Tutorial do acelerômetro CubeSat: 6 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Cubosat é um tipo de satélite miniaturizado para pesquisas espaciais composto por múltiplos de unidades cúbicas de 10x10x10 cm e uma massa de no máximo 1,33 kg por unidade. Os cubosats permitem que uma grande quantidade de satélites seja enviada ao espaço e permitem ao proprietário o controle completo sobre a máquina, não importa onde ele esteja. Cubesats também são mais acessíveis do que quaisquer outros protótipos atuais. Em última análise, os cubosats facilitam a imersão no espaço e espalham o conhecimento de como é o nosso planeta e universo.

Um Arduino é uma plataforma, ou uma espécie de computador, usado para construir projetos eletrônicos. Um Arduino consiste em uma placa de circuito programável e um software, que roda em seu computador, usado para escrever e fazer upload de código de computador para a placa.

Para este projeto, nossa equipe teve permissão para escolher qualquer sensor que quiséssemos para detectar qualquer aspecto da composição de Marte. Decidimos ir com um acelerômetro, ou um dispositivo eletromecânico usado para medir as forças de aceleração.

Para fazer todos esses dispositivos funcionarem juntos, tivemos que anexar o acelerômetro à placa de ensaio do Arduino, e anexar ambos ao interior do cubo, e garantir que ele resistisse a uma simulação de vôo e a um teste de vibração. Este instrutível cobrirá como fizemos isso e os dados que coletamos do Arduino.

Etapa 1: Estabeleça Metas (Alex)

Nosso principal objetivo para este projeto, era usar um acelerômetro (não se preocupe, vamos explicar o que é isso mais tarde) colocado dentro de um CubeSat, para medir a aceleração da gravidade em Marte. Devíamos construir um CubeSat e testar sua durabilidade de várias maneiras. A parte mais difícil do estabelecimento de metas e planejamento foi perceber como conter o Arduino e o acelerômetro dentro do CubeSat, de maneira segura. Para fazer isso, tivemos que criar um bom design do CubeSat, ter certeza de que era 10x10x10cm e pesar menos de 1,3 kg.

Determinamos que os Legos seriam de fato duráveis e fáceis de construir. Lego também era algo que alguém já poderia ter, em vez de gastarmos dinheiro com qualquer material de construção. Felizmente, o processo de criação de um design não demorou muito, como você verá na próxima etapa.

Etapa 2: Projetar Cubesat

Para este cubo específico, usamos legos por sua facilidade de construção, fixação e durabilidade. O cubo deve ter 10x10x10 cm e pesar menos de 1,33 kg (3 lbs) por U. Os Legos facilitam a obtenção de 10x10x10 cm exatos ao usar duas bases de Lego para o piso e a tampa dos cubos. Talvez você precise serrar as bases de Lego para obtê-las exatamente como deseja. Dentro do cubo, você terá seu arduino, placa de ensaio, bateria e suporte para cartão SD, todos presos às paredes usando qualquer adesivo que desejar. Usamos fita adesiva para garantir que nenhuma peça se soltasse por dentro. Para prender os cubos ao orbitador, usamos barbante, elásticos e uma tira de zíper. Os elásticos devem ser enrolados em volta dos cubos como se uma fita fosse enrolada em um presente. O barbante é então amarrado ao centro da tira de borracha na tampa. Em seguida, a corda é enrolada em uma tira de zíper que é então enganchada ao orbitador.

Etapa 3: construir o Arduino

Nosso objetivo para este CubeSat, como dito antes, era determinar a aceleração da gravidade em Marte com um acelerômetro. Acelerômetros são circuitos integrados ou módulos usados para medir a aceleração de um objeto ao qual estão fixados. Neste projeto, aprendi o básico de codificação e fiação. Eu usei um MPU 6050 que é usado como um dispositivo eletromecânico que mede as forças de aceleração. Ao detectar a quantidade de aceleração dinâmica, você pode analisar a maneira como o dispositivo se move nos eixos X, Y e Z. Em outras palavras, você pode dizer se ele está se movendo para cima e para baixo ou de um lado para outro; um acelerômetro e algum código podem facilmente fornecer os dados para determinar essas informações. Quanto mais sensível for o sensor, mais precisos e detalhados serão os dados. Isso significa que para uma determinada mudança na aceleração, haverá uma mudança maior no sinal.

Tive que conectar o arduino, que já estava conectado ao acelerômetro, ao suporte do cartão SD que armazenaria os dados recebidos durante o teste de vôo para que pudéssemos fazer o upload para um computador. Desta forma, podemos visualizar as medidas dos eixos X, Y e Z para ver onde o cubo estava no ar. Você pode ver nas fotos anexadas como conectar o arduino ao acelerômetro e à placa de ensaio.

Etapa 4: testes de voo e vibração (Alex)

Para garantir a durabilidade do cubo sentado, tivemos que submetê-lo a uma série de testes, que simulariam o ambiente que ele seria submetido, no espaço. O primeiro teste que tivemos que colocar o cubo sentado foi chamado de teste de mosca.. Tivemos que amarrar o arduino a um dispositivo chamado orbitador e simular sua trajetória de vôo ao redor do planeta vermelho. Tentamos vários métodos de prender o cubo, mas eventualmente conseguimos usar um elástico duplo que foi enrolado ao redor do cubo. Um barbante foi então preso aos elásticos.

O teste de vôo não foi um sucesso imediato, pois em nossa primeira tentativa, parte da fita começou a se soltar. Em seguida, mudamos os designs para a opção de elástico mencionada no parágrafo anterior. Embora em nossa segunda tentativa, pudéssemos fazer o filhote voar na velocidade exigida, por 30 segundos, sem nenhum problema.

O próximo teste foi o teste de vibração, que simularia vagamente o cubo sentado viajando pela atmosfera de um planeta. Tivemos que colocar o cubo sentado na mesa de vibração e aumentar a potência até um certo grau. O cubo então tinha que permanecer intacto por pelo menos 30 segundos neste nível de poder. Felizmente para nós, fomos capazes de passar em todos os aspectos do teste em nossa primeira tentativa. Agora tudo o que restava era a coleta de dados e os testes finais.

Etapa 5: interpretação de dados

Com os dados que obtivemos após fazer o teste final, você pode ver onde o cubo viajou nos eixos X, Y e Z e determinar a aceleração dividindo seu deslocamento pelo tempo. Isso dá a você a velocidade média. Agora, enquanto o objeto está acelerando uniformemente, você só precisa multiplicar a velocidade média por 2 para obter a velocidade final. Para encontrar a aceleração, você pega a velocidade final e divide pelo tempo.

Etapa 6: Conclusão

O objetivo final do nosso projeto era determinar a aceleração da gravidade em torno de Marte. Por meio dos dados coletados com o Arduino, pode-se determinar que a aceleração gravitacional enquanto orbita Marte permanece constante. Além disso, ao viajar ao redor de Marte, a direção da órbita muda constantemente.

No geral, os maiores resultados de nossa equipe foram nosso crescimento em nossa fluência na leitura e escrita de código, nosso entendimento de uma nova tecnologia na vanguarda da exploração espacial e nossa familiaridade com o funcionamento interno e muitos usos de um Arduino.

Secundariamente, ao longo do projeto, nossa equipe não apenas aprendeu os conceitos de tecnologia e física mencionados, mas também aprendeu habilidades de gerenciamento de projetos. Algumas dessas habilidades incluem cumprimento de prazos, ajustes para descuidos de design e problemas imprevistos, e realização de reuniões diárias para dar responsabilidade ao nosso grupo e, por sua vez, manter todos no caminho certo para cumprir nossas metas.

Em conclusão, nossa equipe atendeu a todos os requisitos de teste e dados, bem como aprendeu física inestimável e habilidades de gerenciamento de equipe que podemos levar a esforços futuros na escola e em qualquer profissão orientada para o trabalho em grupo.