Nghiên cứu bụi Arduino: 8 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Sống trên sao Hỏa sẽ như thế nào? Không khí có thoáng không? Nó có an toàn không? Có bao nhiêu bụi ở đó? Các cơn bão thường xuyên như thế nào? Bạn đã bao giờ tự hỏi câu trả lời cho bất kỳ câu hỏi nào trong số này?

Bước 1: Giới thiệu

Tên của chúng tôi là Christian, Brianna và Emma. Chúng tôi đã đề cập đến nhiều chủ đề trong suốt thời gian học tại lớp vật lý của chúng tôi. Chúng tôi đã học về điện, các loại lực khác nhau, tên lửa, robot, lập trình, chuyển động, và nhiều hơn thế nữa.

Mục tiêu của chúng tôi cho dự án này là tạo ra một CubeSat chức năng, hoặc một vệ tinh thu nhỏ để nghiên cứu không gian, có chứa một bộ cảm biến bụi được lập trình, để tìm hiểu thêm về các dạng bão bụi trên sao Hỏa.

CubeSat này phải có khả năng chịu được bầu khí quyển của sao Hỏa. Để kiểm tra độ bền của nó, nó đã trải qua một bài kiểm tra rung lắc để đảm bảo CubeSat đủ mạnh.

Hạn chế chính của chúng tôi đối với dự án này là các yêu cầu về kích thước của CubeSat. Chúng tôi có rất nhiều mảnh và dây, và thật khó để lắp tất cả chúng vào bên trong. Một hạn chế khác mà chúng tôi gặp phải là thời gian. Chúng tôi đã kết hợp nhiều thành phần, chẳng hạn như xây dựng CubeSat, lập trình và mã hóa. Tiếp tục đọc Có thể hướng dẫn của chúng tôi để tìm hiểu thêm!

Bước 2: Vật liệu

Đối với Arduino & Lập trình:

1. Cảm biến bụi

2. Arduino Uno

3. Dây HDMI

4. 2 dây

5. Ghim

6. Máy tính để lập trình

7. Thẻ SD

8. Chủ thẻ SD

9. Đầu đọc thẻ SD

10. Bộ pin

11. Cáp pin

12. Bảng bánh mì *

13. Tụ điện 470uF *

Đối với CubeSat:

12. Popsicle Sticks (ít nhất 120)

13. Súng bắn keo nóng

14. Velcro

15. Công cụ Dremel

16. Giấy nhám

Để thử nghiệm:

17. Khăn giấy

18. Bộ lọc cà phê

20. Kính vỡ lớn

21. Găng tay / Găng tay lò nướng

22. Nhẹ hơn / Phù hợp

Bước 3: Công cụ Cần thiết và Sử dụng và Thực hành An toàn

- Dụng cụ đầu tiên chúng tôi sử dụng là súng bắn keo nóng. Nó được sử dụng để kết dính các que kem của chúng tôi với nhau trong khi xây dựng CubeSat của chúng tôi. Hãy hết sức cẩn thận để không bị dính keo vào tay hoặc chạm vào vòi của súng, vì nó sẽ rất nóng.

- Chúng tôi cũng sử dụng máy cắt dây để cắt một lỗ trên CubeSat, để cảm biến bụi có thể thu thập dữ liệu. Công cụ này hoạt động tốt với que kem và rất dễ sử dụng. Khi sử dụng công cụ này, hãy thận trọng không véo ngón tay của bạn hoặc cắt bỏ thứ gì đó mà bạn không cố ý.

- Một công cụ khác mà chúng tôi đã sử dụng là giấy nhám. Sau khi cắt lỗ trên CubeSat, điều cần thiết là chúng tôi phải làm nhẵn các cạnh sắc. Công cụ này không yêu cầu bất kỳ biện pháp phòng ngừa an toàn đặc biệt nào, nhưng có thể sẽ tạo ra một chút lộn xộn để bạn dọn dẹp.

- Chúng tôi cũng đã sử dụng một công cụ Dremel. Chúng tôi đã sử dụng nó để nhanh chóng phủi các góc rộng của CubeSat. Việc sử dụng công cụ này cần hết sức thận trọng và điều cần thiết là bạn phải đeo kính bảo vệ mắt. Ngoài ra, nó sẽ tạo thành một đống bụi và các mảnh nhỏ, vì vậy hãy đảm bảo rằng bạn dọn dẹp sạch sẽ không gian làm việc của mình!

- Công cụ cuối cùng chúng tôi sử dụng là một chiếc bật lửa. Chúng tôi đã sử dụng nó để đốt cháy bộ lọc cà phê và khăn giấy, nhằm tạo ra khói bụi để Arduino của chúng tôi cảm nhận được. Trong khi sử dụng dụng cụ này, nhớ buộc tóc lại, tránh mặc quần áo rộng và đeo kính bảo vệ mắt. Đảm bảo luôn theo dõi chặt chẽ ngọn lửa để đảm bảo nó được giữ nguyên. Ngoài ra, sẽ rất thông minh nếu có sự giám sát của người lớn hoặc giáo viên!

Bước 4: Cách xây dựng CubeSat

Cần khoảng 120 que Popsicle để chế tạo Cubesat. Video ở trên minh họa cách chúng tôi xếp chồng các que lên nhau bằng cách dán nóng từng que để đảm bảo chúng sẽ không bị vỡ..

Khối lập phương có 1 giá đỡ và một mặt trên. Giá đỡ và trên cùng chỉ là sáu que kem nóng được dán lại với nhau.

Ở phía dưới cùng, pin và thẻ SD được dán Velcro. Ở trên cùng của kệ, bảng mạch được giữ bằng Velcro và Arduino nằm trên đầu bảng mạch.

Đối với cảm biến Bụi, sử dụng máy cắt dây để cắt một lỗ ở mặt bên của Cubesat để lắp cảm biến bụi vào. Chúng tôi đã sử dụng một số băng keo để giữ cảm biến Bụi tại chỗ.

Cuối cùng sử dụng Velcro để cố định Top vào Cubesat.

Bạn có thể xem bản phác thảo thiết kế cuối cùng của chúng tôi ở trên.

Bước 5: Cách đấu dây Arduino và cảm biến bụi

1. Để nối dây hút bụi và arduino
2. Lấy một sợi dây và cắm nó vào chân đất (GND) bằng chân 5v.
3. Bây giờ lấy đầu còn lại của dây đó và cắm vào dây ĐEN trên cảm biến bụi
4. Lấy dây còn lại cắm vào chân 5v
5. Bây giờ lấy đầu dây còn lại và cắm vào dây ĐỎ trên cảm biến bụi
6. Tiếp theo lấy bút và lắp vào các chân Digital: GND, 13, 12, ~ 11, ~ 10, ~ 9, 8
7. Cắm dây BLUE vào chân số 13
8. Sau đó cắm dây VÀNG vào chân số 8

Mã cho cảm biến bụi (mã từ

nguồn

Bước 6: Cách làm cho Arduino và cảm biến bụi di động

Đối với dự án của mình, chúng tôi cần một cách để thu thập dữ liệu khi khối lập phương và cảm biến bụi khi chuyển động. Đây là dây và mã thẻ SD.

Cách đấu dây thẻ SD nếu cần (* lưu ý màu của dây đã thay đổi trong ảnh và không cần thêm chân cắm)

1. Dây màu xanh lam trong cảm biến bụi đi đến bất kỳ vị trí nào trên bảng mạch bánh mì
2. Dây màu đỏ trên đầu đọc thẻ SD (VCC) đi bất kỳ vị trí nào trong cùng hàng với dây màu xanh lam trên bảng mạch bánh mì
3. bây giờ lấy thêm một dây (dây màu trắng trong ảnh), cắm vào cùng hàng với dây màu xanh và đỏ và đầu dây còn lại cắm vào GND trên Arduino
4. Dây màu cam trên cảm biến bụi gắn vào A5
5. Dây màu xanh lá cây gắn vào chân số 7
6. Dây nhiều trên thẻ SD (CS) gắn vào chân số 4
7. Dây đen trên thẻ SD (MOSI) gắn vào chân số 11
8. Dây màu cam trên thẻ SD (MISO) gắn vào chân số 12
9. Dây màu xanh trên thẻ SD (SCK) gắn vào chân số 13
10. Dây màu vàng trên thẻ SD (GND) gắn vào chân nối đất (GND)
11. Đặt tụ điện vào bảng mạch bánh mì
12. Dây màu đỏ trên cảm biến bụi gắn vào bảng mạch bánh mì cùng hàng với chân ngắn của tụ điện.
13. Cuối cùng lấy thêm một sợi dây (màu đỏ trong ảnh) cắm một đầu cùng hàng với chân dài của tụ điện và đầu dây còn lại vào 5v.

Mã cho thẻ SD và cảm biến bụi

Bước 7: Kết quả và bài học kinh nghiệm

* Cubesat được đánh giá và kiểm tra bởi bà Wingfield (giáo viên)

Kích thước và khối lượng

Khối lượng: 2,91kg. Chiều rộng: 110mm. mỗi bên

Chiều dài: 106 mm. mỗi bên

Kiểm tra sơ bộ:

Kiểm tra chuyến bay- Hoàn thành

Trong quá trình thử nghiệm này, Cubesat vẫn nguyên vẹn

Cảm biến đối mặt với "Sao Hỏa" của chúng ta trong một nửa thời gian và cách một nửa thời gian còn lại.

Kiểm tra độ rung - Hoàn thành

Chúng tôi đã thực hiện các bài kiểm tra độ rung này để thiết lập niềm tin rằng vệ tinh có thể chịu được môi trường phóng và vẫn có thể hoạt động sau đó.

Kết quả kiểm tra độ rung

0,12 giây mỗi lần lắc

Chu kỳ- 2,13 giây mỗi chu kỳ

Tất cả các đầu nối điện vẫn được kết nối và an toàn. Khối lập phương không thể vừa với hộp, vì vậy chúng tôi đã dùng băng dính để cố định khối lập phương xuống. Dụng cụ da và giấy cát đã được sử dụng để chà nhám các mặt của Cubesat để vừa với hộp và điều đó đã khắc phục được sự cố.

Kết quả chuyến bay cuối cùng

Tần số- 0,47 chu kỳ mỗi giây

Vận tốc- 3,39 mét mỗi giây

Gia tốc- 9,99 m / s ^ 2

Lực hướng tâm- 29,07 kg / s ^ 2

Chiều dài của dây - 1,26 m.

Chúng tôi biết rằng cảm biến bụi đã thu nhận khói do lửa tạo ra và cung cấp cho chúng tôi dữ liệu tốt nhất. Chúng tôi cũng đã học cách giải quyết vấn đề

Trong suốt dự án này, tất cả chúng tôi đã học được nhiều bài học quý giá. Bài học cuộc sống thực mà chúng tôi học được là nỗ lực vượt qua mọi thứ, ngay cả khi nó khó làm được. Chúng tôi đã làm việc với một khối lập phương và một cảm biến bụi. Việc dễ dàng hơn trong hai công việc đó là thiết kế hình khối, thiết kế và xây dựng nó trong vài ngày. Khối lập phương là một thiết kế thực sự tốt được sử dụng để chứa tất cả các cảm biến của chúng tôi. Cảm biến bụi và Arduino rất khó tính toán. Lúc đầu, mã không hoạt động, tuy nhiên, trong khi chúng tôi nhận được mã hoạt động, hệ thống dây điện hóa ra không chính xác. Một vài giáo viên đã đến cứu chúng tôi để giúp đỡ cả hai để giúp chúng tôi tìm thấy dữ liệu của mình. Với việc học các bài học về cuộc sống, chúng tôi cũng tìm ra những điều mới mẻ về hình khối và cảm biến. Trước đây, chúng ta không biết khối lập phương là gì, cũng như không biết các cảm biến và hệ thống dây điện hoạt động như thế nào. Trong suốt dự án này, Brianna đã trở thành một chuyên gia về hệ thống dây điện và mã hóa, trong khi Emma và Christian trở thành những tòa nhà tuyệt vời đồng thời cũng tìm hiểu thông tin mới về mã hóa và hệ thống dây điện. Nói chung, chúng tôi đã học được rất nhiều điều mới và rất vui khi làm việc đó. Cảm ơn bà Wingfield đã thiết kế dự án này để chúng tôi thực hiện và là một giáo viên thực sự yêu thích việc giảng dạy và vui vẻ với học sinh của mình.

Bước 8: Dữ liệu cảm biến bụi

Biểu đồ bên phải là dữ liệu mà cảm biến bụi nhận được. Hình ảnh bên trái là biểu đồ đáng lẽ phải trông như thế nào.

Cảm biến gặp sự cố khi thu thập dữ liệu lớn.

Nếu bất cứ ai có thêm kiến thức về cảm biến bụi và cách lấy dữ liệu thích hợp, vui lòng bình luận về cái không thể phá hủy này.