Cubesat con sensor de calidad del aire y Arduino: 4 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Creadores de CubeSat: Reghan, Logan, Kate y Joan

Introducción

¿Alguna vez te has preguntado cómo crear un orbitador de Marte para recopilar datos sobre la atmósfera y la calidad del aire de Marte? A lo largo de este año en nuestra clase de física, hemos aprendido a programar Arduinos para poder recopilar datos en Marte. Comenzamos el año aprendiendo cómo salir de la aptomosfera terrestre y poco a poco hemos progresado en el diseño y la construcción de CubeSats que podrían orbitar alrededor de Marte y recopilar datos sobre la superficie de Marte y su atmósfera.

Paso 1: Materiales necesarios

• Sensor de gas MQ 9
• Piezas de robot de metal
• Arduino
• tabla de pan
• tornillos y tuercas

Paso 2: Herramientas y seguridad

• Dremel
• Cizalla
• Alicates
• Lijadora de ruedas
• Amoladora
• Sierra
• Papel de lija
• Cinta y cuerda para asegurar el sensor, Arduino, etc. a CubeSat (si es necesario)
• Gafas protectoras
• Guantes

Paso 3: Cómo construir Cubesat & Wire Arduino

Diagramas de Fritzing para conectar Arduino y sensor

El MQ-9 es un semiconductor para CO / gas combustible.

Restricciones de Cubesat:

1. 10x10x10
2. No puede pesar más de 1,3 kg (alrededor de 3 libras).

Cómo construir un Cubesat:

PRECAUCIÓN: Para cortar el metal, use una sierra de cinta o una sierra para metales, y use gafas y guantes.

1. Corte 2 hojas de metal en un cuadrado de 10x10 cm o si no tiene el tamaño correcto de metal conecte 2 piezas de metal usando un conector de plástico y algunos tornillos y tuercas.

2. Corte 4 piezas de esquina de 10 cm de altura de metal. Estas serán las esquinas del Cubesat.

3. Corte 8 piezas de 10 palos de metal largos, planos y estrechos.

4. Comience conectando las piezas de las esquinas a uno de los cuadrados planos de 10x10cm que se cortaron en el paso 1. Coloque los tornillos hacia el exterior del Cubesat.

5. Agregue 4 soportes horizontales (palos largos y planos) a las piezas de las esquinas, estos deben llegar hasta la mitad de las piezas de las esquinas. Debería haber cuatro de estos, uno a cada lado.

6. Agregue 4 soportes verticales (palos planos largos), estos se conectarán a los soportes horizontales en el centro.

7. Use pegamento caliente para conectar los soportes verticales a la base, donde se conectan las partes de las esquinas.

8. Coloque el otro cuadrado de 10x10 cm encima, fíjelo con 4 tornillos (uno en cada esquina). No lo conecte hasta que el arduino y los sensores estén en el CubeSat.

Código para el sensor MQ-9:

#include // (Interfaz periférica serial que se comunica con dispositivos en distancias cortas)

#include // (envía y conecta datos a la tarjeta sd)

#include // (usa cables para conectar y mover datos e información)

flotador sensorVoltage; // (leer el voltaje del sensor)

flotador sensorValue; // (imprime el valor del sensor leído)

Datos de archivo; // (variable para escribir en archivo)

// finalizar la configuración previa

void setup () // (las acciones se realizan en la configuración pero no se registran datos / información) //

{

pinMode (10, SALIDA); // debe establecer el pin 10 en salida incluso si no se usa

SD.begin (4); // comienza la tarjeta sd con CS configurado en el pin 4

Serial.begin (9600);

sensorValue = analogRead (A0); // (pin analógico puesto a cero)

sensorVoltage = sensorValue / 1024 * 5.0;

}

void loop () // (ejecutar el bucle de nuevo y no registrar información / datos)

{

Datos = SD.open ("Log.txt", FILE_WRITE); // abre un archivo llamado "Registro"

if (Data) {// solo descansará si el archivo se creó correctamente

Serial.print ("voltaje del sensor ="); // (imprimir / registrar la volatilidad del sensor)

Serial.print (sensorVoltage);

Serial.println ("V"); // (imprimir datos en voltajes)

Data.println (sensorVoltage);

Data.close ();

retraso (1000); // (demora 1000 milisegundos y luego reinicia la recopilación de datos)

}

}

Paso 4: Resultados y lecciones aprendidas

Resultados:

Física Ampliamos nuestro conocimiento de las leyes de Newton, específicamente su primera ley. Esta ley establece que un objeto en movimiento permanecerá en movimiento, a menos que una fuerza externa actúe sobre él. El mismo concepto se aplica a los objetos en reposo. Cuando nuestro CubeSat estaba en órbita, estaba a velocidad constante … así que en movimiento. Si la cuerda se rompiera, nuestro CubeSat habría salido volando en línea recta en el punto específico de su órbita donde se rompió.

Cuantitativo Cuando comenzó la órbita, obtuvimos 4.28 por un tiempo, luego cambió a 3.90. Esto determina el voltaje

Cualitativo Nuestro CubeSat orbitó Marte y recopiló datos sobre la atmósfera. Usamos propano (C3H8) para agregar a la atmósfera para que nuestro sensor MQ-9 detecte y mida la diferencia. La prueba de vuelo salió muy bien debido al retraso del orbitador de Marte. El CubeSat voló en un movimiento circular, con el censor apuntando hacia adentro, hacia Marte.

Lecciones aprendidas:

La mayor lección aprendida a lo largo de este proyecto fue perseverar en nuestras luchas. La parte más difícil de este proyecto fue probablemente descubrir cómo configurar y codificar la tarjeta SD para recopilar nuestros datos. Nos dio muchos problemas porque fue un largo proceso de prueba y error, lo cual fue un poco frustrante, pero finalmente lo descubrimos.

Aprendimos a ser creativos y a utilizar herramientas para crear un CubeSat de 10x10x10 que ayudará a medir la contaminación del aire con el sensor de gas MQ-9. Usamos herramientas eléctricas como una Dremel, un cortador de pernos, una amoladora de rueda grande y una sierra para metales para cortar nuestro metal al tamaño correcto. También aprendimos cómo planificar correctamente nuestro diseño desde las ideas que tenemos en la cabeza hasta el papel, y luego ejecutar el plan. No perfectamente, por supuesto, pero la planificación nos ayudó a mantener el rumbo.

Otra habilidad que aprendimos fue cómo codificar el sensor MQ-9 en los Arduinos. Usamos el sensor de gas MQ-9 porque nuestro objetivo clave era hacer un CubeSat que pudiera medir la calidad del aire en la atmósfera de Mar.