιμο αέριο.

Περιορισμοί Cubesat:

1. 10x10x10
2. Δεν μπορεί να ζυγίζει περισσότερο από 1,3 κιλά (περίπου 3 κιλά)

Πώς να χτίσετε ένα Cubesat:

ΠΡΟΣΟΧΗ: Για να κόψετε το μέταλλο χρησιμοποιήστε ένα πριόνι ή ένα πριόνι, και φορέστε γυαλιά και γάντια.

1. Κόψτε 2 φύλλα μετάλλου σε τετράγωνο 10x10 cm ή αν δεν έχετε το σωστό μέγεθος μετάλλου συνδέστε 2 κομμάτια μετάλλου χρησιμοποιώντας πλαστικό σύνδεσμο και μερικές βίδες και παξιμάδια.

2. Κόψτε 4 κομμάτια από γωνιακά κομμάτια ύψους 10 εκατοστών από μέταλλο. Αυτές θα είναι οι γωνίες του Cubesat.

3. Κόψτε 8 κομμάτια από 10 μακριά επίπεδα στενά μπαστούνια από μέταλλο.

4. Ξεκινήστε συνδέοντας τα γωνιακά κομμάτια σε ένα από τα επίπεδα τετράγωνα 10x10cm που κόπηκαν στο βήμα 1. Έχετε τις βίδες στραμμένες προς τα έξω από το Cubesat.

5. Προσθέστε 4 οριζόντια στηρίγματα (μακριά επίπεδα μπαστούνια) στα γωνιακά κομμάτια, αυτά θα πρέπει να ανεβούν κατά το ήμισυ περίπου στα γωνιακά κομμάτια. Θα πρέπει να υπάρχουν τέσσερα από αυτά, ένα σε κάθε πλευρά.

6. Προσθέστε 4 κάθετα στηρίγματα (μακριά επίπεδα μπαστούνια), αυτά θα συνδεθούν με τα οριζόντια στηρίγματα στο κέντρο.

7. Χρησιμοποιήστε θερμή κόλλα για να συνδέσετε τα κάθετα στηρίγματα στη βάση, όπου είναι συνδεδεμένα τα γωνιακά μέρη.

8. Τοποθετήστε το άλλο τετράγωνο 10x10 cm από πάνω, στερεώστε το με 4 βίδες (μία σε κάθε γωνία). Μην το συνδέσετε έως ότου το arduino και οι αισθητήρες βρίσκονται στο CubeSat.

Κωδικός για τον αισθητήρα MQ-9:

#include // (Σειριακή περιφερειακή διεπαφή που επικοινωνεί με συσκευές σε μικρές αποστάσεις)

#include // (στέλνει και συνδέει δεδομένα στην κάρτα sd)

#include // (χρησιμοποιεί καλώδια για σύνδεση και μεταφορά δεδομένων και πληροφοριών)

αισθητήρας πλωτήραΤάση? // (διαβάστε την τάση του αισθητήρα)

float sensorValue? // (εκτυπώστε την τιμή του αισθητήρα που έχει διαβαστεί)

Δεδομένα αρχείου? // (μεταβλητή για εγγραφή σε αρχείο)

// τερματισμός προ -ρύθμισης

void setup () // (οι ενέργειες εκτελούνται κατά τη ρύθμιση αλλά δεν καταγράφονται πληροφορίες/δεδομένα) //

{

pinMode (10, OUTPUT); // πρέπει να ρυθμίσετε την ακίδα 10 στην έξοδο, ακόμη και αν δεν χρησιμοποιείται

SD.αρχή (4); // ξεκινά την κάρτα sd με το CS ρυθμισμένο στο pin 4

Serial.begin (9600);

sensorValue = analogRead (A0); // (η αναλογική καρφίτσα έχει οριστεί στο μηδέν)

sensorVoltage = sensorValue/1024*5.0;

}

void loop () // (εκτελέστε ξανά τον βρόχο και μην καταγράψετε πληροφορίες/δεδομένα)

{

Δεδομένα = SD.open ("Log.txt", FILE_WRITE); // ανοίγει το αρχείο που ονομάζεται "Log"

εάν (Δεδομένα) {// θα ξεκουραστεί μόνο εάν το αρχείο δημιουργηθεί με επιτυχία

Serial.print ("τάση αισθητήρα ="); // (εκτύπωση/εγγραφή πτητικών αισθητήρων)

Serial.print (sensorVoltage);

Serial.println ("V"); // (εκτύπωση δεδομένων σε πτητικά)

Data.println (sensorVoltage);

Data.close ();

καθυστέρηση (1000)? // (καθυστέρηση για 1000 χιλιοστά του δευτερολέπτου και επανεκκίνηση της συλλογής δεδομένων)

}

}

Βήμα 4: Αποτελέσματα και μαθήματα

Αποτελέσματα:

Φυσική Διευρύναμε τις γνώσεις μας για τους νόμους του Νεύτωνα, συγκεκριμένα τον πρώτο του νόμο. Αυτός ο νόμος ορίζει ότι ένα αντικείμενο σε κίνηση θα παραμείνει σε κίνηση, εκτός εάν ενεργηθεί από εξωτερική δύναμη. Η ίδια έννοια ισχύει και για αντικείμενα σε ηρεμία. Όταν το CubeSat μας έκανε τροχιά, ήταν σε σταθερή ταχύτητα.. τόσο σε κίνηση. Αν η χορδή έσπαγε, το CubeSat μας θα είχε πετάξει σε ευθεία γραμμή στο συγκεκριμένο σημείο της τροχιάς του όπου έσκασε.

Ποσοτική Όταν ξεκίνησε η τροχιά, πήραμε 4,28 για λίγο, μετά άλλαξε σε 3,90. Αυτό καθορίζει την τάση

Ποιοτικό Το CubeSat έκανε τροχιά γύρω από τον Άρη και συνέλεξε δεδομένα για την ατμόσφαιρα. Χρησιμοποιήσαμε προπάνιο (C3H8) για να προσθέσουμε στην ατμόσφαιρα τον αισθητήρα MQ-9 για τον εντοπισμό και τη μέτρηση της διαφοράς. Η πτητική δοκιμή πήγε πολύ καλά λόγω της καθυστέρησης του τροχιοφόρου του Άρη. Το CubeSat πέταξε με κυκλική κίνηση, με το λογοκριτή στραμμένο προς τα μέσα προς τον Άρη.

Διδάγματα:

Το μεγαλύτερο μάθημα που πήραμε σε αυτό το έργο ήταν να επιμείνουμε στους αγώνες μας. Το πιο δύσκολο μέρος αυτού του έργου ήταν πιθανώς να βρούμε πώς να ρυθμίσουμε και να κωδικοποιήσουμε την κάρτα SD για να συλλέξουμε τα δεδομένα μας. Μας έδωσε πολλά προβλήματα επειδή ήταν μια μακρά διαδικασία δοκιμών και σφαλμάτων, η οποία ήταν λίγο απογοητευτική, αλλά τελικά το καταλάβαμε.

Μάθαμε πώς να είμαστε δημιουργικοί και να χρησιμοποιούμε εργαλεία για να δημιουργήσουμε ένα CubeSat 10x10x10 που θα βοηθήσει στη μέτρηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης με τον αισθητήρα αερίου MQ-9. Χρησιμοποιήσαμε ηλεκτρικά εργαλεία όπως Dremel, κοπτικό μπουλονιού, μεγάλο μύλο τροχών και πριόνι για να κόψουμε το μέταλλο μας στο σωστό μέγεθος. Μάθαμε επίσης πώς να σχεδιάζουμε σωστά το σχέδιό μας από τις ιδέες στο κεφάλι μας στο χαρτί και στη συνέχεια να εκτελούμε το σχέδιο. Όχι απόλυτα φυσικά, αλλά ο προγραμματισμός μας βοήθησε να παραμείνουμε σε καλό δρόμο.

Μια άλλη δεξιότητα που μάθαμε ήταν πώς να κωδικοποιήσουμε τον αισθητήρα MQ-9 στο Arduinos. Χρησιμοποιήσαμε τον αισθητήρα αερίου MQ-9 επειδή ο βασικός μας στόχος ήταν να φτιάξουμε ένα CubeSat που θα μπορεί να μετρήσει την ποιότητα του αέρα στην ατμόσφαιρα του Μαρ.