Cubesat với cảm biến chất lượng không khí và Arduino: 4 bước

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

Người tạo CubeSat: Reghan, Logan, Kate và Joan

Giới thiệu

Bạn đã bao giờ tự hỏi làm thế nào để tạo ra một tàu quỹ đạo sao Hỏa để thu thập dữ liệu về bầu khí quyển và chất lượng không khí của sao Hỏa? Trong suốt năm học vật lý này, chúng tôi đã học cách lập trình Arduinos để có thể thu thập dữ liệu trên sao Hỏa. Chúng tôi đã bắt đầu một năm học về cách thoát ra khỏi bầu khí quyển của trái đất và đã từ từ tiến tới thiết kế và xây dựng CubeSats có thể quay quanh sao Hỏa và thu thập dữ liệu về bề mặt sao Hỏa và bầu khí quyển của nó.

Bước 1: Vật liệu cần thiết

• Cảm biến khí MQ 9
• Bộ phận robot kim loại
• Arduino
• bảng bánh mì
• ốc vít và đai ốc

Bước 2: Công cụ & An toàn

• Dremel
• Máy cắt bu lông
• Kìm
• Máy chà nhám bánh xe
• Máy mài
• Cưa sắt
• Giấy cát
• Băng & chuỗi để bảo mật cảm biến, Arduino, v.v. vào CubeSat (nếu cần)
• Kính an toàn
• Găng tay

Bước 3: Cách xây dựng Cubesat & Wire Arduino

Sơ đồ Fritzing đến dây Arduino & cảm biến

MQ-9 là chất bán dẫn cho khí CO / dễ cháy.

Hạn chế của Cubesat:

1. 10x10x10
2. Không được nặng hơn 1,3 kg (khoảng 3 lbs.)

Làm thế nào để xây dựng một Cubesat:

THẬN TRỌNG: Để cắt kim loại, hãy sử dụng cưa vòng hoặc cưa sắt, đồng thời đeo kính bảo hộ và găng tay.

1. Cắt 2 tấm kim loại thành hình vuông 10x10 cm hoặc nếu bạn không có kích thước chính xác của kim loại, hãy nối 2 mảnh kim loại bằng cách sử dụng đầu nối nhựa và một số vít và đai ốc.

2. Cắt 4 miếng kim loại có góc cao 10 cm. Đây sẽ là các góc của Cubesat.

3. Cắt 8 miếng kim loại dài 10 thanh dài, hẹp.

4. Bắt đầu bằng cách kết nối các miếng góc với một trong các hình vuông 10x10cm phẳng đã được cắt ở bước 1. Để các vít hướng ra bên ngoài của Cubesat.

5. Thêm 4 thanh đỡ ngang (que dài dẹt) vào các mảnh góc, những thanh đỡ này sẽ đi lên khoảng một nửa trên các mảnh góc. Nên có bốn cái này, mỗi bên một cái.

6. Thêm 4 thanh đỡ dọc (thanh dài dẹt), những thanh này sẽ kết nối với các thanh đỡ ngang ở trung tâm.

7. Sử dụng keo nóng để kết nối các thanh đỡ thẳng đứng với đế, nơi kết nối các bộ phận góc.

8. Đặt hình vuông 10x10 cm còn lại lên trên, gắn cái này bằng 4 con vít (mỗi con ở một góc). Không gắn cho đến khi arduino và cảm biến ở trong CubeSat.

Mã cho cảm biến MQ-9:

#include // (Giao diện Ngoại vi Nối tiếp giao tiếp với các thiết bị trong khoảng cách ngắn)

#include // (gửi và kết nối dữ liệu với thẻ sd)

#include // (sử dụng dây để kết nối và di chuyển dữ liệu và thông tin)

cảm biến phao điện áp; // (đọc điện áp cảm biến)

float sensorValue; // (in ra giá trị cảm biến đã đọc)

Dữ liệu tệp; // (biến để ghi vào tệp)

// kết thúc thiết lập trước

void setup () // (các hành động được thực hiện trong quá trình thiết lập nhưng không có thông tin / dữ liệu nào được lưu trữ lại) //

{

pinMode (10, OUTPUT); // phải đặt chân 10 để xuất ngay cả khi không sử dụng

SD.begin (4); // bắt đầu thẻ sd với CS được đặt thành pin 4

Serial.begin (9600);

sensorValue = analogRead (A0); // (chân tương tự được đặt thành 0)

sensorVoltage = sensorValue / 1024 * 5.0;

}

void loop () // (chạy lại vòng lặp và không ghi lại thông tin / dữ liệu)

{

Dữ liệu = SD.open ("Log.txt", FILE_WRITE); // mở tệp có tên "Nhật ký"

if (Dữ liệu) {// sẽ chỉ thực hiện phần còn lại nếu tệp được tạo thành công

Serial.print ("điện áp cảm biến ="); // (in / ghi điện áp cảm biến)

Serial.print (sensorVoltage);

Serial.println ("V"); // (in dữ liệu theo điện áp)

Data.println (sensorVoltage);

Data.close ();

chậm trễ (1000); // (trì hoãn 1000 mili giây sau đó khởi động lại thu thập dữ liệu)

}

}

Bước 4: Kết quả & Bài học Kinh nghiệm

Kết quả:

Vật lý Chúng tôi mở rộng kiến thức về các định luật của Newton, đặc biệt là định luật đầu tiên của ông. Định luật này nói rằng một vật thể đang chuyển động sẽ vẫn chuyển động, trừ khi bị tác động bởi một lực bên ngoài. Khái niệm tương tự cũng áp dụng cho các đối tượng ở trạng thái nghỉ. Khi CubeSat của chúng ta quay quanh quỹ đạo, nó đang ở tốc độ không đổi.. cứ thế chuyển động. Nếu sợi dây bị đứt, CubeSat của chúng ta sẽ bay theo một đường thẳng tại điểm cụ thể của quỹ đạo mà nó bị đứt.

Định lượng Khi quỹ đạo bắt đầu, chúng ta có 4,28 trong một thời gian, sau đó nó thay đổi thành 3,90. Điều này xác định điện áp

Định tính CubeSat của chúng tôi quay quanh sao Hỏa và thu thập dữ liệu về bầu khí quyển. Chúng tôi đã sử dụng propan (C3H8) để thêm vào khí quyển cho cảm biến MQ-9 của chúng tôi để phát hiện và đo lường sự khác biệt. Chuyến bay thử nghiệm diễn ra thực sự tốt do độ trễ của quỹ đạo sao Hỏa. CubeSat bay theo chuyển động tròn, với thanh kiểm duyệt hướng vào trong về phía sao Hỏa.

Bài học kinh nghiệm:

Bài học lớn nhất rút ra trong suốt dự án này là chúng ta phải kiên trì vượt qua các cuộc đấu tranh. Phần khó nhất của dự án này có lẽ là tìm ra cách thiết lập và mã cho thẻ SD để thu thập dữ liệu của chúng tôi. Nó đã mang lại cho chúng tôi rất nhiều rắc rối vì đó là một quá trình thử-và-sai kéo dài, điều này khiến chúng tôi hơi bực bội, nhưng cuối cùng chúng tôi đã tìm ra.

Chúng tôi đã học cách sáng tạo và sử dụng các công cụ để tạo ra CubeSat 10x10x10 giúp đo ô nhiễm không khí bằng cảm biến khí MQ-9. Chúng tôi đã sử dụng các công cụ điện như Dremel, máy cắt bu lông, máy mài bánh lớn và cưa sắt để cắt kim loại theo đúng kích thước. Chúng tôi cũng học được cách lập kế hoạch thiết kế của mình một cách chính xác từ những ý tưởng trong đầu đến giấy, và sau đó thực hiện kế hoạch. Tất nhiên là không hoàn hảo, nhưng việc lập kế hoạch đã giúp chúng tôi đi đúng hướng.

Một kỹ năng khác mà chúng tôi học được là cách viết mã cảm biến MQ-9 vào Arduinos. Chúng tôi sử dụng cảm biến khí MQ-9 vì mục tiêu chính của chúng tôi là tạo ra một CubeSat có thể đo chất lượng không khí trong bầu khí quyển của Mar.