Comment construire CubeSat avec Arduino et capteur de compteur Geiger : 11 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Vous êtes-vous déjà demandé si Mars est radioactive ou non ? Et s'il est radioactif, les niveaux de rayonnement sont-ils suffisamment élevés pour être considérés comme nocifs pour l'homme ? Ce sont toutes des questions auxquelles nous espérons pouvoir répondre par notre CubeSat avec compteur Arduino Geiger.

Le rayonnement est mesuré en sieverts, ce qui quantifie la quantité de rayonnement absorbée par les tissus humains, mais en raison de leur immense taille, nous mesurons généralement en millisieverts (mSV). 100 mSV est la dose annuelle la plus faible à laquelle une augmentation du risque de cancer est évidente, et une dose unique de 10 000 mSV est mortelle en quelques semaines. Nos espoirs sont de déterminer où cette simulation atterrit sur Mars à l'échelle radioactive.

Notre cours de physique a commencé par étudier les forces de vol au cours du premier trimestre à travers un laboratoire dans lequel nous avons conçu notre propre avion, puis l'avons créé à partir de plaques de polystyrène. Nous procédions ensuite au lancement afin de tester la traînée, la portance, la poussée et le poids de l'avion. Après le premier ensemble de données, nous apporterions ensuite des modifications à l'avion pour essayer d'obtenir la distance la plus éloignée possible.

Ensuite, au deuxième trimestre, nous nous sommes concentrés sur la construction d'une fusée à eau pour observer et tester davantage les concepts que nous avons appris au cours du premier trimestre. Pour ce projet, nous avons utilisé des bouteilles de 2L et d'autres matériaux pour construire notre fusée. Lorsque nous étions prêts à décoller, nous remplissions les bouteilles d'eau, sortions, placions la fusée sur une rampe de lancement, pressurions l'eau et la libérions. L'objectif était de lancer la fusée le plus loin possible dans une direction verticale et de la faire redescendre en toute sécurité.

Notre troisième "grand" projet final consistait à construire un CubeSat qui transporterait un Arduino et un capteur en toute sécurité jusqu'à notre modèle de classe de Mars. L'objectif principal de ce projet était de déterminer la quantité de radioactivité sur Mars et de déterminer si elle est nocive pour l'homme. Certains autres objectifs secondaires étaient de créer un CubeSat qui résisterait au test de secousse et serait capable d'y insérer tous les matériaux nécessaires. Les objectifs secondaires vont de pair avec les contraintes. Les contraintes que nous avions pour ce projet étaient les dimensions du CubeSat, son poids et le matériau à partir duquel il est construit. D'autres contraintes non liées au CubeSat étaient le temps dont nous disposions pour imprimer en 3D car nous n'avions qu'une journée pour le faire; les capteurs que nous utilisions étaient également une contrainte car il y avait des capteurs que la classe n'avait pas disponibles ou ne pouvait pas acheter. En plus de cela, nous avons dû passer le test d'agitation pour déterminer la stabilité du CubeSat et le test de poids pour nous assurer que nous ne dépassions pas 1,3 kg.

-Juan

Étape 1: Liste des matériaux

CubeSat imprimé en 3D - Satellite miniaturisé qui a des dimensions de 10 cm x 10 cm x 10 cm et ne peut pas peser plus de 1,3 kg. C'est là que nous mettons tous nos fils et capteurs, sert de sonde spatiale

Fils - Utilisés pour connecter le compteur Geiger et l'Arduino l'un à l'autre et les faire fonctionner

Arduino - Utilisé pour exécuter le code sur le compteur Geiger

Compteur Geiger - Utilisé pour mesurer la décroissance radioactive, c'est ce dont dépend l'ensemble de notre projet pour déterminer la radioactivité

Batteries - Utilisées pour alimenter le compteur Geiger qui alimentera l'Arduino une fois connecté

Lecteur Micro sd - Utilisé pour collecter et enregistrer les données recueillies avec le compteur Geiger

Vis - Utilisées pour serrer le haut et le bas de CubeSat pour s'assurer qu'il ne se brise pas

Minerai d'uranium - Matière radioactive utilisée par le compteur Geiger pour déterminer la radioactivité

Ordinateur - Utilisé pour trouver/créer le code que vous utiliserez pour l'Arduino

Cordon USB - Utilisé pour connecter votre Arduino à l'ordinateur et exécuter le code

Étape 2: Construisez votre CubeSat

La première chose dont vous aurez besoin est votre CubeSat.

(Si vous souhaitez une explication détaillée de ce qu'est un CubeSat, consultez

Lors de la conception de votre CubeSat, vous avez deux options principales, construire la vôtre à partir de n'importe quel matériau ou en imprimer un en 3D.

Mon groupe a décidé d'imprimer notre CubeSat en 3D. Il nous suffisait donc de rechercher "3D CubeSat" et nous avons trouvé plusieurs modèles, mais nous avons décidé de récupérer le fichier sur le site Web de la NASA. À partir de là, vous devrez télécharger le fichier; Ensuite, vous aurez besoin d'un lecteur flash pour décompresser le fichier et le charger sur une imprimante 3D.

À partir de là, continuez et imprimez en 3D le CubeSat pour procéder au reste des étapes.

Lors de la création de notre modèle 3D CubeSat, nous nous sommes rendu compte que notre Arduino et nos cordons ne rentraient pas à l'intérieur. Nous avons tous dû créer une stratégie et trouver comment tout mettre à l'intérieur. Nous avons dû faire pivoter et mettre notre couverture en haut et en bas face vers le haut. Après cela, nous avons dû percer des trous et pouvoir visser les clous et trouver la bonne taille. Tout en mettant tous les Arduino, la carte SD et tout dedans, nous avions "trop" d'espace donc nous avons dû ajouter des papiers bulles à l'intérieur donc lorsque nous testions, il n'allait pas partout car tout était câblé et connecté.

Étape 3: Esquissez votre conception

Une fois que vous aurez tous vos matériaux, vous voudrez faire un croquis de ce à quoi ressemblera votre conception.

Certains trouvent cette étape plus utile que d'autres, elle peut donc être aussi détaillée ou simple que vous le souhaitez, mais il est bon d'avoir une idée générale de la façon dont vous allez tout organiser.

Notre groupe l'a personnellement utilisé pour réfléchir à la façon dont nous organiserions nos capteurs et tous les fils, mais à partir de là, nous n'en avons pas trouvé beaucoup d'utilité car nous changions constamment les choses et nos croquis n'ont donc servi que de point de départ puisque nous l'avons fait. ne colle pas vraiment avec eux.

Une fois que vous avez une idée générale de ce à quoi tout va ressembler, vous pouvez passer à l'étape suivante

Étape 4: Apprenez comment fonctionne le compteur Geiger

Une fois que nous avons reçu le compteur Geiger, nous avons dû apprendre comment il fonctionnait car aucun de nous n'en avait jamais utilisé un.

La première chose que nous avons apprise est que le compteur Geiger est super sensible. Les capteurs à l'arrière feraient un bruit extrêmement fort ainsi que le tube Geiger lui-même chaque fois que nous les touchions. Si nous gardions notre doigt sur le tube, il émettrait un long bip constant et nous enlevions et rallumions nos doigts et il émettait un bip en fonction de la durée de nos doigts sur le tube.

Ensuite, nous avons testé le compteur Geiger avec des bananes. Nous nous sommes rendu compte que plus la matière radioactive était proche du compteur Geiger, plus elle tic-tac et vice-versa.

Étape 5: Outils/Pratiques de sécurité

1. La première chose qui est nécessaire est un CubeSat. Pour ce faire, vous aurez besoin d'une imprimante 3D et des fichiers à imprimer ou vous pouvez créer les vôtres en utilisant tous les matériaux qui vous conviennent; rappelez-vous, le CubeSat doit mesurer 10 cm x 10 cm x 10 cm (ignorez la partie 2 si vous construisez le vôtre)
2. Ensuite, vous devrez percer des trous dans les coques supérieure et inférieure du CubeSat imprimé en 3D pour y placer des vis. Allez-y et vissez la coque inférieure (assurez-vous de porter des lunettes de protection pour éviter que des débris ne pénètrent dans vos yeux)
3. Procurez-vous des piles et mettez-les dans un bloc-piles, puis connectez les piles au compteur Geiger et câblez le compteur Geiger à l'Arduino. Assurez-vous qu'un lecteur Micro SD est également câblé.
4. Allumez le compteur Geiger pour vous assurer que tout fonctionne correctement. Mettez tout à l'intérieur du CubeSat.
5. Testez en vol votre CubeSat pour vous assurer
6. Après avoir collecté vos données, assurez-vous que rien dans le CubeSat ne surchauffe. Si c'est le cas, débranchez-le immédiatement et évaluez le problème
7. Tout tester pour vérifier si des données sont collectées
8. Assurez-vous de vous laver les mains après avoir traité l'uranium utilisé pour recueillir des données

Étape 6: Câblage Arduino

La seule alimentation nécessaire est des piles AA

Connectez les batteries directement au compteur Geiger, puis connectez la broche VVC à la colonne positive de la planche à pain.

Faites passer un autre fil sur la même colonne de la maquette jusqu'à l'emplacement 5V de l'Arduino. Cela alimentera l'Arduino.

Ensuite, faites passer un fil de la broche 5V de l'arduino à l'adaptateur de carte SD.

Ensuite, câblez le VIN sur le compteur Geiger à une broche analogique sur l'Arduino.

Après cela, câblez le GND à la colonne négative de la maquette.

Câblez la colonne négative au GND sur Arduino.

Carte SD vers Arduino:

Miso passe à 11

Miso passe à 12

SCK passe à 13

CS passe à 4

Étape 7: Codage

Le moyen le plus simple de coder Arduino est de télécharger l'application ArduinoCC, qui vous permet d'écrire du code et de le télécharger sur Aduino. Nous avons eu beaucoup de mal à trouver un code complet qui fonctionnerait. Heureusement pour vous, notre code inclut l'enregistrement du CPM (clics par minute) et des données sur la carte SD.

Code:

#comprendre

#comprendre

/* * Geiger.ino * * Ce code interagit avec la carte de compteur Geiger d'Alibaba RadiationD-v1.1 (CAJOE)

* et rapporte les lectures en CPM (comptes par minute). *

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

* Licence: Licence MIT *

* Veuillez utiliser librement avec attribution. Merci!

*

* * Edité** */

#define LOG_PERIOD 5000 //Période d'enregistrement en millisecondes, valeur recommandée 15000-60000.

#define MAX_PERIOD 60000 //Période de journalisation maximale

comptes longs non signés volatiles = 0; // Événements GM Tube

cpm long non signé = 0; // CPM

multiplicateur int non signé const = MAX_PERIOD / LOG_PERIOD; // Calcule/enregistre le CPM

non signé depuis longtemps Millis; // Mesure du temps

const int broche = 3;

void tube_impulse() {

// Capture le nombre d'événements à partir du nombre de cartes de compteur Geiger ++;

}

#comprendre

Fichier monFichier;

void setup() {

pinMode(10, SORTIE);

SD.begin(4); // Ouvrir les communications série et attendre que le port s'ouvre:

Serial.begin(115200);

}

void loop() { // rien ne se passe après l'installation

non signé long currentMillis = millis();

if(currentMillis - previousMillis > LOG_PERIOD) {

previousMillis = currentMillis;

cpm = nombres * multiplicateur;

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

si(monFichier) {

Serial.println(cpm);

monFichier.println(cpm);

monFichier.close();

}

compte = 0;

pinMode(pin, INPUT); // Définir la broche sur l'entrée pour capturer les interruptions d'événements GM Tube (); // Activer les interruptions (au cas où elles auraient été précédemment désactivées) attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pin), tube_impulse, FALLING); // Définir les interruptions externes

}

}

L'image que nous avons est celle du premier code que nous avons utilisé, qui était incomplet, c'était donc le premier de nos problèmes de codage. À partir de là, nous ne pouvions pas vraiment avancer dans le projet jusqu'à ce que nos professeurs nous aident avec le code. Ce code était dérivé d'un autre code qui fonctionnait avec le compteur Geiger seul, mais pas une fois qu'il était associé à la carte SD.

Étape 8: Testez le code

Une fois que vous avez votre code, testez-le pour vous assurer que vous pouvez collecter des données.

Assurez-vous que tous les paramètres sont corrects, alors vérifiez vos ports et vos fils pour vous assurer que tout est correct.

Une fois que vous avez tout vérifié, exécutez le code et voyez les données que vous obtenez.

Notez également les unités de rayonnement que vous collectez, car elles détermineront le rayonnement réel émis.

Étape 9: Testez votre CubeSat

Une fois que vous avez compris votre codage et que tout votre câblage est terminé, votre prochaine étape consiste à tout installer à l'intérieur du CubeSat et à le tester pour vous assurer que rien ne s'effondrera lors de votre test final.

Le premier test que vous devrez effectuer est le test en vol. Obtenez quelque chose pour accrocher votre CubeSat et faites-le tourner pour tester s'il s'envolera ou non et pour vous assurer qu'il tourne dans la bonne direction.

Une fois que vous avez terminé le premier test préliminaire, vous devrez effectuer deux tests d'agitation. Le premier test simulera les turbulences que le CubeSat connaîtrait en sortant de l'atmosphère terrestre et le second test de secousses simulera les turbulences dans l'espace.

Assurez-vous que toutes vos pièces restent ensemble et que rien ne s'effondre.

Étape 10: Tests finaux et résultats

Données recueillies sur table à différentes distances du compteur Geiger

Intervalles de collecte à 5 secondes 0 72 24 36 48 612 348 60 48 48 24 36 36

Avant nos tests finaux, nous avons collecté des données en allumant le compteur Geiger et en plaçant les matières radioactives à différentes distances. Plus le nombre était élevé, plus le compteur Geiger était proche de la matière radioactive.

Données collectées lors des tests réels

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

Pour nos tests réels, la matière radioactive s'est avérée trop éloignée du compteur Geiger pour qu'elle puisse même être mesurée.

Que signifient les données ? Eh bien, en utilisant le tableau des lectures, nous pouvons déterminer que plus le nombre est élevé, plus le rayonnement est dangereux pour les humains. Nous pouvons ensuite convertir le clic par minute en mSV, qui sont les unités réelles de rayonnement. Et donc, d'après notre expérience, Mars est parfaitement à l'abri des humains !

Malheureusement, la réalité est souvent décevante. Le rayonnement de Mars est en fait de 300 mSv, ce qui est 15 fois plus élevé que ce à quoi un travailleur d'une centrale nucléaire est exposé chaque année.

D'autres données pour notre vol incluent:

Fc: 3.101 Newtons

C.a.: 8,072 m/s^2

V: 2,107 m/s

m:.38416 kg

P: 1,64 seconde

F:.609 Hz

Étape 11: Problèmes/Conseils/Sources

Le problème majeur que nous avons eu était de trouver le code qui fonctionnerait pour le Geiger et la carte SD, donc si vous avez le même problème, n'hésitez pas à utiliser notre code comme base. Une autre option serait d'aller sur les forums Arduino et de demander de l'aide (soyez prêt à payer, car nous avons remarqué que les gens sont moins susceptibles d'aider s'il n'y a pas de compensation).

Une chose que nous conseillerions aux autres est d'essayer de trouver un moyen pour que le compteur Geiger soit aussi proche que possible du rayonnement afin de pouvoir obtenir davantage de données certifiées.

Voici les sources que nous avons consultées pour toute personne intéressée:

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

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

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