Elektroniskais barometriskais altimetrs stratosfēras baloniem: 9 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Mūsu komanda RandomRace.ru laiž klajā hēlija balonus. Mazs un liels, ar kamerām un bez tām. Mēs uzsākam mazos, lai nejauši nokristu kontrolpunktus piedzīvojumu sacensību sacensībām, un lielos, lai izveidotu lieliskus videoklipus un fotoattēlus no pašas atmosfēras. Tā vēl nav telpa, bet 30 km augstumā gaisa spiediens ir aptuveni 1% no normālā. Vai vairs neizskatās pēc atmosfēras, vai ne? Mana atbildība komandā ir elektronika, un es vēlos dalīties vienā no saviem projektiem, kas īstenoti, pildot šo pienākumu.

Kā mēs varam izmērīt gaisa balona augstumu? Ar GPS (lielākā daļa no tiem nedarbojas virs 18 km) vai ar barometrisko altimetru. Izgatavosim vienu no mikrokontrollera (MCU) plates! Mēs vēlamies, lai tas būtu viegls, lēts (jo dažreiz mēs pazaudējam zondes), kā arī viegli veidojams un ērti lietojams. Tam vajadzētu arī izmērīt ļoti zemu spiedienu. Ierīcei jāreģistrē dati vismaz 5 stundas pēc kārtas. Kā barošanas avotu izmantosim kādu litija akumulatoru no jebkura veca mobilā tālruņa. Pamatojoties uz prasībām, esmu izvēlējies Maple Mini plati, kuras pamatā ir n ARM mikrokontrolleris (STM32F103RC) ar USB interfeisu, 128 Kb iekšējā atmiņa, ar ko pietiek gan MCU programmaparatūrai, gan apkopotajiem datiem. Diemžēl (vai par laimi?) LeafLabs vairs neražo šos dēļus, taču to klonus Ķīnas tiešsaistes veikalos varēja atrast tikai par pāris dolāriem. Turklāt mums tika ziedoti vairāki MS5534 gaisa spiediena sensori, kas spēj izmērīt 0,01… 1,1 bāru. Ar to vairāk vai mazāk pietiek 30 km augstumā.

Ierīci ir diezgan viegli izgatavot, jums ir nepieciešamas tikai dažas lodēšanas prasmes un rīki (nav nepieciešams lodēt patiešām mazas detaļas) un pamata datorprasmes. Šeit jūs varat atrast github krātuvi, kurā ir gan izlauzts PCB dizains Eagle formātā, gan programmaparatūra.

1. darbība. Nepieciešamās detaļas

• Maple Mini MCU plates klons
• 4*1 2,54 mm (0,1 ") tapas rinda (parasti tiek piegādāta kopā ar MCU plāksni)
• 1S LiPo akumulators. Baterijas no veciem mobilajiem tālruņiem vai darbības kamerām ir ideāli piemērotas.
• 1S LiPo lādētāja dēlis
• Barometriskais sensors MS5534
• MS5534 izlaušanās dēlis
• 1N5819 Šotka diode vai līdzīga
• JST RCY pigtails, 1*sieviete, 2*tēviņš
• Tukša alumīnija alus bundža
• termiskās saraušanās caurule D = 2,5 mm (0,1 ") jebkurā krāsā
• termiski saraušanās caurule D = 20 mm (0,8 "), caurspīdīga

MS5534 vietā varat izmantot MS5540, taču tam ir nepieciešams cits sadalīšanas panelis. Jūs to varat izgatavot pats, izmantojot EagleCAD vai KiKad vai ko vēlaties. Jūs varat arī lodēt sensoru tieši ar vadiem, ja jums ir pietiekami daudz lodēšanas prasmju.

Nepieciešamie rīki:

• Regulārs instrumentu komplekts lodēšanai
• Šķēres un slāņi
• Pēc izvēles lodēšanas ventilators. Ja jums tāda nav, varat izmantot lodāmuru un cigarešu šķiltavu.
• daži standarta 1 kontaktu sieviešu un sieviešu vadi
• pāris papildu kontaktu tapas
• STM32 demonstrācijas panelis, ko izmantot kā MCU mirgojošu ierīci. Es izmantoju NUCLEO-F303RE, bet var izmantot arī jebkuru no STM32 Nucleo64 vai Nucleo144 plāksnēm.

2. solis: lodēšanas sensors uz izlaušanās dēļa

Pirmkārt, jums ir jāpielodē sensors uz sadalīšanas paneļa. Izmantojiet lodēšanas pastu un lodēšanas ventilatora lodāmuru, ja jums tāds ir. Ja nē, to var izdarīt ar parasto lodāmuru un lodmetālu. Kad tas ir izdarīts, nogrieziet četras tapas rindu un divus stieples gabalus, katrs apmēram 4 cm. Lodējiet tos līdz izlaušanai, kā parādīts otrajā attēlā - tapas + un - jāpievieno vadiem, 4 citi starp tiem - tapas rindai. Tapām jābūt izlaušanās apakšējā pusē.

3. darbība: pārējās ierīces lodēšana

Sensora plāksnei un MCU bardam jābūt sakrautiem, un sensors jānovieto virs MCU mikroshēmas

Savienojuma shēma ir parādīta pirmajā attēlā. Un šeit ir uzskaitīti visi savienojumi:

• Izlaušanas tapa "+" ir pievienota MCU plates tapai "Vcc"
• Izlaušanas tapa "GND" ir pievienota MCU plates tapai "GND"
• Izlaušanas tapas "8", "9", "10", "11" ir savienotas ar tādu pašu numuru MCU plates tapām.
• JST RCY Maleblack vads ir savienots ar citu MCU plates "GND" tapu
• JST RCY Vīriešu sarkanais vads ir savienots ar diodes anodu
• Diodes katods ir pievienots MCU plates "Vin" tapai

Pirms JST pigtail savienošanas neaizmirstiet uz sarkanās stieples uzlikt plānas termiskās stiepes caurules gabalu.

Pēdējā lieta, kas jādara - diodei jābūt izolētai ar termiskās saraušanās cauruli. Vienkārši velciet to virs diodes un pēc tam sasildiet ar lodēšanas ventilatoru - ieteicamā temperatūra ir aptuveni 160 ° C (320 ° F). Ja jums nav ventilatora, vienkārši izmantojiet sveci vai cigarešu šķiltavu, taču esiet piesardzīgs.

4. solis: akumulators un lādētājs

Ļauj izgatavot ierīces barošanas avotu un lādētāju. Sieviešu bize jāpielodē pie akumulatora. Sarkanais vads līdz "+", melns līdz "-". Aizsargājiet savienojumu ar termiskās līmes pilienu, līmlentes plāksteri vai izolācijas lenti - pēc jūsu izvēles.

Bilete tēviņam jāpielodē pie lādētāja plates - sarkanais vads līdz "B+", melns līdz "B-". Nostipriniet plāksni ar termiski saraušanās caurules gabalu. Tagad jūs varat savienot lādētāju ar akumulatoru un lādētāju ar jebkuru USB barošanas avotu vai datora portu. Sarkanais indikators uz tāfeles norāda, ka notiek uzlāde, zaļš - pilnībā uzlādēts akumulators. Uzlādes laikā tāfele var sasilt, bet ne pārāk daudz.

5. darbība: ierīces mirgošana

Lai zibspuldzētu ierīci, jums jāinstalē kāda programmatūra. Operētājsistēmai Windows varat izmantot vietējo vietni st.com. Diemžēl jums ir jāreģistrējas šeit.

Operētājsistēmā Linux vai Mac (iespējams, arī sistēmā Windows) varat izmantot OpenOCD. Instalācijas un lietošanas instrukcijas, lūdzu, atrodiet viņu vietnē.

Tagad jūs varat lejupielādēt programmaparatūru.

Lai sagatavotu ierīci mirgošanai, jums uz laiku jāpielodē vēl divas tapas pie MCU paneļa 21. un 22. kontakta.

Lai savienotu mūsu ierīci ar zibspuldzi:

• atveriet abus džemperus uz Nucleo (balta) plates CN2 savienotāja. Tas ļauj plāksnei mirgot ārējām ierīcēm.
• pievienojiet MCU tapu 21 Nucleo CN4 savienotāja 2. tapai
• pievienojiet melno akumulatora vadu Nucleo CN4 savienotāja 3. tapai
• savienojiet MCU tapu 22 ar Nucleo CN4 savienotāja 4. tapu
• savienojiet gan ierīci, gan Nucleo plati ar datoru, izmantojot USB kabeļus.

• zibspuldzēt programmaparatūru (Windows)

  • Palaidiet utilītu STM32 ST-LINK Utility
  • Atlasiet Fails -> Atvērt failu… -> atveriet lejupielādēto programmaparatūru
  • Atlasiet Mērķis -> Opciju baiti…, atlasiet Nolasīšanas aizsardzība: atspējota. Noklikšķiniet uz Lietot
  • Atlasiet Mērķis -> Programma un pārbaude, noklikšķiniet uz Sākt

• atjauniniet programmaparatūru (Linux un Mac)

  • Lejupielādējiet un instalējiet OpenOCD.
  • palaidiet komandu

openocd -f interfeiss/stlink -v2-1.cfg -f target/stm32f1x.cfg -c "init; reset stop; stm32f1x atbloķēt 0; programma baro_v4.hex; shutdown"

Tieši tā!

6. darbība: kā lietot ierīci

Ja viss ir izdarīts pareizi, mēs esam gatavi darbināt ierīci. Altimetram ir trīs režīmi:

Dzēst datus

Barojiet ierīci, izmantojot USB vai caur sarkanu akumulatora savienotāju. Nospiediet pogu (vistālāk no USB savienotāja) un turiet to 2-3 sekundes. Zilajai gaismas diodei vajadzētu sākt mirgot ļoti ātri un tā turpināt mirgot, līdz visi dati ir izdzēsti.

Datu reģistrēšana

Pievienojiet ierīci akumulatoram, izmantojot sarkano savienotāju. Zilā gaismas diode bieži mirgos pāris sekundes un pēc tam kļūs mirgojoša reizi sekundē. Katru reizi, kad tas mirgo, datu paraugs tiek ierakstīts ierīces iekšējā atmiņā. Ierīce var ierakstīt līdz 9 stundām mērījumus.

Datu lasīšana

Atvienojiet akumulatoru un pievienojiet ierīci datoram, izmantojot USB kabeli. Pēc dažām sekundēm biežas mirgošanas tas mirgo divas reizes sekundē. Šis ir datu nolasīšanas režīms. Ierīce tiek atpazīta kā zibatmiņas disks ar nosaukumu BARO_ELMOT. Disks nav rakstāms, no tā var nolasīt tikai datus. Failu pārvaldniekā ierīcē var atrast divus failus - pirmais ir nosaukts kā LEFT_123. MIN. Šis ir viltots fails, tas nesatur nekādus datus, bet tas, ka "123" nozīmē, ka joprojām ir vietas 123 minūšu datu reģistrēšanai. Citā failā, BARO. TXT, ir apkopoti faktiskie dati, t.i., ar cilnēm atdalīts teksts - galvene un pēc tam datu rindas. Šo formātu var viegli importēt programmā MS Excel vai jebkurā citā izklājlapu lietojumprogrammā, tostarp Google izklājlapās. Katrā rindā ir sērijas numurs (S), parauga numurs (N) (= pagājis laiks sekundēs), temperatūra (T) Celsijs, Atmosfēras spiediens (P) mbaros un aptuvenā augstuma vērtība (A), metros virs jūras līmeņa. Piezīme! "A" vērtības ir patiešām aptuvenas, jūs varat patstāvīgi aprēķināt augstumu no spiediena datiem. Skatiet turpmākās darbības.

7. darbība: ierīces pārbaude

1. Pievienojiet akumulatoru ierīcei. LED vajadzētu sākt mirgot.
2. Nospiediet un turiet lietotāja pogu. Pēc 2-3 sekundēm gaismas diode sāks darboties ātri. Atlaidiet pogu. Turiet vēsumā, neatvienojiet akumulatoru. Dati tiek dzēsti.
3. Pēc kāda laika gaismas diode sāk mirgot vienu reizi sekundē.
4. Turiet ierīci ieslēgtu vismaz 30 sekundes.
5. Atvienojiet akumulatoru
6. Savienojiet ierīci ar datoru, izmantojot USB kabeli.
7. Ierīce parādīsies kā mazs, tikai 3 MB zibatmiņas disks. Tur atveriet BARO. TXT failu ar jebkuru teksta redaktoru.
8. Pārbaudiet, vai T un P slejās ir saprātīgi dati - parasti aptuveni 20-30 attiecībā uz T, aptuveni 1000 P.

8. solis: saules gaismas aizsargs un saraušanās caurule

Pēc iepriekšējā soļa mēs esam pārliecināti, ka viss darbojas labi, tagad mums vajadzētu atlocīt mirgojošās tapas, jo mums tās vairs nav vajadzīgas. Tāpat labāk ir precīzi nogriezt tapas astes, kas savieno sensoru un MCU paneli, pretējā gadījumā tās var caurdurt ierīces ārējo plastmasas vāku.

Projektā izmantoto sensoru nedrīkst pakļaut tiešiem saules stariem. Mēs izgatavosim aizsardzības vairogu no alumīnija alus bundžas. Noteikti, ja jūs jau esat tik tālu pavirzījies uz priekšu, jūs esat pelnījis šīs nabaga kannas saturu. Izgrieziet ar šķērēm apmēram 12*12 mm (0,5 "*0,5") izmēra alumīnija gabalu. Pēc tam salieciet divas pretējās malas ar knaiblēm, lai izveidotu nelielu "paplāti" 7*12*2,5 mm (0,28 "*0,5"*0,1 "). Pēc saliekšanas izgrieziet 1,5 mm svītras no saliektajām pusēm, lai paplāte būtu mazliet zemāks, apmēram 1 mm augsts.

Ielieciet paplāti sensora augšpusē. Piezīme - tai nevajadzētu pieskarties nevienam kontaktam! Pēc tam ievietojiet ierīci ar paplāti termiski saraušanās caurules gabaliņā (nedaudz garāks par dēli) un labi sasildiet, bet uzmanīgi ar lodēšanas ventilatoru (vai cigarešu šķiltavu). Vēlreiz pārbaudiet, vai alumīnija pārsegs nepieskaras sensora kontaktiem.

9. solis: zinātne

Tagad ierīce ir gatava darbam. Tas mēra temperatūru un gaisa spiedienu. Un arī aptuveni novērtē augstumu. Diemžēl spiediens ir atkarīgs no augstuma ļoti nenozīmīgā veidā, par to varat izlasīt Vikipēdijā. Kā precīzāk aprēķināt gaisa balona augstumu? Viens no veidiem ir izmantot 1976. gada standarta atmosfēras kalkulatoru. Ierīce satur tos pašus modeļa datus, bet nav ļoti precīzi ierīces atmiņas ierobežojumu dēļ. Izmantojot barometra datus un kalkulatoru, jūs varat aprēķināt augstumu daudz labāk nekā pats. Ņemot vērā arī laika apstākļus jūsu gaisa balona palaišanas vietā (protams, tas ir ierakstīts vienā un tajā pašā augstuma mērītājā pašā sākumā), un jūsu starta vietas augstumā var atrast temperatūras maiņu un gaisa spiediena korekciju un. Tad, izmantojot to pašu kalkulatoru, jūs varat visu aprēķināt vēl labāk. Izmantojot dažas izklājlapu prasmes, varat arī izveidot palaišanas datu diagrammas.

Otrās vietas ieguvējs kosmosa izaicinājumā