Пикобаллонды қалай жасауға болады: 16 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:25

Пикобаллон дегеніміз не және мен оны неге салғым келеді?! Сіздің сұрағаныңызды естіп тұрмын. Түсіндіріп берейін. HAB (биік биіктіктегі шар) дегеннің не екенін бәріңіз білетін шығарсыздар. Бұл шарға қосылған таңғажайып электроника заттары. Нұсқаулықтарда HAB -қа қатысты көптеген оқулықтар бар.

БІРАҚ, бұл өте үлкен, бірақ олар сізге оқулықта жиі айтпайтын нәрсе - газ толтыру. Енді сіз 50 евродан төмен лайықты HAB трекерін жасай аласыз, бірақ егер оның салмағы 200 г болса (бұл батареялар, камералар және т.б. бойынша оптимистік болжам), әуе шарын толтыруға арналған гелий сізге 200 еуро немесе одан да қымбатқа түсуі мүмкін. мен сияқты көптеген өндірушілер үшін тым көп.

Сонымен, сіз ойлағандай пикобаллондар бұл мәселені көлемді және ауыр болмау арқылы шешеді. Пикобаллон - бұл жеңіл HAB сөзі. Жарық, мен жарық дегенді қалай түсінемін? Жалпы пикобаллондар 20 грамнан жеңіл. Енді елестетіп көріңізші, процессор, таратқыш, ПХД, GPS, антенналар, күн панелі, сонымен қатар бір реттік кофе шыныаяқ немесе қасық сияқты массасы бар батарея. Бұл жай ғана ақылсыздық емес пе?

Сіз оны салғыңыз келетін тағы бір себеп (шығыннан басқа) - оның ауқымы мен төзімділігі. Классикалық HAB 4 сағатқа дейін ұша алады және 200 км дейін жүре алады. Пикобаллон, керісінше, екі айға дейін ұшып, ондаған мың шақырымға дейін жүре алады. Бір поляк жігіті өзінің пикобаллонын жер шарын бірнеше рет айналдырды. Әрине, бұл сіздің пикобаллонды іске қосқаннан кейін оны ешқашан көрмейтіндігіңізді білдіреді. Сондықтан сіз барлық қажетті деректерді жібергіңіз келеді және, әрине, шығындарды мүмкіндігінше төмен деңгейде ұстағыңыз келеді.

Ескерту: Бұл жоба MatejHantabal -мен бірлескен жұмыс. Оның профилін міндетті түрде қараңыз

ЕСКЕРТУ: Бұл күрделі деңгейдегі, бірақ өте қызықты жоба. ПХД дизайнынан SMD -ге дейін дәнекерлеуге дейін бәрі түсіндіріледі. Айтпақшы, жұмысқа кірісейік

ЖАҢАРТУ: Біз GPS модулін үлкен қуат тұтынуына байланысты соңғы минутта алып тастауға мәжбүр болдық. Мүмкін, оны түзетуге болады, бірақ бізде бұған уақыт болмады. Мен оны нұсқаулықта қалдырамын, бірақ ол тексерілмегеніне назар аударыңыз. Сіз әлі де TTN метадеректерінен орналасуды ала аласыз, сондықтан бұл туралы алаңдамаңыз

1 -қадам: Принцип

Осылайша, мұндай құрылғыны құру кезінде көптеген нұсқалар мен таңдау бар, бірақ әрбір трекерге таратқыш пен қуат көзі қажет. Көптеген трекерлер келесі компоненттерді қосуы мүмкін:

- күн батареясы

- батарея (липо немесе суперконденсатор)

- процессор/микроконтроллер

- GPS модулі

- сенсор/с (температура, ылғалдылық, қысым, УК, күн радиациясы …)

- таратқыш (433 МГц, LoRa, WSPR, APRS, LoRaWAN, Iridium)

Көріп отырғаныңыздай, қолдануға болатын көптеген сенсорлар мен таратқыштар бар. Қандай датчиктерді қолдану сізге байланысты. Бұл маңызды емес, бірақ көбінесе температура мен қысым сенсорлары. Таратқышты таңдау әлдеқайда қиын. Кез келген технологияның өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Мен оны бұл жерде бұзбаймын, себебі бұл ұзақ талқылау болар еді. Ең бастысы, мен LoRaWAN -ды таңдадым және бұл ең жақсы деп ойлаймын (өйткені менде басқаларды сынауға мүмкіндік болмады). Мен LoRaWAN ең жақсы қамтуға ие екенін білемін. Сіз мені түсініктемелерде түзете аласыз.

2 -қадам: қажетті бөлшектер

Сонымен, бұл жоба үшін сізге мыналар қажет:

Adafruit қауырсыны 32u4 RFM95

Ublox MAX M8Q (біз мұны соңында қолданған жоқпыз)

BME280 температура/ылғалдылық/қысым сенсоры

2xСуперконденсатор 4.7F 2.7V

Шығуы 5В болатын күн панелі

Таңдамалы ПХД

Егер сіз өз бетіңізше іске қоссаңыз, сізге де қажет:

Кем дегенде 0,1м3 гелий (іздеу: «15 шарға арналған гелий цистернасы») жергілікті жерден сатып алынды

Qualatex 36 «өздігінен жабылатын фольга шар

Жобаның болжамды құны: 80 € (тек трекер) / 100 € (шар мен гелийді қосқанда)

3 -қадам: Ұсынылатын құралдар

Бұл құралдар пайдалы болуы мүмкін:

сым тазалағыш

дәнекерленген темір

SMD дәнекерлейтін темір

қысқыштар

бұрағыштар

желім қаруы

мультиметр

микроскоп

ыстық пистолет

Сізге сондай -ақ дәнекерлеу пастасы қажет болады.

4 -қадам: Adafruit қауырсыны 32U4

Бізге әуе шарына дұрыс микроконтроллерді таңдау қиынға соқты. Adafruit қауырсыны бұл жұмысқа ең жақсы болып шықты. Ол барлық қажетті критерийлерге сәйкес келеді:

1) Онда барлық қажетті түйреуіштер бар: SDA/SCL, RX/TX, сандық, аналогты

2) RFM95 LoRa таратқышы бар.

3) Бұл жеңіл. Оның салмағы небары 5,5 грамм.

4) Ұйқы режимінде қуат тұтыну өте төмен (тек 30uA).

Осының арқасында біз Adafruit Feather - бұл жұмысқа арналған ең жақсы микроконтроллер.

5 -қадам: ПХД дизайны мен өндірісі

Мен саған айтатын сөзім үшін шынымен де өкінемін. Бізге теңшелетін ПХД жасау қажет болады. Бұл қиын және көңілсіз болады, бірақ қажет, сондықтан бастайық. Сондай -ақ, келесі мәтінді дұрыс түсіну үшін Instructables -тің осы керемет ПХД дизайн класын оқу керек.

Сонымен, алдымен сізге схема жасау керек. Мен Autodesk EAGLE PCB дизайнының бағдарламалық жасақтамасында схеманы да, тақтаны да жасадым. Бұл тегін, сондықтан жүктеп алыңыз!

Мен бірінші рет ПХД құрастырдым, және мен сізге айта аламын, бұл Eagle интерфейсін жабу туралы. Мен бірінші тақтаны 6 сағатта жасадым, бірақ екінші тақтайша маған бір сағатқа жетпеді. Міне нәтиже. Мен айтар едім өте жақсы схема мен тақта.

Сізде тақта файлы дайын болғанда, сіз гербер файлдарын жасап, оларды өндірушіге жіберуіңіз керек. Мен тақталарға jlcpcb.com сайтынан тапсырыс бердім, бірақ сіз өзіңізге ұнайтын кез келген басқа өндірушіні таңдай аласыз. Мен ПХД қалыңдығын стандартты 1.6 мм орнына 0,8 мм етіп қойдым, себебі тақта жеңіл болуы керек. Скриншотта JLC PCB үшін менің параметрлерімді көре аласыз.

Егер сіз Eagle -ді жүктегіңіз келмесе, «Ferdinand 1.0.zip» файлын жүктеп алып, оны JLC PCB -ге жүктей аласыз.

ПХД -ге тапсырыс берген кезде, орындыққа жайғасып отырыңыз және олардың келуін екі апта күтіңіз. Содан кейін біз жалғастыра аламыз.

Ескерту: Сіз схеманың нақты тақтадан сәл өзгеше екенін байқай аласыз. Мен BME280 IC жалаңаш дәнекерлеуге тым қиын екенін байқадым, сондықтан мен схеманы үзіліс үшін өзгерттім

6 -қадам: SMD дәнекерлеу

Тағы бір қайғылы хабарландыру: SMD дәнекерлеу оңай емес. Қазір шынымен де бұл қиын. Лорд сізге жар болсын. Бірақ бұл оқулық көмектесуі керек. Сіз дәнекерлеу үтік пен дәнекер таяқшаны, немесе дәнекерлеу пастасы мен ыстық пистолетті қолданып дәнекерлей аласыз. Бұл әдістердің ешқайсысы маған ыңғайлы емес еді. Бірақ сіз оны бір сағат ішінде жасауыңыз керек.

Компоненттерді ПХД жібек экранына сәйкес немесе схемаға сәйкес орналастырыңыз.

7 -қадам: дәнекерлеу

SMD дәнекерлеуі аяқталғаннан кейін, қалған дәнекерлеу жұмысы негізінен торттың бөлігі болып табылады. Дерлік. Сіз бұрын дәнекерлеген шығарсыз, және сіз қайтадан дәнекерлегіңіз келеді деп үміттенемін. Сізге Adafruit қауырсынын, антенналарды, күн панелін және суперконденсаторларды дәнекерлеу қажет. Өте қарапайым дер едім.

Компоненттерді ПХД жібек экранына сәйкес немесе схемаға сәйкес орналастырыңыз.

8 -қадам: Толық трекер

Толық трекер осылай көрінуі керек. Біртүрлі. Жақсы. Қызықты. Бұл сөздер менің ойыма бірден түседі. Енді сіз кодты жыпылықтап, оның жұмыс істейтінін тексеруіңіз керек.

9 -қадам: TTN орнату

Things Network - бұл жаһандық LoRaWAN желісі. 6887 -ден астам шлюздер (қабылдағыштар) жұмыс істеп тұрғанда, бұл әлемдегі ең үлкен ғаламдық IoT желісі. Ол 868 (Еуропа, Ресей) жиіліктерінде немесе 915 МГц жиілігінде (АҚШ, Үндістан) LoRa (Long Range) байланыс хаттамасын қолданады. Ол қалаларда қысқа хабарламалар жіберетін IoT құрылғыларында кеңінен қолданылады. Сіз тек 51 байтқа дейін жібере аласыз, бірақ сіз 2 км -ден 15 км -ге дейінгі диапазонды оңай ала аласыз. Бұл қарапайым сенсорлар немесе басқа IoT құрылғылары үшін өте қолайлы. Ең жақсысы, бұл ақысыз.

Енді, 2-15, әрине, жеткіліксіз, бірақ егер сіз жоғары жерге шықсаңыз, сізде жақсы байланыс болуы керек. Ал біздің шар өте биік болады. Теңіз деңгейінен 10 км биіктікте біз 100 км -ден байланыс алуымыз керек. Досы 31 км қашықтықта LoRa бар HAB -ты іске қосты, ол 450 км қашықтықта қалды. Демек, бұл өте орынды.

TTN орнату оңай болуы керек. Сізге тек электрондық пошта арқылы тіркелгі жасау керек, содан кейін құрылғыны тіркеу қажет. Алдымен сіз қосымшаны жасауыңыз керек. Қолданба - бұл бүкіл жобаның басты беті. Осы жерден сіз декодер кодын өзгерте аласыз, кіретін деректерді көре аласыз және құрылғыларды қосуға/алып тастауға болады. Тек атауды таңдаңыз және сіз баруға дайынсыз. Бұл аяқталғаннан кейін сіз қосымшаны құрылғыға тіркеуіңіз керек. Adafruit қауырсынының MAC адресін енгізу қажет (қаптамада қауырсын бар). Содан кейін сіз ABP -ге белсендіру әдісін орнатуыңыз керек және кадрдың есептегіштерін тексеруді өшіруіңіз керек. Енді сіздің құрылғыңыз қосымшада тіркелуі керек. Құрылғы адресін, желі сеансы кілтін және қолданба сеансы кілтін көшіріңіз. Келесі қадамда олар сізге қажет болады.

Неғұрлым пайдалы түсініктеме алу үшін осы оқулыққа кіріңіз.

10 -қадам: кодтау

Adafruit Feather 32U4 -те ATmega32U4 AVR процессоры бар. Бұл USB байланысы үшін бөлек чиптің жоқтығын білдіреді (Arduino UNO сияқты), чип процессорға кіреді. Бұл Adafruit Feather -ке жүктеу әдеттегі Arduino тақтасына қарағанда біршама қиын болуы мүмкін дегенді білдіреді, бірақ ол Arduino IDE -мен жұмыс істейді, сондықтан егер сіз осы оқулықты орындасаңыз, бұл жақсы болуы керек.

Arduino IDE орнатылғаннан кейін және «жыпылықтау» эскизі сәтті жүктелгеннен кейін сіз нақты кодқа ауыса аласыз. «LoRa_Test.ino» жүктеп алыңыз. Сәйкесінше құрылғы адресін, желі сеансы кілтін және қолданба сеансы кілтін өзгертіңіз. Эскизді жүктеңіз. Сыртқа шығыңыз. Антеннаны қала орталығына немесе жақын шлюз бағытына бағыттаңыз. Енді сіз TTN консолінде деректер пайда болатынын көруіңіз керек. Егер жоқ болса, төменде түсініктеме беріңіз. Мен бұл жерде болуы мүмкін барлық нәрсені қойғым келмейді, Instructables сервері мәтіннің осындай көлемін өңдей алатынын білмеймін.

Жалғастыру. Егер алдыңғы эскиз жұмыс істесе, сіз «Ferdinand_1.0.ino» жүктеп алып, алдыңғы эскизде өзгерту керек нәрселерді өзгерте аласыз. Енді оны қайтадан тексеріңіз.

Егер сіз TTN консолінде HEX туралы кездейсоқ деректерді алсаңыз, уайымдамаңыз, мұны істеу керек. Барлық мәндер HEX -те кодталған. Сізге басқа декодер коды қажет болады. «Decoder.txt» жүктеп алыңыз. Оның мазмұнын көшіру. Енді TTN консоліне өтіңіз. Қолданбаға/жүктеме форматтарына/декодерге өтіңіз. Енді декодердің бастапқы кодын алып тастап, өзіңізге қойыңыз. Енді сіз барлық оқуларды сол жерден көруіңіз керек.

11 -қадам: тестілеу

Енді бұл жобаның ең ұзақ бөлігі болуы керек. Сынақ. Барлық жағдайларда тестілеу. Шамадан тыс ыстықта, күйзелісте және күшті жарықпен (немесе күн сәулесінде) ондағы жағдайды қайталау. Бұл кем дегенде бір аптаға созылуы керек, сондықтан трекердің мінез -құлқында тосынсыйлар болмайды. Бірақ бұл идеалды әлем және бізде бұл уақыт болмады, себебі трекер жарысқа арналған. Біз соңғы минуттық өзгерістер жасадық (дәл іске қосудан 40 минут бұрын), сондықтан не күтетінімізді білмедік. Бұл жақсы емес. Білесіз бе, біз әлі де жарыста жеңіске жеттік.

Сізге бұл бөлікті сыртта жасау қажет болуы мүмкін, себебі күн ашық емес және LoRa сіздің кеңсеңізде ең жақсы қабылдауға ие болмайды.

12 -қадам: Кейбір қызықты формулалар

Пикобаллондар өте сезімтал. Сіз оларды гелиймен толтырып, іске қоса алмайсыз. Оларға бұл шынымен де ұнамайды. Түсіндіріп берейін. Егер көтерілу күші тым төмен болса, әуе көтерілмейді (анық). БІРАҚ, және бұл ұстау, егер көтерілу күші тым жоғары болса, шар өте жоғары ұшады, әуедегі күштер тым үлкен болады және ол жерге құлап түседі. Бұл есептеулерді шынымен жасағыңыз келетіндіктің басты себебі.

Егер сіз физиканы аз білсеңіз, жоғарыдағы формулаларды түсінуде қиындықтар болмауы керек. Формулаға енгізу қажет кейбір айнымалылар бар. Бұған: толтыру газ константасы, термодинамикалық температура, қысым, зонд массасы мен әуе массасы кіреді. Егер сіз осы оқулықты орындасаңыз және бір шарды (Qualatex микрофолоны 36 «) және сол толтырғыш газды (гелийді) қолдансаңыз, онда айырмашылығы тек зондтың массасында болады.

Бұл формулалар сізге мынаны беруі керек: шарды толтыру үшін қажет гелийдің көлемі, шардың көтерілу жылдамдығы, әуе шарының ұшу биіктігі, сондай -ақ еркін көтеру салмағы. Мұның бәрі өте пайдалы құндылықтар. Көтерілу жылдамдығы маңызды, сондықтан әуе кедергілерге тимейді, себебі ол тым баяу және әуе шарының қаншалықты жоғары ұшатынын білу өте жақсы. Бірақ олардың ішіндегі ең маңыздысы - тегін көтеру. 14 -қадамда әуе шарын толтырған кезде ақысыз лифт қажет.

Формулалар бойынша көмек үшін TomasTT7 -ге рахмет. Оның блогын мына жерден қараңыз.

13 -қадам: Тәуекелдер

Сонымен, сіздің трекер жұмыс істейді. Сіз екі ай бойы жұмыс істеген ақымақ жұмыс істейді! Құттықтаймын.

Сонымен, зондты балаңыздың ауада қандай қауіп -қатерге ұшырайтынын қарастырайық:

1) Күн панеліне түсетін күн сәулесі жеткіліксіз болады. Суперконденсаторлар ағып кетеді. Зонд жұмысын тоқтатады.

2) Зонд диапазоннан шығады және ешқандай деректер алынбайды.

3) Қатты жел екпіні зондты бұзады.

4) Зонд көтерілу кезінде дауылдан өтеді және жаңбыр тізбекті қысқартады.

5) Күн панелінде мұз қабаты пайда болады. Суперконденсаторлар ағып кетеді. Зонд жұмысын тоқтатады.

6) Зондтың бір бөлігі механикалық кернеу кезінде бұзылады.

7) Зондтың бір бөлігі өте ыстық және қысым жағдайында бұзылады.

8) Шар мен ауа арасында ұшқын тудыратын электростатикалық заряд пайда болады, ол зондты зақымдайды.

9) Зондқа найзағай түседі.

10) Зондты ұшақ қағып кетеді.

11) Зондты құс қағып алады.

12) Шетелдіктер сіздің зондты ұрлайды. Әсіресе, егер шар 51 -ден жоғары болса.

14 -қадам: іске қосыңыз

Сонымен, болды. Бұл D-күні, сіз өзіңіздің сүйікті пикобаллоныңызды шығарасыз. Жер бедері мен мүмкін болатын кедергілерді білу әрқашан жақсы. Сондай -ақ, ауа райын (желдің жылдамдығы мен бағытын) үнемі қадағалап отыру қажет. Осылайша сіз 100 евро тұратын құрал -жабдықтар мен ағашқа немесе қабырғаға 2 ай қалу мүмкіндігін азайтасыз. Бұл қайғылы болар еді.

Шарға құбырды салыңыз. Шарды нейлонмен ауыр нәрсеге байлаңыз. Ауыр нәрсені таразыға қойыңыз. Масштабты қалпына келтіріңіз. Құбырдың екінші ұшын гелий цистернасына бекітіңіз. Клапанды ақырын ашуды бастаңыз. Енді масштабта теріс сандарды көру керек. 12 -қадамда есептелген бос көтеру мәнін пайдалану уақыты - теріс сан әуе шарының массасына + бос көтергішке жеткенде клапанды өшіріңіз. Менің жағдайда бұл 15g + 2.4g болды, сондықтан мен шкала бойынша дәл -17.4g клапанды өшірдім. Құбырды алып тастаңыз. Шар өздігінен тығыздалады, ол автоматты түрде тығыздалуы керек. Ауыр затты шешіп, оны зондпен ауыстырыңыз. Сіз қазір іске қосуға дайынсыз.

Барлығын егжей -тегжейлі білу үшін бейнені қараңыз.

15 -қадам: Деректерді қабылдау

Ох, мен ұшырылғаннан кейін сезінген сезім есімде. Стресс, көңілсіздік, көптеген гормондар. Бұл жұмыс істей ме? Біздің еңбегіміз босқа кете ме? Біз сонша ақшаны жұмыс істемейтін нәрсеге жұмсадық па? Бұл біз іске қосылғаннан кейін өзімізге қоятын сұрақтар.

Бақытымызға орай, зонд ұшырылғаннан 20 минуттан кейін жауап берді. Содан кейін бізге әр 10 минут сайын пакет келді. Біз зондпен байланысын GMT 17: 51: 09 -да үздік. Жақсы болуы мүмкін еді, бірақ бәрібір жақсы.

16 -қадам: Қосымша жоспарлар

Бұл біздің қазіргі кездегі ең күрделі жобаларымыздың бірі болды. Бәрі жақсы болған жоқ, бірақ бәрі жақсы, әрқашан осылай болады. Бұл әлі де өте сәтті болды. Трекер мінсіз жұмыс жасады. Бұл мұны ұзақ уақыт жасай алады, бірақ бұл маңызды емес. Сонымен, біз Picoballoon байқауында екінші болдық. Енді сіз 17 адам қатысатын жарыста екінші болу - бұл жетістік емес деп айта аласыз, бірақ бұл ересектерге арналған инженерлік/құрылыс байқауы екенін ұмытпаңыз. Біз 14 жастамыз. Біз бәсекелес болғандар инженерлік және тіпті аэроғарыштық білімі бар және әлдеқайда тәжірибесі бар ересектер болды. Иә, жалпы алғанда, бұл үлкен жетістік болды деп айтар едім. Біз 200 еуро алдық, бұл біздің шығыннан шамамен екі есе көп.

Мен, әрине, 2.0 нұсқасын құрамын. Бұл әлдеқайда жақсы болады, кішігірім компоненттермен (жалаңаш процессор, RFM95) және ол сенімді болады, сондықтан келесі нұсқаулықты күтіңіз.

Біздің басты мақсатымыз - Epilog X байқауында жеңіске жету. Құрметті әріптестер, егер сізге бұл нұсқаулық ұнаған болса, оған дауыс беруді қарастырыңыз. Бұл бізге шынымен де көмектесер еді. Сізге көп рахмет!

Epilog X байқауында екінші орын