Si të bëni një pikoballon: 16 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:20

Çfarë është një picoballoon dhe pse do të doja ta ndërtoja atë ?! Unë dëgjoj që ju pyesni. Më lejo të shpjegohem. Ju të gjithë me siguri e dini se çfarë është një tullumbace me lartësi të madhe. It'sshtë një mori sendesh të çuditshme elektronike të lidhura me një tullumbace. Ka shumë mësime në lidhje me HAB -të këtu në Instructables.

POR, dhe kjo është një shumë e madhe POR ajo që ata nuk ju tregojnë më shpesh në tutorial është kostoja e gazit mbushës. Tani, ju mund të ndërtoni një gjurmues të mirë HAB nën 50 €, por nëse peshon 200g (që është një supozim mjaft optimist me bateritë, kamerat, etj.) Heliumi për të mbushur tullumbace mund t'ju kushtojë 200 € ose më shumë, që është shumë për shumë krijues si unë.

Pra, siç mund ta merrni me mend, pikoballonët e zgjidhin këtë problem thjesht duke mos qenë të rëndë dhe të rëndë. Picoballoon është vetëm një fjalë për një HAB të lehtë. Dritë, çfarë dua të them me dritë? Në përgjithësi, pikoballonat janë më të lehta se 20g. Tani, thjesht imagjinoni që një procesor, transmetues, një PCB, GPS, antena, një panel diellor dhe gjithashtu një bateri me një masë të njëjtë me një filxhan kafeje ose një lugë të disponueshme. A nuk është kjo vetëm çmenduri?

Një arsye tjetër (përveç kostos) pse do të donit ta ndërtonit këtë është diapazoni dhe qëndrueshmëria e tij. HAB Classic mund të fluturojë deri në 4 orë dhe të udhëtojë deri në 200 km. Një Picoballoon nga ana tjetër, mund të fluturojë deri në disa muaj dhe të udhëtojë deri në dhjetëra mijëra kilometra. Një djalë polak mori pikoballonin e tij për të fluturuar rreth globit disa herë. Kjo natyrisht do të thotë gjithashtu që ju kurrë nuk do ta shihni më Picoballoon tuaj pasi ta keni nisur atë. Kjo është arsyeja pse ju doni të transmetoni të gjitha të dhënat e nevojshme dhe natyrisht t'i mbani kostot sa më të ulëta të jetë e mundur.

Shënim: Ky projekt është një bashkëpunim me MatejHantabal. Sigurohuni që të shikoni edhe profilin e tij

KUJDES: Ky është një projekt i vështirë për tu bërë, por edhe shumë argëtues. Çdo gjë, nga dizajni i PCB -së tek SMD -ja deri te saldimi do të shpjegohen këtu. Thënë kështu, le të fillojmë punën

PPRDITSIM: Na u desh të hiqnim modulin GPS minutën e fundit për shkak të konsumit të tij të madh të energjisë. Ndoshta mund të rregullohet, por ne nuk kishim kohë për këtë. Unë do ta lë atë në udhëzues, por kini kujdes që nuk është e testuar. Ende mund të merrni vendndodhjen nga meta të dhënat e TTN kështu që nuk duhet të shqetësoheni për këtë

Hapi 1: Parimi

Pra, kur ndërtoni një pajisje të tillë, ka shumë ndryshime dhe zgjedhje, por çdo gjurmues ka nevojë për një transmetues dhe një furnizim me energji elektrike. Shumica e gjurmuesve ka të ngjarë të përfshijnë këto përbërës:

- një panel diellor

- një bateri (lipo ose superkondensator)

- një procesor/mikrokontrollues

- një modul GPS

- një sensor/et (temperatura, lagështia, presioni, UV, rrezatimi diellor …)

- një transmetues (433MHz, LoRa, WSPR, APRS, LoRaWAN, Iridium)

Siç mund ta shihni, ka shumë sensorë dhe transmetues që mund t'i përdorni. Çfarë sensorë përdorni ju varet nga ju. Nuk ka shumë rëndësi, por më të zakonshmet janë sensorët e temperaturës dhe presionit. Përzgjedhja e një transmetuesi është shumë më e vështirë. Çdo teknologji ka disa të mirat dhe të këqijat. Unë nuk do ta zbërthej këtu sepse do të ishte një diskutim shumë i gjatë. Ajo që është e rëndësishme është që unë zgjodha LoRaWAN dhe mendoj se është më e mira (sepse nuk kisha ende një shans për të testuar të tjerët akoma). Unë e di që LoRaWAN ka ndoshta mbulimin më të mirë. Jeni të mirëpritur të më korrigjoni në komente.

Hapi 2: Pjesët e nevojshme

Pra, do t'ju duhen këto gjëra për këtë projekt:

Pendë Adafruit 32u4 RFM95

Ublox MAX M8Q (Ne nuk e përdorëm këtë në fund)

Sensori i temperaturës/lagështisë/presionit BME280

2xSuperkondensator 4.7F 2.7V

Panel diellor me dalje 5V

PCB të personalizuara

Nëse filloni vetë, ju duhet gjithashtu kjo:

Së paku 0.1m3 helium (kërko: "rezervuar heliumi për 15 balona") i blerë në vend

Tullumbace me fletë metalike Qualatex 36"

Kostoja e parashikuar e projektit: 80 € (vetëm gjurmuesi) / 100 € (përfshirë tullumbace dhe helium)

Hapi 3: Mjetet e rekomanduara

Këto mjete mund të jenë të dobishme:

zhveshës teli

Makine per ngjitjen e metalit

Hekur bashkues SMD

pincë

kaçavida

armë zam

multimetër

mikroskop

armë me ajër të nxehtë

Ju gjithashtu do të keni nevojë për paste saldimi.

Hapi 4: Pendë Adafruit 32U4

Ne e kishim të vështirë të zgjedhim mikrokontrolluesin e duhur për tullumbace. Pendë Adafruit doli më e mira për punën. Ai i përshtatet të gjitha kritereve të kërkuara:

1) Ka të gjitha kunjat e nevojshëm: SDA/SCL, RX/TX, dixhitale, analoge

2) Ka transmetuesin RFM95 LoRa.

3).shtë e lehtë. Masa e saj është vetëm 5.5g.

4) Ka konsum shumë të ulët të energjisë kur jeni në gjumë (vetëm 30uA).

Për shkak të kësaj, ne mendojmë se Penda Adafruit është mikrokontrolluesi më i mirë për punën.

Hapi 5: Projektimi dhe Prodhimi i PCB

Më vjen vërtet keq për atë që do t'ju them. Ne do të duhet të bëjmë një PCB të personalizuar. Do të jetë e vështirë dhe zhgënjyese, por është e nevojshme, kështu që le të fillojmë. Gjithashtu, për të kuptuar siç duhet tekstin e mëposhtëm, duhet të lexoni këtë klasë të mrekullueshme të dizajnit të PCB nga Instructables.

Pra, në fillim do t'ju duhet të bëni një skemë. Kam bërë skemën dhe tabelën në softuerin e projektimit EAGLE PCB nga Autodesk. Freeshtë falas, kështu që shkarkojeni!

Ishte hera ime e parë që dizajnoja një PCB dhe mund t'ju them se gjithçka ka të bëjë me varjen e ndërfaqes Eagle. Unë projektova tabelën time të parë në 6 orë, por bordi im i dytë më mori më pak se një orë. Këtu është rezultati. Një skemë mjaft e bukur dhe një tabelë do të thoja.

Kur të keni gati skedarin e bordit, duhet të krijoni skedarët gerber dhe t'i dërgoni ato tek prodhuesi. I porosita bordet e mia nga jlcpcb.com por ju mund të zgjidhni çdo prodhues tjetër që ju pëlqen. E vendosa trashësinë e PCB në 0.8mm në vend të standardit 1.6mm sepse bordi duhet të jetë i lehtë. Ju mund të shihni cilësimet e mia për JLC PCB në pamjen e ekranit.

Nëse nuk doni të shkarkoni Eagle, thjesht mund të shkarkoni "Ferdinand 1.0.zip" dhe ta ngarkoni në JLC PCB.

Kur porositni PCB -të, thjesht uleni të qetë në karrigen tuaj dhe prisni dy javë që të vijnë. Atëherë mund të vazhdojmë.

Shënim: Ju mund të vini re se skema është pak më ndryshe nga tabela aktuale. Kjo sepse vura re se IC BME280 e zhveshur është shumë e vështirë për t'u lidhur, kështu që ndryshova skemën për një shpërthim

Hapi 6: Saldimi SMD

Një njoftim tjetër i trishtuar: bashkimi i SMD nuk është i lehtë. Tani me të vërtetë, është e fortë. Zoti qoftë me ty. Por ky tutorial duhet të ndihmojë. Mund të bashkoni ose duke përdorur një hekur bashkues dhe një fitil saldimi, ose një pastë saldimi dhe një armë ajri të nxehtë. Asnjëra nga këto metoda nuk ishte mjaft e përshtatshme për mua. Por ju duhet ta bëni atë brenda një ore.

Vendosni përbërësit ose sipas ekranit të mëndafshit në PCB ose sipas skemës.

Hapi 7: Saldimi

Pasi të jetë bërë saldimi SMD, pjesa tjetër e punës së saldimit është në thelb një copë tortë. Pothuajse. Me siguri jeni bashkuar më parë dhe shpresoj se do të dëshironi të lidheni përsëri. Thjesht duhet të lidhni pendën Adafruit, antenat, panelin diellor dhe superkondensatorët. Mjaft e drejtpërdrejtë do të thosha.

Vendosni përbërësit ose sipas ekranit të mëndafshit në PCB ose sipas skemës.

Hapi 8: Gjurmuesi i plotë

Kështu duhet të duket gjurmuesi i plotë. E çuditshme. Bukur Interesante. Këto janë fjalët që më vijnë në mendje menjëherë. Tani ju vetëm duhet të ndizni kodin dhe të provoni nëse po funksionon.

Hapi 9: Konfigurimi i TTN

Rrjeti i Gjërave është një rrjet global i komunitetit LoRaWAN me qendër në qytet. Me më shumë se 6887 porta (marrës) në funksionim është rrjeti më i madh global IoT në botë. Ai përdor protokollin e komunikimit LoRa (Range Long), i cili është përgjithësisht në frekuencat 868 (Evropë, Rusi) ose në 915MHz (SHBA, Indi). Përdoret më gjerësisht nga pajisjet IoT që dërgojnë mesazhe të shkurtra në qytete. Mund të dërgoni vetëm deri në 51 bajt, por lehtë mund të merrni një distancë nga 2 km në 15 km. Kjo është ideale për sensorë të thjeshtë ose pajisje të tjera IoT. Dhe më e mira nga të gjitha, është falas.

Tani, 2-15 sigurisht që nuk është e mjaftueshme, por nëse arrini në terren më të lartë, duhet të keni një lidhje më të mirë. Dhe balona jonë do të jetë shumë e lartë. Në 10 km mbi nivelin e detit, ne duhet të marrim një lidhje nga 100 km. Një mik nisi një HAB me LoRa 31km lart në ajër dhe ai mori një ping 450km larg. Pra, kjo është mjaft e arsyeshme.

Vendosja e TTN duhet të jetë e lehtë. Thjesht duhet të krijoni një llogari me emailin tuaj dhe më pas duhet të regjistroni pajisjen. Në fillim, duhet të krijoni një aplikacion. Një aplikacion është faqja kryesore e të gjithë projektit. Nga këtu mund të ndryshoni kodin e dekoduesit, të shikoni të dhënat hyrëse dhe të shtoni/hiqni pajisjet. Thjesht zgjidhni një emër dhe jeni gati për të shkuar. Pasi të bëhet kjo, do të duhet të regjistroni një pajisje në aplikacion. Ju duhet të futni adresën MAC të pendës Adafruit (me pendën në paketim). Pastaj ju duhet të vendosni metodën e aktivizimit në ABP dhe duhet të çaktivizoni kontrollet e kuadrove. Pajisja juaj tani duhet të regjistrohet në aplikacion. Kopjoni Adresën e Pajisjes, Çelësin e Sesionit të Rrjetit dhe çelësin e Sesionit të Aplikacionit. Ju do të keni nevojë për to në hapin tjetër.

Për një shpjegim më të shëndetshëm, vizitoni këtë tutorial.

Hapi 10: Kodimi

Feather Adafruit 32U4 ka një procesor ATmega32U4 AVR. Kjo do të thotë se nuk ka një çip të veçantë për komunikim USB (si Arduino UNO), çipi është i përfshirë në procesor. Kjo do të thotë që ngarkimi në Adafruit Feather mund të jetë pak më i vështirë në krahasim me një bord tipik Arduino, por funksionon me Arduino IDE kështu që nëse ndiqni këtë tutorial duhet të jetë mirë.

Pasi të keni konfiguruar Arduino IDE dhe të keni ngarkuar me sukses skicën "blink" ju mund të kaloni në kodin aktual. Shkarkoni "LoRa_Test.ino". Ndryshoni Adresën e Pajisjes, Çelësin e Sesionit të Rrjetit dhe çelësin e Sesionit të Aplikacionit në përputhje me rrethanat. Ngarko skicën. Shkojnë jashtë. Drejtojeni antenën në qendër të qytetit ose në drejtim të portës më të afërt. Tani duhet të shihni që të dhënat shfaqen në tastierën TTN. Nëse jo, komentoni më poshtë. Unë nuk dua të vendos gjithçka që mund të ketë ndodhur këtu, nuk e di nëse serveri Instructables mund të trajtojë një sasi të tillë teksti.

Duke vazhduar. Nëse skica e mëparshme funksionon, mund të shkarkoni "Ferdinand_1.0.ino" dhe të ndryshoni gjërat që supozohej të ndryshonit në skicën e mëparshme. Tani provojeni përsëri.

Nëse po merrni disa të dhëna të rastësishme HEX në tastierën TTN, mos u shqetësoni, supozohet ta bëjë këtë. Të gjitha vlerat janë të koduara në HEX. Ju do të keni nevojë për një kod deshifrues të ndryshëm. Shkarkoni "decoder.txt". Kopjoni përmbajtjen e tij. Tani shkoni në tastierën TTN. Shkoni te aplikacioni/formatet/ngarkuesi juaj i ngarkesës. Tani hiqni kodin origjinal të dekoderit dhe ngjiteni në tuajin. Tani duhet të shihni të gjitha leximet atje.

Hapi 11: Testimi

Tani kjo duhet të jetë pjesa më e gjatë e projektit. Duke testuar. Testimi në të gjitha llojet e kushteve. Në nxehtësi ekstreme, stres dhe me një dritë të fortë (ose jashtë në diell) për të imituar kushtet atje lart. Kjo duhet të zgjasë të paktën një javë, kështu që nuk do të ketë surpriza për sa i përket sjelljes së gjurmuesit. Por kjo është një botë ideale dhe ne nuk e kishim atë kohë sepse gjurmuesi ishte ndërtuar për një konkurs. Ne bëmë disa ndryshime të minutës së fundit (fjalë për fjalë 40 minuta para fillimit) kështu që nuk e dinim se çfarë të prisnim. Kjo nuk është mirë. Por ju e dini, ne ende e fituam konkursin.

Ju ndoshta do të keni nevojë ta bëni këtë pjesë jashtë sepse dielli nuk shkëlqen brenda dhe sepse LoRa nuk do të ketë pritjen më të mirë në zyrën tuaj.

Hapi 12: Disa formula Funky

Pikoballonët janë shumë të ndjeshëm. Ju nuk mund t'i mbushni me helium dhe t'i lëshoni ato. Ata me të vërtetë nuk e pëlqejnë atë. Më lejo të shpjegohem. Nëse forca lundruese është shumë e ulët, balona nuk do të ngrihet (padyshim). POR, dhe ky është kapja, nëse forca lundruese është shumë e lartë, balona do të fluturojë shumë lart, forcat në balonë do të jenë shumë të mëdha dhe do të shpërthejë dhe do të bjerë në tokë. Kjo është arsyeja kryesore pse vërtet dëshironi të bëni këto llogaritje.

Nëse e njihni pak fizikën, nuk duhet ta keni problem të kuptoni formulat e mësipërme. Ka disa ndryshore që ju nevojiten për të futur në formulë. Kjo përfshin: mbushjen e konstantës së gazit, temperaturën termodinamike, presionin, masën e sondës dhe masën e balonës. Nëse ndiqni këtë udhëzues dhe përdorni të njëjtën tullumbace (mikrofilë Qualatex 36 ) dhe të njëjtin gaz mbushës (helium) e vetmja gjë që do të ndryshojë në të vërtetë është masa e sondës.

Këto formula më pas duhet t'ju japin: vëllimin e heliumit të nevojshëm për të mbushur balonën, shpejtësinë me të cilën balona ngrihet, lartësinë në të cilën fluturon balona dhe gjithashtu peshën e ngritjes së lirë. Të gjitha këto janë vlera shumë të dobishme. Shpejtësia e ngritjes është e rëndësishme në mënyrë që tullumbace të mos godasë pengesa sepse është shumë e ngadaltë dhe është vërtet bukur të dish se sa lart do të fluturojë balona. Por më e rëndësishmja prej tyre është ndoshta ashensori falas. Ashensori falas kërkohet kur mbushni balonin në hapin 14.

Faleminderit TomasTT7 për ndihmën me formula. Shikoni blogun e tij këtu.

Hapi 13: Rreziqet

Pra, gjurmuesi juaj punon. Ajo copëza që keni punuar për dy muaj në të vërtetë funksionon! Urime.

Pra, le të rishikojmë se çfarë rreziqesh mund të hasë fëmija juaj i sondës në ajër:

1) Nuk do të ketë dritë të mjaftueshme të diellit që godasin panelin diellor. Superkapacitorët do të kullojnë. Sonda do të ndalojë së punuari.

2) Sonda do të dalë jashtë rrezes dhe nuk do të merren të dhëna.

3) Goditjet e forta të erës do të shkatërrojnë sondën.

4) Sonda do të kalojë nëpër një stuhi gjatë ngjitjes dhe shiu do të shkurtojë qarkun.

5) Një shtresë akulli do të formohet në panelin diellor. Superkapacitorët do të kullojnë. Sonda do të ndalojë së punuari.

6) Një pjesë e sondës do të prishet nën stres mekanik.

7) Një pjesë e sondës do të prishet në kushte ekstreme të nxehtësisë dhe presionit.

8) Një ngarkesë elektrostatike do të formohet midis balonës dhe ajrit duke formuar një shkëndijë, e cila do të dëmtojë sondën.

9) Sonda do të goditet nga rrufeja.

10) Sonda do të goditet nga një aeroplan.

11) Sonda do të goditet nga një zog.

12) Alienët do të rrëmbejnë hetimin tuaj. Mund të ndodhë veçanërisht nëse balona do të jetë mbi zonën 51.

Hapi 14: Nisni

Pra, kjo është ajo. It'sshtë dita D dhe ju do të nisni pikoballonin tuaj të dashur. Alwaysshtë gjithmonë mirë të njohësh terrenin dhe të gjitha pengesat e mundshme. Gjithashtu ju duhet të monitoroni vazhdimisht motin (kryesisht shpejtësinë dhe drejtimin e erës). Në atë mënyrë, ju minimizoni shanset që pajisjet tuaja me vlerë 100 € dhe 2 muaj nga koha juaj të godasin në një pemë ose në një mur. Kjo do të ishte e trishtueshme.

Futni një tub në tullumbace. Lidheni tullumbace me diçka të rëndë me najlon. Vendoseni gjënë e rëndë në një peshore. Rivendosni shkallën. Siguroni skajin tjetër të tubit në rezervuarin tuaj të heliumit. Filloni të hapni ngadalë valvulën. Tani duhet të shihni numra negativë në shkallë. Tani është koha për të përdorur vlerën e ngritjes falas që keni llogaritur në hapin 12. Mbyllni valvulën kur numri negativ të arrijë në masën e balonës + ngritës falas. Në rastin tim ishte 15g + 2.4g kështu që e mbylla valvulën në saktësisht -17.4g në peshore. Hiqeni tubin. Balona është vetë-vulosëse, duhet të mbyllet automatikisht. Zgjidheni objektin e rëndë dhe zëvendësojeni me sondën. Tani jeni gati për nisje.

Vetëm shikoni videon për të gjitha detajet.

Hapi 15: Marrja e të dhënave

Oh, më kujtohet ndjenja që kishim pas nisjes. Stresi, zhgënjimi, shumë hormone. Do të funksionojë? A do të jetë pa vlerë puna jonë? A kemi shpenzuar kaq shumë para për diçka që nuk funksionon? Këto janë pyetjet që po i bënim vetes pas nisjes.

Për fat, sonda u përgjigj rreth 20 minuta pas lëshimit. Dhe pastaj ne merrnim një pako çdo 10 minuta. Ne humbëm kontaktin me sondën në 17:51:09 GMT. Mund të ishte më mirë, por është akoma mirë.

Hapi 16: Planet e mëtejshme

Ky ishte një nga projektet tona më të vështira deri më sot. Jo gjithçka ishte perfekte, por kjo është në rregull, është gjithmonë kështu. Ishte akoma shumë i suksesshëm. Gjurmuesi punoi në mënyrë të përsosur. Mund ta kishte bërë këtë për shumë më gjatë, por kjo nuk ka rëndësi. Dhe, përfunduam të dytët në konkursin Picoballoon. Tani mund të thoni që të qenit i dyti në një konkurs me 17 persona nuk është një sukses i tillë POR mbani në mend se kjo është një garë inxhinierike/ndërtimi e rritur. Ne jemi 14 vjeç. Ata me të cilët po konkurronim ishin të rritur me përvojë inxhinierike dhe ndoshta edhe hapësinore dhe me shumë më tepër përvojë. Pra, po, në përgjithësi, do të thoja që ishte një sukses i madh. Ne morëm 200 €, që ishte afërsisht dyfishi i shpenzimeve tona.

Unë me siguri do të ndërtoj një version 2.0. Do të jetë shumë më mirë, me përbërës më të vegjël (procesor barebone, RFM95) dhe do të jetë më i besueshëm, kështu që qëndroni të sintonizuar për udhëzimet e ardhshme.

Qëllimi ynë kryesor tani është të fitojmë konkursin Epilog X. Bashkëpunëtorët, nëse ju pëlqeu kjo gjë e mësueshme, ju lutemi konsideroni të votoni për të. Do të na ndihmonte vërtet. Faleminderit shumë shumë!

Vrapues në Konkursin Epilog X