JustAPendulum: ওপেন সোর্স ডিজিটাল পেন্ডুলাম: 13 টি ধাপ

2024 লেখক: John Day | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2024-01-30 08:01

JustAPendulum একটি Arduino- ভিত্তিক ওপেন সোর্স দুল যা পৃথিবীর মহাকর্ষীয় ত্বরণ (~ 9, 81 m/s²) খুঁজে বের করতে দোলনের সময় পরিমাপ করে এবং গণনা করে। এটি একটি হোমমেড আরডুইনো ইউএনও রয়েছে যা আপনার কম্পিউটারের সাথে যোগাযোগের জন্য একটি ইউএসবি-থেকে-সিরিয়াল অ্যাডাপ্টার ব্যবহার করে। JustAPendulum অত্যন্ত নির্ভুল এবং তার একটি সহচর (ভিজ্যুয়াল বেসিক. NET এ লেখা) আছে, যা রিয়েল-টাইমে, আপনাকে ভরের অবস্থান এবং একটি টেবিল এবং সমস্ত নজিরের ব্যবস্থা সহ একটি গ্রাফ দেখাবে। সম্পূর্ণ লেজার কাট এবং ঘরে তৈরি, এটি ব্যবহার করা খুব সহজ: শুধু একটি বোতাম চাপুন এবং ভর পড়ে যাক এবং বোর্ড সবকিছু হিসাব করবে। পদার্থবিজ্ঞানের ক্লাসে পরীক্ষার জন্য আদর্শ!

প্রকল্পের প্রধান পৃষ্ঠা: marcocipriani01.github.io/projects/JustAPendulum

নিজেকে গাইড করা

ইউটিউব ভিডিও

ধাপ 1: এর পিছনে পদার্থবিজ্ঞান

এগুলি জাস্টএপেন্ডুলামে ব্যবহৃত সমস্ত সূত্র। আমি তাদের প্রদর্শন করতে যাচ্ছি না, কিন্তু যদি আপনি কৌতূহলী হন, এই তথ্যটি প্রতিটি পদার্থবিজ্ঞানের বইতে পাওয়া সহজ। পৃথিবীর মহাকর্ষীয় ত্বরণ গণনা করার জন্য, দুলটি কেবল দোলনের সময় (T) পরিমাপ করে, তারপর (g) গণনার জন্য নিম্নলিখিত সূত্রটি ব্যবহার করে:

এবং ত্বরণের উপর পরম ত্রুটি গণনা করার জন্য এটি:

l হল পেন্ডুলামের তারের দৈর্ঘ্য। এই প্যারামিটারটি অবশ্যই কম্প্যানিয়ন প্রোগ্রাম থেকে সেট করতে হবে (নিচে দেখুন)। 0.01 মি দৈর্ঘ্যের পরিমাপ ত্রুটি (শাসকের সংবেদনশীলতা 1 সেমি ধরে নেওয়া হয়), যখন 0.001 সেকেন্ড হল আরডুইনো ঘড়ির নির্ভুলতা।

ধাপ 2: গ্যালিলিও গ্যালিলি এবং এই সূত্র

এই সূত্রটি প্রথম (আংশিকভাবে) গ্যালিলিও গ্যালিলি 1602 এর কাছাকাছি আবিষ্কার করেছিলেন, যিনি পেন্ডুলামের নিয়মিত গতি নিয়ে তদন্ত করেছিলেন, 1930 অবধি দোলককে সবচেয়ে সুনির্দিষ্ট টাইমকিপিং মেশিন হিসাবে গ্রহণ করা হয়েছিল যখন কোয়ার্টজ অসিলেটর আবিষ্কৃত হয়েছিল, তারপরে দ্বিতীয় বিশ্বযুদ্ধের পর পরমাণু ঘড়ি। গ্যালিলিওর এক ছাত্রের মতে, গ্যালিলিও পিসায় একটি গণসভায় যোগ দিচ্ছিলেন যখন তিনি লক্ষ্য করেছিলেন যে বাতাসের কারণে ক্যাথেড্রালে স্থগিত ঝাড়বাতির খুব সামান্য গতি ঘটে। তিনি ঝাড়বাতির গতির দিকে তাকিয়ে থাকলেন এবং তিনি লক্ষ্য করলেন যে, যদিও বাতাস থেমে গেছে এবং দোলক দ্বারা পিছনে পিছনে দূরত্ব ভ্রমণ করা হয়েছে, তবুও দোলনা তৈরিতে ঝাড়বাতি লাগতে সময় লেগেছে। তিনি কব্জিতে নাড়ির নিয়মিত প্রহারের মাধ্যমে ঝাড়বাতি দোলানোর সময় নির্ধারণ করেছিলেন এবং বুঝতে পেরেছিলেন যে তিনি সঠিক: দূরত্ব যতই ভ্রমণ হোক না কেন, সময়টা সবসময় একই ছিল। আরও পরিমাপ এবং অধ্যয়নের পরে, তিনি তখন এটি খুঁজে পেয়েছিলেন

আগের সমীকরণের মতো দুইবার the সমানুপাতিক অভিব্যক্তিটিকে সত্য সমীকরণে পরিণত করে - কিন্তু এর মধ্যে একটি গাণিতিক কৌশল জড়িত যা গ্যালিলিও পায়নি।

ধাপ 3: ব্যবহার

দয়া করে মনে রাখবেন যে ডিজিটাল পেন্ডুলাম সেন্সর ব্যবহার করার আগে অবশ্যই ক্যালিব্রেটেড এবং তারের দৈর্ঘ্য সামঞ্জস্য করতে হবে। JustPendulum একটি পেন্ডুলামের নিচে রাখুন (সর্বনিম্ন 1m লম্বা প্রস্তাবিত) এবং নিশ্চিত করুন যে ভরটি দোলনের সময় তিনটি সেন্সরকে অস্পষ্ট করে। সেন্সর কম আলো অবস্থায় ভাল কাজ করে, তাই লাইট বন্ধ করুন। বোর্ডে সুইচ করুন। একটি "প্রস্তুত" পর্দা উপস্থিত হবে। এখানে মেনু গঠন:

• বাম বোতাম: পরিমাপ শুরু করতে, বলটি ডানদিকে রাখুন এবং বোতাম টিপুন। Arduino স্বয়ংক্রিয়ভাবে বলের অবস্থান সনাক্ত করে এবং শুরু করে।

  • "শুরু হচ্ছে … op: x ms" প্রদর্শিত হয়

    • বাম: মহাকর্ষীয় ত্বরণ গণনা করুন
    • ডান: মূল পর্দায় ফিরে যান

• ডান বোতাম: কনফিগারেশন দেখান

  • ডান: হ্যাঁ
  • বাম: না

ধাপ 4: সঙ্গী

JustAPendulum এর সঙ্গী হল একটি Visual Basic. NET (Visual Studio 2015 এ লেখা) প্রোগ্রাম যা ব্যবহারকারীকে কম্পিউটার থেকে রিয়েল-টাইমে দুল পর্যবেক্ষণ করতে দেয়। এটি শেষ মান এবং ত্রুটিগুলি প্রদর্শন করে, অতীতের পরিমাপগুলি দেখানোর জন্য টেবিল এবং গ্রাফ রয়েছে এবং সেন্সরগুলি ক্যালিব্রেট করার এবং তারের দৈর্ঘ্য নির্ধারণের সরঞ্জাম রয়েছে। ইতিহাস এক্সেলেও রপ্তানি করা যায়।

এখানে ডাউনলোড করুন

ধাপ 5: সেন্সরগুলি ক্যালিব্রেট করা

অ্যাডভান্সড ট্যাবে যান, "এডিসি মনিটর" চালু করুন এবং পর্যবেক্ষণ করুন কিভাবে প্রদর্শিত মানগুলি বলের অবস্থানের উপর নির্ভর করে পরিবর্তিত হয়। একটি গ্রহণযোগ্য থ্রেশহোল্ড খুঁজে বের করার চেষ্টা করুন: এর নীচে ডিটেক্টরগুলির মধ্যে কোন ভর থাকবে না, যখন উপরে এটি নির্দেশ করবে যে ভর তাদের মধ্য দিয়ে যাচ্ছে। যদি মান পরিবর্তন না হয়, তাহলে হয়তো রুমে খুব বেশি আলো আছে, তাই বাতি বন্ধ করুন। তারপরে, "ম্যানুয়াল ক্রমাঙ্কন" বোতাম টিপুন। টেক্সট বক্সে আপনি যে সীমা নির্ধারণ করেছেন তা লিখুন এবং এন্টার টিপুন।

ধাপ 6: তারের দৈর্ঘ্য পরিবর্তন

তারের দৈর্ঘ্য সামঞ্জস্য করতে "তারের দৈর্ঘ্য" বোতাম টিপুন এবং মানটি লিখুন। তারপরে পরিমাপের ত্রুটিটি সেট করুন: যদি আপনি এটি একটি টেপ পরিমাপ দিয়ে পরিমাপ করেন তবে সংবেদনশীলতা 1 মিমি হওয়া উচিত। সমস্ত মান ATmega328P মাইক্রোকন্ট্রোলারের স্মৃতিতে সংরক্ষণ করা হবে।

ধাপ 7: লেজার কাট বক্স

লেজার কাট মেশিনের সাহায্যে এই কাঠামোটি পাতলা পাতলা কাঠ (4 মিমি পুরু) থেকে কেটে নিন, তারপর এটি একত্রিত করুন, উপাদানগুলিকে প্যানেলে রাখুন এবং কিছু নখ এবং ভিনিলিক আঠা দিয়ে ঠিক করুন। এই পৃষ্ঠার নীচে DXF/DWG ফাইল ডাউনলোড করুন (অটোক্যাড 2016 দিয়ে ডিজাইন করা)।

ধাপ 8: কাঠামো

যদি আপনি একটি পেন্ডুলাম না পেয়ে থাকেন, তাহলে আপনি এই উদাহরণ থেকে শুরু করে নিজেই এটি তৈরি করতে পারেন (এটি আমার তৈরি করা একটি হুবহু কপি)। একটি 27, 5 · 16 · 1 সেমি পাতলা পাতলা টুকরা, একটি 5 · 27, 5 · 2 সেমি স্প্লিন্ট এবং একটি রড যথেষ্ট। তারপর দুল সম্পূর্ণ করার জন্য রিং, মাছ ধরার তার এবং একটি বল ব্যবহার করুন।

অটোক্যাড প্রকল্প

ধাপ 9: গণ

আমার কাছে লোহার ভর ছিল না (অবশ্যই ভাল হবে), তাই আমি একটি 3D প্রিন্টার দিয়ে একটি বল তৈরি করেছি এবং তারে ঝুলানোর জন্য একটি রিং যুক্ত করেছি। এটি ভারী এবং পাতলা (দুল ঘড়িগুলি দেখুন: বাতাসের সাথে ঘর্ষণ এড়ানোর জন্য ভর সমতল), এটি যতক্ষণ দোলবে তত বেশি।

3D বল ডাউনলোড

ধাপ 10: পিসিবি

শুধুমাত্র কম খরচের জিনিস ব্যবহার করে ঘরে তৈরি পিসিবি তৈরির এই কম ব্যয়বহুল পদ্ধতি:

• লেজার প্রিন্টার (600 ডিপিআই বা ভাল)
• ছবির কাগজ
• ফাঁকা সার্কিট বোর্ড
• মুরিয়াটিক এসিড (> 10% HCl)
• হাইড্রোজেন পারক্সাইড (10% সমাধান)
• কাপড় লোহা
• এসিটোন
• ইস্পাত উল
• নিরাপত্তা চশমা এবং গ্লাভস
• সোডিয়াম বাই কার্বনেট
• ভিনেগার
• কাগজ গামছা

প্রথম ধাপ হল ইস্পাত উল এবং জল দিয়ে ফাঁকা PCB পরিষ্কার করা। যদি তামাটি একটু জারণযুক্ত দেখা যায়, তাহলে আগে এটি ভিনেগার দিয়ে ধুয়ে নিন। তারপরে, অবশিষ্ট ময়লা অপসারণের জন্য এসিটোনে ভিজিয়ে রাখা একটি কাগজের তোয়ালে দিয়ে তামার দিকটি ঘষুন। বোর্ডের প্রতিটি অংশ সঠিকভাবে ঘষুন। হাত দিয়ে তামাকে স্পর্শ করবেন না!

একটি লেজার প্রিন্টার ব্যবহার করে এই পৃষ্ঠার নীচে PCB.pdf ফাইলটি প্রিন্ট করুন এবং এটি আঙ্গুল দিয়ে স্পর্শ করবেন না। এটি কেটে ফেলুন, তামার পাশে ছবিটি সারিবদ্ধ করুন এবং কাপড়ের লোহার (এটি অবশ্যই গরম কিন্তু বাষ্প ছাড়াই) দিয়ে টিপে দিন। সমস্ত কাগজ দিয়ে ঠান্ডা হতে দিন, তারপর কাগজটি খুব ধীরে ধীরে এবং সাবধানে পানির নিচে সরান। যদি তামার উপর কোন টোনার না থাকে, তাহলে পদ্ধতিটি পুনরাবৃত্তি করুন; কিছু অনুপস্থিত সংযোগ ঠিক করতে একটি ছোট স্থায়ী মার্কার ব্যবহার করুন।

এখন সময় এসেছে পিসিবি খোদাই করার জন্য অ্যাসিড ব্যবহার করার। একটি প্লাস্টিকের বাক্সে তিন গ্লাস মিউরিয়াটিক অ্যাসিড এবং একটি হাইড্রোজেন পারক্সাইড রাখুন; আপনি আরও শক্তিশালী নকশার জন্য সমান পরিমাণে চেষ্টা করতে পারেন। পিসিবিকে দ্রবণে রাখুন (আপনার হাত এবং চোখের দিকে মনোযোগ দিন) এবং প্রায় দশ মিনিট অপেক্ষা করুন। এচিং শেষ হলে সমাধান থেকে বোর্ডটি সরান এবং পানির নিচে ধুয়ে ফেলুন। অ্যাসিডের মধ্যে দুই চামচ সোডিয়াম বাইকার্বোনেট দ্রবণটিকে নিরপেক্ষ করে ডব্লিউসিতে ফেলে দিন (অথবা এটি একটি বর্জ্য সংগ্রহ কেন্দ্রে নিয়ে যান)।

ধাপ 11: ইলেকট্রনিক্স

প্রয়োজনীয় যন্ত্রাংশ:

• ATMEGA328P MCU
• 2x 22 pF ক্যাপাসিটার
• 3x 100 uF ক্যাপাসিটার
• 2x 1N4148 ডায়োড
• 7805TV ভোল্টেজ রেগুলেটর
• 6x 10K প্রতিরোধক
• 2x 220R প্রতিরোধক
• 16 মেগাহার্টজ স্ফটিক দোলক
• পিনহেডস
• ইউএসবি থেকে সিরিয়াল অ্যাডাপ্টার
• 940nm সাইড-লুকিং ইনফ্রারেড এমিটার এবং আইআর ডিটেক্টর (আমি এগুলো স্পার্কফুন থেকে কিনেছি)
• 9V ব্যাটারি এবং ব্যাটারি ধারক
• 16x2 LCD স্ক্রিন
• 2 বোতাম
• একটি potentiometer এবং একটি trimmer
• তার, তার এবং তারের

এখন যেহেতু আপনি উপাদানগুলি কিনেছেন এবং সংগ্রহ করেছেন, একটি বিক্রেতা বাছুন এবং সেগুলি সব বিক্রি করুন! তারপর বাক্সে পিসিবি ঠিক করুন, সমস্ত তারের এলসিডি, ইউএসবি-থেকে-সিরিয়াল অ্যাডাপ্টার, পোটেন্টিওমিটার এবং ট্রিমার (ডিসপ্লে ব্রাইটনেস এবং কন্ট্রাস্টের জন্য) সংযুক্ত করুন। পূর্ববর্তী ধাপে পরিকল্পিত, পিসিবি মডেল এবং এই পৃষ্ঠার নীচে agগল সিএডি ফাইলগুলি পড়ুন যাতে সমস্ত অংশ এবং তারগুলি সঠিকভাবে স্থাপন করা যায়।

Agগল সিএডি প্রকল্প

ধাপ 12: সেন্সর

ছবিতে দেখানো সেন্সরগুলি যোগ করুন, তারপর কিছু ক্যাপ তৈরি করুন (আমি একটি কাঠের টুকরো থেকে তাদের খোদাই করার জন্য একটি ঘূর্ণমান সরঞ্জাম ব্যবহার করেছি) তাদের আচ্ছাদন এবং রক্ষা করার জন্য। তারপর তাদের মূল বোর্ডের সাথে সংযুক্ত করুন।

ধাপ 13: আপনি প্রস্তুত

এটি ব্যবহার শুরু করুন! উপভোগ করুন!