ელექტრონული ბარომეტრიული ალტიმეტრი სტრატოსფეროს ბუშტებისთვის: 9 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:19

ჩვენი გუნდი, RandomRace.ru, აუშვებს ჰელიუმის ბუშტებს. პატარა და დიდი, კამერებით და მის გარეშე. ჩვენ ვუშვებთ პატარებს, რომ შემთხვევით ჩამოაგდონ საგუშაგოები სათავგადასავლო რბოლის შეჯიბრებებისთვის, ხოლო დიდები პირობაა გადაიღონ შესანიშნავი ვიდეოები და ფოტოები ატმოსფეროს ზემოდან. ეს ჯერ არ არის სივრცე, მაგრამ 30 კმ სიმაღლეზე ჰაერის წნევა ნორმალურია დაახლოებით 1%. აღარ ჰგავს ატმოსფეროს, არა? ჩემი პასუხისმგებლობა გუნდში არის ელექტრონიკა და მინდა გაგიზიაროთ ჩემი ერთ -ერთი პროექტი, რომელიც შესრულებულია ამ მოვალეობაზე.

როგორ გავზომოთ ბუშტის სიმაღლე? GPS– ით (მათი უმრავლესობა არ მუშაობს 18 კმ – ზე მაღლა) ან ბარომეტრული სიმაღლეზე. მოდით გავაკეთოთ ერთი მიკროკონტროლის (MCU) დაფისგან! ჩვენ გვინდა, რომ ის იყოს მსუბუქი, იაფი (ვინაიდან ხანდახან ვკარგავთ ზონდებს) და ადვილი ასაშენებელი, ადვილად გამოსაყენებელი. ასევე უნდა გაზომოთ ძალიან დაბალი წნევა. მოწყობილობამ უნდა ჩაწეროს მონაცემები ზედიზედ მინიმუმ 5 საათის განმავლობაში. მოდით გამოვიყენოთ ლითიუმის ბატარეა ნებისმიერი ძველი მობილური ტელეფონისგან, როგორც ენერგიის წყარო. მოთხოვნების საფუძველზე, მე ავირჩიე Maple Mini დაფა, დაფუძნებული n ARM მიკროკონტროლი (STM32F103RC) USB ინტერფეისით, 128 Kb შიდა მეხსიერებით, რაც საკმარისია როგორც MCU firmware- ისთვის, ასევე შეგროვებული მონაცემებისთვის. სამწუხაროდ (თუ საბედნიეროდ?), LeafLabs აღარ აწარმოებს ამ დაფებს, მაგრამ მათი კლონების ნახვა ჩინურ ონლაინ მაღაზიებში მხოლოდ რამდენიმე დოლარად შეიძლება. ასევე ჩვენ შემოგვთავაზეს MS5534 ჰაერის წნევის სენსორები, რომელთაც შეუძლიათ გაზომონ 0.01… 1.1 ბარი. ეს მეტ -ნაკლებად საკმარისია 30 კმ სიმაღლეზე.

მოწყობილობის დამზადება საკმაოდ ადვილია, თქვენ გჭირდებათ მხოლოდ შედუღების უნარი და ინსტრუმენტები (არ არის საჭირო მართლაც მცირე ნაწილების შედუღება) და კომპიუტერის ძირითადი ცოდნა. აქ თქვენ შეგიძლიათ იპოვოთ github საცავი, რომელიც შეიცავს როგორც არღვევს PCB დიზაინს Eagle ფორმატში, ასევე firmware- ს.

ნაბიჯი 1: საჭირო ნაწილები

• ნეკერჩხლის მინი MCU დაფის კლონი
• 4*1 2.54 მმ (0.1 ") პინიანი რიგი (ჩვეულებრივ იგზავნება MCU დაფასთან ერთად)
• 1S LiPo ბატარეა. ძველი მობილური ტელეფონების ან სამოქმედო კამერების ბატარეები იდეალურად ჯდება.
• 1S LiPo დამტენი დაფა
• MS5534 ბარომეტრიული სენსორი
• MS5534 გარღვევის დაფა
• 1N5819 შოთკის დიოდი ან მსგავსი
• JST RCY პიგტეილები, 1*ქალი, 2*მამაკაცი
• ცარიელი ალუმინის ლუდის ქილა
• თერმული შემცირების მილი D = 2, 5 მმ (0.1 ") ნებისმიერი ფერის
• თერმული შემცირების მილი D = 20 მმ (0.8 "), გამჭვირვალე

MS5534- ის ნაცვლად შეგიძლიათ გამოიყენოთ MS5540, მაგრამ ეს მოითხოვს სხვა ბრეაკოუტ დაფას. თქვენ შეგიძლიათ გააკეთოთ იგი დამოუკიდებლად, EagleCAD- ის ან KiKad- ის გამოყენებით ან რაც გირჩევნიათ. თქვენ ასევე შეგიძლიათ შეაერთოთ სენსორი პირდაპირ მავთულხლართებით, თუ გაქვთ საკმარისი შედუღების უნარი.

საჭირო ინსტრუმენტები:

• შედუღების ინსტრუმენტების რეგულარული ნაკრები
• მაკრატელი და ნაჭრები
• სურვილისამებრ soldering გულშემატკივართა. თუ არ გაქვთ, შეგიძლიათ გამოიყენოთ გამაგრილებელი რკინა და სიგარეტის სანთებელი.
• ზოგიერთი სტანდარტული 1 პინიანი ქალი-ქალი მავთულები
• რამდენიმე დამატებითი საკონტაქტო ქინძისთავები
• STM32 დემო დაფა, რომელიც გამოიყენება როგორც MCU მოციმციმე მოწყობილობა. მე გამოვიყენე NUCLEO-F303RE, მაგრამ ნებისმიერი STM32 Nucleo64 ან Nucleo144 დაფის გამოყენებაც შეიძლება.

ნაბიჯი 2: Soldering Sensor Onto Breakout Board

უპირველეს ყოვლისა, თქვენ უნდა შევაერთოთ სენსორი ბრეაკოუტ დაფაზე. გამოიყენეთ soldering პასტა და soldering გულშემატკივართა soldering რკინის, თუ თქვენ გაქვთ. თუ არა, ამის გაკეთება შეგიძლიათ ჩვეულებრივი soldering რკინის და solder. როდესაც ის დასრულდება, გაჭერით ოთხი ქინძისთავი და ორი ცალი მავთული, თითოეული დაახლოებით 4 სმ. მიამაგრეთ ისინი გარღვევაზე, როგორც ნაჩვენებია მეორე სურათზე - ქინძისთავები + და - უნდა იყოს დაკავშირებული მავთულხლართებთან, მათ შორის 4 სხვა - ქინძისთავზე. ქინძისთავები უნდა იყოს გარღვევის ქვედა მხარეს.

ნაბიჯი 3: შეაერთეთ დანარჩენი მოწყობილობა

სენსორული დაფა და MCU ბარდი უნდა იყოს დაწყობილი და სენსორი უნდა განთავსდეს MCU ჩიპზე

კავშირის დიაგრამა ნაჩვენებია პირველ სურათზე. და აქ არის ჩამოთვლილი ყველა კავშირი:

• გარღვევის პინი "+" დაკავშირებულია MCU დაფის პინთან "Vcc"
• გარღვევის პინი "GND" დაკავშირებულია MCU დაფის პინთან "GND"
• გარღვევის ქინძისთავები "8", "9", "10", "11" დაკავშირებულია იმავე ნომრის MCU დაფის ქინძისთავებთან.
• JST RCY Maleblack მავთული დაკავშირებულია MCU დაფის სხვა "GND" პინთან
• JST RCY მამრობითი წითელი მავთული უკავშირდება დიოდურ ანოდს
• დიოდური კათოდი დაკავშირებულია MCU დაფაზე "Vin" პინთან

სანამ JST პიგტეილს შეაერთებთ, არ უნდა დაგვავიწყდეს, რომ წითელი მავთულის თხელი თერმული მონაკვეთის მილის დადება.

ბოლო რაც უნდა გააკეთოთ - დიოდი უნდა იყოს იზოლირებული თერმული შემცირების მილით. უბრალოდ გაიყვანეთ იგი დიოდზე და შემდეგ გაათბეთ იგი თქვენი გამწოვი გულშემატკივრით - რეკომენდებული ტემპერატურა დაახლოებით 160C (320F). თუ გულშემატკივარი არ გაქვთ, გამოიყენეთ სანთელი ან სიგარეტის სანთებელი, მაგრამ ფრთხილად იყავით.

ნაბიჯი 4: ბატარეა და დამტენი

მოდით შევქმნათ ენერგიის წყარო მოწყობილობისთვის და დამტენი მისთვის. ქალი პიგტეილი უნდა გაიყოს ბატარეაზე. წითელი მავთული "+"-მდე, შავი "-"-მდე. დაიცავით კავშირი თერმული წებოს წვეთით, წებოვანი ლენტით ან საიზოლაციო ლენტით - თქვენი არჩევანით.

მამრობითი პიგტეილი უნდა იყოს ჩასმული დამტენის დაფაზე - წითელი მავთული "B+" - ზე, შავი - "B-" - ზე. დაიცავით დაფა თერმული შემცირების მილით. ახლა თქვენ შეგიძლიათ დაუკავშიროთ დამტენი ბატარეას, ხოლო დამტენი ნებისმიერ USB კვების ბლოკს ან კომპიუტერის პორტს. დაფაზე წითელი ლიდერი მიუთითებს მიმდინარე დატენვაზე, მწვანე ერთი - სრულად დატენულ ბატარეაზე. დაფა შეიძლება გაცხელდეს დატენვის პროცესში, მაგრამ არა ძალიან.

ნაბიჯი 5: აანთეთ მოწყობილობა

მოწყობილობის გასანათებლად, თქვენ უნდა დააინსტალიროთ რამდენიმე პროგრამა. Windows– ისთვის შეგიძლიათ გამოიყენოთ მშობლიური პროგრამა st.com საიტიდან. სამწუხაროდ, თქვენ უნდა დარეგისტრირდეთ აქ.

Linux– ის ან Mac– ის ქვეშ (ასევე, Windows– ის პირობებშიც შესაძლებელია), შეგიძლიათ გამოიყენოთ OpenOCD. გთხოვთ იპოვოთ ინსტალაციისა და გამოყენების ინსტრუქცია მათ საიტზე.

ახლა თქვენ შეგიძლიათ ჩამოტვირთოთ firmware.

მოწყობილობის მოციმციმის მოსამზადებლად, თქვენ უნდა დროებით შეაერთოთ კიდევ ორი ქინძისთავი MCU დაფის 21 და 22 კონტაქტებზე.

ჩვენი მოწყობილობის გასაშლელთან დასაკავშირებლად:

• გახსენით ორივე მხტუნავი ნუკლეოს (თეთრი) დაფის CN2 კონექტორზე. ეს საშუალებას აძლევს დაფას აანთოს გარე მოწყობილობები.
• შეაერთეთ MCU პინ 21 Nucleo CN4 კონექტორის 2 პინთან
• დააკავშირეთ შავი ბატარეის მავთული Nucleo CN4 კონექტორის პინ 3 -ზე
• შეაერთეთ MCU პინი 22 Nucleo CN4 კონექტორის 4 პინთან
• შეაერთეთ ორივე მოწყობილობა და Nucleo დაფა კომპიუტერთან USB კაბელებით.

• დააინსტალირეთ პროგრამული უზრუნველყოფა (Windows)

  • გაუშვით STM32 ST-LINK კომუნალური
  • აირჩიეთ ფაილი -> გახსენით ფაილი… -> გახსენით გადმოწერილი პროგრამული უზრუნველყოფა
  • აირჩიეთ Target -> Option Bytes…, აირჩიეთ Read Out Protection: Disabled. დაწკაპეთ მიმართვა
  • აირჩიეთ სამიზნე -> პროგრამა და გადამოწმება, დააჭირეთ დაწყებას

• დააინსტალირეთ firmware (Linux და Mac)

  • ჩამოტვირთეთ და დააინსტალირეთ OpenOCD.
  • გაუშვით ბრძანება

openocd -f ინტერფეისი/stlink -v2-1.cfg -f target/stm32f1x.cfg -c "init; გადატვირთვის შეჩერება; stm32f1x განბლოკვა 0; პროგრამა baro_v4.hex; გამორთვა"

Ის არის!

ნაბიჯი 6: როგორ გამოვიყენოთ მოწყობილობა

თუ ყველაფერი სწორად გაკეთდა, მაშინ ჩვენ მზად ვართ მოწყობილობის გასაშვებად. ალტიმეტრს აქვს სამი რეჟიმი:

მონაცემების წაშლა

ჩართეთ მოწყობილობა USB ან წითელი ბატარეის კონექტორის საშუალებით. დააჭირეთ ღილაკს (ყველაზე შორს USB კონექტორიდან) და გააჩერეთ იგი 2-3 წამის განმავლობაში. ლურჯი LED უნდა დაიწყოს ძალიან სწრაფად აციმციმდეს და ასე აციმციმდეს სანამ ყველა მონაცემი არ წაიშლება.

აღრიცხვის მონაცემები

შეაერთეთ მოწყობილობა ბატარეასთან წითელი კონექტორით. ცისფერი LED ხშირად აციმციმდება რამდენიმე წამის განმავლობაში და შემდეგ გახდება ციმციმება წამში ერთხელ. ყოველ ჯერზე, როდესაც ის აციმციმდება, მონაცემთა ნიმუში იწერება შიდა მოწყობილობის მეხსიერებაში. მოწყობილობას შეუძლია გაზომოს 9 საათამდე.

კითხულობს მონაცემებს

გათიშეთ ბატარეა და დაუკავშირეთ მოწყობილობა თქვენს კომპიუტერს USB კაბელით. რამდენიმე წამის ხშირი მოციმციმე ხდება წამში ორჯერ მოციმციმე. ეს არის მონაცემების წაკითხვის რეჟიმი. მოწყობილობა აღიარებულია როგორც ფლეშ დრაივი, სახელად BARO_ELMOT. დისკი არ იწერება, თქვენ მხოლოდ მონაცემების წაკითხვა შეგიძლიათ მისგან. ფაილ მენეჯერში შეგიძლიათ იპოვოთ ორი ფაილი მოწყობილობაზე - პირველს ჰქვია LEFT_123. MIN. ეს არის ყალბი ფაილი, ის არ შეიცავს მონაცემებს, მაგრამ რომ "123" ნიშნავს, რომ ჯერ კიდევ არის ადგილი მონაცემების ჩაწერისთვის 123 წუთის განმავლობაში. სხვა ფაილი, BARO. TXT, შეიცავს ფაქტობრივ შეგროვებულ მონაცემებს, ანუ ჩანართებით გამოყოფილ ტექსტს - სათაურს და შემდეგ მონაცემთა ხაზებს. ეს ფორმატი შეიძლება ადვილად შემოიტანოს MS Excel- ში, ან სხვა ცხრილების პროგრამაში, მათ შორის Google Sheets- ში. თითოეული ხაზი შეიცავს სერიის ნომერს (S), ნიმუშის ნომერს (N) (= წამში გასულ დროს), ტემპერატურას (T) ცელსიუსი, ატმოსფერული წნევა (P) მბარში და უხეში სიმაღლე (A), მეტრი ზღვის დონიდან. Შენიშვნა! "A" მნიშვნელობები მართლაც უხეშია, თქვენ შეგიძლიათ დამოუკიდებლად გამოთვალოთ სიმაღლე წნევის მონაცემებიდან. იხილეთ შემდგომი ნაბიჯები.

ნაბიჯი 7: მოწყობილობის ტესტირება

1. შეაერთეთ ბატარეა მოწყობილობასთან. LED უნდა დაიწყოს მოციმციმე.
2. დააჭირეთ და დააჭირეთ მომხმარებლის ღილაკს. 2-3 წამის შემდეგ LED სწრაფად დაიწყება. გაუშვით ღილაკი. გააცივეთ, ნუ გათიშავთ ბატარეას. მონაცემები იშლება.
3. რამდენიმე ხნის შემდეგ LED იწყებს ციმციმებას წამში ერთხელ.
4. შეინახეთ მოწყობილობა მინიმუმ 30 წამის განმავლობაში.
5. გათიშეთ ბატარეა
6. შეაერთეთ თქვენი მოწყობილობა კომპიუტერთან USB კაბელით.
7. მოწყობილობა გამოჩნდება პატარა, მხოლოდ 3 მბ ფლეშ დრაივის სახით. გახსენით BARO. TXT ფაილი იქ ნებისმიერი ტექსტური რედაქტორით.
8. შეამოწმეთ თუ არა T და P სვეტები შეიცავს გონივრულ მონაცემებს - ჩვეულებრივ დაახლოებით 20-30 T- სთვის, დაახლოებით 1000 P. თუ მაცივარში ხართ ან ევერესტის თავზე, რა თქმა უნდა, რიცხვები რადიკალურად განსხვავებული იქნება.

ნაბიჯი 8: მზის სხივების დამცავი და შეკუმშვის მილი

წინა ნაბიჯის შემდეგ ჩვენ დარწმუნებული ვართ, რომ ყველაფერი კარგად მუშაობს, ახლა ჩვენ უნდა გავყიდოთ მოციმციმე ქინძისთავები, რადგან ისინი აღარ გვჭირდება. ასევე ჯობია ზუსტად გაჭრა ქინძისთავები, რომლებიც აკავშირებს სენსორს და MCU დაფას, წინააღმდეგ შემთხვევაში მათ შეუძლიათ ააფეთქონ მოწყობილობის გარე პლასტიკური საფარი.

პროექტში გამოყენებული სენსორი არ უნდა ექვემდებარებოდეს მზის პირდაპირ სხივებს. ჩვენ გავაკეთებთ დამცავ ფარს ალუმინის ლუდის ქილადან. რასაკვირველია, თუ თქვენ უკვე მიაღწიეთ წინსვლას, თქვენ იმსახურებთ იმ ღარიბული ქოთნის შინაარსს. მაკრატლით გაჭერით ალუმინის ნაჭერი დაახლოებით 12*12 მმ (0.5 "*0.5"). შემდეგ მოხარეთ მისი ორი მოპირდაპირე მხარე პლიზით, რომ გააკეთოთ პატარა "უჯრა" 7*12*2.5 მმ (0.28 "*0.5"*0.1 "). მოხრის შემდეგ, მოჭრილი 1.5 მმ ზოლები მოხრილი გვერდებიდან, რათა უჯრა ა ოდნავ დაბალი, დაახლოებით 1 მმ სიმაღლე.

მოათავსეთ უჯრა სენსორის თავზე. შენიშვნა - ის არ უნდა შეეხოს ნებისმიერ კონტაქტს! შემდეგ ჩადეთ მოწყობილობა უჯრაზე თერმული შემცირების მილში (დაფაზე ოდნავ გრძელი) და კარგად გაათბეთ, მაგრამ ფრთხილად შედუღების ვენტილატორთან (ან სიგარეტის სანთებელაზე). კიდევ ერთხელ შეამოწმეთ თუ არა ალუმინის საფარი სენსორის კონტაქტებს.

ნაბიჯი 9: მეცნიერება

ახლა ჩვენ გვაქვს მოწყობილობა გასაშვებად. ის ზომავს ტემპერატურას და ჰაერის წნევას. და ასევე უხეშად აფასებს სიმაღლეს. სამწუხაროდ, ზეწოლა დამოკიდებულია სიმაღლეზე ძალიან არა ტრივიალური გზით, ამის შესახებ შეგიძლიათ წაიკითხოთ ვიკიპედიაში. როგორ გამოვთვალოთ ბუშტის სიმაღლე უფრო ზუსტად? ერთ -ერთი გზა არის 1976 წლის სტანდარტული ატმოსფეროს კალკულატორის გამოყენება. თქვენი მოწყობილობა შეიცავს იგივე მოდელის მონაცემებს, მაგრამ არც თუ ისე ზუსტი მოწყობილობის მეხსიერების შეზღუდვების გამო. ბარომეტრის მონაცემების და კალკულატორის გამოყენებით, თქვენ შეგიძლიათ გამოთვალოთ სიმაღლე ბევრად უკეთესად, ვიდრე ეს საკუთარი ხელით ხდება. ასევე იმის გათვალისწინებით, რომ ამინდის პირობები თქვენს ბურთით გაშვების ადგილას (ცხადია, ეს აღირიცხება იმავე სიმაღლეზე თავიდანვე) და თქვენი გაშვების ადგილის სიმაღლეზე შეგიძლიათ იპოვოთ ტემპერატურის ცვლა და ჰაერის წნევის კორექცია და. იმავე კალკულატორის გამოყენებით, თქვენ შეგიძლიათ ყველაფერი კიდევ უფრო უკეთ გამოთვალოთ. ცხრილების გარკვეული უნარებით, თქვენ ასევე შეგიძლიათ შექმნათ დაწყების მონაცემთა სქემები.

მეორე ადგილი კოსმოსურ გამოწვევაში