Cubesat مع مستشعر جودة الهواء واردوينو: 4 خطوات

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

مبتكرو CubeSat: ريغان ولوجان وكيت وجوان

مقدمة

هل تساءلت يومًا عن كيفية إنشاء مركبة مدار حول المريخ لجمع البيانات حول الغلاف الجوي وجودة الهواء في المريخ؟ طوال هذا العام في فصل الفيزياء ، تعلمنا كيفية برمجة Arduinos حتى نتمكن من جمع البيانات على المريخ. بدأنا العام في تعلم كيفية الخروج من الغلاف الجوي الأرضي وتطورنا ببطء في تصميم وبناء CubeSats التي يمكن أن تدور حول المريخ وتجمع البيانات حول سطح المريخ وغلافه الجوي.

الخطوة 1: المواد المطلوبة

• مستشعر الغاز MQ 9
• أجزاء الروبوت المعدنية
• اردوينو
• لوح الخبز
• البراغي والصواميل

الخطوة الثانية: الأدوات والأمان

• دريميل
• قطع الترباس
• كماشة
• صنفرة العجلة
• طاحونة
• منشارا
• ورق رملي
• شريط وخيط لتأمين المستشعر واردوينو وما إلى ذلك إلى CubeSat (إذا لزم الأمر)
• نظارات أمان
• القفازات

الخطوة 3: كيفية بناء Cubesat & Wire Arduino

مخططات فريتزينج لسلك اردوينو وأجهزة الاستشعار

MQ-9 هو شبه موصل لغاز ثاني أكسيد الكربون / الغاز القابل للاحتراق.

قيود Cubesat:

1. 10 × 10 × 10
2. لا يمكن أن تزن أكثر من 1.3 كجم (حوالي 3 أرطال).

كيف تصنع مكعبات:

تنبيه: لقطع المعدن ، استخدم المنشار الشريطي أو منشار الاختراق ، وارتدِ نظارات واقية وقفازات.

1. اقطع لوحين من المعدن إلى مربع 10x10 سم أو إذا لم يكن لديك الحجم الصحيح من المعدن ، فقم بتوصيل قطعتين من المعدن باستخدام موصل بلاستيكي وبعض البراغي والصواميل.

2. قص 4 قطع من المعدن بطول 10 سم. ستكون هذه زوايا Cubesat.

3. قطع 8 قطع من 10 عصي طويلة مسطحة ضيقة من المعدن.

4. ابدأ بتوصيل قطع الزاوية بأحد المربعات المسطحة مقاس 10x10 سم التي تم قطعها في الخطوة 1. اجعل البراغي متجهة إلى الخارج من Cubesat.

5. أضف 4 دعامات أفقية (عصي طويلة مسطحة) إلى قطع الزاوية ، يجب أن تكون هذه في منتصف الطريق تقريبًا على قطع الزاوية. يجب أن يكون هناك أربعة من هؤلاء ، واحد على كل جانب.

6. أضف 4 دعامات رأسية (عصي طويلة مسطحة) ، وسوف تتصل بالدعامات الأفقية في المركز.

7. استخدم الغراء الساخن لتوصيل الدعامات الرأسية بالقاعدة ، حيث يتم توصيل أجزاء الزاوية.

8. ضع المربع الآخر مقاس 10 × 10 سم في الأعلى ، وقم بإرفاقه بأربعة براغي (واحد في كل زاوية). لا تقم بتوصيله حتى يتم وضع اردوينو وأجهزة الاستشعار في CubeSat.

كود مستشعر MQ-9:

# تضمين // (واجهة محيطية تسلسلية تتواصل مع الأجهزة عبر مسافات قصيرة)

# تضمين // (إرسال البيانات وتوصيلها ببطاقة sd)

# تضمين // (استخدام الأسلاك لتوصيل ونقل البيانات والمعلومات)

جهاز استشعار تعويم // (اقرأ جهد المستشعر)

مستشعر تعويم القيمة ؛ // (اطبع قيمة المستشعر المقروءة)

بيانات الملف ؛ // (متغير للكتابة إلى ملف)

// إنهاء الإعداد المسبق

إعداد باطل () // (يتم تنفيذ الإجراءات في الإعداد ولكن لا يتم استعادة أي معلومات / بيانات) //

{

pinMode (10 ، الإخراج) ؛ // يجب أن يضبط الدبوس 10 للإخراج حتى إذا لم يتم استخدامه

SD.begin (4) ، // يبدأ بطاقة sd مع تعيين CS على الرقم 4

Serial.begin (9600) ؛

sensorValue = analogRead (A0) ؛ // (تم ضبط الدبوس التناظري على الصفر)

sensorVoltage = sensorValue / 1024 * 5.0 ؛

}

حلقة باطلة () // (حلقة التشغيل مرة أخرى ولا تسجل المعلومات / البيانات)

{

البيانات = SD.open ("Log.txt" ، FILE_WRITE) ؛ // يفتح ملفًا يسمى "السجل"

إذا كانت (البيانات) {// ستستريح فقط إذا تم إنشاء الملف بنجاح

Serial.print ("جهد المستشعر =") ؛ // (طباعة / تسجيل جهد مستشعر)

Serial.print (sensorVoltage) ؛

Serial.println ("V") ؛ // (طباعة البيانات بالتقلبات)

Data.println (مستشعر الجهد) ؛

Data.close () ؛

تأخير (1000) ؛ // (تأخير لمدة 1000 مللي ثانية ثم إعادة تجميع البيانات)

}

}

الخطوة 4: النتائج والدروس المستفادة

نتائج:

الفيزياء لقد وسعنا معرفتنا بقوانين نيوتن ، وتحديداً قانونه الأول. ينص هذا القانون على أن الجسم المتحرك سيبقى في حالة حركة ، ما لم يتم التصرف بناءً عليه من قبل قوة خارجية. ينطبق نفس المفهوم على الأشياء في حالة الراحة. عندما كان CubeSat الخاص بنا يدور في المدار ، كان بسرعة ثابتة.. لذا فهو يتحرك. إذا انكسر الخيط ، فإن CubeSat الخاص بنا كان سيطير في خط مستقيم عند نقطة معينة من مداره حيث انقطع.

الكمي عندما بدأ المدار ، حصلنا على 4.28 لفترة من الوقت ، ثم تغير إلى 3.90. هذا يحدد الجهد

النوعي لدينا CubeSat تدور حول المريخ ، وجمع البيانات عن الغلاف الجوي. استخدمنا البروبان (C3H8) لإضافته إلى الغلاف الجوي لجهاز استشعار MQ-9 الخاص بنا لاكتشاف وقياس الفرق. سارت تجربة الطيران بشكل جيد بسبب تأخر مركبة المريخ. طار CubeSat في حركة دائرية ، مع توجيه الرقيب للداخل نحو المريخ.

الدروس المستفادة:

كان أكبر درس تعلمناه خلال هذا المشروع هو المثابرة خلال نضالاتنا. ربما كان أصعب جزء في هذا المشروع هو معرفة كيفية إعداد بطاقة SD ورمزها لجمع بياناتنا. لقد سبب لنا الكثير من المتاعب لأنها كانت عملية طويلة للتجربة والخطأ ، والتي كانت محبطة بعض الشيء ، لكننا اكتشفناها في النهاية.

تعلمنا كيف نكون مبدعين ونستخدم الأدوات لإنشاء 10x10x10 CubeSat الذي سيساعد في قياس تلوث الهواء باستخدام مستشعر الغاز MQ-9. استخدمنا أدوات كهربائية مثل Dremel ، وقاطع البراغي ، وطاحونة العجلات الكبيرة ، والمنشار لقطع المعدن إلى الحجم الصحيح. تعلمنا أيضًا كيفية تخطيط تصميمنا بشكل صحيح من الأفكار الموجودة في رؤوسنا إلى الورق ، ثم تنفيذ الخطة. ليس تمامًا بالطبع ، لكن التخطيط ساعدنا على البقاء على المسار الصحيح.

هناك مهارة أخرى تعلمناها وهي كيفية ترميز مستشعر MQ-9 في Arduinos. استخدمنا مستشعر الغاز MQ-9 لأن هدفنا الرئيسي كان صنع CubeSat يمكنه قياس جودة الهواء في الغلاف الجوي لمار.