دراسة غبار اردوينو: 8 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

كيف سيكون شكل العيش على كوكب المريخ؟ هل الهواء قابل للتنفس؟ هل هو آمن؟ كم كمية الغبار هناك؟ ما مدى تكرار العواصف؟ هل تساءلت يومًا عن إجابة أي من هذه الأسئلة؟

الخطوة 1: مقدمة

أسماءنا هي كريستيان وبريانا وإيما. لقد قمنا بتغطية العديد من الموضوعات خلال فترة وجودنا في فصل الفيزياء. لقد تعلمنا عن الكهرباء وأنواع مختلفة من القوى والصواريخ والروبوتات والبرمجة والحركة وغير ذلك الكثير.

هدفنا من هذا المشروع هو إنشاء CubeSat وظيفي ، أو قمر صناعي صغير لأبحاث الفضاء ، يحتوي على مستشعر غبار مبرمج ، من أجل معرفة المزيد عن أنماط العواصف الترابية على المريخ.

يجب أن يكون هذا القمر الصناعي CubeSat قادرًا على تحمل الغلاف الجوي للمريخ. ولاختبار متانتها ، خضعت لاختبار اهتزاز للتأكد من أن CubeSat قوي بما يكفي.

كان العائق الرئيسي لهذا المشروع هو متطلبات حجم CubeSat. لدينا الكثير من القطع والأسلاك ، وكان من الصعب تركيبها جميعًا في الداخل. عائق آخر كان لدينا هو الوقت. كان لدينا العديد من المكونات المدمجة ، مثل بناء CubeSat والبرمجة والترميز. استمر في قراءة Instructable لمعرفة المزيد!

الخطوة 2: المواد

للأردوينو والبرمجة:

1. مستشعر الغبار

2. Arduino Uno

3. سلك HDMI

4. 2 أسلاك

5. دبابيس

6. الحاسوب للبرمجة

7. بطاقة SD

8. حامل بطاقة SD

9. قارئ بطاقة SD

10. حزمة البطارية

11. كابل البطارية

12. لوح الخبز *

13. مكثف 470 فائق التوهج *

بالنسبة إلى CubeSat:

12. أعواد المصاصة (120 على الأقل)

13. مسدس الغراء الساخن

14. الفيلكرو

15.أداة دريميل

16. ورق الصنفرة

للاختبار:

17. مناشف ورقية

18. مرشحات القهوة

20. كسارة زجاجية كبيرة

21. قفازات / قفازات الفرن

22. ولاعة / مباريات

الخطوة 3: الأدوات المطلوبة والمستخدمة وممارسات السلامة

- أول أداة استخدمناها كانت مسدس الغراء الساخن. تم استخدامه للالتصاق بعصي المصاصة معًا أثناء بناء CubeSat. كن حريصًا جدًا على عدم وضع أي غراء على يديك أو لمس فوهة المسدس ، حيث سيكون الجو حارًا جدًا.

- استخدمنا أيضًا قواطع للأسلاك لعمل ثقب في CubeSat ، حتى يتمكن مستشعر الغبار من جمع البيانات. عملت هذه الأداة بشكل جيد مع عصي المصاصة ، وكانت سهلة الاستخدام. عند استخدام هذه الأداة ، احذر من قرص إصبعك أو تقليم شيء لا تقصده بأي طريقة أخرى.

- أداة أخرى استخدمناها كانت ورق الصنفرة. بعد قطع الثقب في CubeSat ، كان من الضروري أن نقوم بتنعيم الحواف الحادة. لا تتطلب هذه الأداة أي احتياطات أمان خاصة ، ولكن من المحتمل أن تخلق القليل من الفوضى لتنظيفها.

- استخدمنا أيضًا أداة Dremel. استخدمناه للرمل بسرعة من الزوايا العريضة لـ CubeSat. يتطلب استخدام هذه الأداة الحذر الشديد ، ومن الضروري ارتداء واقي للعينين. أيضًا ، ستحدث فوضى من الأتربة والقطع الصغيرة ، لذا تأكد من تنظيف مساحة العمل الخاصة بك!

- كانت الأداة الأخيرة التي استخدمناها أخف وزنا. استخدمناه لإشعال النار في فلاتر القهوة والمناشف الورقية ، لخلق غبار ودخان يستشعره Arduino. أثناء استخدام هذه الأداة ، تأكد من ربط الشعر للخلف وتجنب ارتداء الملابس الفضفاضة وارتداء واقي العين. تأكد من مراقبة اللهب عن كثب دائمًا للتأكد من احتوائه. أيضًا ، سيكون من الذكاء أن يكون هناك إشراف من الكبار أو المعلمين!

الخطوة 4: كيفية بناء CubeSat

هناك حاجة إلى حوالي 120 عصا من المصاصة لبناء مكعبات. يوضح الفيديو أعلاه كيف قمنا بتكديس العصي فوق بعضها البعض بالغراء الساخن كل عصا للتأكد من أنها لن تنكسر..

المكعبات بها رف واحد وأعلى. يتكون الرف والجزء العلوي من ستة أعواد مصاصة فقط لصقها معًا.

في الجزء السفلي ، يوجد فيلكرو البطارية وبطاقة SD. أعلى الرف ، يتم تثبيت لوح التجارب بواسطة Velcro ويجلس Arduino أعلى اللوح.

بالنسبة لمستشعر الغبار ، استخدم قواطع الأسلاك لعمل ثقب في جانب Cubesat حتى يتلاءم مستشعر الغبار معه. استخدمنا بعض شريط البط لتثبيت مستشعر الغبار في مكانه.

أخيرًا ، استخدم شريط فيلكرو لتثبيت الجزء العلوي على Cubesat.

يمكنك رؤية مخطط التصميم النهائي أعلاه.

الخطوة 5: كيفية توصيل مستشعر Arduino و Dust

1. لتوصيل مجمع الغبار واردوينو
2. خذ سلكًا وقم بتوصيله بالدبوس الأرضي (GND) بواسطة دبوس 5 فولت.
3. الآن خذ الطرف الآخر من هذا السلك وقم بتوصيله بالسلك الأسود الموجود في مستشعر الغبار
4. خذ السلك الآخر وقم بتوصيله بالدبوس 5 فولت
5. الآن خذ الطرف الآخر من السلك وقم بتوصيله بالسلك الأحمر الموجود على مستشعر الغبار
6. بعد ذلك ، خذ الأقلام وضعها في المسامير الرقمية: GND ، 13 ، 12 ، ~ 11 ، ~ 10 ، ~ 9 ، 8
7. قم بتوصيل السلك الأزرق بالدبوس عند 13
8. ثم قم بتوصيل السلك الأصفر في الدبوس عند 8

كود tthe Dust sensor (كود من

المصدر

الخطوة 6: كيفية جعل مستشعر اردوينو والغبار محمولاً

بالنسبة لمشروعنا ، احتجنا إلى طريقة لجمع البيانات عندما يكون مستشعر الأتربة والمكعبات عند الحركة ، وقد قررنا أن بطاقة SD ستفي بالغرض. هنا هو رمز الأسلاك بطاقة SD.

كيفية توصيل بطاقة SD إذا لزم الأمر (* لاحظ أن تلوين الأسلاك قد تغير في الصورة وأن الدبابيس الإضافية ليست هناك حاجة)

1. يذهب السلك الأزرق الموجود في جهاز استشعار الغبار إلى أي مكان على لوح الخبز
2. ينتقل السلك الأحمر الموجود على قارئ بطاقة SD (VCC) إلى أي مكان في نفس الصف مثل السلك الأزرق على لوح الخبز
3. الآن خذ سلكًا إضافيًا (سلك أبيض في الصورة) ، قم بتوصيله في نفس الصف مثل الأسلاك الزرقاء والحمراء والطرف الآخر من السلك مقبس في GND على Arduino
4. يتصل السلك البرتقالي الموجود بجهاز استشعار الغبار بـ A5
5. يتم توصيل السلك الأخضر بالدبوس الرقمي 7
6. يتم توصيل السلك الأرجواني على بطاقة SD (CS) بـ digitalpin 4
7. يتم توصيل السلك الأسود الموجود على بطاقة SD (MOSI) بالرقم الرقمي 11
8. يتم توصيل السلك البرتقالي الموجود على بطاقة SD (MISO) بالدبوس الرقمي 12
9. يتم توصيل السلك الأزرق الموجود على بطاقة SD (SCK) بالرقم الرقمي 13
10. يتم توصيل السلك الأصفر الموجود على بطاقة SD (GND) بدبوس أرضي (GND)
11. ضع المكثف في لوح الخبز
12. يتم توصيل السلك الأحمر الموجود على مستشعر الغبار بلوحة الخبز في نفس الصف مثل الساق القصيرة للمكثف.
13. أخيرًا ، خذ سلكًا إضافيًا (أحمر في الصورة) وقم بتوصيل أحد طرفيه في نفس الصف مثل الساق الطويلة للمكثف ويذهب الطرف الآخر من السلك إلى 5 فولت.

كود لبطاقة SD وجهاز استشعار الغبار

الخطوة السابعة: النتائج والدروس المستفادة

* تم تقييم Cubesat والتحقق منه من قبل السيدة Wingfield (مدرس)

demensions والكتلة

الكتلة: 2.91 كجم. العرض: 110 ملم. على كل جانب

الطول: 106 ملم. على كل جانب

الاختبارات الأولية:

اختبار الطيران- اكتمل

خلال هذا الاختبار ، بقيت Cubesat في لباقة

واجه المجس "المريخ" الخاص بنا لمدة نصف الوقت والطرق الجانبية في النصف الآخر من الوقت.

اختبارات الاهتزاز - كاملة

لقد أجرينا اختبارات الاهتزاز هذه لإثبات الثقة في أن القمر الصناعي يمكنه تحمل بيئة الإطلاق وسيظل قادرًا على العمل بعد ذلك.

نتائج اختبارات الاهتزاز

.12 ثانية لكل هزة

الفترة- 2.13 ثانية لكل دورة

ظلت جميع الموصلات الكهربائية متصلة ومؤمنة. لم يكن المكعبات قادرًا على احتواء الصندوق ، لذلك استخدمنا شريطًا لتأمين المكعبات لأسفل. تم استخدام الأداة الجلدية والورق الرملي لصنفرة جوانب Cubesat لتناسب الصندوق وهذا حل المشكلة.

نتائج الرحلة النهائية

التردد- 0.47 دورة في الثانية

السرعة - 3.39 متر في الثانية

التسارع - 9.99 م / ث ^ 2

قوة الجاذبية المركزية - 29.07 كجم / ثانية ^ 2

طول الخيط - 1.26 م.

علمنا أن مستشعر الغبار يلتقط الدخان الناتج عن الحريق ويعطينا أفضل البيانات. تعلمنا أيضًا كيفية حل المشكلة

خلال هذا المشروع ، تعلمنا جميعًا العديد من الدروس القيمة. كانت دروس الحياة الواقعية التي تعلمناها هي العمل من خلال كل شيء ، حتى لو كان من الصعب القيام به. عملنا مع مكعبات وجهاز استشعار الغبار. كان الأسهل من الاثنين هو Cubesat ، حيث تم تصميمه وبنائه في غضون يومين. كان Cubesat تصميمًا جيدًا حقًا يستخدم لحمل جميع أجهزة الاستشعار لدينا. كان من الصعب جدًا حساب مستشعر الغبار و Arduino. في البداية ، لم يكن الرمز يعمل ، ومع ذلك ، أثناء تشغيل الكود ، تبين أن الأسلاك غير صحيحة. جاء اثنان من المعلمين لإنقاذنا للمساعدة في كلاهما لمساعدتنا في العثور على بياناتنا. من خلال تعلم دروس الحياة ، اكتشفنا أيضًا أشياء جديدة حول المكعبات وأجهزة الاستشعار. من قبل ، لم نكن نعرف ما هو cubesat ، ولا نعرف كيف تعمل المستشعرات والأسلاك. خلال هذا المشروع ، أصبح Brianna خبيرًا في الأسلاك والترميز ، بينما أصبحت Emma و Christian مبنيين مذهلين بينما تعلما أيضًا معلومات جديدة حول الترميز والأسلاك أيضًا. بشكل عام ، تعلمنا الكثير من الأشياء الجديدة واستمتعنا أثناء القيام بذلك. شكراً للسيدة وينجفيلد لتصميم هذا المشروع لكي نقوم به ولأننا معلمة تحب بصدق التدريس والاستمتاع بطلابها.

الخطوة 8: بيانات جهاز استشعار الغبار

الرسم البياني الموجود على اليمين هو البيانات التي تلقاها مستشعر الغبار. الصورة على اليسار هي الشكل الذي كان يجب أن يبدو عليه الرسم البياني.

كان المستشعر يواجه مشاكل في جمع بيانات كبيرة.

إذا كان لدى أي شخص معرفة أكثر بجهاز استشعار الغبار وكيفية الحصول على البيانات المناسبة ، فيرجى التعليق على هذا غير القابل للتدمير.