Cubesat с датчиком качества воздуха и Arduino: 4 шага

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

Создатели CubeSat: Реган, Логан, Кейт и Джоан

Вступление

Вы когда-нибудь задумывались, как создать орбитальный аппарат Марса для сбора данных об атмосфере и качестве воздуха на Марсе? В течение этого года на нашем уроке физики мы научились программировать Arduinos, чтобы иметь возможность собирать данные о Марсе. Мы начали год с изучения того, как выбраться из аптомосферы Земли, и постепенно перешли к проектированию и созданию CubeSats, которые могли бы вращаться вокруг Марса и собирать данные о поверхности Марса и его атмосфере.

Шаг 1. Необходимые материалы

• Датчик газа MQ 9
• Металлические детали роботов
• Ардуино
• макетная доска
• винты и гайки

Шаг 2. Инструменты и безопасность

• Дремель
• Болторез
• Плоскогубцы
• Шлифовальный станок
• Шлифовальный станок
• Ножовка
• Наждачная бумага
• Лента и шнур для крепления датчика, Arduino и т. Д. К CubeSat (при необходимости)
• Защитные очки
• Перчатки

Шаг 3: Как собрать Cubesat и подключить Arduino

Схемы Fritzing для подключения Arduino и датчика

MQ-9 - это полупроводник для CO / горючего газа.

Ограничения Cubesat:

1. 10x10x10
2. Не может весить более 1,3 кг (около 3 фунтов).

Как построить Cubesat:

ВНИМАНИЕ! Для резки металла используйте ленточную пилу или ножовку, а также наденьте защитные очки и перчатки.

1. Вырежьте 2 листа металла в квадрат 10х10 см или, если у вас нет металла нужного размера, соедините 2 куска металла, используя пластиковый соединитель и несколько винтов и гаек.

2. Отрежьте 4 металлических уголка высотой 10 см. Это будут углы Cubesat.

3. Отрежьте 8 кусков из 10 длинных плоских узких палочек из металла.

4. Начните с соединения угловых частей с одним из плоских квадратов 10x10 см, вырезанных на шаге 1. Винты должны быть обращены наружу от Cubesat.

5. Добавьте 4 горизонтальных опоры (длинные плоские стержни) к угловым элементам, они должны доходить примерно до середины угла. Их должно быть четыре, по одному с каждой стороны.

6. Добавьте 4 вертикальных опоры (длинные плоские стержни), которые будут соединяться с горизонтальными опорами в центре.

7. Горячим клеем соедините вертикальные опоры с основанием, где соединяются угловые детали.

8. Поместите другой квадрат 10х10 см сверху и прикрепите его 4 винтами (по одному в каждом углу). Не подключайте, пока Arduino и датчики не окажутся в CubeSat.

Код для датчика MQ-9:

#include // (Последовательный периферийный интерфейс для связи с устройствами на небольших расстояниях)

#include // (отправляет и подключает данные к sd-карте)

#include // (использует провода для соединения и перемещения данных и информации)

датчик поплавка Напряжение; // (считываем напряжение датчика)

float sensorValue; // (распечатываем считанное значение датчика)

Данные файла; // (переменная для записи в файл)

// завершаем предварительную настройку

void setup () // (действия выполняются в настройке, но никакая информация / данные не записываются) //

{

pinMode (10, ВЫХОД); // должен установить вывод 10 на вывод, даже если он не используется

SD.begin (4); // запускает SD-карту с CS, установленным на контакт 4

Serial.begin (9600);

sensorValue = analogRead (A0); // (аналоговый вывод установлен в ноль)

sensorVoltage = sensorValue / 1024 * 5,0;

}

void loop () // (снова запустить цикл и не записывать информацию / данные)

{

Данные = SD.open ("Log.txt", FILE_WRITE); // открывает файл под названием "Журнал"

if (Data) {// будет отдыхать только в том случае, если файл успешно создан

Serial.print ("напряжение датчика ="); // (распечатать / записать напряжение датчика)

Serial.print (sensorVoltage);

Serial.println ("V"); // (выводим данные в напряжениях)

Data.println (sensorVoltage);

Data.close ();

задержка (1000); // (задержка на 1000 миллисекунд, затем перезапуск сбора данных)

}

}

Шаг 4. Результаты и извлеченные уроки

Полученные результаты:

Физика Мы расширили наши знания о законах Ньютона, особенно о его первом законе. Этот закон гласит, что движущийся объект будет продолжать движение, если на него не действует внешняя сила. То же самое применимо и к неподвижным объектам. Когда наш CubeSat вращался по орбите, он был с постоянной скоростью … так что в движении. Если бы веревка порвалась, наш CubeSat полетел бы по прямой в той точке своей орбиты, где он защелкнулся.

Количественный. Когда орбита стартовала, мы какое-то время получали 4,28, затем изменились на 3,90. Это определяет напряжение

Качественный наш CubeSat находился на орбите Марса и собирал данные об атмосфере. Мы использовали пропан (C3H8), чтобы добавить в атмосферу, чтобы наш датчик MQ-9 обнаружил и измерил разницу. Летные испытания прошли очень хорошо из-за отставания орбитального корабля Марс. CubeSat летел круговыми движениями, цензор был направлен внутрь, на Марс.

Уроки выучены:

Самый большой урок, извлеченный в ходе этого проекта, заключался в том, чтобы упорно преодолевать трудности. Самой сложной частью этого проекта, вероятно, было выяснить, как настроить и запрограммировать SD-карту для сбора наших данных. Это доставило нам много проблем, потому что это был долгий процесс проб и ошибок, что немного расстраивало, но в конце концов мы поняли это.

Мы научились проявлять творческий подход и использовать инструменты для создания CubeSat 10x10x10, который поможет измерять загрязнение воздуха с помощью газового датчика MQ-9. Мы использовали электроинструменты, такие как Dremel, болторез, шлифовальный станок с большим колесом и ножовку, чтобы разрезать металл до нужного размера. Мы также узнали, как правильно спланировать наш дизайн, от идей в нашей голове до бумаги, а затем выполнить план. Не идеально, конечно, но планирование помогло нам не сбиться с пути.

Еще один навык, который мы усвоили, заключался в том, как закодировать датчик MQ-9 в Arduinos. Мы использовали датчик газа MQ-9, потому что нашей ключевой задачей было создание CubeSat, который мог бы измерять качество воздуха в атмосфере Мар.