Пикобаллонду кантип жасоо керек: 16 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:41

Пикобаллон деген эмне жана аны эмне үчүн кургум келет?! Сураганыңды угуп жатам. Мен түшүндүрүп берейин. Баарыңыздар, балким, HAB (бийик тоолуу шар) деген эмне экенин билесиздер. Бул шарга туташкан таң калыштуу электроника нерселери. Бул жерде Instructables боюнча HABга байланыштуу көптөгөн окуу куралдары бар.

БИРОК, бул абдан чоң БИРОК, бирок алар сизге үйрөткүчтө көп жолу айтышпаган нерсе - бул толтуруучу газдын баасы. Эми сиз 50 еврого чейин татыктуу HAB трекерин кура аласыз, бирок анын салмагы 200г болсо (бул батарейкалар, камералар ж.б. менен оптимисттик божомол), шарды толтуруу үчүн гелий сизге 200 евро же андан да кымбат турушу мүмкүн. мага окшогон көптөгөн жаратуучулар үчүн өтө эле көп.

Ошентип, сиз болжогондой, пикобаллондор бул маселени көлөмдүү жана оор эмес кылып чечет. Picoballoon - бул жеңил HAB сөзү. Жарык, мен жарык деп эмнени айткым келет? Жалпысынан алганда, пикобаллондор 20гдан жеңил. Эми элестетип көрүңүз, бир процессор, өткөргүч, ПХБ, GPS, антенналар, күн панели, ошондой эле бир жолку кофе чыны же кашык сыяктуу массасы бар батарея. Бул жөн эле жинди эмеспи?

Дагы бир себеп (наркынан тышкары), муну эмне үчүн кургусу келет, анын диапазону жана чыдамкайлыгы. Классикалык HAB 4 саатка чейин учуп, 200 кмге чейин саякат кыла алат. Пикобаллон, тескерисинче, бир -эки айга чейин учуп, он миңдеген километрге чейин жүрө алат. Бир поляк жигити пикобаллону менен жер шарын бир нече жолу айланып учкан. Бул, албетте, Picoballoonду иштеткенден кийин аны эч качан көрбөйсүз дегенди билдирет. Мына ошондуктан сиз керектүү бардык маалыматтарды өткөрүп бергиңиз келет жана албетте чыгымдарды мүмкүн болушунча төмөн кармаңыз.

Эскертүү: Бул долбоор MatejHantabal менен кызматташуу. Анын профилин да текшерүүнү унутпаңыз

ЭСКЕРТҮҮ: Бул-аткарылышы кыйын, бирок абдан кызыктуу долбоор. Бул жерде ПХБ дизайнынан SMDге чейин, ширетүүгө чейин түшүндүрүлөт. Айтайын дегеним, иштейли

UPDATE: Биз GPS модулун акыркы мүнөттө алып салууга туура келди, анткени анын чоң энергия керектөөсү. Балким оңдосо болот, бирок бизде буга убакыт болгон жок. Мен муну көрсөтмөдө калтырам, бирок ал текшерилбегенден сак болуңуз. Сиз дагы эле TTN метадайындарынан жайгашууну ала аласыз, андыктан бул жөнүндө кабатыр болбоңуз

1 -кадам: Принцип

Ошентип, мындай түзүлүштү курууда көптөгөн вариациялар жана тандоолор бар, бирок ар бир трекерге өткөргүч жана электр энергиясы керек. Көпчүлүк трекерлер бул компоненттерди камтышы мүмкүн:

- күн батареясы

- батарея (липо же суперконденсатор)

- процессор/микроконтроллер

- GPS модулу

- сенсор/с (температура, нымдуулук, басым, УК, күн радиациясы …)

- өткөргүч (433MHz, LoRa, WSPR, APRS, LoRaWAN, Iridium)

Көрүнүп тургандай, сиз колдоно турган көптөгөн сенсорлор жана өткөргүчтөр бар. Кандай сенсорлорду колдонуу сизден көз каранды. Бул маанилүү эмес, бирок көбүнчө температура жана басым сенсорлору. Бергичти тандоо алда канча кыйын. Ар бир технологиянын оң жана терс жактары бар. Мен муну бул жерде бузбайм, анткени бул абдан узак талкуу болмок. Эң негизгиси, мен LoRaWANды тандадым жана бул эң жакшы деп ойлойм (анткени башкаларды дагы сынап көрүүгө мүмкүнчүлүгүм жок болчу). Мен LoRaWAN эң жакшы камтууга ээ экенин билем. Комментарийлерде мени оңдоп койсоңуз болот.

2 -кадам: керектүү бөлүктөр

Ошентип, бул долбоор үчүн бул нерселер керек болот:

Adafruit Feather 32u4 RFM95

Ublox MAX M8Q (Биз муну аягында колдонгон жокпуз)

BME280 температура/нымдуулук/басым сенсору

2xSupercapacitor 4.7F 2.7V

Чыгуусу 5В болгон күн панели

Ыңгайлаштырылган ПХБ

Эгерде сиз өзүңүз ишке киргизип жатсаңыз, сизге дагы керек:

Жок дегенде 0.1м3 гелий (издөө: "15 шар үчүн гелий танк") жергиликтүү сатып алынган

Qualatex 36 өз алдынча мөөрлөнүүчү фольга шар

Долбоордун болжолдуу баасы: 80 € (трекер гана) / 100 € (анын ичинде шар жана гелий)

3 -кадам: Сунушталган куралдар

Бул куралдар пайдалуу болушу мүмкүн:

зым чечүүчү

кандооч

SMD ширетүүчү темир

кычкачтар

отверткалар

желим курал

мультиметр

микроскоп

ысык пистолет

Сизге ошондой эле ширетүүчү паста керек болот.

4 -кадам: Adafruit Feather 32U4

Биз шар үчүн туура микроконтроллерди тандоодо кыйналдык. Adafruit Feather бул жумуш үчүн эң жакшы болуп чыкты. Ал бардык керектүү критерийлерге жооп берет:

1) Ал бардык керектүү казыктарга ээ: SDA/SCL, RX/TX, санарип, аналог

2) RFM95 LoRa өткөргүчү бар.

3) Бул жеңил. Анын массасы болгону 5,5 грамм.

4) Уйку режиминде (30uA гана) энергияны өтө аз керектейт.

Ушундан улам, биз Adafruit Feather жумуш үчүн эң мыкты микроконтроллер деп ойлойбуз.

5 -кадам: PCB Дизайн жана өндүрүш

Мен сизге айта турган сөзүм үчүн чындап өкүнөм. Биз жеке ПКБ жасашыбыз керек. Бул кыйын жана көңүлсүз болот, бирок бул керек, андыктан баштайлы. Ошондой эле, төмөнкү текстти туура түшүнүү үчүн, Instructables тарабынан бул кереметтүү ПХБ дизайн классын окууңуз керек.

Ошентип, адегенде сиз схеманы түзүшүңүз керек болот. Мен Autodesk тарабынан EAGLE PCB дизайн программасында схеманы да, тактаны да жасадым. Бул бекер, андыктан жүктөп алыңыз!

Бул менин ПХБны биринчи жолу иштеп чыгуум болчу жана мен сизге айта алам, мунун баары Eagle интерфейсин илип кетүү жөнүндө. Мен биринчи тактайымды 6 саатта иштеп чыккам, бирок экинчи тактайым бир саатка жетпей калды. Мына жыйынтык. Мен айта турган абдан жакшы схема жана такта.

Такта файлы даяр болгондо, gerber файлдарын түзүп, аларды өндүрүүчүгө жөнөтүшүңүз керек. Мен тактайларымды jlcpcb.com сайтынан заказ кылдым, бирок сиз каалаган башка өндүрүүчүнү тандай аласыз. Мен такта жарык болушу керек, анткени мен PCB жоондугун стандарттык 1.6mm ордуна 0.8mm койду. Сиз скриншотто JLC PCB үчүн менин жөндөөлөрүмдү көрө аласыз.

Эгер Eagle'ди жүктөгүңүз келбесе, анда "Ferdinand 1.0.zip" жүктөп алып, аны JLC PCBге жүктөй аласыз.

ПКБга заказ бергениңизде, отургучка ыңгайлуу отуруп, алардын келишин эки жума күтө туруңуз. Андан кийин уланта алабыз.

Эскертүү: Схема чыныгы тактадан бир аз айырмаланарын байкаса болот. Мунун себеби, мен жылаңач BME280 ICдин өтө кыйын экенин байкадым, ошондуктан схеманы үзүлүш үчүн өзгөрттүм

6 -кадам: SMD Soldering

Дагы бир кайгылуу кулактандыруу: SMD ширетүү оңой эмес. Азыр чынында, бул кыйын. Теңир сени менен болсун. Бирок бул окуу куралы жардам бериши керек. Сиз ширетүүчү темирди жана ширетүүчү таякчаны, же паста менен ысык пистолеттин жардамы менен ширете аласыз. Бул ыкмалардын бири да мага ыңгайлуу болгон жок. Бирок сиз муну бир сааттын ичинде бүтүрүшүңүз керек.

Компоненттерди PCBдеги жибек экранына же схемага ылайык коюңуз.

7 -кадам: ширетүү

SMD ширетүү бүткөндөн кийин, калган жумуштар негизинен торттун бир бөлүгү. Дээрлик. Балким, сиз мурда ширетип койгонсуз жана кайра ширетүүнү каалайсыз деп үмүттөнөм. Сиз жөн гана Adafruit Feather, антенналарды, күн панелин жана суперконденсаторлорду ширетишиңиз керек. Мен абдан жөнөкөй деп айтаар элем.

Компоненттерди PCBдеги жибек экранына же схемага ылайык коюңуз.

8 -кадам: Толук Tracker

Толук трекер ушундай көрүнүшү керек. Кызык. Жакшы. Кызыктуу. Ошол сөздөр дароо оюма келет. Эми сиз жөн гана кодду жаркылдатып, анын иштеп жаткандыгын текшеришиңиз керек.

9 -кадам: TTN орнотуу

Things Network - бул глобалдык шаарга негизделген LoRaWAN жамааты. 6887ден ашык шлюздар (кабыл алуучулар) иштеп жаткандыктан, бул дүйнөдөгү эң ири глобалдык IoT тармагы. Бул LoRa (Long Range) байланыш протоколун колдонот, ал жалпысынан 868 жыштыкта (Европа, Россия) же 915 МГцте (АКШ, Индия) иштейт. Бул IoT түзмөктөрү тарабынан шаарларда кыска билдирүүлөрдү жөнөтүүдө эң кеңири колдонулат. Сиз болгону 51 байтка чейин жөнөтө аласыз, бирок 2кмден 15кмге чейинки диапазонду оңой эле ала аласыз. Бул жөнөкөй сенсорлор же башка IoT түзмөктөрү үчүн идеалдуу. Анан эң жакшысы, бекер.

Эми, 2-15, албетте, жетиштүү эмес, бирок эгер сиз бийик жерге чыксаңыз, анда жакшы байланышыңыз болушу керек. Ал эми биздин шар абдан бийик болот. Деңиз деңгээлинен 10 км бийиктикте, биз 100 кмден байланышты алышыбыз керек. Бир досум абага 31 км LoRa менен HAB киргизди, ал 450 км алыстыкта пинг алды. Демек, бул абдан акылга сыярлык.

TTN орнотуу оңой болушу керек. Сиз жөн гана электрондук почта менен каттоо эсебин түзүү керек, андан кийин сиз аппаратты каттоодон керек. Башында, сиз тиркеме түзүшүңүз керек. Колдонмо - бул долбоордун башкы бети. Бул жерден сиз декодердин кодун өзгөртө аласыз, келген маалыматтарды көрүп жана түзмөктөрдү кошо/алып салсаңыз болот. Жөн эле ат тандап, барууга даярсыз. Бул аяктагандан кийин, сиз тиркемени тиркемеде каттоого туура келет. Сиз Adafruit жүнүнүн MAC дарегин киргизишиңиз керек (таңгакта мамык менен). Андан кийин сиз ABP үчүн активдештирүү ыкмасын орнотушуңуз керек жана фрейм эсептегичтерин өчүрүшүңүз керек. Сиздин түзмөк азыр колдонмодо катталышы керек. Түзмөктүн дарегин, Тармак сессиясынын ачкычын жана Колдонмо сеансынын ачкычын көчүрүңүз. Алар кийинки кадамда сизге керек болот.

Көбүрөөк пайдалуу түшүндүрмө алуу үчүн, бул окуу куралына баш багыңыз.

10 -кадам: Коддоо

Adafruit Feather 32U4 ATmega32U4 AVR процессоруна ээ. Бул USB байланышы үчүн өзүнчө чип жок экенин билдирет (Arduino UNO катары), чип процессорго киргизилген. Бул Adafruit Featherге жүктөө кадимки Arduino тактасына салыштырмалуу бир аз татаалыраак болушу мүмкүн дегенди билдирет, бирок бул Arduino IDE менен иштейт, андыктан бул окуу куралын аткарсаңыз жакшы болот.

Arduino IDEди орноткондон кийин жана "ирмөө" эскизин ийгиликтүү жүктөгөндөн кийин, чыныгы кодго өтүүгө болот. "LoRa_Test.ino" жүктөп алыңыз. Түзмөктүн дарегин, Тармак сессиясынын ачкычын жана Колдонмо сеансынын ачкычын ошого жараша өзгөртүңүз. Эскизди жүктөө. Сыртка чыгуу. Антеннаны шаардын борборуна же жакынкы шлюздун багытына багыттаңыз. Сиз азыр TTN консолунда калкып жаткан маалыматтарды көрүшүңүз керек. Эгер андай болбосо, төмөндө комментарий калтырыңыз. Мен бул жерде болушу мүмкүн болгон нерселердин бардыгын койгум келбейт, Instructables сервери мындай көлөмдөгү текстти иштете алабы же жокпу билбейм.

Улантууда. Эгерде мурунку эскиз иштесе, анда "Ferdinand_1.0.ino" жүктөп алып, мурунку эскизде өзгөртүү керек болгон нерселерди өзгөртө аласыз. Эми кайра сынап көрүңүз.

Эгерде сиз TTN консолунда HEXтин туш келди маалыматын алып жатсаңыз, кабатыр болбоңуз, ал муну жасашы керек. Бардык баалуулуктар HEX менен коддолгон. Сизге башка декодердин коду керек болот. "Decoder.txt" жүктөп алыңыз. Анын мазмунун көчүрүү. Эми TTN консолуна өтүңүз. Колдонмоңузга/жүктөө форматтарына/декодерге өтүңүз. Эми баштапкы декодер кодун алып салып, өзүңүзгө чаптаңыз. Сиз азыр ошол жердеги бардык окууларды көрүшүңүз керек.

11 -кадам: Тестирлөө

Эми бул долбоордун эң узун бөлүгү болушу керек. Тестирлөө. Бардык шарттарда тестирлөө. Өтө ысыкта, стрессте жана күчтүү жарыкта (же күндүн сыртында) ал жердеги шарттарды тууроо. Бул трекердин жүрүм -туруму боюнча эч кандай сюрприздер болбошу үчүн кеминде бир жума талап кылынат. Бирок бул идеалдуу дүйнө жана бизде андай убакыт болгон жок, анткени трекер мелдеш үчүн курулган. Биз акыркы мүнөттөрдө өзгөрүүлөрдү жасадык (сөзсүз түрдө ишке 40 мүнөт калганда), ошондуктан биз эмнени күтөөрүбүздү билбей калдык. Бул жакшы эмес. Бирок билесиңер, биз дагы деле мелдеште жеңип чыктык.

Балким, бул бөлүктү сыртта жасашыңыз керек болот, анткени ичинде күн жаркырабайт жана LoRa сиздин кеңсеңизде эң жакшы кабыл алууга ээ болбойт.

12 -кадам: Кээ бир күлкүлүү формулалар

Пикобаллондор абдан сезимтал. Аларды гелий менен толтуруп, ишке киргизе албайсыз. Аларга бул чынында жакпайт. Мен түшүндүрүп берейин. Эгерде сүзүү күчү өтө төмөн болсо, шар көтөрүлбөйт (албетте). БИРОК, жана бул кармоо, эгерде сүзүү күчү өтө жогору болсо, шар өтө бийик учат, шардагы күчтөр өтө чоң болот жана ал жерге ыргып түшөт. Бул чындап эле бул эсептөөлөрдү кылгыңыз келгендин негизги себеби.

Эгерде сиз физиканы бир аз билсеңиз, анда жогорудагы формулаларды түшүнүүдө көйгөй жаралбашы керек. Формулага киргизүү керек болгон кээ бир өзгөрмөлөр бар. Бул төмөнкүлөрдү камтыйт: толтуруучу газ константасы, термодинамикалык температура, басым, зонддун массасы жана шардын массасы. Эгерде сиз бул окуу куралын ээрчип, ошол эле шарды (Qualatex microfoil 36 ) жана ошол эле толтуруучу газды (гелийди) колдонсоңуз, анда айырмалана турган жалгыз нерсе - бул иликтөөнүн массасы.

Бул формулалар сизге төмөнкүлөрдү бериши керек: шарды толтуруу үчүн керектүү гелийдин көлөмү, шар көтөрүлүү ылдамдыгы, шар учкан бийиктик жана эркин көтөрүү салмагы. Мунун баары абдан пайдалуу баалуулуктар. Өтүү ылдамдыгы абдан маанилүү, анткени шар тоскоолдуктарга тийбейт, анткени ал өтө жай жана шар канчалык бийик учарын билүү абдан жагымдуу. Бирок алардын эң негизгиси - бекер лифт. Акысыз көтөрүү 14 -кадамда шарды толтуруп жатканда талап кылынат.

ТомасTT7ге формулаларга жардам бергени үчүн рахмат. Бул жерде анын блогун карап көрүңүз.

13 -кадам: Тобокелдиктер

Ошентип, сиздин трекер иштейт. Сиз эки ай бою иштеген бул ботко чындыгында иштейт! Куттуктайм.

Келгиле анда, иликтөөчү балаңыз абада кандай тобокелчиликтерге туш болушу мүмкүн экенин карап көрөлү:

1) Күн панелине тийген күн нуру жетишсиз болот. Суперконденсаторлор агып кетет. Тергөөчү иштебей калат.

2) иликтөө чектен чыгат жана эч кандай маалымат алынбайт.

3) Катуу шамал соккусу иликтөөнү жок кылат.

4) Зонд иликтөө учурунда бороон аркылуу өтөт жана жамгыр чынжырды кыска кылат.

5) Күн панелинде муз каптоо пайда болот. Суперконденсаторлор агып кетет. Тергөөчү иштебей калат.

6) Зонддун бир бөлүгү механикалык стресстен сынат.

7) Зонддун бир бөлүгү өтө ысык жана басым шарттарында сынат.

8) Шар менен абанын ортосунда учкунду пайда кылуучу электростатикалык заряд пайда болот, ал зондду бузат.

9) Чагылган чагылганга тийет.

10) Иликтөөнү учак басып калат.

11) Иликтөөчү кушка тийип калат.

12) Чет элдиктер иликтөөңүздү уурдап кетет. Айрыкча, эгер шар 51 аянтынан жогору болсо, болушу мүмкүн.

14 -кадам: Ишке киргизиңиз

Ошентип, бүттү. Бул D күнү жана сиз сүйүктүү пикобаллонуңузду ишке киргизесиз. Рельефти жана мүмкүн болгон тоскоолдуктарды билүү дайыма жакшы. Ошондой эле аба ырайын (негизинен шамалдын ылдамдыгын жана багытын) дайыма көзөмөлдөп туруу керек. Ошентип, 100 евролук жабдууларыңыздын жана 2 ай убактыңыздын даракка же дубалга тийүү мүмкүнчүлүгүн азайтыңыз. Бул өкүнүчтүү болмок.

Абага түтүк салыңыз. Шарды нейлон менен оор нерсеге байлаңыз. Таразага оор нерсени кой. Таразаны кайра коюңуз. Түтүктүн экинчи учун гелий цистернаңызга бекиңиз. Акырындык менен клапанды ача баштаңыз. Сиз азыр масштабда терс сандарды көрүшүңүз керек. Азыр 12 -кадамда эсептелген эркин көтөрүү маанисин колдонуу убактысы, терс сан шар + эркин көтөрүү массасына жеткенде клапанды өчүрүңүз. Менин учурда ал 15g + 2.4g болчу, ошондуктан мен шкала боюнча -17.4g клапанды жаптым. Түтүктү алып салыңыз. Шар өзүнөн өзү мөөрлөнөт, ал автоматтык түрдө мөөрлөнүшү керек. Оор нерсени чечип, аны зонд менен алмаштырыңыз. Сиз азыр ишке киргизүүгө даярсыз.

Жөн гана бардык деталдар үчүн видеону көрүңүз.

15 -кадам: маалыматтарды алуу

Ох, мен учурулгандан кийин кандай сезимде болгонум эсимде. Стресс, нааразычылык, көптөгөн гормондор. Иштейби? Эмгегибиз текке кетеби? Иштебеген нерсеге ушунча акча короттук беле? Бул суроолор, биз ишке киргизилгенден кийин өзүбүзгө берип жатканбыз.

Бактыга жараша, иликтөө 20 мүнөт өткөндөн кийин жооп берди. Анан ар бир 10 мүнөттө пакет алчубуз. Биз иликтөө менен байланышты GMT 17: 51: 09да үздүк. Андан да жакшы болмок, бирок баары бир жакшы.

16 -кадам: Мындан аркы пландар

Бул биздин учурга чейинки эң татаал долбоорлорубуздун бири болчу. Баары идеалдуу болгон жок, бирок баары жайында, дайыма ушундай. Бул дагы абдан ийгиликтүү болду. Трекер кемчиликсиз иштеген. Муну көпкө жасаса болмок, бирок бул маанилүү эмес. Жана биз Picoballoon конкурсунда экинчи орунду алдык. Эми сиз 17 адам менен болгон сынакта экинчи болуу анчалык ийгилик эмес деп айта аласыз, бирок бул чоңдордун инженерия/курулуш сынагы экенин унутпаңыз. Биз 14 жаштабыз. Биз атаандаша тургандары инженердик, балким аэрокосмостук билимге ээ болгон жана тажрыйбасы көп адамдар болчу. Ооба, жалпысынан алганда, мен бул чоң ийгилик деп айта алам. Биз 200 еврого ээ болдук, бул болжол менен биздин чыгымдардан эки эсе көп.

Мен, албетте, 2.0 версиясын түзөм. Бул алда канча жакшыраак болот, кичинекей компоненттер менен (barebone процессору, RFM95) жана ал ишенимдүү болот, андыктан кийинки инструктивдүү нерселерди күтүп туруңуз.

Биздин негизги максатыбыз - Epilog X сынагын утуп алуу. Жолдоштор, эгер сизге бул көрсөтмө жаккан болсо, ага добуш берүүнү карап көрүңүз. Бул бизге чындап жардам бермек. Чооон рахмат!

Экинчи орун Epilog X сынагында