Studio della polvere Arduino: 8 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Come sarebbe vivere su Marte? L'aria è respirabile? È sicuro? Quanta polvere c'è? Quanto sono frequenti i temporali? Ti sei mai chiesto la risposta a una di queste domande?

Passaggio 1: Introduzione

I nostri nomi sono Christian, Brianna ed Emma. Abbiamo trattato molti argomenti durante il nostro tempo nella nostra classe di fisica. Abbiamo imparato a conoscere l'elettricità, i diversi tipi di forze, i razzi, la robotica, la programmazione, il movimento e molto altro.

Il nostro obiettivo per questo progetto è creare un CubeSat funzionale, o un satellite miniaturizzato per la ricerca spaziale, che contenga un sensore di polvere programmato, per saperne di più sui modelli delle tempeste di polvere su Marte.

Questo CubeSat deve essere in grado di resistere all'atmosfera di Marte. Per testare la sua durata, è stato sottoposto a un test di scuotimento per assicurarsi che CubeSat fosse abbastanza forte.

Il nostro vincolo principale per questo progetto erano i requisiti di dimensione del CubeSat. Abbiamo molti pezzi e fili, ed è stato difficile inserirli tutti all'interno. Un altro vincolo che abbiamo avuto è stato il tempo. Avevamo molti componenti incorporati, come la costruzione del CubeSat, la programmazione e la codifica. Continua a leggere il nostro Instructable per saperne di più!

Passaggio 2: materiali

Per Arduino e programmazione:

1. Sensore di polvere

2. Arduino Uno

3. Cavo HDMI

4. 2 fili

5. Pin

6. Computer per la programmazione

7. Scheda SD

8. Supporto per scheda SD

9. Lettore di schede SD

10. Pacco batteria

11. Cavo della batteria

12. Tagliere*

13. Condensatore da 470uF*

Per CubeSat:

12. Bastoncini di ghiacciolo (almeno 120)

13. Pistola per colla a caldo

14. Velcro

15. Strumento Dremel

16. Carta vetrata

Per il test:

17. Asciugamani di carta

18. Filtri per caffè

20. Rompivetro grande

21. Guanti / Guanti da forno

22. Accendino / Fiammiferi

Passaggio 3: strumenti necessari e utilizzati e pratiche di sicurezza

- Il primo strumento che abbiamo usato è stata una pistola per colla a caldo. È stato usato per far aderire insieme i nostri bastoncini di ghiacciolo durante la costruzione del nostro CubeSat. Fai molta attenzione a non sporcarti le mani con la colla o a non toccare l'ugello della pistola, poiché sarà molto caldo.

- Abbiamo anche usato tronchesi per tagliare un foro nel CubeSat, in modo che il sensore della polvere potesse raccogliere i dati. Questo strumento funzionava bene con i bastoncini del ghiacciolo ed era facile da usare. Quando si utilizza questo strumento, fare attenzione a non pizzicarsi il dito o tagliare in altro modo qualcosa che non si intende.

- Un altro strumento che abbiamo usato è stata la carta vetrata. Dopo aver praticato il foro nel CubeSat, era essenziale smussare gli spigoli vivi. Questo strumento non richiede particolari precauzioni di sicurezza, ma probabilmente creerà un po' di disordine da pulire.

- Abbiamo anche usato uno strumento Dremel. L'abbiamo usato per levigare rapidamente gli ampi angoli del CubeSat. L'utilizzo di questo strumento richiede estrema cautela ed è essenziale indossare una protezione per gli occhi. Inoltre, creerà un casino di polvere e piccoli pezzi, quindi assicurati di ripulire il tuo spazio di lavoro!

- L'ultimo strumento che abbiamo usato è stato un accendino. L'abbiamo usato per dare fuoco ai filtri del caffè e ai tovaglioli di carta, per creare polvere e fumo da far sentire al nostro Arduino. Durante l'utilizzo di questo strumento, assicurarsi di legare i capelli, evitare di indossare abiti larghi e indossare una protezione per gli occhi. Assicurati di tenere sempre d'occhio la fiamma per assicurarti che rimanga contenuta. Inoltre, sarebbe intelligente avere la supervisione di un adulto o di un insegnante!

Passaggio 4: come costruire un CubeSat

Sono necessari circa 120 bastoncini di ghiacciolo per costruire il Cubesat. Il video sopra mostra come abbiamo impilato i bastoncini uno sopra l'altro incollando a caldo ogni bastoncino per assicurarci che non si rompano..

Il cubesat ha 1 ripiano e un piano. Lo scaffale e la parte superiore sono solo sei bastoncini di ghiaccioli incollati a caldo insieme.

Nella parte inferiore la batteria e la scheda SD sono in velcro. Sulla parte superiore dello scaffale la breadboard è trattenuta da velcro e Arduino si trova sopra la breadboard.

Per il sensore della polvere, utilizzare le tronchesi per praticare un foro sul lato del Cubesat in cui inserire il sensore della polvere. Abbiamo usato del nastro adesivo per tenere in posizione il sensore della polvere.

Utilizzare infine il velcro per fissare il Top al Cubesat.

Puoi vedere il nostro schizzo finale del design sopra.

Passaggio 5: come collegare un Arduino e un sensore di polvere

1. Per cablare il collettore di polvere e arduino
2. Prendi un filo e collegalo al pin di terra (GND) tramite il pin 5v.
3. Ora prendi l'altra estremità di quel filo e collegalo al filo NERO sul sensore della polvere
4. Prendi l'altro cavo e collegalo al pin 5v
5. Ora prendi l'altra estremità del filo e collegalo al filo ROSSO sul sensore della polvere
6. Quindi prendi le penne e inseriscile nei pin digitali: GND, 13, 12, ~11, ~10, ~9, 8
7. Inserire il filo BLU nel pin a 13
8. Quindi collegare il filo GIALLO al pin a 8

Codice per il sensore Polvere (codice da

fonte

Passaggio 6: come rendere portatile Arduino e il sensore di polvere

Per il nostro progetto avevamo bisogno di un modo per raccogliere dati quando il nostro cubesat e il sensore di polvere quando sono in movimento. Abbiamo deciso che una scheda SD avrebbe funzionato. Ecco il cablaggio e il codice della scheda SD.

Come cablare una scheda SD se necessario (*notare che la colorazione dei fili è cambiata nella foto e i pin aggiuntivi non sono necessari)

1. Il filo blu nel sensore della polvere va in qualsiasi punto della breadboard
2. Il filo rosso sul lettore di schede SD (VCC) va in qualsiasi punto della stessa riga del filo blu sulla breadboard
3. ora prendi un filo in più (filo bianco nella foto), inseriscilo nella stessa riga dei fili blu e rosso e l'altra estremità del filo si collega a GND su Arduino
4. Il filo arancione sul sensore di polvere si collega ad A5
5. Il filo verde si collega al pin digitale 7
6. Il filo viola sulla scheda SD (CS) si collega al pin digitale 4
7. Il filo nero sulla scheda SD (MOSI) si collega al pin digitale 11
8. Il filo arancione sulla scheda SD (MISO) si collega al pin digitale 12
9. Il filo blu sulla scheda SD (SCK) si collega al pin digitale 13
10. Il filo giallo sulla scheda SD (GND) si collega a un pin di terra (GND)
11. Metti il condensatore nella breadboard
12. Il filo rosso sul sensore di polvere si collega alla breadboard nella stessa fila della gamba corta del condensatore.
13. Infine prendi un filo in più (rosso nella foto) e collega un'estremità nella stessa fila della gamba lunga del condensatore e l'altra estremità del filo va a 5v.

Codice per la scheda SD e il sensore di polvere

Passaggio 7: risultati e lezioni apprese

*Cubesat è stato valutato e verificato dalla signora Wingfield (insegnante)

Demensioni e massa

Massa: 2,91 kg. Larghezza: 110 mm. su ciascun lato

Lunghezza: 106mm. su ciascun lato

Prove preliminari:

Test di volo-Completato

Durante questo test il Cubesat è rimasto intatto

Il sensore ha affrontato il nostro "Marte" per metà del tempo e lateralmente l'altra metà del tempo.

Test di vibrazione - Completo

Abbiamo eseguito questi test di vibrazione per stabilire la sicurezza che il satellite possa resistere all'ambiente di lancio e continuare a funzionare anche dopo.

Risultati dei test di vibrazione

.12 secondi per agitazione

Periodo- 2,13 secondi per ciclo

Tutti i connettori elettrici sono rimasti collegati e fissati. Il cubesat non è stato in grado di adattarsi alla scatola, quindi abbiamo usato del nastro adesivo per fissare il cubesat verso il basso. Lo strumento dermico e la carta vetrata sono stati utilizzati per levigare i lati del Cubesat per adattarli alla scatola e questo ha risolto il problema.

Risultati finali del volo

Frequenza: 0,47 cicli al secondo

Velocità- 3,39 metri al secondo

Accelerazione- 9,99 m/s ^2

Forza centripeta- 29,07 kg/s ^2

Lunghezza della corda- 1,26 m.

Abbiamo appreso che il sensore di polvere ha rilevato il fumo prodotto dal fuoco e ci ha fornito i dati migliori. Abbiamo anche imparato a risolvere i problemi

Durante questo progetto, abbiamo tutti imparato molte lezioni preziose. La lezione della vita reale che abbiamo imparato è stata quella di lavorare su tutto, anche se diventa difficile da fare. Abbiamo lavorato con un cubesat e un sensore di polvere. Il più semplice dei due è stato il cubesat, progettandolo e costruendolo in un paio di giorni. Il cubesat era davvero un buon design utilizzato per contenere tutti i nostri sensori. Il sensore di polvere e Arduino erano molto difficili da calcolare. All'inizio, il codice non funzionava, tuttavia, mentre il codice funzionava, il cablaggio si è rivelato errato. Un paio di insegnanti sono venuti in nostro soccorso per aiutarci con entrambi quelli per aiutarci a trovare i nostri dati. Con l'apprendimento delle lezioni di vita, abbiamo anche scoperto cose nuove su cubesat e sensori. Prima non sapevamo cosa fosse un cubesat, né sapevamo come funzionassero i sensori e il cablaggio. Durante questo progetto, Brianna è diventata un'esperta di cablaggio e codifica, mentre Emma e Christian sono diventati edifici straordinari imparando anche nuove informazioni sulla codifica e il cablaggio. Tutto sommato, abbiamo imparato tante cose nuove e ci siamo divertiti mentre lo facevamo. Grazie alla signora Wingfield per aver ideato questo progetto per noi e per essere un'insegnante che ama davvero insegnare e divertirsi con i suoi studenti.

Passaggio 8: dati del sensore di polvere

Il grafico a destra sono i dati ricevuti dal sensore di polvere. La foto a sinistra è l'aspetto che avrebbe dovuto avere il grafico.

Il sensore aveva problemi a raccogliere grandi dati.

Se qualcuno ha maggiori conoscenze sul sensore di polvere e su come ottenere i dati corretti, si prega di commentare questo indistruttibile.