Cómo construir CubeSat con Arduino y Geiger Counter Sensor: 11 pasos

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

¿Alguna vez se preguntó si Marte es radiactivo o no? Y si es radioactivo, ¿son los niveles de radiación lo suficientemente altos como para considerarse dañinos para los humanos? Todas estas son preguntas que esperamos puedan ser respondidas por nuestro CubeSat con Arduino Geiger Counter.

La radiación se mide en sieverts, que cuantifica la cantidad de radiación absorbida por los tejidos humanos, pero debido a su inmenso tamaño solemos medir en milisieverts (mSV). 100 mSV es la dosis anual más baja en la que cualquier aumento en el riesgo de cáncer es evidente, y una dosis única de 10, 000 mSV es fatal en unas semanas. Nuestras esperanzas son determinar dónde aterriza esta simulación Marte en la escala radiactiva.

Nuestra clase de física comenzó estudiando las fuerzas de vuelo durante el primer trimestre a través de un laboratorio en el que diseñamos nuestro propio avión y luego lo creamos con placas de poliestireno. Luego procederíamos al lanzamiento para probar la resistencia, la elevación, el empuje y el peso del avión. Después del primer conjunto de datos, haríamos cambios en el avión para intentar obtener la mayor distancia posible.

Luego, el segundo trimestre nos enfocamos en construir un cohete de agua para observar y probar más a fondo los conceptos que aprendimos durante el primer trimestre. Para este proyecto usamos botellas de 2L y otros materiales para construir nuestro cohete. Cuando estábamos listos para lanzar, llenaríamos las botellas con agua, saldríamos, colocaríamos el cohete en una plataforma de lanzamiento, presurizaríamos el agua y soltaríamos. El objetivo era lanzar el cohete lo más lejos posible en dirección vertical y que descendiera de forma segura.

Nuestro tercer proyecto "grande" final fue la construcción de un CubeSat que llevaría un Arduino y un sensor de forma segura a nuestro modelo de clase de Marte. El objetivo principal de este proyecto era determinar la cantidad de radiactividad en Marte y determinar si es dañina para los humanos. Otros objetivos secundarios eran crear un CubeSat que resistiera la prueba de vibración y pudiera colocar todos los materiales necesarios en su interior. Los goles laterales van de la mano con las limitaciones. Las limitaciones que teníamos para este proyecto eran las dimensiones del CubeSat, cuánto pesa y el material con el que está construido. Otras limitaciones no relacionadas con el CubeSat fueron la cantidad de tiempo que teníamos para imprimir en 3D, ya que solo teníamos un día para hacerlo; los sensores que usamos también fueron una limitación, ya que había sensores que la clase no tenía disponibles o no podía comprar. Además de esto, tuvimos que pasar la prueba de vibración para determinar la estabilidad del CubeSat y la prueba de peso para asegurarnos de que no superamos los 1,3 kg.

-Juan

Paso 1: Lista de materiales

CubeSat impreso en 3D: satélite miniaturizado que tiene unas dimensiones de 10 cm x 10 cm x 10 cm y no puede pesar más de 1,3 kg. Aquí es donde estamos poniendo todos nuestros cables y sensores, sirve como sonda espacial

Cables: se utilizan para conectar el contador Geiger y Arduino entre sí y hacer que funcionen

Arduino: se utiliza para ejecutar el código en el contador Geiger

Contador Geiger: se utiliza para medir la desintegración radiactiva, de esto es de lo que depende todo nuestro proyecto para determinar la radiactividad.

Baterías: se utilizan para alimentar el contador Geiger que alimentará el Arduino una vez conectado

Lector micro sd: se utiliza para recopilar y registrar los datos recopilados con el contador Geiger

Tornillos: se utilizan para apretar la parte superior e inferior de CubeSat para garantizar que no se rompa

Mineral de uranio: material radiactivo que es lo que utiliza el contador Geiger para determinar la radiactividad.

Computadora: se usa para buscar / crear el código que usará para Arduino

Cable USB: se utiliza para conectar su Arduino a la computadora y ejecutar el código

Paso 2: construye tu CubeSat

Lo primero que necesitará es su CubeSat.

(Si desea una explicación detallada de qué es un CubeSat, consulte

Al diseñar su CubeSat, tiene dos opciones principales, construya el suyo propio con cualquier material que tenga o imprima uno en 3D.

Mi grupo decidió imprimir en 3D nuestro CubeSat, así que todo lo que tuvimos que hacer fue buscar "3D CubeSat" y encontramos varias plantillas, pero decidimos tomar el archivo del sitio web de la NASA. Desde allí, necesitará descargar el archivo; luego, necesitará una unidad flash para descomprimir el archivo y cargarlo en una impresora 3D.

A partir de ahí, simplemente continúe e imprima en 3D el CubeSat para continuar con el resto de los pasos.

Al crear nuestro modelo 3D CubeSat, nos dimos cuenta de que nuestro Arduino y los cables no cabían dentro de él. Todos tuvimos que crear una estrategia y descubrir cómo poner todo dentro. Tuvimos que rotar y poner nuestra cubierta superior e inferior boca arriba. Después de eso, tuvimos que perforar agujeros y poder atornillar los clavos y encontrar el tamaño adecuado. Mientras colocamos todo Arduino, la tarjeta SD y todo en ella, teníamos "demasiado" espacio, así que tuvimos que agregar algunos envoltorios de burbujas en el interior, así que cuando estábamos probando, no iría a todas partes porque estaba todo cableado y conectado.

Paso 3: bosqueja tu diseño

Una vez que obtenga todos sus materiales, querrá hacer un boceto de cómo se verá su diseño.

Algunos encuentran este paso más útil que otros, por lo que puede ser tan detallado o sencillo como desee, pero es bueno tener una idea general de cómo va a organizar todo.

Nuestro grupo lo usó personalmente para hacer una especie de lluvia de ideas sobre cómo organizaríamos nuestros sensores y todos los cables, pero a partir de ahí no le encontramos de mucha utilidad ya que estábamos cambiando constantemente las cosas, por lo que nuestros bocetos solo sirvieron como punto de partida, ya que no lo hicimos. Realmente no me quedo con ellos.

Una vez que tenga una idea general de cómo se verá todo, puede pasar al siguiente paso

Paso 4: aprenda cómo funciona el contador Geiger

Una vez que nos entregaron el contador Geiger, tuvimos que aprender cómo funcionaba, ya que ninguno de nosotros había usado uno.

Lo primero que aprendimos es que el contador Geiger es súper sensible. Los sensores en la parte posterior harían un ruido extremadamente fuerte, así como el propio tubo Geiger cada vez que lo tocáramos. Si manteníamos nuestro dedo en el tubo, haría un pitido largo y constante y quitáramos los dedos de vez en cuando y sonaría de acuerdo con la duración de nuestros dedos en el tubo.

Luego probamos el Contador Geiger usando plátanos. Nos dimos cuenta de que cuanto más cerca estuviera el material radiactivo del Contador Geiger, más marcaría y viceversa.

Paso 5: Herramientas / Prácticas de seguridad

1. Lo primero que se necesita es un CubeSat. Para hacer eso, necesitará una impresora 3D y los archivos para imprimir o puede construir uno propio usando cualquier material que crea que funcionará; recuerde, el CubeSat debe ser de 10 cm x 10 cm x 10 cm (omita la parte 2 si está construyendo el suyo)
2. A continuación, deberá perforar agujeros en las carcasas superior e inferior del CubeSat impreso en 3D para colocar tornillos. Continúe y atornille la carcasa inferior (asegúrese de usar gafas protectoras para evitar que los escombros entren en sus ojos)
3. Consiga algunas baterías y colóquelas en un paquete de baterías, luego conecte las baterías al Contador Geiger y conecte el Contador Geiger al Arduino. Asegúrese de que también esté conectado un lector Micro SD.
4. Encienda el contador Geiger para asegurarse de que todo funcione correctamente. Pon todo dentro del CubeSat.
5. Pruebe su CubeSat para asegurarse
6. Después de recopilar sus datos, asegúrese de que nada en el CubeSat se sobrecaliente. Si lo hay, desenchúfelo inmediatamente y evalúe el problema
7. Pruebe todo para comprobar si se están recopilando datos
8. Asegúrese de lavarse las manos después de tratar con el uranio utilizado para recopilar datos.

Paso 6: cableado de Arduino

La única fuente de alimentación necesaria son las pilas AA

Conecte las baterías directamente al contador Geiger, luego conecte el pin VVC a la columna positiva de la placa de pruebas.

Ejecute otro cable en la misma columna en la placa de pruebas a la ranura de 5 V en el Arduino. Esto alimentará el Arduino.

Luego, pase un cable desde el pin de 5V en el arduino al adaptador de tarjeta SD.

Luego, conecte el VIN en el contador Geiger a un pin analógico en el Arduino.

Después de eso, conecte el GND a la columna negativa en la placa de pruebas.

Conecte la columna negativa al GND en Arduino.

Tarjeta SD a Arduino:

Miso pasa al 11

Miso pasa al 12

SCK pasa al 13

CS pasa a 4

Paso 7: codificación

La forma más fácil de codificar Arduino es descargar la aplicación ArduinoCC, que le permite escribir código y cargarlo en Aduino. Nos costó mucho encontrar un código completo que funcionara. Por suerte para usted, nuestro código incluye registrar el CPM (clics por minuto) y los datos en la tarjeta SD.

Código:

#incluir

#incluir

/ * * Geiger.ino * * Este código interactúa con la placa de contador Geiger RadiationD-v1.1 (CAJOE) de Alibaba

* e informa lecturas en CPM (recuentos por minuto). *

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

* Licencia: Licencia MIT *

* Utilice libremente con atribución. ¡Gracias!

*

* * Editado ** * /

#define LOG_PERIOD 5000 // Período de registro en milisegundos, valor recomendado 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 // Periodo máximo de registro

conteos largos volátiles sin firmar = 0; // Eventos de GM Tube

cpm largo sin firmar = 0; // CPM

const unsigned int multiplicador = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Calcula / almacena el CPM

unsigned long previousMillis; // Medida del tiempo

const int pin = 3;

void tube_impulse () {

// Captura el recuento de eventos de los recuentos del tablero del contador Geiger ++;

}

#incluir

Archivo myFile;

configuración vacía () {

pinMode (10, SALIDA);

SD.begin (4); // Abra las comunicaciones en serie y espere a que se abra el puerto:

Serial.begin (115200);

}

void loop () {// no pasa nada después de la instalación

currentMillis largo sin firmar = millis ();

if (currentMillis - previousMillis> LOG_PERIOD) {

previousMillis = currentMillis;

cpm = cuenta * multiplicador;

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

if (myFile) {

Serial.println (cpm);

myFile.println (cpm);

myFile.close ();

}

cuenta = 0;

pinMode (pin, ENTRADA); // Establece el pin en la entrada para capturar eventos GM Tube interrupts (); // Habilitar interrupciones (en caso de que hayan sido previamente deshabilitadas) attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (pin), tube_impulse, FALLING); // Definir interrupciones externas

}

}

La imagen que tenemos es del primer código que usamos, que estaba incompleto, por lo que fue el primero de nuestros problemas con la codificación. A partir de ahí, no pudimos seguir adelante con el proyecto hasta que nuestros profesores nos ayudaron con el código. Este código se derivó de otro código que funcionaba solo con el contador Geiger, pero no una vez que se emparejó con la tarjeta SD.

Paso 8: Código de prueba

Una vez que tenga su código, continúe y pruebe el código para asegurarse de que puede recopilar datos.

Asegúrese de que todas las configuraciones sean correctas, así que verifique sus puertos y sus cables para asegurarse de que todo esté correcto.

Una vez que haya verificado todo, ejecute el código y vea los datos que está obteniendo.

También tenga en cuenta las unidades de la radiación que está recolectando, ya que determinarán la radiación real que se está emitiendo.

Paso 9: Pruebe su CubeSat

Una vez que haya resuelto su codificación y todo su cableado esté listo, su siguiente paso es colocar todo dentro del CubeSat y probarlo para asegurarse de que nada se derrumbe en su prueba final.

La primera prueba que deberá completar es la prueba de vuelo. Consiga algo para colgar su CubeSat y gírelo para probar si saldrá volando o no y para asegurarse de que gira en la dirección correcta.

Una vez que haya completado la primera prueba preliminar, deberá completar dos pruebas de agitación. La primera prueba simulará la turbulencia que experimentaría el CubeSat al salir de la atmósfera terrestre y la segunda prueba de vibración simularía la turbulencia en el espacio.

Asegúrese de que todas sus partes permanezcan juntas y que nada se desmorone.

Paso 10: Pruebas y resultados finales

Datos recopilados en la mesa a diferentes distancias del contador geiger

Intervalos de recogida a 5 segundos 0 72 24 36 48612348 60 48 48 24 36 36

Antes de nuestra prueba final, recopilamos datos encendiendo el contador Geiger y colocando el material radiactivo a diferentes distancias. Cuanto mayor era el número, más cerca estaba el Contador Geiger del material radiactivo.

Datos recopilados durante las pruebas reales

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

Para nuestras pruebas reales, el material radiactivo resultó estar demasiado lejos del Contador Geiger para que pudiera medirlo.

¿Qué significan los datos? Bueno, usando la tabla de lecturas podemos determinar que cuanto mayor es el número, más peligrosa es la radiación para los humanos. Luego podemos convertir Click Per Minute en mSV, que son las unidades reales de radiación. Y así, según nuestro experimento, ¡Marte está perfectamente a salvo para los humanos!

Lamentablemente, la realidad suele ser decepcionante. La radiación de Marte es en realidad 300 mSv, que es 15 veces más alta que lo que un trabajador de una planta nuclear está expuesto anualmente.

Otros datos de nuestro vuelo incluyen:

Fc: 3.101 Newtons

Ac: 8.072 m / s ^ 2

V: 2,107 m / s

m: 0,38416 kg

P: 1,64 segundos

F: 0,609 Hz

Paso 11: Problemas / Consejos / Fuentes

El principal problema que tuvimos fue encontrar el código que funcionaría para el Geiger y la tarjeta SD, por lo que si tiene el mismo problema, no dude en usar nuestro código como base. Otra opción sería ir a los foros de Arduino y pedir ayuda allí (sin embargo, esté listo para pagar, ya que notamos que es menos probable que las personas ayuden si no hay compensación).

Una cosa que recomendaríamos a los demás es que intenten encontrar una manera de que el contador Geiger esté lo más cerca posible de la radiación para poder obtener más datos certificados.

Aquí están las fuentes que consultamos para cualquier interesado:

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

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

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