Pikobalonni qanday qilish kerak: 16 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:26

Pikobalon nima va men uni nima uchun qurmoqchiman? Siz so'raganingizni eshitaman. Tushuntirib beray. Hammangiz HAB (Baland Balon) nima ekanligini bilasiz. Bu balonga ulangan g'alati elektronika. Instructables -da HAB -lar bilan bog'liq juda ko'p qo'llanmalar mavjud.

BU, lekin bu juda katta, lekin ular sizga darslikda ko'p marta aytmaydilar - bu gazni to'ldirish. Endi siz 50 evrodan kam bo'lmagan yaxshi HAB trekerini qurishingiz mumkin, lekin agar uning og'irligi 200 gramm bo'lsa (bu batareyalar, kameralar va boshqalar uchun juda optimistik taxmin), balonni to'ldirish uchun geliy sizga 200 evro yoki undan ham qimmatga tushishi mumkin. men kabi ko'plab ishlab chiqaruvchilar uchun juda ko'p.

Shunday qilib, siz taxmin qilganingizdek, pikobalonlar bu muammoni katta va og'ir bo'lmasligi bilan hal qilishadi. Pikobalon - bu oddiy HAB so'zidir. Nur, men yorug'lik deganda nimani nazarda tutyapman? Umuman olganda, pikobalonlar 20 grammdan engilroq. Tasavvur qiling -a, protsessor, transmitter, PCB, GPS, antennalar, quyosh paneli, shuningdek, bir martalik qahva chashka yoki qoshiq bilan bir xil bo'lgan batareya. Bu shunchaki jinnilik emasmi?

Buni nima uchun qurmoqchi bo'lganingizning yana bir sababi (narxidan tashqari) - bu uning diapazoni va chidamliligi. Klassik HAB 4 soatgacha ucha oladi va 200 kmgacha sayohat qiladi. Boshqa tomondan, Pikobalon bir necha oygacha ucha oladi va o'n minglab kilometrgacha yura oladi. Bir polshalik yigit pikobalonini butun dunyo bo'ylab bir necha marta uchishga muvaffaq bo'ldi. Albatta, bu shuni anglatadiki, siz Picoballoon -ni ishga tushirgandan keyin uni boshqa ko'rmaysiz. Shuning uchun siz kerakli ma'lumotlarni uzatishni xohlaysiz va, albatta, xarajatlarni iloji boricha pastroq tutasiz.

Eslatma: Ushbu loyiha MatejHantabal bilan hamkorlikdir. Uning profilini ham tekshirganingizga ishonch hosil qiling

OGOHLANTIRISH: Bu bajarilishi qiyin bo'lgan, lekin juda qiziqarli loyiha. Bu erda PCB dizaynidan tortib SMDgacha lehimlashga qadar hamma narsa tushuntiriladi. Aytaylik, ishga kirishamiz

YANGILASH: Biz GPS modulini katta quvvat sarfi tufayli oxirgi daqiqada olib tashlashga majbur bo'ldik. Buni tuzatish mumkin, lekin bunga vaqtimiz yo'q edi. Men buni ko'rsatmalarda qoldiraman, lekin ehtiyot bo'ling, u tekshirilmagan. Siz hali ham TTN metadata ma'lumotlarini olishingiz mumkin, shuning uchun bu haqda tashvishlanmang

1 -qadam: Printsip

Shunday qilib, bunday qurilmani qurishda ko'p variantlar va variantlar mavjud, lekin har bir kuzatuvchiga uzatuvchi va quvvat manbai kerak. Kuzatuvchilarning ko'pchiligi, ehtimol, quyidagi komponentlarni o'z ichiga oladi:

- quyosh paneli

- batareya (lipo yoki superkondensator)

- protsessor/mikrokontroller

- GPS moduli

Sensor/s (harorat, namlik, bosim, UV, quyosh nurlari …)

- uzatuvchi (433 MGts, LoRa, WSPR, APRS, LoRaWAN, Iridium)

Ko'rib turganingizdek, siz foydalanishingiz mumkin bo'lgan ko'plab sensorlar va transmitterlar mavjud. Qaysi sensorlardan foydalanish sizga bog'liq. Bu muhim emas, lekin tez -tez harorat va bosim sezgichlari. Transmitterni tanlash ancha qiyin. Har bir texnologiya o'zining ijobiy va salbiy tomonlariga ega. Men buni bu erda buzmayman, chunki bu juda uzoq munozara. Eng muhimi, men LoRaWANni tanladim va menimcha, bu eng yaxshisi (chunki menda boshqalarni sinab ko'rish imkoni bo'lmagan). Bilaman, LoRaWAN, ehtimol, eng yaxshi qamrovga ega. Izohlarda meni tuzatishingiz mumkin.

2 -qadam: kerakli qismlar

Shunday qilib, ushbu loyiha uchun sizga quyidagilar kerak bo'ladi:

Adafruit tuklar 32u4 RFM95

Ublox MAX M8Q (biz buni oxirida ishlatmaganmiz)

BME280 harorat/namlik/bosim sensori

2xSupercapacitor 4.7F 2.7V

Chiqish quvvati 5V bo'lgan quyosh paneli

Maxsus PCB

Agar siz o'zingizni ishga tushirsangiz, sizga ham kerak bo'ladi:

Kamida 0,1m3 geliy (qidirish: "15 balon uchun geliy tanki") mahalliy darajada sotib olingan

Qualatex 36 o'z-o'zidan yopishqoq plyonka baloni

Loyihaning taxminiy qiymati: 80 € (faqat treker) / 100 € (balon va geliy bilan birga)

3 -qadam: Tavsiya etilgan vositalar

Bu vositalar foydali bo'lishi mumkin:

simni ajratuvchi

lehim temir

SMD lehim temir

penseler

tornavidalar

yopishtiruvchi qurol

multimetr

mikroskop

issiq havo quroli

Bundan tashqari, sizga lehim pastasi kerak bo'ladi.

4 -qadam: Adafruit Feather 32U4

Balon uchun to'g'ri mikrokontrollerni tanlashda qiynaldik. Adafruit patlari bu ish uchun eng yaxshisi bo'ldi. U barcha talablarga javob beradi:

1) Unda barcha kerakli pinlar mavjud: SDA/SCL, RX/TX, raqamli, analog

2) RFM95 LoRa uzatgichiga ega.

3) engil. Uning massasi atigi 5,5 g.

4) uyqu holatida juda kam quvvat sarfi (faqat 30uA).

Shu sababli, biz Adafruit Feather ish uchun eng yaxshi mikrokontroller deb o'ylaymiz.

5 -qadam: PCB dizayni va ishlab chiqarilishi

Sizga aytmoqchi bo'lgan narsam uchun chin dildan afsusdaman. Biz maxsus PCB qilishimiz kerak. Bu qiyin va asabiylashadi, lekin bu kerak, shuning uchun boshlaylik. Bundan tashqari, quyidagi matnni to'g'ri tushunish uchun Instructables tomonidan yaratilgan PCB dizaynining ajoyib sinfini o'qish kerak.

Shunday qilib, avval siz sxemani tuzishingiz kerak bo'ladi. Men Autodesk tomonidan EAGLE PCB dizayn dasturida ham sxemani, ham taxtani yaratdim. Bu bepul, shuning uchun yuklab oling!

Men birinchi marta PCB loyihasini ishlab chiqardim va shuni aytishim mumkinki, bu Eagle interfeysining ishdan chiqishiga bog'liq. Men birinchi taxtamni 6 soat ichida loyihalashtirdim, lekin ikkinchi taxtam menga bir soatdan kam vaqt sarfladi. Mana natija. Men aytmoqchi bo'lgan juda chiroyli sxema va taxta.

Kengash fayli tayyor bo'lganda, siz gerber fayllarini yaratishingiz va ularni ishlab chiqaruvchiga yuborishingiz kerak. Men o'z taxtalarimni jlcpcb.com saytidan buyurtma qildim, lekin siz xohlagan boshqa ishlab chiqaruvchini tanlashingiz mumkin. Men tenglikni qalinligini standart 1,6 mm o'rniga 0,8 mm ga o'rnatdim, chunki taxta engil bo'lishi kerak. Siz ekran tasvirida JLC PCB sozlamalarini ko'rishingiz mumkin.

Agar siz Eagle -ni yuklab olishni xohlamasangiz, "Ferdinand 1.0.zip" ni yuklab olishingiz va uni JLC PCB -ga yuklashingiz mumkin.

PCB -larga buyurtma berganingizda, qulay tarzda stulga o'tiring va ularning kelishini ikki hafta kuting. Keyin davom etishimiz mumkin.

E'tibor bering: sxemasi haqiqiy taxtadan biroz farq qiladi. Buning sababi shundaki, men yalang'och BME280 ICni lehimlash juda qiyin ekanligini payqadim, shuning uchun men sxemani uzilish uchun o'zgartirdim

6 -qadam: SMD lehimlash

Yana bir qayg'uli e'lon: SMD lehimlash oson emas. Haqiqatan ham, burish juda qiyin. Egam siz bilan bo'lsin. Ammo bu darslik yordam berishi kerak. Siz lehimlantiruvchi temir va lehim tayog'i yoki lehim pastasi va issiq tabancadan foydalanib lehimlashingiz mumkin. Bu usullarning hech biri men uchun etarlicha qulay emas edi. Ammo buni bir soat ichida bajarish kerak.

Komponentlarni tenglikni ekranidagi ipak ekranga yoki sxemaga muvofiq joylashtiring.

7 -qadam: Lehimlash

SMD lehimi tugagandan so'ng, lehim ishining qolgan qismi asosan bir bo'lak kekdir. Deyarli. Siz, ehtimol, ilgari lehim qilgansiz va umid qilamanki, siz yana lehim qilasiz. Siz shunchaki Adafruit Feather, antennalar, quyosh paneli va superkondensatorlarni lehimlashingiz kerak. Aytgancha, juda oddiy.

Komponentlarni tenglikni ekranidagi ipak ekranga yoki sxemaga muvofiq joylashtiring.

8 -qadam: To'liq kuzatuvchi

To'liq kuzatuvchi shunday ko'rinishi kerak. G'alati. Yaxshi. Qiziqarli. Bu so'zlar darhol xayolimga keladi. Endi siz kodni o'chirib qo'yishingiz va u ishlayotganini tekshirishingiz kerak.

9 -qadam: TTN -ni sozlash

Things Network - bu shaharga asoslangan global LoRaWAN tarmog'i. 6887 dan ortiq shlyuzlar (qabul qiluvchilar) ishga tushgan holda, bu dunyodagi eng yirik global IoT tarmog'i. U LoRa (Uzoq masofali) aloqa protokolidan foydalanadi, u odatda 868 (Evropa, Rossiya) yoki 915 MGts (AQSh, Hindiston) chastotalarda ishlaydi. U shaharlarda qisqa xabarlar yuboradigan IoT qurilmalarida eng ko'p ishlatiladi. Siz faqat 51 baytgacha yuborishingiz mumkin, lekin siz 2 km dan 15 km gacha bo'lgan masofani osongina olishingiz mumkin. Bu oddiy sensorlar yoki boshqa IoT qurilmalari uchun ideal. Va eng yaxshisi, bu bepul.

Endi, 2-15, albatta, etarli emas, lekin agar siz balandlikka chiqsangiz, yaxshiroq aloqaga ega bo'lishingiz kerak. Va bizning sharimiz juda baland bo'ladi. Dengiz sathidan 10 km balandlikda biz 100 km dan ulanishni olishimiz kerak. Do'stim 31 km uzoqlikda LoRa bilan HAB -ni ishga tushirdi va u 450 km masofani bosib o'tdi. Demak, bu juda o'rinli.

TTN -ni sozlash oson bo'lishi kerak. Siz faqat elektron pochtangiz bilan hisob yaratishingiz va keyin qurilmani ro'yxatdan o'tkazishingiz kerak. Avval siz dastur yaratishingiz kerak. Ilova - bu loyihaning bosh sahifasi. Bu erdan siz dekoder kodini o'zgartirishingiz, kiruvchi ma'lumotlarni ko'rishingiz va qurilmalarni qo'shishingiz/o'chirishingiz mumkin. Faqat ism tanlang va siz borishga tayyormiz. Bu amalga oshgandan so'ng, siz qurilmani ilovada ro'yxatdan o'tkazishingiz kerak bo'ladi. Adafruit patining MAC manzilini kiritish kerak (qadoqdagi tuklar bilan). Keyin siz faollashtirish usulini ABP -ga o'rnatishingiz kerak va siz ramka hisoblagichlarini tekshirishni o'chirib qo'yishingiz kerak. Sizning qurilmangiz endi ilovada ro'yxatdan o'tishi kerak. Qurilma manzili, tarmoq sessiyasi kaliti va dastur seansi kalitini nusxalash. Keyingi bosqichda sizga kerak bo'ladi.

Aniqroq tushuntirish uchun ushbu darslikka tashrif buyuring.

10 -qadam: kodlash

Adafruit Feather 32U4 ATmega32U4 AVR protsessoriga ega. Bu shuni anglatadiki, u USB -aloqa uchun alohida chipga ega emas (Arduino UNO kabi), protsessorga chip kiritilgan. Bu shuni anglatadiki, Adafruit Feather -ga yuklash oddiy Arduino taxtasi bilan solishtirganda biroz qiyinroq bo'lishi mumkin, lekin u Arduino IDE bilan ishlaydi, shuning uchun agar siz bu ko'rsatmaga amal qilsangiz yaxshi bo'ladi.

Arduino IDE -ni o'rnatganingizdan va "miltillash" eskizini muvaffaqiyatli yuklaganingizdan so'ng, siz haqiqiy kodga o'tishingiz mumkin. "LoRa_Test.ino" ni yuklab oling. Qurilma manzilini, tarmoq sessiyasi kalitini va dastur seansi kalitini mos ravishda o'zgartiring. Eskizni yuklang. Tashqariga chiqing. Antennani shahar markaziga yoki eng yaqin shlyuz tomon yo'naltiring. Endi siz TTN konsolida ma'lumot paydo bo'lishini ko'rishingiz kerak. Agar yo'q bo'lsa, quyida izoh qoldiring. Men sodir bo'lishi mumkin bo'lgan hamma narsani bu erga qo'yishni xohlamayman, Instructables serveri bunday hajmdagi matnni ishlay oladimi, bilmayman.

Davom etmoq. Agar oldingi eskiz ishlayotgan bo'lsa, siz "Ferdinand_1.0.ino" ni yuklab olishingiz va oldingi eskizda o'zgartirishingiz kerak bo'lgan narsalarni o'zgartirishingiz mumkin. Endi yana sinab ko'ring.

Agar siz TTN konsolida tasodifiy HEX ma'lumotlarini olsangiz, xavotir olmang, buni qilish kerak. Barcha qiymatlar HEX -da kodlangan. Sizga boshqa dekoder kodi kerak bo'ladi. "Decoder.txt" ni yuklab oling. Uning tarkibini nusxalash. Endi TTN konsoliga o'ting. Ilovangiz/yuk formatlari/dekoderiga o'ting. Endi asl dekoder kodini olib tashlang va o'zingizga qo'ying. Endi u erda barcha o'qishlarni ko'rishingiz kerak.

11 -qadam: Sinov

Endi bu loyihaning eng uzun qismi bo'lishi kerak. Sinov. Har qanday sharoitda sinov. Haddan tashqari issiqda, stressda va kuchli yorug'lik bilan (yoki quyoshda) u erdagi sharoitga taqlid qilish. Bu kamida bir hafta davom etishi kerak, shuning uchun kuzatuvchining xatti -harakatlarida kutilmagan hodisalar bo'lmaydi. Ammo bu ideal dunyo va bizda bunday vaqt yo'q edi, chunki treker musobaqa uchun yaratilgan. Biz so'nggi daqiqalarda ba'zi o'zgarishlar qildik (ishga tushishdan 40 daqiqa oldin), shuning uchun biz nima kutayotganimizni bilmasdik. Bu yaxshi emas. Lekin bilasizmi, biz baribir musobaqada g'olib bo'ldik.

Ehtimol, siz bu qismni tashqarida qilishingiz kerak bo'ladi, chunki ichkarida quyosh porlamaydi va LoRa sizning ofisingizda eng yaxshi ziyofatga ega bo'lmaydi.

12 -qadam: Ba'zi kulgili formulalar

Pikobalonlar juda sezgir. Siz ularni geliy bilan to'ldirib, ishga tushira olmaysiz. Bu ularga haqiqatan ham yoqmaydi. Tushuntirib beray. Agar ko'tarilish kuchi juda past bo'lsa, balon ko'tarilmaydi (aniq). LEKIN, va bu tutilish, agar ko'tarilish kuchi juda baland bo'lsa, balon juda baland uchadi, balondagi kuchlar juda katta bo'ladi va u erga qulab tushadi. Bu hisob -kitoblarni amalga oshirishni xohlayotganingizning asosiy sababi.

Agar siz fizikani biroz bilsangiz, yuqoridagi formulalarni tushunishda muammo bo'lmasligi kerak. Formulaga kiritish kerak bo'lgan ba'zi o'zgaruvchilar mavjud. Bunga quyidagilar kiradi: gaz konstantasi, termodinamik harorat, bosim, zond massasi va balon massasi. Agar siz ushbu qo'llanmaga amal qilsangiz va xuddi shu balonni (36 dyuymli Qualatex mikrofoil) va bir xil plomba gazidan (geliy) foydalansangiz, farq qiladigan yagona narsa - bu probning massasi.

Bu formulalar sizga quyidagilarni berishi kerak: balonni to'ldirish uchun zarur bo'lgan geliy hajmi, balon ko'tarilish tezligi, balon uchish balandligi va erkin ko'tarilish og'irligi. Bularning barchasi juda foydali qadriyatlar. Ko'tarilish tezligi juda muhim, shuning uchun balon to'siqlarga tegmaydi, chunki u juda sekin va balon qanchalik baland uchishini bilish juda yoqimli. Lekin ulardan eng muhimi, ehtimol bepul ko'tarilishdir. Bepul ko'tarish, 14 -qadamda havo sharini to'ldirganda talab qilinadi.

TomasTT7 formulalar bo'yicha yordam uchun rahmat. Bu erda uning blogini ko'ring.

13 -qadam: Xavflar

Shunday qilib, sizning izdoshingiz ishlaydi. Siz ikki oy davomida ishlagan bu axlat haqiqatan ham ishlaydi! Tabriklayman.

Keling, sizning bolangiz havoda qanday xavflarga duch kelishi mumkinligini ko'rib chiqaylik:

1) Quyosh paneliga quyosh nuri tushmaydi. Superkondansatkichlar to'kiladi. Tekshiruv ishlamay qoladi.

2) zond diapazondan tashqariga chiqadi va hech qanday ma'lumot olinmaydi.

3) Kuchli shamollar zondni yo'q qiladi.

4) zond ko'tarilish paytida bo'rondan o'tadi va yomg'ir kontaktlarning zanglashiga olib keladi.

5) Quyosh panelida muz qoplamasi hosil bo'ladi. Superkondansatkichlar to'kiladi. Tekshiruv ishlamay qoladi.

6) Tekshiruvning bir qismi mexanik stressda sinadi.

7) Haddan tashqari issiqlik va bosim sharoitida probning bir qismi sinadi.

8) Balon bilan havo o'rtasida uchqun hosil qiluvchi elektrostatik zaryad paydo bo'ladi, bu probni shikastlaydi.

9) zond chaqmoq uradi.

10) Tekshiruv samolyot bilan uriladi.

11) Zondni qush uradi.

12) Chet elliklar sizning tergovingizni olib ketadi. Ayniqsa, agar balon 51 -maydondan yuqori bo'lsa.

14 -qadam: ishga tushiring

Demak, hammasi shu. Bu D kuni va siz sevimli pikobaloningizni ishga tushirasiz. Erni va barcha mumkin bo'lgan to'siqlarni bilish har doim yaxshi. Shuningdek, siz ob -havoni (shamol tezligi va yo'nalishini) doimiy kuzatib borishingiz kerak. Shunday qilib, siz 100 evrolik uskunalar va 2 oy vaqtingizni daraxtga yoki devorga urish ehtimolini kamaytirasiz. Bu achinarli bo'lardi.

Balonga quvur soling. Balonni neylon bilan og'ir narsaga bog'lang. Og'ir narsani taroziga qo'ying. O'lchovni qayta o'rnating. Quvurning ikkinchi uchini geliy tankiga mahkamlang. Vana ochilishini asta -sekin boshlang. Endi siz o'lchovdagi salbiy raqamlarni ko'rishingiz kerak. 12 -qadamda hisoblangan erkin ko'tarish qiymatidan foydalanish vaqti keldi, manfiy son balon + erkin ko'tarish massasiga yetganda valfni o'chiring. Mening holatimda bu 15g + 2.4g edi, shuning uchun men valfni shkalada -17.4g da yopib qo'ydim. Quvurni olib tashlang. Balon o'z-o'zidan yopiladi, u avtomatik ravishda muhrlanishi kerak. Og'ir narsani echib oling va uni prob bilan almashtiring. Siz hozir ishga tushirishga tayyormiz.

Barcha tafsilotlar uchun videoni tomosha qilish kifoya.

15 -qadam: Ma'lumotlarni qabul qilish

Oh, men ishga tushirilgandan keyin bizda bo'lgan tuyg'uni eslayman. Stress, umidsizlik, ko'p gormonlar. Ishlaydimi? Bizning ishimiz behuda ketadimi? Shuncha pulni ishlamaydigan narsaga sarfladikmi? Bu ishga tushirilgandan keyin o'zimizga berayotgan savollarimiz.

Yaxshiyamki, zond ishga tushirilgandan taxminan 20 daqiqa o'tgach javob berdi. Va keyin biz har 10 daqiqada paket oldik. Biz zond bilan aloqani GMT 17:51:09 da uzdik. Yaxshi bo'lishi mumkin edi, lekin baribir yaxshi.

16 -qadam: Qo'shimcha rejalar

Bu bizning eng qiyin loyihalarimizdan biri edi. Hammasi yaxshi emas edi, lekin hamma narsa yaxshi, har doim shunday. Hali ham juda muvaffaqiyatli bo'ldi. Kuzatuvchi benuqson ishladi. Buni uzoq vaqt qilish mumkin edi, lekin bu muhim emas. Va biz Picoballoon musobaqasida ikkinchi o'rinni egalladik. Endi aytish mumkinki, 17 kishidan iborat musobaqada ikkinchi bo'lish unchalik muvaffaqiyatli emas, lekin shuni yodda tutingki, bu kattalar uchun muhandislik/qurilish tanlovi. Biz 14 yoshdamiz. Biz raqobatlashayotganlar - muhandislik va hatto aerokosmik ma'lumotga ega bo'lgan va tajribasi kattalar edi. Ha, umuman olganda, men buni katta muvaffaqiyat deb aytardim. Biz 200 evro oldik, bu bizning xarajatlarimizdan ikki baravar ko'p edi.

Men, albatta, 2.0 versiyasini qurmoqchiman. Bu kichikroq komponentlar (yalang'och protsessor, RFM95) bilan ancha yaxshi bo'ladi va u yanada ishonchli bo'ladi, shuning uchun keyingi ko'rsatmalarni kuzatib boring.

Hozirgi asosiy maqsadimiz - Epilog X tanlovida g'olib bo'lish. Hamkasblar, agar sizga bu ko'rsatma yoqqan bo'lsa, iltimos, ovoz bering. Bu bizga haqiqatan ham yordam beradi. Sizga katta rahmat!

Epilog X musobaqasida ikkinchi o'rinni egalladi