Arduino Dust Study: 8 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

การอยู่บนดาวอังคารจะเป็นอย่างไร? อากาศระบายอากาศได้หรือไม่? ปลอดภัยหรือไม่? มีฝุ่นมากแค่ไหน? พายุเข้าบ่อยแค่ไหน? เคยสงสัยคำตอบของคำถามเหล่านี้หรือไม่?

ขั้นตอนที่ 1: บทนำ

เราชื่อ คริสเตียน บรีแอนนา และเอ็มมา เราได้ครอบคลุมหัวข้อมากมายในช่วงเวลาของเราในชั้นเรียนฟิสิกส์ของเรา เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับไฟฟ้า แรงประเภทต่างๆ จรวด หุ่นยนต์ การเขียนโปรแกรม การเคลื่อนที่ และอื่นๆ อีกมากมาย

เป้าหมายของเราสำหรับโครงการนี้คือการสร้าง CubeSat ที่ใช้งานได้จริง หรือดาวเทียมขนาดเล็กสำหรับการวิจัยอวกาศ ที่มีเซ็นเซอร์ตรวจจับฝุ่นที่ตั้งโปรแกรมไว้ เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับรูปแบบพายุฝุ่นบนดาวอังคาร

CubeSat เครื่องนี้ต้องสามารถทนต่อชั้นบรรยากาศของดาวอังคารได้ เพื่อทดสอบความทนทาน เครื่องต้องทนต่อการทดสอบการสั่นเพื่อให้แน่ใจว่า CubeSat มีความแข็งแรงเพียงพอ

ข้อจำกัดหลักของเราสำหรับโครงการนี้คือข้อกำหนดด้านขนาดของ CubeSat เรามีชิ้นส่วนและสายไฟจำนวนมาก และเป็นการยากที่จะใส่เข้าไปทั้งหมดภายใน ข้อจำกัดอีกอย่างที่เรามีคือเวลา เรามีองค์ประกอบหลายอย่างรวมกัน เช่น การสร้าง CubeSat การเขียนโปรแกรม และการเข้ารหัส อ่านคำแนะนำของเราต่อไปเพื่อเรียนรู้เพิ่มเติม!

ขั้นตอนที่ 2: วัสดุ

สำหรับ Arduino และการเขียนโปรแกรม:

1. เซนเซอร์ฝุ่น

2. Arduino Uno

3. สาย HDMI

4. 2 สาย

5. พิน

6. คอมพิวเตอร์สำหรับการเขียนโปรแกรม

7. การ์ด SD

8. ที่ใส่การ์ด SD

9. เครื่องอ่านการ์ด SD

10. ชุดแบตเตอรี่

11. สายแบตเตอรี่

12. เขียงขนมปัง*

13. ตัวเก็บประจุ 470uF*

สำหรับ CubeSat:

12. ไอติมแท่ง (อย่างน้อย 120)

13. ปืนกาวร้อน

14. เวลโคร

15. เดรเมลทูล

16. กระดาษทราย

สำหรับการทดสอบ:

17. ผ้าขนหนูกระดาษ

18. ที่กรองกาแฟ

20. เครื่องตัดกระจกขนาดใหญ่

21. ถุงมือ / ถุงมือเตาอบ

22. ไฟแช็ก / ไม้ขีด

ขั้นตอนที่ 3: เครื่องมือที่จำเป็นและใช้แล้วและแนวทางปฏิบัติด้านความปลอดภัย

- เครื่องมือแรกที่เราใช้คือปืนกาวร้อน มันถูกใช้เพื่อยึดแท่งไอติมของเราเข้าด้วยกันในขณะที่สร้าง CubeSat ของเรา ระวังอย่าให้กาวติดมือหรือสัมผัสโดนหัวฉีดของปืน เพราะมันจะร้อนมาก

- เรายังใช้คีมตัดลวดเพื่อเจาะรูใน CubeSat เพื่อให้เซ็นเซอร์ฝุ่นสามารถรวบรวมข้อมูลได้ เครื่องมือนี้ทำงานได้ดีกับแท่งไอติม และใช้งานง่าย เมื่อใช้เครื่องมือนี้ ระวังอย่าบีบนิ้วหรือตัดแต่งสิ่งที่คุณไม่ได้ตั้งใจ

- เครื่องมืออีกอย่างที่เราใช้คือกระดาษทราย หลังจากตัดรูใน CubeSat แล้ว เราต้องทำให้ขอบคมเรียบขึ้น เครื่องมือนี้ไม่ต้องการข้อควรระวังเพื่อความปลอดภัยเป็นพิเศษ แต่อาจสร้างความยุ่งยากให้กับคุณในการทำความสะอาด

- เรายังใช้เครื่องมือ Dremel เราใช้มันเพื่อขัดมุมกว้างของ CubeSat อย่างรวดเร็ว การใช้เครื่องมือนี้ต้องใช้ความระมัดระวังอย่างยิ่ง และคุณจำเป็นต้องสวมอุปกรณ์ป้องกันดวงตา นอกจากนี้ยังจะทำให้ฝุ่นและชิ้นส่วนเล็ก ๆ เลอะ ดังนั้นโปรดทำความสะอาดพื้นที่ทำงานของคุณ!

- เครื่องมือสุดท้ายที่เราใช้คือไฟแช็ก เราใช้มันเพื่อจุดไฟกรองกาแฟและกระดาษเช็ดมือเพื่อสร้างฝุ่นและควันเพื่อให้ Arduino ของเราสัมผัสได้ ขณะใช้เครื่องมือนี้ อย่าลืมมัดผมไว้ด้านหลัง หลีกเลี่ยงการสวมเสื้อผ้าหลวมๆ และสวมอุปกรณ์ป้องกันดวงตา ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้จับตาดูเปลวไฟอย่างใกล้ชิดเพื่อให้แน่ใจว่ามีไฟอยู่ นอกจากนี้ ควรมีการดูแลผู้ใหญ่หรือครูด้วย!

ขั้นตอนที่ 4: วิธีสร้าง CubeSat

ต้องใช้ไม้ไอติมประมาณ 120 แท่งเพื่อสร้าง Cubesat วิดีโอด้านบนแสดงให้เห็นว่าเราวางแท่งไม้ซ้อนทับกันด้วยการติดกาวร้อนแต่ละแท่งอย่างไร เพื่อให้แน่ใจว่าจะไม่หัก..

Cubesat มี 1 ชั้นวางและด้านบน ชั้นวางและด้านบนเป็นเพียงแท่งไอติมหกแท่งที่ติดกาวเข้าด้วยกัน

ที่ด้านล่างสุดของแบตเตอรี่และการ์ด SD มีแถบเวลโครอยู่ ด้านบนของชั้นวาง เขียงหั่นขนมถูกยึดโดย Velcro และ Arduino จะอยู่ด้านบนของเขียงหั่นขนม

สำหรับเซ็นเซอร์วัดฝุ่น ให้ใช้คีมตัดสายไฟเพื่อตัดรูที่ด้านข้างของ Cubesat เพื่อให้เซ็นเซอร์ฝุ่นเข้าที่ เราใช้เทปเป็ดเพื่อยึดเซ็นเซอร์ฝุ่นให้เข้าที่

สุดท้ายใช้ Velcro เพื่อยึด Top บน Cubesat

คุณสามารถดูภาพร่างการออกแบบขั้นสุดท้ายของเราได้ที่ด้านบน

ขั้นตอนที่ 5: วิธีการต่อสาย Arduino และ Dust Sensor

1. เพื่อต่อสายเก็บฝุ่นและ Arduino
2. นำสายไฟแล้วเสียบเข้ากับขากราวด์ (GND) โดยพิน 5v
3. ตอนนี้ใช้ปลายอีกด้านของสายนั้นแล้วเสียบเข้ากับสายสีดำบนเซ็นเซอร์ฝุ่น
4. นำลวดอีกเส้นหนึ่งแล้วเสียบเข้ากับพิน 5v
5. ตอนนี้ใช้ปลายสายอีกด้านแล้วเสียบเข้ากับสายสีแดงที่เซ็นเซอร์ฝุ่น
6. ถัดไป นำปากกามาใส่ลงในหมุดดิจิทัล: GND, 13, 12, ~11, ~10, ~9, 8
7. เสียบสายสีน้ำเงินเข้ากับพินที่13
8. จากนั้นเสียบสายสีเหลืองเข้ากับพินที่8

รหัสสำหรับเซ็นเซอร์ตรวจจับฝุ่น (รหัสจาก

ที่มา

ขั้นตอนที่ 6: วิธีสร้าง Arduino และ Dust Sensor แบบพกพา

สำหรับโครงการของเรา เราต้องการวิธีรวบรวมข้อมูลเมื่อเซ็นเซอร์ลูกบาศก์และฝุ่นของเรามีการเคลื่อนไหว เราตัดสินใจว่าการ์ด SD จะทำหน้าที่นี้ นี่คือการเดินสายและรหัสการ์ด SD

วิธีต่อการ์ด SD หากจำเป็น (*โปรดทราบว่าสีของสายไฟเปลี่ยนไปในรูปภาพและไม่จำเป็นต้องใช้หมุดพิเศษ)

1. ลวดสีน้ำเงินในเซ็นเซอร์วัดฝุ่นจะไปที่ใดก็ได้บนเขียงหั่นขนม
2. สายสีแดงบนเครื่องอ่านการ์ด SD (VCC) ไปที่ใดก็ได้ในแถวเดียวกับสายสีน้ำเงินบนกระดานขนมปัง
3. ตอนนี้ใช้สายพิเศษ (ลวดสีขาวในภาพ) เสียบเข้าไปในแถวเดียวกับสายสีน้ำเงินและสีแดงและปลายอีกด้านของสายเสียบเข้ากับ GND บน Arduino
4. สายสีส้มบนเซ็นเซอร์ฝุ่นติดกับ A5
5. สายสีเขียวติดกับขาดิจิตอล7
6. สายสีม่วงบนการ์ด SD (CS) เชื่อมต่อกับ digitalpin 4
7. สายสีดำบนการ์ด SD (MOSI) ต่อกับขาดิจิตอล 11
8. สายสีส้มบนการ์ด SD (MISO) ต่อกับพินดิจิตอล 12
9. สายสีน้ำเงินบนการ์ด SD (SCK) ติดกับพินดิจิตอล13
10. สายสีเหลืองบนการ์ด SD (GND) ติดกับขากราวด์ (GND)
11. ใส่คาปาซิเตอร์ลงในบอร์ดขนมปัง
12. สายสีแดงบนเซ็นเซอร์ฝุ่นติดกับแผงขนมปังในแถวเดียวกับขาสั้นของตัวเก็บประจุ
13. สุดท้ายใช้ลวดเสริม (ในรูปสีแดง) แล้วเสียบปลายด้านหนึ่งในแถวเดียวกับขายาวของตัวเก็บประจุและปลายอีกด้านของสายไฟไปที่ 5v

รหัสสำหรับการ์ด SD และเซ็นเซอร์วัดฝุ่น

ขั้นตอนที่ 7: ผลลัพธ์และบทเรียนที่ได้รับ

*Cubesat ได้รับการประเมินและตรวจสอบโดย Mrs. Wingfield (ครู)

ปริมาตรและมวล

น้ำหนัก: 2.91กก. ความกว้าง: 110 มม. ในแต่ละด้าน

ความยาว: 106 มม. ในแต่ละด้าน

การทดสอบเบื้องต้น:

การทดสอบเที่ยวบิน- เสร็จสมบูรณ์

ในระหว่างการทดสอบนี้ Cubesat อยู่ในชั้นเชิง

เซ็นเซอร์เผชิญกับ "ดาวอังคาร" ของเราเป็นเวลาครึ่งหนึ่งและอีกครึ่งหนึ่งหันไปทางด้านข้าง

การทดสอบการสั่นสะเทือน - เสร็จสมบูรณ์

เราทำการทดสอบการสั่นสะเทือนเพื่อสร้างความมั่นใจว่าดาวเทียมสามารถทนต่อสภาพแวดล้อมการเปิดตัวและยังสามารถทำงานได้หลังจากนั้น

ผลการทดสอบการสั่นสะเทือน

.12 วินาทีต่อการเขย่า

ระยะเวลา - 2.13 วินาทีต่อรอบ

ขั้วต่อไฟฟ้าทั้งหมดเชื่อมต่อและแน่นหนา แผ่นรองนั่งทรงลูกบาศก์ไม่สามารถใส่ลงในกล่องได้ เราจึงใช้เทปพันสายเพื่อยึดที่นั่งทรงลูกบาศก์ลง เครื่องมือทางผิวหนังและกระดาษทรายถูกใช้เพื่อขัดด้านข้างของ Cubesat เพื่อให้พอดีกับกล่องและแก้ไขปัญหาได้

ผลเที่ยวบินสุดท้าย

ความถี่ - 0.47 รอบต่อวินาที

ความเร็ว - 3.39 เมตรต่อวินาที

อัตราเร่ง- 9.99 ม./วินาที ^2

แรงสู่ศูนย์กลาง- 29.07 กก./วินาที ^2

ความยาวของสาย- 1.26 ม.

เราได้เรียนรู้ว่าเซ็นเซอร์ฝุ่นจับควันที่เกิดจากไฟและให้ข้อมูลที่ดีที่สุดแก่เรา เรายังได้เรียนรู้วิธีแก้ปัญหา

ตลอดโครงการนี้ เราทุกคนได้เรียนรู้บทเรียนล้ำค่ามากมาย บทเรียนในชีวิตจริงที่เราได้เรียนรู้คือการทำทุกอย่าง แม้ว่ามันจะทำได้ยากก็ตาม เราทำงานกับคิวบ์แซทและเซ็นเซอร์วัดฝุ่น สิ่งที่ง่ายกว่าของทั้งสองคือ cubesat ออกแบบและสร้างภายในสองสามวัน คิวบ์แซทเป็นแบบที่ดีจริงๆ ที่ใช้เก็บเซ็นเซอร์ทั้งหมดของเรา เซ็นเซอร์ฝุ่นและ Arduino นั้นคำนวณยากมาก ในตอนแรกรหัสใช้งานไม่ได้ แต่ในขณะที่เราให้รหัสทำงาน การเดินสายกลับกลายเป็นว่าไม่ถูกต้อง ครูสองคนมาช่วยเราทั้งคู่เพื่อช่วยเราค้นหาข้อมูล ด้วยการเรียนรู้บทเรียนชีวิต เรายังได้ค้นพบสิ่งใหม่เกี่ยวกับคิวบ์แซทและเซ็นเซอร์อีกด้วย ก่อนหน้านี้ เราไม่รู้ว่าคิวบ์แซทคืออะไร และไม่รู้ว่าเซ็นเซอร์และสายไฟทำงานอย่างไร ตลอดโครงการนี้ Brianna กลายเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านการเดินสายและการเข้ารหัส ขณะที่ Emma และ Christian กลายเป็นอาคารที่น่าอัศจรรย์ไปพร้อมกับเรียนรู้ข้อมูลใหม่เกี่ยวกับการเข้ารหัสและการเดินสายด้วย โดยรวมแล้ว เราได้เรียนรู้สิ่งใหม่ๆ มากมายและสนุกไปกับมัน ขอบคุณ Mrs. Wingfield ที่ออกแบบโปรเจกต์นี้ให้เราทำและเป็นครูที่รักการสอนและสนุกกับนักเรียนอย่างแท้จริง

ขั้นตอนที่ 8: ข้อมูลเซ็นเซอร์ฝุ่น

กราฟทางด้านขวาคือข้อมูลที่เซ็นเซอร์ฝุ่นได้รับ ภาพทางซ้ายคือลักษณะของกราฟที่ควรจะเป็น

เซ็นเซอร์มีปัญหาในการรวบรวมข้อมูลจำนวนมาก

หากใครมีความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเซ็นเซอร์ฝุ่นและวิธีรับข้อมูลที่ถูกต้องโปรดแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับคำสั่งนี้