Cubesat พร้อมเซ็นเซอร์คุณภาพอากาศและ Arduino: 4 ขั้นตอน

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-13 06:58

ผู้สร้าง CubeSat: Reghan, Logan, Kate และ Joan

บทนำ

คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าจะสร้างยานอวกาศดาวอังคารเพื่อรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับบรรยากาศและคุณภาพอากาศของดาวอังคารได้อย่างไร? ตลอดทั้งปีนี้ในชั้นเรียนฟิสิกส์ของเรา เราได้เรียนรู้วิธีเขียนโปรแกรม Arduinos เพื่อให้สามารถรวบรวมข้อมูลบนดาวอังคารได้ เราเริ่มต้นปีด้วยการเรียนรู้วิธีออกจากชั้นบรรยากาศของชั้นบรรยากาศของโลก และค่อยๆ พัฒนาไปอย่างช้าๆ ในการออกแบบและสร้าง CubeSats ที่สามารถโคจรรอบดาวอังคารและรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับพื้นผิวดาวอังคารและชั้นบรรยากาศ

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุที่จำเป็น

• MQ 9 แก๊สเซนเซอร์
• ชิ้นส่วนหุ่นยนต์โลหะ
• Arduino
• กระดานขนมปัง
• สกรูและน็อต

ขั้นตอนที่ 2: เครื่องมือและความปลอดภัย

• เดรเมล
• เครื่องตัดสายฟ้า
• คีม
• เครื่องขัดล้อ
• เครื่องบด
• เลื่อยวงเดือน
• กระดาษทราย
• เทปและสตริงเพื่อรักษาความปลอดภัยเซ็นเซอร์ Arduino ฯลฯ ไปยัง CubeSat (ถ้าจำเป็น)
• แว่นตานิรภัย
• ถุงมือ

ขั้นตอนที่ 3: วิธีสร้าง Cubesat & Wire Arduino

Fritzing Diagrams ไปยัง Wire Arduino & Sensor

MQ-9 เป็นสารกึ่งตัวนำสำหรับ CO/ก๊าซที่ติดไฟได้

ข้อจำกัดของ Cubesat:

1. 10x10x10
2. น้ำหนักไม่เกิน 1.3 กก. (ประมาณ 3 ปอนด์)

วิธีสร้าง Cubesat:

ข้อควรระวัง: หากต้องการตัดโลหะให้ใช้เลื่อยวงเดือนหรือเลื่อยตัดเหล็ก และสวมแว่นตาและถุงมือ

1. ตัดโลหะ 2 แผ่นเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 10x10 ซม. หรือหากไม่มีขนาดที่ถูกต้องของโลหะ ให้ต่อโลหะ 2 ชิ้นโดยใช้ขั้วต่อพลาสติกและสกรูและน็อต

2. ตัดชิ้นโลหะเข้ามุมสูง 10 ซม. จำนวน 4 ชิ้น สิ่งเหล่านี้จะเป็นมุมของ Cubesat

3. ตัดท่อนเหล็กแบนยาว 10 ท่อน 8 ชิ้น

4. เริ่มต้นด้วยการเชื่อมต่อชิ้นมุมกับสี่เหลี่ยมแบนขนาด 10x10 ซม. อันใดอันหนึ่งที่ถูกตัดในขั้นตอนที่ 1 ให้สกรูหันไปทางด้านนอกของ Cubesat

5. เพิ่มตัวรองรับแนวนอน 4 อัน (แท่งแบนยาว) ไปที่ชิ้นมุม ซึ่งควรขึ้นไปประมาณครึ่งทางบนชิ้นมุม ควรมีสี่อย่างนี้ ข้างละข้าง

6. เพิ่มแท่นรองรับแนวตั้ง 4 อัน (แท่งแบนยาว) สิ่งเหล่านี้จะเชื่อมต่อกับตัวรองรับแนวนอนตรงกลาง

7. ใช้กาวร้อนเชื่อมต่อส่วนรองรับแนวตั้งกับฐานซึ่งเชื่อมต่อส่วนมุม

8. วางสี่เหลี่ยมอีกด้าน 10x10 ซม. ไว้ด้านบน ยึดด้วยสกรู 4 ตัว (อันละอันละมุม) อย่าแนบจนกว่า Arduino และเซ็นเซอร์จะอยู่ใน CubeSat

รหัสสำหรับเซ็นเซอร์ MQ-9:

#include //(Serial Peripheral Interface สื่อสารกับอุปกรณ์ในระยะทางสั้น ๆ)

#include // (ส่งและเชื่อมต่อข้อมูลกับ sd card)

#include // (ใช้สายเชื่อมต่อและย้ายข้อมูลและข้อมูล)

เซ็นเซอร์ลอยแรงดัน; // (อ่านแรงดันเซ็นเซอร์)

เซ็นเซอร์ลอยค่า; // (พิมพ์ค่าเซ็นเซอร์อ่าน)

ข้อมูลไฟล์; // (ตัวแปรสำหรับเขียนลงไฟล์)

//สิ้นสุดการตั้งค่าล่วงหน้า

การตั้งค่าเป็นโมฆะ() //(การดำเนินการจะดำเนินการในการตั้งค่า แต่ไม่มีการบันทึกข้อมูล/ข้อมูล) //

{

โหมดพิน (10, เอาต์พุต); //ต้องตั้งค่าพิน 10 ให้เป็นเอาต์พุตแม้ว่าจะไม่ได้ใช้งานก็ตาม

SD.begin(4); // เริ่มต้น sd card โดยตั้งค่า CS เป็นพิน 4

Serial.begin(9600);

sensorValue = analogRead (A0); //(ขาอนาล็อกตั้งเป็นศูนย์)

เซ็นเซอร์แรงดัน = ค่าเซ็นเซอร์/1024*5.0;

}

void loop()// (เรียกใช้ลูปอีกครั้งและไม่บันทึกข้อมูล/ข้อมูล)

{

ข้อมูล = SD.open("Log.txt", FILE_WRITE); //เปิดไฟล์ชื่อ "บันทึก"

if (Data) {// จะพักก็ต่อเมื่อสร้างไฟล์สำเร็จ

Serial.print ("แรงดันเซ็นเซอร์ = "); //(พิมพ์/บันทึกการระเหยของเซ็นเซอร์)

Serial.print(เซ็นเซอร์แรงดัน);

Serial.println("V"); //(พิมพ์ข้อมูลเป็นความผันผวน)

Data.println(เซ็นเซอร์แรงดัน);

ข้อมูล.close();

ล่าช้า (1000); // (หน่วงเวลา 1,000 มิลลิวินาที จากนั้นเริ่มการรวบรวมข้อมูลใหม่)

}

}

ขั้นตอนที่ 4: ผลลัพธ์และบทเรียนที่ได้รับ

ผลลัพธ์:

ฟิสิกส์ เราขยายความรู้ของเราเกี่ยวกับกฎของนิวตัน โดยเฉพาะกฎข้อแรกของเขา กฎหมายนี้ระบุว่าวัตถุที่เคลื่อนที่จะยังคงเคลื่อนที่อยู่ เว้นแต่จะถูกกระทำโดยแรงภายนอก แนวคิดเดียวกันนี้ใช้กับวัตถุที่อยู่นิ่ง เมื่อ CubeSat ของเรากำลังโคจรอยู่ มันก็มีความเร็วคงที่..จึงเคลื่อนไหว หากเชือกขาด CubeSat ของเราจะบินเป็นเส้นตรงที่จุดเฉพาะของวงโคจรที่มันหัก

เชิงปริมาณ เมื่อวงโคจรเริ่มต้น เราได้ 4.28 ชั่วขณะหนึ่ง แล้วเปลี่ยนเป็น 3.90 สิ่งนี้กำหนดแรงดันไฟฟ้า

เชิงคุณภาพ CubeSat ของเราโคจรรอบดาวอังคารและรวบรวมข้อมูลในชั้นบรรยากาศ เราใช้โพรเพน (C3H8) เพื่อเพิ่มบรรยากาศให้กับเซ็นเซอร์ MQ-9 เพื่อตรวจจับและวัดความแตกต่าง การทดสอบการบินเป็นไปด้วยดีเนื่องจากความล่าช้าของยานโคจรดาวอังคาร CubeSat บินเป็นวงกลมโดยมีเซ็นเซอร์ชี้เข้าด้านในไปยังดาวอังคาร

บทเรียนที่ได้รับ:

บทเรียนที่ยิ่งใหญ่ที่สุดที่ได้เรียนรู้ตลอดโครงการนี้คือความพากเพียรผ่านการต่อสู้ของเรา ส่วนที่ยากที่สุดของโครงการนี้คือการหาวิธีการตั้งค่าและรหัสสำหรับการ์ด SD เพื่อรวบรวมข้อมูลของเรา มันสร้างปัญหาให้กับเรามากเพราะเป็นกระบวนการลองผิดลองถูกที่ใช้เวลานาน ซึ่งค่อนข้างน่าหงุดหงิด แต่ในที่สุดเราก็พบมัน

เราได้เรียนรู้วิธีสร้างสรรค์และใช้เครื่องมือเพื่อสร้าง CubeSat ขนาด 10x10x10 ที่จะช่วยวัดมลพิษทางอากาศด้วยเซ็นเซอร์ก๊าซ MQ-9 เราใช้เครื่องมือไฟฟ้า เช่น เดรเมล คัตเตอร์โบลต์ เครื่องบดล้อขนาดใหญ่ และเลื่อยเลือยตัดโลหะเพื่อตัดโลหะของเราให้ได้ขนาดที่ถูกต้อง นอกจากนี้เรายังได้เรียนรู้วิธีวางแผนการออกแบบของเราอย่างถูกต้องจากแนวคิดในหัวของเราไปจนถึงกระดาษ แล้วจึงดำเนินการตามแผน ไม่สมบูรณ์แบบ แต่การวางแผนช่วยให้เราอยู่ในเส้นทาง

ทักษะอีกอย่างที่เราได้เรียนรู้คือการเขียนโค้ดเซ็นเซอร์ MQ-9 ลงใน Arduinos เราใช้เซ็นเซอร์ก๊าซ MQ-9 เพราะเป้าหมายหลักของเราคือการสร้าง CubeSat ที่สามารถวัดคุณภาพอากาศในบรรยากาศของดาวอังคาร