מחקר אבק Arduino: 8 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

איך זה יהיה לחיות על מאדים? האם האוויר נושם? האם זה בטוח? כמה אבק יש? באיזו תדירות הסערות? תהיתם פעם את התשובה לכל אחת מהשאלות הללו?

שלב 1: מבוא

השמות שלנו הם כריסטיאן, בריאנה ואמה. כיסינו נושאים רבים במהלך זמננו בשיעור הפיזיקה. למדנו על חשמל, סוגים שונים של כוחות, רקטות, רובוטיקה, תכנות, תנועה ועוד.

מטרתנו בפרויקט זה היא ליצור CubeSat פונקציונלי, או לוויין ממוזער לחקר החלל, המכיל חיישן אבק מתוכנת, על מנת ללמוד עוד על דפוסי סופות האבק במאדים.

CubeSat זה חייב להיות מסוגל לעמוד באטמוספירה של מאדים. כדי לבדוק את עמידותו, הוא עבר מבחן טלטול כדי לוודא שה- CubeSat חזק מספיק.

האילוץ העיקרי שלנו לפרויקט זה היה דרישות הגודל של CubeSat. יש לנו הרבה חתיכות וחוטים, והיה קשה להתאים את כולם בפנים. אילוץ נוסף שהיה לנו היה הזמן. שילבנו רכיבים רבים, כגון בניית CubeSat, תכנות וקידוד. המשך לקרוא את המדריך שלנו כדי ללמוד עוד!

שלב 2: חומרים

עבור Arduino ותכנות:

1. חיישן אבק

2. Arduino Uno

3. כבל HDMI

4. 2 חוטים

5. סיכות

6. מחשב לתכנות

7. כרטיס SD

8. מחזיק כרטיס SD

9. קורא כרטיסי SD

10. מארז סוללות

11. כבל סוללה

12. לוח לחם*

13. קבלים של 470uF*

עבור CubeSat:

12. מקלות ארטיק (לפחות 120)

13. אקדח דבק חם

14. סקוטש

15. כלי Dremel

16. נייר זכוכית

לבדיקה:

17. מגבות נייר

18. מסנני קפה

20. מפסק זכוכית גדול

21. כפפות / כריות תנור

22. מצית / גפרורים

שלב 3: כלים נחוצים ושימוש ושיטות בטיחות

- הכלי הראשון שהשתמשנו בו היה אקדח דבק חם. הוא שימש להדבקת מקלות הארטיק שלנו יחד תוך בניית ה- CubeSat שלנו. היזהר מאוד לא להדביק כל יד על הידיים או לגעת בזרבובית האקדח, מכיוון שיהיה חם מאוד.

- השתמשנו גם בחותכי תיל כדי לחתוך חור ב- CubeSat, כך שחיישן האבק יוכל לאסוף נתונים. כלי זה עבד היטב עם מקלות הארטיק והיה קל לשימוש. בעת שימוש בכלי זה, היזהר לא לצבוט את האצבע או לקצץ בדרך אחרת משהו שאתה לא מתכוון אליו.

- כלי נוסף שהשתמשנו בו היה נייר זכוכית. לאחר חיתוך החור ב- CubeSat, היה חשוב להחליק את הקצוות החדים. כלי זה אינו דורש כל אמצעי בטיחות מיוחדים, אך סביר להניח שייווצר קצת בלגן עבורך לנקות.

- השתמשנו גם בכלי Dremel. השתמשנו בו כדי לשייף במהירות את הפינות הרחבות של CubeSat. השימוש בכלי זה דורש זהירות יתרה, וחשוב שתלבש הגנה לעיניים. כמו כן, זה יגרום לבלגן של אבק וחתיכות קטנות, לכן הקפד לנקות את שטח העבודה שלך!

- הכלי האחרון בו השתמשנו היה מצית. השתמשנו בו כדי להדליק מסנני קפה ומגבות נייר על האש, כדי ליצור אבק ועשן עבור הארדואינו שלנו לחוש. בעת השימוש בכלי זה, הקפד לקשור את השיער לאחור, הימנע מללבוש בגדים רופפים וללבוש הגנה לעיניים. הקפד תמיד לפקוח עין על הלהבה כדי לוודא שהיא נשארת כלולה. כמו כן, יהיה חכם לקבל השגחת מבוגרים או מורים!

שלב 4: כיצד לבנות CubeSat

נדרשים כ -120 מקלות ארטיק לבניית הקובסט. הסרטון למעלה מדגים כיצד ערמנו את המקלות זה על זה כשהדבקנו כל מקל חם כדי לוודא שהם לא יישברו.

לקובסט יש מדף אחד וחלק עליון. המדף והחלק העליון הם רק שישה מקלות ארטיק מודבקים זה בזה.

בחלקו התחתון הסוללה וכרטיס ה- SD הם Velcro פנימה. על גבי המדף לוח הלוח מוחזק על ידי סקוטש והארדואינו יושב על גבי לוח הלחם.

עבור חיישן האבק, השתמש בחותכי התיל כדי לחתוך חור בצד ה- Cubesat כדי שחיישן האבק יתאים אליו. השתמשנו בקלטת ברווז כדי להחזיק את חיישן האבק במקומו.

לבסוף השתמשו בוולקרו כדי להדק את החלק העליון לקובסאט.

אתה יכול לראות את סקיצת העיצוב הסופית שלנו למעלה.

שלב 5: כיצד לחבר חיישן ארדואינו ואבק

1. לחוט את אספן האבק והארדואינו
2. קח חוט וחבר אותו לסיכת הקרקע (GND) בעזרת סיכת 5V.
3. כעת קח את הקצה השני של החוט וחבר אותו לחוט השחור על חיישן האבק
4. קח את החוט השני וחבר אותו לסיכה של 5V
5. כעת קח את הקצה השני של החוט וחבר אותו לחוט האדום על חיישן האבק
6. לאחר מכן קח את העטים והכנס אותם לסיכות הדיגיטליות: GND, 13, 12, ~ 11, ~ 10, ~ 9, 8
7. חבר את החוט הכחול לסיכה בשעה 13
8. לאחר מכן חבר את החוט הצהוב לסיכה בשעה 8

קוד לחיישן האבק (קוד מאת

מקור

שלב 6: כיצד להפוך את חיישן הארדואינו ואבק לנייד

עבור הפרויקט שלנו היינו צריכים דרך לאסוף נתונים כאשר קוביות הסאט וחיישן האבק שלנו בתנועה. החלטנו שכרטיס SD יעשה את העבודה. להלן חיווט כרטיס ה- SD והקוד.

כיצד לחבר כרטיס SD במידת הצורך (*שימו לב שצביעת החוטים אכן השתנתה בתמונה ואין צורך בסיכות הנוספות)

1. החוט הכחול בחיישן האבק עובר לכל מקום בלוח הלחם
2. החוט האדום בקורא כרטיסי ה- SD (VCC) עובר לכל מקום באותה שורה כמו החוט הכחול על לוח הלחם
3. כעת קח חוט נוסף (חוט לבן בתמונה), חבר אותו לאותה שורה כמו החוטים הכחולים והאדומים והקצה השני של החוטים מתחבר ל- GND בארדואינו
4. החוט הכתום בחיישן האבק מתחבר ל- A5
5. החוט הירוק מתחבר לסיכה דיגיטלית 7
6. החוט הסגול בכרטיס ה- SD (CS) מתחבר ל- digitalpin 4
7. החוט השחור בכרטיס ה- SD (MOSI) מתחבר לסיכה דיגיטלית 11
8. החוט הכתום בכרטיס ה- SD (MISO) מתחבר לסיכה דיגיטלית 12
9. החוט הכחול על כרטיס ה- SD (SCK) מתחבר לסיכה דיגיטלית 13
10. החוט הצהוב בכרטיס ה- SD (GND) מתחבר לסיכה הארקה (GND)
11. הכניסו את הקבל ללוח הלחם
12. החוט האדום בחיישן האבק מתחבר ללוח הלחם באותה שורה כמו הרגל הקצרה של הקבל.
13. לבסוף קח חוט נוסף (אדום בתמונה) וחבר קצה אחד באותה שורה כמו הרגל הארוכה של הקבל והקצה השני של החוט עובר ל -5 וולט.

קוד לכרטיס ה- SD וחיישן האבק

שלב 7: תוצאות והפקת לקחים

*קובסאט הוערכה ונבדקה על ידי גברת ווינגפילד (מורה)

הדרישות והמסה

משקל: 2.91 ק"ג. רוחב: 110 מ"מ. בכל צד

אורך: 106 מ מ. בכל צד

בדיקות מקדימות:

מבחן טיסה- הושלם

במהלך מבחן זה הקובסאט נשאר בקצב

החיישן התמודד עם ה"מאדים "שלנו במשך מחצית הזמן וצדדים בחצי הזמן השני.

בדיקות רטט - הושלמו

עשינו את בדיקות הרטט האלה כדי לבסס ביטחון שהלוויין יכול לעמוד בסביבת השיגור ועדיין יוכל לתפקד לאחר מכן.

תוצאות בדיקות רטט

.12 שניות לנערה

תקופה- 2.13 שניות לכל מחזור

כל מחברי החשמל נותרו מחוברים ומאובטחים. קוביית הסובייט לא הצליחה להשתלב בקופסה, ולכן השתמשנו בקלטת כדי להדק את קוביית הסובלים. הכלי העורי ונייר החול שימשו לשיוף הצדדים של ה- Cubesat כך שיתאימו לקופסה וזה פתר את הבעיה.

תוצאות טיסה אחרונות

תדירות- 0.47 מחזורים לשנייה

מהירות- 3.39 מטר לשנייה

האצה- 9.99 m/s ^2

כוח צנטריפטלי- 29.07 ק ג/ש ^2

אורך המיתר- 1.26 מ '.

למדנו שחיישן האבק קלט עשן מאש ונתן לנו את הנתונים הטובים ביותר. למדנו גם כיצד לפתור בעיות

במהלך הפרויקט הזה, כולנו למדנו לקחים רבים בעלי ערך. לקחי החיים האמיתיים שלמדנו היו לעבוד על הכל, גם אם קשה לעשות זאת. עבדנו עם קובית וחיישן אבק. הקל מבין השניים היה קוביות, עיצובו ובנייתו תוך מספר ימים. קוביית קובית הייתה עיצוב ממש טוב שהכיל את כל החיישנים שלנו. היה קשה מאוד לחשב את חיישן האבק ואת Arduino. בהתחלה, הקוד לא עבד, אולם בזמן שהקוד עובד, החיווט התברר כשגוי. כמה מורים הגיעו לעזרתנו כדי לעזור עם שניהם כדי לעזור לנו למצוא את הנתונים שלנו. עם למידת שיעורי חיים, גילינו גם דברים חדשים על קוביות וחיישנים. לפני כן, לא ידענו מהו קוביות, וגם לא ידענו כיצד פועלים חיישנים וחיווט. לאורך כל הפרויקט הזה, בריאנה הפכה למומחית בתחום החיווט והקידוד, בעוד אמה וכריסטיאן הפכו למבנים מדהימים תוך שהם גם למדו מידע חדש על קידוד וחיווט. בסך הכל למדנו כל כך הרבה דברים חדשים ונהנינו בזמן שעשינו את זה. תודה לגברת ווינגפילד שעיצבה לנו את הפרויקט הזה ולהיות מורה שבאמת אוהבת ללמד ולהנות עם תלמידיה.

שלב 8: נתוני חיישן אבק

התרשים מימין הוא הנתונים שחיישן האבק קיבל. התמונה משמאל היא איך הגרף היה צריך להיראות.

החיישן התקשה לאסוף נתונים מעולים.

אם למישהו יש ידע נוסף על חיישן האבק וכיצד להשיג את הנתונים הנכונים אנא הגיב על ההפרעה הזו.