Pikobalon necə hazırlanır: 16 addım (şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:46

Pikobalon nədir və niyə onu qurmaq istərdim ?! Soruşduğunu eşidirəm. İcazə ver izah edim. Hamınız yəqin ki, HAB (Yüksəklik Balonu) nə olduğunu bilirsiniz. Bir balona bağlı bir çox qəribə elektronikadır. Burada Instructables -də HAB -larla bağlı çoxlu dərsliklər var.

AMMA, və bu çox böyük bir AMALDIR ki, dərslikdə sizə ən çox demədikləri şey doldurma qazının qiymətidir. İndi 50 avrodan aşağı qiymətli bir HAB izləyicisi qura bilərsiniz, ancaq çəkisi 200 qrsa (bu, batareyalar, kameralar və s. Olduqca nikbin bir fikirdir) balonu doldurmaq üçün helium sizə 200 avroya və ya daha çox başa gələ bilər. mənim kimi bir çox istehsalçı üçün çox çoxdur.

Beləliklə, tahmin edə biləcəyiniz kimi, pikobalonlar bu problemi yalnız həcmli və ağır olmamaqla həll edirlər. Picoballoon, yüngül bir HAB üçün bir sözdür. İşıq, işıq dedikdə nəyi nəzərdə tuturam? Ümumiyyətlə, pikobalonlar 20 qramdan daha yüngüldür. İndi təsəvvür edin ki, bir prosessor, ötürücü, bir PCB, GPS, antenlər, günəş paneli və eyni zamanda birdəfəlik qəhvə fincanı və ya qaşıq kimi kütləsi olan bir batareya. Bu sadəcə dəli deyilmi?

Bunu qurmaq istəməyinizin başqa bir səbəbi (xərcdən başqa) onun genişliyi və dözümlülüyüdür. Klassik HAB 4 saata qədər uçub 200 km -ə qədər səyahət edə bilir. Bir Picoballoon, bir neçə aya qədər uçub on minlərlə kilometrə qədər səyahət edə bilir. Bir Polşalı oğlan pikobalonunu dünyanın ətrafında dəfələrlə uçmağa məcbur etdi. Əlbəttə ki, bu da Picoballoonunuzu işə saldıqdan sonra onu bir daha görməyəcəyiniz deməkdir. Buna görə lazım olan bütün məlumatları ötürmək və əlbəttə ki, xərcləri mümkün qədər aşağı saxlamaq istəyirsiniz.

Qeyd: Bu layihə MatejHantabal ilə əməkdaşlıqdır. Onun profilinə də baxdığınızdan əmin olun

XƏBƏRDARLIQ: Bu çətin bir inkişaf etmiş səviyyəli, eyni zamanda çox əyləncəli bir layihədir. PCB dizaynından SMD -dən lehimləməyə qədər hər şey burada izah ediləcəkdir. Dedi ki, işə başlayaq

YENİLƏNİB: Böyük enerji istehlakı səbəbindən GPS modulunu son anda çıxarmalı olduq. Yəqin ki, düzəltmək olar, amma buna vaxtımız yox idi. Təlimat olaraq buraxacağam, amma sınanmamış olduğuna diqqət yetirin. Hələ də TTN metadatasından yer ala bilərsiniz, buna görə narahat olmayın

Addım 1: Prinsip

Beləliklə, belə bir cihaz qurarkən bir çox dəyişiklik və seçim var, lakin hər bir izləyicinin bir ötürücüyə və enerji təchizatına ehtiyacı var. İzləyicilərin əksəriyyətinə bu komponentlər daxil olacaq:

- günəş paneli

- batareya (lipo və ya superkondansatör)

- prosessor/mikro nəzarətçi

- GPS modulu

- sensor/saniyə (temperatur, rütubət, təzyiq, UV, günəş radiasiyası …)

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

Gördüyünüz kimi istifadə edə biləcəyiniz bir çox sensorlar və ötürücülər var. Hansı sensorlardan istifadə etməyiniz sizə bağlıdır. Fərq etməz, amma ən çox yayılmış temperatur və təzyiq sensorlardır. Bir ötürücü seçmək daha çətindir. Hər bir texnologiyanın bəzi müsbət və mənfi cəhətləri var. Bunu burada bölüşməyəcəyəm, çünki bu çox uzun bir müzakirə olacaq. Önəmli olan LoRaWAN -ı seçməyimdir və bunun ən yaxşısı olduğunu düşünürəm (çünki digərlərini hələ sınamaq şansım yox idi). Bilirəm ki, LoRaWAN bəlkə də ən yaxşı əhatə dairəsinə malikdir. Şərhlərdə məni düzəltməyiniz xoşdur.

Addım 2: Lazım olan hissələr

Beləliklə, bu layihə üçün aşağıdakılara ehtiyacınız olacaq:

Adafruit Lələk 32u4 RFM95

Ublox MAX M8Q (Bunu sonda istifadə etməmişik)

BME280 temperatur/rütubət/təzyiq sensoru

2xSupercapacitor 4.7F 2.7V

Çıxış 5V olan günəş paneli

Xüsusi PCB -lər

Özünüz işə salırsınızsa, buna da ehtiyacınız var:

Ən azı 0.1m3 helium (axtarış: "15 balon üçün helium tankı") yerli olaraq alınıb

Qualatex 36 özünü bağlayan folqa balonu

Layihənin təxmini dəyəri: 80 € (yalnız izləyici) / 100 € (balon və helium daxil olmaqla)

Addım 3: Tövsiyə olunan alətlər

Bu vasitələr faydalı ola bilər:

tel soyucu

lehimleme dəmir

SMD lehimləmə dəmiri

kəlbətinlər

tornavidalar

yapışqan silahı

multimetr

mikroskop

isti hava silahı

Lehim pastasına da ehtiyacınız olacaq.

Addım 4: Adafruit Tüyü 32U4

Balon üçün doğru mikrokontrolör seçməkdə çətinlik çəkdik. Adafruit Tüyü iş üçün ən yaxşısı oldu. Bütün tələb olunan meyarlara uyğundur:

1) Bütün lazımi pinlərə malikdir: SDA/SCL, RX/TX, rəqəmsal, analoq

2) RFM95 LoRa ötürücüsünə malikdir.

3) Yüngüldür. Kütləsi cəmi 5,5 qr.

4) Yuxu rejimində olduqda çox az enerji istehlakı var (yalnız 30uA).

Bu səbəbdən, Adafruit Tüyünün iş üçün ən yaxşı mikro nəzarətçi olduğunu düşünürük.

Addım 5: PCB Dizayn və İstehsal

Sənə deyəcəyim sözlər üçün həqiqətən üzr istəyirəm. Xüsusi bir PCB hazırlamalıyıq. Çətin və sinir bozucu olacaq, amma lazımdır, buna görə başlayaq. Ayrıca, aşağıdakı mətni düzgün başa düşmək üçün Instructables tərəfindən bu zəhmli PCB dizayn sinifini oxumalısınız.

Beləliklə, əvvəlcə bir sxem qurmalısınız. Autodesk tərəfindən EAGLE PCB dizayn proqramında həm sxematik həm də lövhə hazırladım. Pulsuzdur, buna görə yükləyin!

İlk dəfə bir PCB hazırladım və sizə deyə bilərəm ki, hər şey Eagle interfeysini bağlamaqdır. İlk lövhəmi 6 saat ərzində hazırladım, amma ikinci lövhəm mənə bir saatdan az vaxt sərf etdi. Nəticə budur. Çox gözəl bir sxem və lövhə deyərdim.

Kart faylı hazır olduqda, gerber fayllarını yaratmalı və istehsalçıya göndərməlisiniz. Lövhələrimi jlcpcb.com saytından sifariş etdim, ancaq bəyəndiyiniz başqa bir istehsalçı seçə bilərsiniz. PCB qalınlığını standart 1.6 mm yerinə 0.8 mm olaraq təyin etdim, çünki lövhənin yüngül olması lazımdır. Ekran görüntüsündə JLC PCB parametrlərimi görə bilərsiniz.

Eagle yükləmək istəmirsinizsə, "Ferdinand 1.0.zip" yükləyə və JLC PCB -yə yükləyə bilərsiniz.

PCB -ləri sifariş edərkən, rahatca kresloya oturun və onların gəlməsini iki həftə gözləyin. Sonra davam edə bilərik.

Qeyd: Şemanın həqiqi lövhədən bir qədər fərqləndiyini görə bilərsiniz. Çılpaq BME280 IC -ni lehimləmək üçün çox çətin olduğunu fərq etdiyim üçün sxemini bir qırılma üçün dəyişdirdim

Addım 6: SMD Lehimləmə

Başqa bir kədərli elan: SMD lehimləmə asan deyil. İndi əslində çətindir. Rəbb sizinlə olsun. Ancaq bu dərslik kömək etməlidir. Bir lehimləmə dəmiri və bir lehim fitili və ya bir lehim pastası və isti hava tabancası istifadə edərək lehim edə bilərsiniz. Bu üsulların heç biri mənim üçün kifayət qədər rahat deyildi. Ancaq bir saat ərzində bunu etməlisiniz.

Komponentləri ya PCB üzərindəki ipək ekrana görə ya da sxemə görə yerləşdirin.

Addım 7: Lehimləmə

SMD lehimləmə tamamlandıqdan sonra, lehim işinin qalan hissəsi əsasən bir parça keksdir. Təxminən. Yəqin ki, əvvəllər lehimləmisiniz və ümid edirəm yenidən lehimləmək istəyəcəksiniz. Adafruit Tüyünü, antenləri, günəş panelini və superkondansatörləri lehimləmək kifayətdir. Çox sadə deyərdim.

Komponentləri ya PCB üzərindəki ipək ekrana görə ya da sxemə görə yerləşdirin.

Addım 8: Tam İzləyici

Tam izləyicinin belə görünməsi lazımdır. Qəribədir. Gözəl. Maraqlıdır. Bunlar dərhal ağlıma gələn sözlərdir. İndi kodu flaş etməlisiniz və işlədiyini yoxlamalısınız.

Addım 9: TTN Quraşdırması

Things Network, qlobal şəhər mərkəzli bir cəmiyyət LoRaWAN şəbəkəsidir. 6887 -dən çox ağ geçidi (qəbuledicisi) işə salınması ilə dünyanın ən böyük qlobal IoT şəbəkəsidir. Ümumiyyətlə 868 (Avropa, Rusiya) və ya 915MHz (ABŞ, Hindistan) tezliklərində olan LoRa (Uzun Range) rabitə protokolundan istifadə edir. Şəhərlərdə qısa mesaj göndərən IoT cihazları tərəfindən ən çox istifadə olunur. Yalnız 51 bayta qədər göndərə bilərsiniz, ancaq 2 km -dən 15 km -ə qədər asanlıqla bir sıra əldə edə bilərsiniz. Bu sadə sensorlar və ya digər IoT cihazları üçün idealdır. Və ən yaxşısı, pulsuzdur.

İndi, 2-15 əlbəttə kifayət deyil, amma daha yüksək bir yerə çıxarsanız, daha yaxşı bir əlaqəyə sahib olmalısınız. Və balonumuz çox yüksək olacaq. Dəniz səviyyəsindən 10 km yüksəklikdə, 100 km -dən bir əlaqə almalıyıq. Bir dost havada 31 km LoRa ilə bir HAB başlatdı və 450 km məsafədə bir ping aldı. Deməli, bu olduqca məntiqlidir.

TTN qurmaq asan olmalıdır. Yalnız e -poçtunuzla bir hesab yaratmalısınız və sonra cihazı qeydiyyatdan keçirməlisiniz. Əvvəlcə bir tətbiq yaratmalısınız. Bir proqram bütün layihənin ana səhifəsidir. Buradan dekoder kodunu dəyişə, gələn məlumatlara baxa və cihazları əlavə edə/silə bilərsiniz. Yalnız bir ad seçin və getməyə hazırsınız. Bunu etdikdən sonra bir cihazı tətbiqdə qeyd etməlisiniz. Adafruit Tüyünün MAC ünvanını daxil etməlisiniz (qablaşdırmada Tüy ilə birlikdə). Sonra aktivləşdirmə metodunu ABP olaraq təyin etməli və çərçivə sayğaclarının yoxlamalarını deaktiv etməlisiniz. Cihazınız indi tətbiqdə qeydiyyatdan keçməlidir. Cihaz Ünvanı, Şəbəkə Sessiyası Açarı və Tətbiq Sessiyası düyməsini kopyalayın. Növbəti addımda onlara ehtiyacınız olacaq.

Daha faydalı bir izah üçün bu təlimatı ziyarət edin.

Addım 10: Kodlaşdırma

Adafruit Feather 32U4, ATmega32U4 AVR prosessoruna malikdir. Bu o deməkdir ki, USB ünsiyyət üçün ayrı bir çipi yoxdur (Arduino UNO kimi), çip prosessora daxildir. Bu o deməkdir ki, Adafruit Feather -a yükləmək adi bir Arduino lövhəsi ilə müqayisədə bir az daha çətin ola bilər, ancaq Arduino IDE ilə işləyir, buna görə də bu təlimatı izləsəniz yaxşı olar.

Arduino IDE qurduqdan və "göz qırpma" eskizini uğurla yüklədikdən sonra həqiqi koda keçə bilərsiniz. "LoRa_Test.ino" yükləyin. Cihaz ünvanını, Şəbəkə Sessiyası Açarını və Tətbiq Sessiyası açarını müvafiq olaraq dəyişdirin. Eskizi yükləyin. Çölə çıx. Antenanı şəhər mərkəzinə və ya ən yaxın keçid istiqamətində göstərin. İndi məlumatların TTN konsolunda açıldığını görməlisiniz. Yoxdursa, aşağıda şərh yazın. Baş verə biləcək hər şeyi bura qoymaq istəmirəm, Instructables serverinin bu qədər mətni idarə edə biləcəyini bilmirəm.

Davam etmək. Əvvəlki eskiz işləyirsə, "Ferdinand_1.0.ino" yükləyə və əvvəlki eskizdə dəyişdirməli olduğunuz şeyləri dəyişə bilərsiniz. İndi yenidən sınayın.

TTN konsolunda təsadüfi HEX məlumatları əldə edirsinizsə, narahat olmayın, bunu etməlidir. Bütün dəyərlər HEX ilə kodlanır. Fərqli bir dekoder koduna ehtiyacınız olacaq. "Decoder.txt" yükləyin. Məzmununu kopyalayın. İndi TTN konsoluna gedin. Tətbiqinizə/yükləmə formatlarına/dekoderə gedin. İndi orijinal dekoder kodunu çıxarın və özünüzə yapışdırın. İndi orada bütün oxunuşları görməlisiniz.

Addım 11: Test

İndi bu layihənin ən uzun hissəsi olmalıdır. Test. Hər cür şəraitdə sınaq. Həddindən artıq istidə, stresdə və güclü bir işıqla (və ya günəşin kənarında) oradakı şəraiti təqlid etmək. İzləyicinin davranışı baxımından heç bir sürpriz olmayacaq, buna ən az bir həftə vaxt lazımdır. Ancaq bu ideal bir dünyadır və izləyicimiz yarış üçün qurulduğu üçün buna vaxtımız yox idi. Son dəqiqələrdə bəzi dəyişikliklər etdik (sözün əsl mənasında başlamazdan 40 dəqiqə əvvəl), buna görə nə gözlədiyimizi bilmədik. Bu heç də yaxşı deyil. Ancaq bilirsiniz ki, yenə də yarışmada qalib gəldik.

Günəş içəridə parlamadığı üçün və LoRa ofisinizdə ən yaxşı ziyafətə malik olmayacağı üçün bu hissəni çöldə etməlisiniz.

Addım 12: Bəzi Funky Düsturlar

Pikobalonlar çox həssasdır. Onları yalnız heliumla doldurub işə sala bilməzsiniz. Həqiqətən də bunu sevmirlər. İcazə ver izah edim. Üzmə qüvvəsi çox aşağı olarsa, balon qalxmayacaq (açıqdır). AMA və bu, tutma qüvvəsidir, əgər üzmə qüvvəsi çox yüksək olarsa, balon çox yüksək uçar, balonun üzərindəki qüvvələr çox böyük olar və yerə düşər. Bu hesablamaları etmək istəməyinizin əsas səbəbi budur.

Fizikanı bir az bilirsinizsə, yuxarıdakı düsturları anlamaqda problem yaşamamalısınız. Düstura daxil etməyiniz lazım olan bəzi dəyişənlər var. Bura daxildir: qaz sabitinin doldurulması, termodinamik temperatur, təzyiq, zondun kütləsi və balonun kütləsi. Bu təlimatı izləsəniz və eyni balonu (Qualatex mikrofoil 36 ) və eyni doldurma qazını (helium) istifadə etsəniz, əslində fərqlənəcək yeganə şey probun kütləsidir.

Bu düsturlar sizə verməlidir: balonu doldurmaq üçün lazım olan helyumun həcmi, balonun qalxma sürəti, balonun uçduğu yüksəklik və sərbəst qaldırma çəkisi. Bütün bunlar çox faydalı dəyərlərdir. Yüksələn sürət vacibdir, buna görə balon maneələrə dəymir, çünki çox yavaş və balonun nə qədər yüksək uçacağını bilmək çox xoşdur. Amma bunlardan ən önəmlisi yəqin ki, pulsuz liftdir. 14 -cü addımda balonu dolduracağınız zaman pulsuz qaldırma tələb olunur.

Düsturlara kömək üçün TomasTT7 -yə təşəkkürlər. Onun bloguna buradan baxın.

Addım 13: Risklər

Beləliklə, izləyiciniz işləyir. İki ay çalışdığınız bu bok əslində işləyir! Təbriklər.

Beləliklə, araşdırma aparan uşağınızın havada hansı risklərlə qarşılaşa biləcəyini nəzərdən keçirək:

1) Günəş panelinə düşən kifayət qədər günəş işığı olmayacaq. Superkondansatörlər boşalacaq. Zond işləməyəcək.

2) Zond məsafədən kənara çıxacaq və heç bir məlumat alınmayacaq.

3) Güclü külək əsməsi zondu məhv edəcək.

4) Zond yoxuş zamanı fırtınadan keçəcək və yağış dövrəni qısaldır.

5) Günəş panelində buz örtüyü əmələ gələcək. Superkondansatörlər boşalacaq. Zond işləməyəcək.

6) Zondun bir hissəsi mexaniki stress altında qırılacaq.

7) Zondun bir hissəsi həddindən artıq istilik və təzyiq şəraitində qırılacaq.

8) Balonla hava arasında qığılcım əmələ gətirən elektrostatik yük meydana gələcək və bu da zondu zədələyəcək.

9) Zond ildırım vuracaq.

10) Zond təyyarə ilə vurulacaq.

11) Zond bir quş tərəfindən vurulacaq.

12) Əcnəbilər zondunuzu qaçıracaq. Xüsusilə, şar 51 -dən yuxarı olduqda baş verə bilər.

Addım 14: Başlayın

Deməli, budur. D günüdür və sevdiyiniz pikobalonu işə salacaqsınız. Ərazini və bütün mümkün maneələri bilmək həmişə yaxşıdır. Ayrıca havanı (əsasən küləyin sürəti və istiqaməti) daim izləməlisiniz. Bu yolla, 100 avro dəyərində avadanlıqlarınızın və 2 ay vaxtınızın bir ağaca və ya divara vurulma şansınızı minimuma endirirsiniz. Kədərli olardı.

Balona bir boru daxil edin. Balonu neylon ilə ağır bir şeyə bağlayın. Ağır şeyi tərəziyə qoyun. Miqyası sıfırlayın. Borunun digər ucunu helium tankına bərkidin. Vana yavaş -yavaş açmağa başlayın. İndi miqyasda mənfi ədədləri görməlisiniz. İndi 12 -ci addımda hesabladığınız sərbəst qaldırma dəyərini istifadə etməyin vaxtıdır. Mənfi ədəd balon + sərbəst qaldırıcı kütləsinə çatanda valfi bağlayın. Mənim vəziyyətimdə 15g + 2.4g idi, buna görə valfı tam olaraq -17.4g miqyasında bağladım. Borunu çıxarın. Balon öz-özünə bağlanır, avtomatik olaraq möhürlənməlidir. Ağır əşyanı açın və zondla əvəz edin. İndi başlamağa hazırsınız.

Bütün detallar üçün videoya baxmaq kifayətdir.

Addım 15: Məlumatların Alınması

Oh, buraxılışdan sonra yaşadığımız hissləri xatırlayıram. Stress, məyusluq, çoxlu hormonlar. İşə yarayacaqmı? İşimiz dəyərsiz qalacaqmı? İşləməyən bir şeyə bu qədər pul xərclədikmi? Başladıqdan sonra özümüzə verdiyimiz suallar bunlardır.

Xoşbəxtlikdən, zond, buraxılışdan təxminən 20 dəqiqə sonra cavab verdi. Və sonra hər 10 dəqiqədə bir paket aldıq. Saat 17: 51: 09 -da zondla əlaqəni kəsdik. Daha yaxşı ola bilərdi, amma yenə də yaxşıdır.

Addım 16: Əlavə Planlar

Bu günə qədər ən çətin layihələrimizdən biri idi. Hər şey mükəmməl deyildi, amma hər şey qaydasındadır, həmişə belədir. Hələ çox uğurlu oldu. İzləyici qüsursuz işləyirdi. Bunu daha uzun müddət edə bilərdi, amma bunun əhəmiyyəti yoxdur. Və biz Picoballoon yarışmasında ikinci yeri tutduq. İndi 17 adamla bir yarışmada ikinci olmağın o qədər də uğurlu olmadığını söyləyə bilərsiniz, amma unutmayın ki, bu böyüklər mühəndislik/tikinti yarışmasıdır. 14 yaşımız var. Rəqabət apardıqlarımız mühəndislik və bəlkə də aerokosmik təcrübəsi olan və daha çox təcrübəsi olan böyüklər idi. Bəli, ümumilikdə deyərdim ki, böyük bir uğur idi. Xərclərimizin təxminən iki qatına bərabər olan 200 avro aldıq.

Əlbəttə ki, 2.0 versiyasını quracağam. Kiçik komponentlər (yalın sümük prosessoru, RFM95) ilə daha yaxşı olacaq və daha etibarlı olacaq, buna görə də növbəti təlimat üçün bizi izləyin.

İndi əsas məqsədimiz Epilog X yarışmasında qalib gəlməkdir. Dostlar, bu təlimatı bəyənmisinizsə, zəhmət olmasa ona səs verməyi düşünün. Həqiqətən bizə kömək edərdi. Çox sağolun!

Epilog X Müsabiqəsində ikinci yer