บทช่วยสอนเกี่ยวกับตัวตรวจวัดความเร่ง CubeSat: 6 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

ดาวเทียมคิวบ์แซทเป็นดาวเทียมขนาดเล็กประเภทหนึ่งสำหรับการวิจัยอวกาศที่ประกอบด้วยหน่วยลูกบาศก์ขนาด 10x10x10 ซม. คูณ 10 และมวลไม่เกิน 1.33 กิโลกรัมต่อหน่วย Cubesats ช่วยให้สามารถส่งดาวเทียมจำนวนมากไปยังอวกาศและอนุญาตให้เจ้าของควบคุมเครื่องได้อย่างสมบูรณ์ไม่ว่าจะอยู่ที่ใดบนโลก Cubesats ยังมีราคาไม่แพงกว่าต้นแบบอื่น ๆ ในปัจจุบัน ในที่สุด cubesats ช่วยให้ดำดิ่งสู่อวกาศและเผยแพร่ความรู้เกี่ยวกับโลกและจักรวาลของเรา

Arduino เป็นแพลตฟอร์มหรือคอมพิวเตอร์ที่ใช้สำหรับสร้างโครงการอิเล็กทรอนิกส์ Arduino ประกอบด้วยทั้งแผงวงจรที่ตั้งโปรแกรมได้และซอฟต์แวร์ที่ทำงานบนคอมพิวเตอร์ของคุณ ใช้สำหรับเขียนและอัปโหลดรหัสคอมพิวเตอร์ไปยังบอร์ด

สำหรับโครงการนี้ ทีมงานของเราได้รับอนุญาตให้เลือกเซ็นเซอร์ที่เราต้องการตรวจจับลักษณะเฉพาะของการแต่งหน้าของดาวอังคาร เราตัดสินใจใช้มาตรความเร่งหรืออุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้วัดแรงเร่ง

ในการทำให้อุปกรณ์เหล่านี้ทำงานร่วมกันได้ เราต้องติดมาตรความเร่งกับเขียงหั่นขนมของ Arduino และแนบทั้งสองเข้ากับด้านในของลูกบาศก์ และตรวจสอบให้แน่ใจว่าอุปกรณ์สามารถทนต่อการจำลองการบินและการทดสอบการสั่น คำแนะนำนี้จะครอบคลุมถึงวิธีที่เราทำสำเร็จและข้อมูลที่เรารวบรวมจาก Arduino

ขั้นตอนที่ 1: กำหนดเป้าหมาย (อเล็กซ์)

เป้าหมายหลักของเราสำหรับโครงการนี้คือการใช้มาตรความเร่ง (อย่ากังวลว่าเราจะอธิบายเรื่องนี้ในภายหลัง) วางไว้ใน CubeSat เพื่อวัดความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงบนดาวอังคาร เราต้องสร้าง CubeSat และทดสอบความทนทานด้วยวิธีการต่างๆ ส่วนที่ยากที่สุดของการกำหนดเป้าหมายและการวางแผนคือการตระหนักถึงวิธีการบรรจุ Arduino และมาตรความเร่งภายใน CubeSat อย่างปลอดภัย ในการทำเช่นนี้ เราต้องออกแบบ CubeSat ที่ดี ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีขนาด 10x10x10 ซม. และตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีน้ำหนักน้อยกว่า 1.3 กิโลกรัม

เราพิจารณาแล้วว่าตัวต่อเลโก้นั้นทนทานและประกอบง่าย ตัวต่อเลโก้เป็นสิ่งที่ใครๆ ก็หาได้อยู่แล้ว แทนที่จะใช้เงินซื้อวัสดุก่อสร้างใดๆ โชคดีที่ขั้นตอนการออกแบบใช้เวลาไม่นาน ดังที่คุณจะเห็นในขั้นตอนต่อไป

ขั้นตอนที่ 2: ออกแบบ Cubesat

สำหรับกล่องสี่เหลี่ยมนี้ เราใช้เลโก้เพื่อความสะดวกในการสร้าง ยึดติด และความทนทาน ลูกบาศก์นั่งต้องมีขนาด 10x10x10 ซม. และหนักไม่ถึง 1.33 กก. (3 ปอนด์) ต่อ U ตัวต่อเลโก้ทำให้ง่ายต่อการมี 10x10x10 ซม. ที่แน่นอนโดยใช้ฐานเลโก้สองฐานสำหรับพื้นและฝาของลูกบาศก์ คุณอาจต้องเลื่อยฐานเลโก้เพื่อให้ได้ตามที่คุณต้องการ ภายใน cubesat คุณจะมี Arduino, breadboard, แบตเตอรี่และที่ใส่การ์ด SD ติดกับผนังโดยใช้กาวที่คุณต้องการ เราใช้เทปพันสายไฟเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีชิ้นส่วนใดหลวมภายใน ในการติดคิวบ์แซทเข้ากับยานอวกาศ เราใช้เชือก ยางรัด และสายรัดซิป ยางรัดต้องพันรอบลูกบาศก์ราวกับว่าริบบิ้นพันรอบของขวัญ จากนั้นผูกเชือกไว้ที่กึ่งกลางยางรัดที่ฝา จากนั้นเชือกจะคล้องผ่านเน็คไทซิปที่เชื่อมต่อกับยานอวกาศ

ขั้นตอนที่ 3: สร้าง Arduino

เป้าหมายของเราสำหรับ CubeSat นี้ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้คือการกำหนดความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงบนดาวอังคารด้วยมาตรความเร่ง มาตรความเร่งคือวงจรรวมหรือโมดูลที่ใช้ในการวัดความเร่งของวัตถุที่ติดอยู่ ในโครงการนี้ ฉันได้เรียนรู้พื้นฐานของการเข้ารหัสและการเดินสาย ฉันใช้ mpu 6050 ซึ่งใช้เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่จะวัดแรงเร่ง ด้วยการตรวจจับปริมาณการเร่งความเร็วแบบไดนามิก คุณสามารถวิเคราะห์วิธีที่อุปกรณ์เคลื่อนที่บนแกน X, Y และ Z กล่าวอีกนัยหนึ่ง คุณสามารถบอกได้ว่ามีการเคลื่อนขึ้นและลงหรือจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งหรือไม่ มาตรความเร่งและโค้ดบางตัวสามารถให้ข้อมูลแก่คุณเพื่อระบุข้อมูลนั้นได้อย่างง่ายดาย ยิ่งเซ็นเซอร์มีความไวมากเท่าใด ข้อมูลก็จะยิ่งมีความแม่นยำและละเอียดมากขึ้นเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าสำหรับการเปลี่ยนแปลงความเร่งที่กำหนด จะมีการเปลี่ยนแปลงสัญญาณมากขึ้น

ฉันต้องต่ออาร์ดิโนซึ่งต่อสายเข้ากับมาตรความเร่งแล้ว กับที่ใส่การ์ด SD ซึ่งจะเก็บข้อมูลที่ได้รับระหว่างการทดสอบการบิน เพื่อที่เราจะสามารถอัปโหลดไปยังคอมพิวเตอร์ได้ ด้วยวิธีนี้ เราสามารถดูการวัดของแกน X, Y และ Z เพื่อดูว่าลูกบาศก์อยู่ที่ไหนในอากาศ คุณสามารถดูรูปภาพที่แนบมาวิธีการต่อ Arduino กับมาตรความเร่งและเขียงหั่นขนม

ขั้นตอนที่ 4: การทดสอบการบินและการสั่นสะเทือน (Alex)

เพื่อให้แน่ใจว่าคิวบ์ซิทมีความทนทาน เราต้องทดสอบหลายๆ ชุด ซึ่งจะจำลองสภาพแวดล้อมที่จะผ่านการทดสอบในอวกาศ การทดสอบครั้งแรกที่เราต้องวางลูกบาศก์นั่งผ่านเรียกว่า การทดสอบการบิน. เราต้องต่ออาร์ดิโนเข้ากับอุปกรณ์ที่เรียกว่าออร์บิเตอร์ และจำลองเส้นทางบินรอบดาวเคราะห์สีแดง เราลองใช้วิธีการยึดลูกบาศก์นั่งหลายวิธี แต่ในที่สุด เราก็สามารถติดแถบยางสองเส้นที่พันรอบลูกบาศก์นั่งได้ จากนั้นจึงผูกเชือกเข้ากับหนังยาง

การทดสอบการบินไม่ประสบความสำเร็จในทันที เนื่องจากในการลองครั้งแรก เทปบางส่วนเริ่มหลุดออกมา จากนั้นเราเปลี่ยนการออกแบบเป็นตัวเลือกยางรัดที่กล่าวถึงในย่อหน้าก่อนหน้า แม้ว่าในความพยายามครั้งที่สอง เราสามารถให้ลูกนกบินด้วยความเร็วที่ต้องการได้เป็นเวลา 30 วินาที โดยไม่มีปัญหาใดๆ เกิดขึ้นเลย

การทดสอบต่อไปคือการทดสอบการสั่นสะเทือน ซึ่งจะจำลองลูกบาศก์ที่เคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์อย่างหลวมๆ เราต้องวางลูกบาศก์ไว้บนโต๊ะสั่นแล้วเพิ่มกำลังในระดับหนึ่ง ลูกบาศก์นั่งอยู่ในชั้นเชิงเป็นเวลาอย่างน้อย 30 วินาทีที่ระดับพลังนี้ โชคดีสำหรับเรา เราสามารถผ่านการทดสอบทุกด้านในการลองครั้งแรกของเรา ตอนนี้สิ่งที่เหลืออยู่คือการรวบรวมและทดสอบข้อมูลขั้นสุดท้าย

ขั้นตอนที่ 5: การตีความข้อมูล

ด้วยข้อมูลที่เราได้รับหลังจากทำการทดสอบขั้นสุดท้าย คุณสามารถดูตำแหน่งที่ลูกบาศก์เคลื่อนที่บนแกน X, Y และ Z และกำหนดความเร่งด้วยการหารการกระจัดของคุณตามเวลา สิ่งนี้ให้ความเร็วเฉลี่ยแก่คุณ ตราบใดที่วัตถุมีความเร่งเท่ากัน คุณก็แค่คูณความเร็วเฉลี่ยด้วย 2 เพื่อให้ได้ความเร็วสุดท้าย ในการหาความเร่ง คุณต้องหาความเร็วสุดท้ายมาหารด้วยเวลา

ขั้นตอนที่ 6: บทสรุป

เป้าหมายสูงสุดของโครงการของเราคือการกำหนดความเร่งของแรงโน้มถ่วงรอบดาวอังคาร จากข้อมูลที่รวบรวมโดยใช้ Arduino สามารถระบุได้ว่าความเร่งโน้มถ่วงขณะโคจรรอบดาวอังคารยังคงที่ นอกจากนี้ ขณะเดินทางรอบดาวอังคาร ทิศทางการโคจรจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา

โดยรวมแล้ว สิ่งสำคัญที่สุดในทีมของเราคือการเติบโตในด้านความคล่องแคล่วในการอ่านและเขียนโค้ด ความเข้าใจเกี่ยวกับเทคโนโลยีใหม่เกี่ยวกับการสำรวจอวกาศที่ล้ำสมัย และความคุ้นเคยกับการทำงานภายในและการใช้งาน Arduino หลายอย่าง

ประการที่สอง ตลอดทั้งโครงการ ทีมงานของเราไม่เพียงแต่ได้เรียนรู้เทคโนโลยีและแนวคิดทางฟิสิกส์ดังกล่าวเท่านั้น แต่เรายังได้เรียนรู้ทักษะการจัดการโครงการอีกด้วย ทักษะบางอย่างเหล่านี้รวมถึงกำหนดเวลาในการประชุม การปรับการกำกับดูแลการออกแบบและปัญหาที่ไม่คาดฝัน และการจัดประชุมแบบสแตนด์อัพทุกวันเพื่อให้กลุ่มของเรามีความรับผิดชอบ และในทางกลับกัน ให้ทุกคนติดตามเพื่อให้บรรลุเป้าหมายของเรา

โดยสรุป ทีมของเราตอบสนองทุกความต้องการด้านการทดสอบและข้อมูล ตลอดจนการเรียนรู้ฟิสิกส์ที่ทรงคุณค่าและทักษะการจัดการทีม ซึ่งเราสามารถนำไปใช้ในความพยายามในอนาคตในโรงเรียนและในวิชาชีพที่เน้นการทำงานเป็นกลุ่ม