Raķešu telemetrija/pozīcijas izsekotājs: 7 soļi

2025 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2025-01-23 14:59

Šis projekts ir paredzēts, lai reģistrētu lidojuma datus no 9 DOF sensoru moduļa uz SD karti un vienlaikus pārraidītu tā GPS atrašanās vietu, izmantojot mobilos tīklus, uz serveri. Šī sistēma ļauj atrast raķeti, ja sistēmas nosēšanās laukums atrodas ārpus LOS.

1. darbība: detaļu saraksts

Telemetrijas sistēma:

1x ATmega328 mikrokontrolleris (Arduino UNO, Nano)

1x Micro SD Breakout -

1x Micro SD karte - (izmēram nav nozīmes FAT 16/32 formatējumā) - Amazon Link

1x Gy -86 IMU - Amazon Link

Pozīcijas izsekošana:

1x ATmega328 mikrokontrolleris (Arduino UNO, Nano) (katrai sistēmai nepieciešams savs mikro)

1x Sim800L GSM GPRS modulis - Amazon Link

1x SIM karte (jābūt datu plānam) - https://ting.com/ (maksa tikai par to, ko izmantojat)

1x NEO 6M GPS modulis - Amazon LInk

Vispārīgās daļas:

1x 3.7v lipo akumulators

1x 3.7-5v pastiprinātājs (ja neveidojat PCB)

1x Raspberry pi vai jebkurš dators, kurā var mitināt php serveri

-Piekļuve 3D printerim

-BOM PCB ir norādīts izklājlapā

-Gerbers atrodas github repo -https://github.com/karagenit/maps-gps

2. darbība: 1. apakšsistēma: pozīcijas izsekošana

Pārbaude:

Kad jums ir sistēmas daļas (NEO-6M GPS, Sim800L), jums ir jāpārbauda sistēmu funkcionalitāte neatkarīgi, lai jums nesāpētu galva, mēģinot saprast, kas nedarbojas, integrējot sistēmas.

GPS pārbaude:

Lai pārbaudītu GPS uztvērēju, varat izmantot Ublox nodrošināto programmatūru (U-Center Software)

vai testa skice, kas saistīta ar github repo (GPS tests)

1. Lai veiktu testēšanu ar U-centra programmatūru, vienkārši pievienojiet GPS uztvērēju, izmantojot USB, un izvēlieties kom portu U-centrā, sistēmai pēc tam automātiski jāsāk izsekot jūsu atrašanās vietai.

2. Lai pārbaudītu ar mikrokontrolleri, augšupielādējiet GPS pārbaudes skici arduino, izmantojot IDE. Pēc tam savienojiet 5V un GND ar uztvērēja marķētajām tapām arduino un GPS RX tapu ar digitālo 3 un TX tapu ar ciparu 4 arduino. Visbeidzot atveriet arduino IDE sērijas monitoru un iestatiet datu pārraides ātrumu uz 9600 un pārbaudiet, vai saņemtās koordinātas ir pareizas.

Piezīme. Satelīta bloķēšanas vizuālais identifikators NEO-6M modulī ir tāds, ka sarkanais indikators mirgo ik pēc dažām sekundēm, norādot uz savienojumu.

SIM800L pārbaude:

Lai pārbaudītu mobilo sakaru moduli, jums ir jābūt reģistrētai SIM kartei ar aktīvu datu plānu, es iesaku Ting, jo tie maksā tikai par to, ko izmantojat, nevis ikmēneša datu plānu.

Sim moduļa mērķis ir nosūtīt HTTP GET pieprasījumu serverim ar atrašanās vietu, ko saņem GPS uztvērējs.

1. Lai pārbaudītu šūnu moduli, ievietojiet SIM karti modulī ar nošķeltu galu uz āru

2. Savienojiet sim moduli ar GND un 3.7-4.2v avotu, neizmantojiet 5v !!!! modulis nevar darboties pie 5 v sprieguma. Savienojiet Sim moduli RX ar 2. analogu un TX ar 3. analogu Arduino

3. Augšupielādējiet sērijas caurlaides skici no github, lai varētu nosūtīt komandas uz šūnu moduli.

4. izpildiet šo apmācību vai lejupielādējiet AT Command Tester izmēģinājumu, lai pārbaudītu HTTP GET funkcionalitāti

Īstenošana:

Kad esat pārliecinājies, ka abas sistēmas darbojas neatkarīgi, varat pāriet uz pilnas skices augšupielādi mikrokontrollera github. varat atvērt seriālo monitoru ar 9600 bodu, lai pārbaudītu, vai sistēma sūta datus uz tīmekļa serveri.

*neaizmirstiet nomainīt servera IP un portu uz savu un pārliecinieties, ka atrodat izmantotā mobilo sakaru nodrošinātāja APN.

Pārejiet uz nākamo soli, kurā mēs iestatījām serveri

3. darbība: servera iestatīšana

Lai iestatītu serveri, lai parādītu raķetes atrašanās vietu, es kā saimnieku izmantoju aveņu pi, bet jūs varat izmantot jebkuru datoru.

Izpildiet šo pamācību par lightphp iestatīšanu RPI un pēc tam nokopējiet php failus no github RPI mapē/var/www/html. Pēc tam vienkārši izmantojiet komandu

sudo pakalpojums lighttpd piespiedu pārlādēšana

lai atkārtoti ielādētu serveri.

Noteikti pārsūtiet maršrutētāja portus, kas saistīti ar serveri, lai varētu piekļūt datiem attālināti. Rpi tam jābūt 80. portam, un ārējais ports var būt patvaļīgs numurs.

Tā ir laba ideja iestatīt RPI statisku IP, lai jūsu nosūtītās ostas vienmēr norādītu uz RPI adresi.

4. solis: 2. apakšsistēma: telemetrijas reģistrēšana

Telemetrijas programma darbojas ar atsevišķu mikrokontrolleri no atrašanās vietas izsekošanas sistēmas. Šāds lēmums tika pieņemts, jo ATmega328 atmiņas ierobežojumi neļāva abām programmām darboties vienā sistēmā. Vēl viena mikrokontrollera izvēle ar uzlabotām specifikācijām varētu atrisināt šo problēmu un ļaut izmantot vienu centrālo procesoru, taču es gribēju izmantot tās detaļas, kas man bija pa rokai, lai atvieglotu lietošanu.

Funkcijas: Šī programma ir balstīta uz citu piemēru, ko šeit atradu tiešsaistē.

• Programma sākotnēji nolasa relatīvo augstumu (palaišanas laikā nulles augstuma rādījums), temperatūru, spiedienu, paātrinājumu X virzienā (jums būs jāmaina paātrinājuma nolasīšanas virziens, pamatojoties uz sensora fizisko orientāciju) un laika zīmogu (milis).
• Lai nepieļautu datu reģistrēšanu sēžot uz palaišanas paneļa un tērējot krātuves vietu, sistēma sāks rakstīt datus tikai tad, kad būs konstatējusi augstuma izmaiņas (programmā konfigurējama), un pārtrauks rakstīt datus, tiklīdz konstatēs, ka raķete ir atgriezusies sākotnējā stāvoklī augstumā vai pēc 5 minūšu lidojuma laika.
• Sistēma norādīs, ka tā ir ieslēgta un raksta datus, izmantojot vienu indikatora gaismas diodi.

Pārbaude:

Lai pārbaudītu sistēmu, vispirms pievienojiet SD kartes sadalītāju

Arduino SD karte

4. tapa ---------------- CS

11. tapa -------------- DI

Piespraude 13 -------------- SCK

12. tapa -------------- DO

Tagad pievienojiet GY-86 sistēmai, izmantojot I^2C

Arduino GY-86

A4 tapa -------------- SDA

Piespraude A5 -------------- SCL

2. tapa ---------------- INTA

SD kartē izveidojiet failu galvenajā direktorijā ar nosaukumu datalog.txt, kur sistēma rakstīs datus.

Pirms skices Data_Logger.ino augšupielādes mikrokontrollerī, mainiet ALT_THRESHOLD vērtību uz 0, lai sistēma testēšanas laikā ignorētu augstumu. Pēc augšupielādes atveriet seriālo monitoru ar ātrumu 9600 baudas, lai skatītu sistēmas izvadi. Pārliecinieties, vai sistēma var izveidot savienojumu ar sensoru un vai dati tiek ierakstīti SD kartē. Atvienojiet sistēmu un ievietojiet SD karti savā datorā, lai pārbaudītu, vai kartē ir ierakstīti dati.

5. darbība: sistēmas integrācija

Pēc tam, kad esat pārbaudījis, vai katra sistēmas daļa darbojas tādā pašā konfigurācijā, kāda tiek izmantota galvenajā PCB, ir pienācis laiks to visu savākt kopā un sagatavoties palaišanai! Esmu iekļāvis Gerbers un EAGLE failus PCB un shēmu github. jums būs jāaugšupielādē gerberi tādam ražotājam kā OSH parks vai JLC, lai tos ražotu. Šie dēļi ir divu slāņu un ir pietiekami mazi, lai ietilptu lielākajā daļā ražotāju 10 cmx10 cm kategorijā lētiem dēļiem.

Kad esat atgriezis dēļus no ražošanas brīža, pie tāfeles jāpielodē visas izklājlapā un detaļu sarakstā atrodamās sastāvdaļas.

Programmēšana:

Kad viss ir pielodēts, programmas būs jāaugšupielādē abos mikrokontrolleros. Lai ietaupītu vietu uz tāfeles, es neiekļāvu nevienu USB funkcionalitāti, bet atstāju izjauktus ICSP un seriālos portus, lai jūs joprojām varētu augšupielādēt un uzraudzīt programmu.

• Lai augšupielādētu programmu, izpildiet šo apmācību par Arduino plates izmantošanu kā programmētāju. Augšupielādējiet SimGpsTransmitter.ino uz ICSP_GPS portu un Data_Logger.ino uz ICSP_DL portu (PCB ports ir tāds pats izkārtojums kā standarta Arduino UNO plates).

• Kad visas programmas ir augšupielādētas, varat barot ierīci no akumulatora ieejas ar 3,7–4,2 V spriegumu un izmantot 4 indikatora gaismas, lai pārbaudītu, vai sistēma darbojas.

  • Pirmās divas gaismas 5V_Ok un VBATT_OK norāda, ka akumulators un 5v sliedes ir barotas.
  • Trešā lampiņa DL_OK mirgos ik pēc 1 sekundes, norādot, ka telemetrijas reģistrēšana ir aktīva.
  • Pēdējais indikators SIM_Transmit ieslēgsies, kad būs savienoti mobilie un GPS moduļi un dati tiks nosūtīti uz serveri.

6. darbība: iežogojums

Raķetes, ar kuru es plānoju šo projektu, iekšējais diametrs ir 29 mm, lai aizsargātu elektroniku un ļautu komplektam iekļauties raķetes cilindriskā korpusā, es izveidoju vienkāršu divdaļīgu 3D drukātu korpusu, kas ir pieskrūvēts kopā un ir indikatora skatu porti. STL faili drukāšanai un oriģinālie.ipt faili atrodas github repo. Es to nemodelēju, jo nebiju pārliecināts par tobrīd izmantojamo akumulatoru, bet manuāli izveidoju padziļinājumu 120 mAh akumulatoram, lai tas būtu vienā līmenī ar korpusa apakšdaļu. Tiek lēsts, ka šis akumulators nodrošina ~ 45 min sistēmas maksimālo darbības laiku ar ~ 200 mA strāvas patēriņu (tas ir atkarīgs no procesora izmantošanas un datu pārraides jaudas, SIM800L tiek norādīts, ka sakaru laikā pārrāvumi palielinās par 2A).

7. solis. Secinājums

Šis projekts bija diezgan vienkārša divu atsevišķu sistēmu ieviešana, ņemot vērā, ka es tikai izmantoju Amazonā atrastos diskrētos moduļus, vispārējā sistēmas integrācija ir nedaudz neskaidra, jo projekta kopējais apjoms ir diezgan liels. Aplūkojot dažu ražotāju piedāvājumus, SIP izmantošana, kas ietver gan mobilo, gan GPS, ievērojami samazinātu kopējo iepakojuma izmēru.

Esmu pārliecināts, ka pēc vairākām lidojuma pārbaudēm man būs jāveic dažas izmaiņas programmā un noteikti atjaunināšu Github repo ar jebkādām izmaiņām.

Ceru, ka jums patika šis projekts, lūdzu, sazinieties ar mani par visiem jautājumiem, kas jums varētu rasties.