Altimetër elektronik barometrik për balona Stratosferë: 9 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:26

Ekipi ynë, RandomRace.ru, lëshon balona me helium. I vogël dhe i madh, me kamera dhe pa. Ne lëshojmë të vogla për të hedhur rastësisht pika kontrolli për garat e garave aventurore, dhe ato të mëdha për të bërë video dhe fotografi të shkëlqyera nga maja e atmosferës. Nuk është ende hapësira, por në 30 km lartësi presioni i ajrit është rreth 1% e normales. Nuk duket më si atmosfera, apo jo? Përgjegjësia ime në ekip është elektronika, dhe dua të ndaj një nga projektet e mia të zbatuara në atë detyrë.

Si mund ta masim lartësinë e balonës? Me GPS (shumica e tyre nuk punojnë mbi 18 km) ose me një lartësimatës barometrik. Le të bëjmë një nga një bord mikrokontrollues (MCU)! Ne duam që ajo të jetë e lehtë, e lirë (pasi ndonjëherë i humbim sondat tona), dhe e lehtë për t'u ndërtuar, e lehtë për t'u përdorur. Gjithashtu duhet të masë presionet shumë të ulëta. Pajisja duhet të regjistrojë të dhënat të paktën 5 orë rresht. Le të përdorim pak bateri litiumi nga çdo telefon celular i vjetër si burim energjie. Bazuar në kërkesat, unë kam zgjedhur bordin Maple Mini, të bazuar në mikrokontrollues ARM (STM32F103RC) me një ndërfaqe USB, 128 Kb memorie të brendshme, e cila është e mjaftueshme si për firmware -in MCU ashtu edhe për të dhënat e mbledhura. Fatkeqësisht (apo për fat?), LeafLabs nuk i prodhon më ato dërrasa, por klonet e tyre mund të gjenden në dyqanet online kineze vetëm për disa dollarë. Gjithashtu ne u dhuruam me një numër të sensorëve të presionit të ajrit MS5534, të aftë për të matur 0.01… 1.1 bar. Kjo është pak a shumë e mjaftueshme për 30 km lartësi.

Pajisja është mjaft e lehtë për tu bërë, ju nevojiten vetëm disa aftësi dhe mjete bashkimi (nuk ka nevojë të bashkoni pjesë vërtet të vogla) dhe aftësi themelore kompjuterike. Këtu mund të gjeni një depo github e cila përmban si modelin e daljes së PCB në formatin Eagle ashtu edhe firmware -in.

Hapi 1: Pjesët e kërkuara

• Kloni i bordit Maple Mini MCU
• Rresht pin 4*1 2.54mm (0.1 ") (zakonisht dërgohet me bordin MCU)
• Bateri 1S LiPo. Bateritë nga celularët e vjetër ose kamerat e veprimit përshtaten në mënyrë perfekte.
• Pllakë karikimi 1S LiPo
• Sensori barometrik MS5534
• Bordi i shpërthimit MS5534
• 1N5819 diodë Schottky ose të ngjashme
• Pigtails JST RCY, 1*Femër, 2*Mashkull
• Kanaçe birre bosh prej alumini
• tubi i tkurrjes termike D = 2, 5mm (0.1 ") të çdo ngjyre
• tubi i tkurrjes termike D = 20mm (0.8 "), transparent

Në vend të MS5534 mund të përdorni MS5540, por kërkon një tabelë tjetër shpërthimi. Mund ta bëni vetë, duke përdorur EagleCAD ose KiKad ose çfarëdo që preferoni. Ju gjithashtu mund ta lidhni sensorin direkt me tela nëse keni aftësi të mjaftueshme të saldimit.

Mjetet e kërkuara:

• Set i rregullt i mjeteve për bashkim
• Gërshërë dhe pllaka
• Opsionale një tifoz i saldimit. Nëse nuk keni një të tillë, mund të përdorni hekurin tuaj për saldim dhe një çakmak.
• disa tela standarde 1 pin femër-femër
• nja dy kunja shtesë kontakti
• Një tabelë demo STM32 që do të përdoret si një pajisje ndezëse MCU. Kam përdorur NUCLEO-F303RE, por ndonjë nga bordet STM32 Nucleo64 ose Nucleo144 mund të përdoret gjithashtu.

Hapi 2: Sensori i saldimit në bordin e shpërthimit

Para së gjithash, ju duhet të lidhni sensorin në tabelën e shpërthimit. Përdorni pastën e saldimit dhe hekurin për saldim, nëse keni. Nëse jo, mund ta bëni këtë me hekur të saldimit dhe saldimit të zakonshëm. Kur të përfundojë, prerë katër rreshta kunjat dhe dy pjesë teli, rreth 4 cm secila. Ngjitini ato në shpërthimin siç tregohet në foton e dytë - kunjat + dhe - duhet të lidhen me tela, 4 të tjera midis tyre - në rreshtin e kunjit. Kunjat duhet të jenë në pjesën e poshtme të shpërthimit.

Hapi 3: Saldimi i pjesës tjetër të pajisjes

Bordi i sensorit dhe bard MCU duhet të vendosen, dhe sensori duhet të vendoset mbi çipin MCU

Diagrami i lidhjes tregohet në figurën e parë. Dhe këtu janë të gjitha lidhjet e listuara:

• Kunja e shpërthimit "+" është e lidhur me pinin e bordit MCU "Vcc"
• Kunja e shpërthimit "GND" është e lidhur me pinin e bordit MCU "GND"
• Kunjat e thyerjes "8", "9", "10", "11" janë të lidhur me kunjat e bordit MCU me të njëjtat numra.
• Teli JST RCY Maleblack është i lidhur me një kunj tjetër "GND" të bordit MCU
• JST RCY Teli i kuq mashkullor është i lidhur me një anodë diodë
• Katoda e diodës është e lidhur me pllakën MCU "Vin"

Para se të lidhni gicën JST, mos harroni të vendosni një pjesë të tubit të hollë të shtrirjes termike në tela të kuq.

Gjëja e fundit për të bërë - dioda duhet të izolohet me tub termik të tkurrjes. Thjesht tërhiqeni atë mbi diodë, dhe pastaj ngroheni me tifozin tuaj të saldimit - temperatura e rekomanduar është rreth 160C (320F). Nëse nuk keni tifoz, thjesht përdorni një qiri ose një çakmak, por kini kujdes me këtë.

Hapi 4: Bateria dhe Ngarkuesi

Le të bëjmë një burim energjie për pajisjen dhe një karikues për të. Bishti femër duhet të ngjitet në bateri. Teli i kuq në "+", i zi në "-". Mbroni lidhjen me një pikë zam termik, një copë shirit ngjitës ose një shirit izolues - sipas zgjedhjes suaj.

Bishti mashkull duhet të ngjitet në tabelën e karikuesit - teli i kuq në "B+", i zi në "B-". Sigurojeni tabelën me një copë tubi të tkurrjes termike. Tani mund ta lidhni ngarkuesin me baterinë dhe ngarkuesin me çdo furnizim me energji USB ose portë kompjuteri. Ledi i kuq në tabelë tregon ngarkimin e vazhdueshëm, të gjelbër një bateri të ngarkuar plotësisht. Bordi mund të ngrohet gjatë procesit të karikimit, por jo shumë.

Hapi 5: Ndezja e pajisjes

Për të ndezur pajisjen, duhet të instaloni disa softuerë. Për Windows, mund të përdorni aplikacionin vendas nga faqja st.com. Fatkeqësisht, ju duhet të regjistroheni këtu.

Nën Linux ose Mac (mirë, nën Windows është gjithashtu e mundur), mund të përdorni OpenOCD. Ju lutemi gjeni udhëzimet e instalimit dhe përdorimit në faqen e tyre.

Tani mund të shkarkoni firmware -in.

Për të përgatitur pajisjen për ndezje, duhet të lidhni përkohësisht dy kunja të tjerë në kontaktet 21 dhe 22 të tabelës MCU.

Për të lidhur pajisjen tonë me ndezësin:

• hapni të dy kërcyesit në lidhësin CN2 të tabelës Nucleo (të bardhë). Kjo i mundëson bordit të ndezë pajisjet e jashtme.
• lidhni pinin MCU 21 me kunjin 2 të lidhësit Nucleo CN4
• lidhni telin e zi të baterisë me kunjin 3 të lidhësit Nucleo CN4
• lidhni pinin MCU 22 me kunjin 4 të lidhësit Nucleo CN4
• lidhni pajisjen dhe bordin Nucleo me kompjuterin me kabllo USB.

• ndizni firmware -in (Windows)

  • Drejtoni programin STM32 ST-LINK
  • Zgjidhni Skedarin -> Hap skedarin … -> hapni firmware -in e shkarkuar
  • Zgjidhni Target -> Opsionet Bytes…, zgjidhni Read Out Protection: Disabled. Kliko Apliko
  • Zgjidhni Target -> Programi & Verifikoni, klikoni Start

• ndez firmuerin (Linux & Mac)

  • Shkarkoni dhe instaloni OpenOCD.
  • ekzekutoni komandën

openocd -f interface/stlink -v2-1.cfg -f target/stm32f1x.cfg -c "init; reset stop; stm32f1x zhbllokuar 0; program baro_v4.hex; mbyllje"

Kjo eshte!

Hapi 6: Si të përdorni pajisjen

Nëse gjithçka është bërë si duhet, atëherë ne jemi gati për të drejtuar pajisjen. Altimetri ka tre mënyra:

Fshi të dhënat

Furnizoni pajisjen përmes USB ose përmes një lidhësi të kuq të baterisë. Shtypni butonin (më larg nga lidhësi USB) dhe mbajeni për 2-3 sekonda. LED blu duhet të fillojë të pulsojë shumë shpejt dhe të vazhdojë të vezullojë në atë mënyrë derisa të fshihen të gjitha të dhënat.

Regjistrimi i të dhënave

Lidheni pajisjen me baterinë me lidhësin e kuq. LED LED blu do të pulsojë shpesh për disa sekonda dhe më pas do të kthehet në pulsim një herë në sekondë. Sa herë që pulson, një mostër e të dhënave shkruhet në kujtesën e brendshme të pajisjes. Pajisja mund të regjistrojë deri në 9 orë matje.

Leximi i të dhënave

Shkëputeni baterinë dhe lidheni pajisjen me kompjuterin tuaj me kabllo USB. Pas disa sekondave të ndezjes së shpeshtë kthehet në ndezje dy herë në sekondë. Kjo është mënyra e leximit të të dhënave. Pajisja njihet si një flash drive i quajtur BARO_ELMOT. Disku nuk është i shkruar, mund të lexoni vetëm të dhëna prej tij. Në një menaxher skedar mund të gjeni dy skedarë në pajisje - e para quhet si LEFT_123. MIN. Ky është një skedar i rremë, nuk përmban të dhëna, por që "123" do të thotë se ka ende vend për 123 minuta regjistrim të të dhënave. Një skedar tjetër, BARO. TXT, përmban të dhëna aktuale të mbledhura, domethënë tekst të ndarë me skedë - një titull dhe më pas linja të të dhënave. Ky format mund të importohet lehtësisht në MS Excel, ose në çdo aplikim tjetër spreadsheet, përfshirë Google Sheets. Çdo rresht përmban një numër serie (S), një numër mostre (N) (= koha e kaluar në sekonda), Temperatura (T) në Celsius, Presioni i atmosferës (P) në mbars, dhe vlera e përafërt e lartësisë (A), në metra mbi nivelin e detit. Shënim! Vlerat "A" janë vërtet të përafërta, ju mund të llogaritni lartësinë nga të dhënat e presionit vetë. Shikoni hapat e mëtejshëm.

Hapi 7: Testimi i pajisjes

1. Lidhni baterinë me pajisjen. LED duhet të fillojë të pulsojë.
2. Shtypni dhe mbani shtypur butonin e përdoruesit. Pas 2-3 sekondash LED do të fillojë me shpejtësi. Lëshoni butonin. Mbani të ftohtë, mos e shkëputni baterinë. Të dhënat po fshihen.
3. Pas një kohe LED fillon të pulsojë një herë në sekondë.
4. Mbajeni pajisjen të ndezur për të paktën 30 sekonda.
5. Shkëputeni baterinë
6. Lidheni pajisjen tuaj me një kompjuter me kabllo USB.
7. Pajisja do të shfaqet si një flash drive i vogël, vetëm 3Mb. Hapni skedarin BARO. TXT atje me çdo redaktues teksti.
8. Kontrolloni nëse kolonat T dhe P përmbajnë të dhëna të arsyeshme - zakonisht rreth 20-30 për T, rreth 1000 për P. Nëse jeni në frigorifer ose në majë të Everestit, numrat do të jenë drastikisht të ndryshëm, natyrisht.

Hapi 8: Mbrojtësi i dritës së diellit dhe tubi i tkurrjes

Pas hapit të mëparshëm, ne jemi të sigurt se gjithçka funksionon mirë, tani ne duhet të mos i bashkojmë kunjat e ndezura, sepse nuk na duhen më. Gjithashtu është më mirë të prerë me saktësi bishtat e kunjave që lidhin sensorin dhe bordin MCU, përndryshe ato mund të shpojnë mbulesën e jashtme plastike të pajisjes.

Sensori i përdorur në projekt nuk duhet të ekspozohet në rrezet e diellit direkte. Ne do të bëjmë një mburojë mbrojtëse nga një kanaçe birre alumini. Padyshim, nëse keni përparuar aq larg tashmë, ju e keni merituar përmbajtjen e asaj kanaçe të varfër. Pritini me gërshërë një copë alumini të një madhësie rreth 12*12mm (0.5 "*0.5"). Pastaj përkulni dy anët e kundërta të tij me pincë për të bërë një "tepsi" të vogël 7*12*2.5mm (0.28 "*0.5"*0.1 "). Pas lakimit, prerë vija 1.5mm nga ato anë të lakuara, për ta bërë sirtarin një pak më e ulët, rreth 1 mm e lartë.

Vendoseni tabaka mbi sensorin. Shënim - nuk duhet të prekë asnjë kontakt! Pastaj vendoseni pajisjen me tabaka në një pjesë të tubit të tkurrjes termike (pak më të gjatë se dërrasa) dhe ngroheni mirë, por me kujdes me tifozin e saldimit (ose çakmakun). Kontrolloni përsëri nëse kapaku i aluminit nuk prek kontaktet e sensorit.

Hapi 9: Shkenca

Tani e kemi pajisjen gati për të funksionuar. Ajo mat temperaturën dhe presionin e ajrit. Dhe gjithashtu vlerëson përafërsisht lartësinë. Fatkeqësisht, presioni varet nga lartësia në një mënyrë shumë jo të parëndësishme, ju mund të lexoni për këtë në wikipedia. Si e llogarisim lartësinë e balonës në mënyrë më të saktë? Një nga mënyrat është përdorimi i Llogaritësit Standard të Atmosferës 1976. Pajisja juaj përmban të njëjtat të dhëna të modelit, por jo shumë të sakta për shkak të kufizimeve të kujtesës së pajisjes. Duke përdorur të dhënat e barometrit dhe makinën llogaritëse, ju mund të llogaritni lartësinë shumë më mirë se sa vendosja vetë. Gjithashtu duke marrë parasysh kushtet e motit në pikën tuaj të lëshimit të balonës (padyshim, që është regjistruar në të njëjtin lartësimatës në fillim), dhe lartësinë e vendit tuaj të nisjes mund të gjeni ndryshimin e temperaturës dhe korrigjimin e presionit të ajrit dhe. Pastaj duke përdorur të njëjtin kalkulator, mund të llogaritni gjithçka edhe më mirë. Me disa aftësi spreadsheet, ju gjithashtu mund të bëni tabela të të dhënave të një nisjeje.

Vrapues në Sfidën Hapësinore