Elektroninis barometrinis aukščio matuoklis stratosferos balionams: 9 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Mūsų komanda „RandomRace.ru“paleidžia helio balionus. Maži ir dideli, su fotoaparatais ir be jų. Mes pradedame mažus, kad atsitiktinai iškristų nuotykių lenktynių varžybų kontrolinius punktus, o didelius - kad sukurtume puikius vaizdo įrašus ir nuotraukas iš pačios atmosferos viršaus. Tai dar ne erdvė, tačiau 30 km aukštyje oro slėgis yra apie 1% normalaus. Jau neatrodo kaip atmosfera, a? Mano atsakomybė komandoje yra elektronika, ir aš noriu pasidalinti vienu iš savo projektų, įgyvendintų pagal šią pareigą.

Kaip galime išmatuoti baliono aukštį? Su GPS (dauguma jų neveikia virš 18 km) arba su barometriniu aukščio matuokliu. Padarykime vieną iš mikrovaldiklio (MCU) plokštės! Mes norime, kad jis būtų lengvas, pigus (nes kartais prarandame zondus), lengvai pastatomas ir lengvai naudojamas. Jis taip pat turėtų matuoti labai žemą slėgį. Įrenginys turėtų registruoti duomenis mažiausiai 5 valandas iš eilės. Naudokime ličio bateriją iš bet kurio seno mobiliojo telefono kaip energijos šaltinį. Remdamasis reikalavimais, pasirinkau „Maple Mini“plokštę, pagrįstą n ARM mikrovaldikliu (STM32F103RC) su USB sąsaja, 128 Kb vidine atmintimi, kurios pakanka tiek MCU programinei įrangai, tiek surinktiems duomenims. Deja (ar laimei?), „LeafLabs“tų plokščių nebegamina, tačiau jų klonus galima rasti Kinijos internetinėse parduotuvėse tik už porą dolerių. Taip pat mums buvo padovanoti keli MS5534 oro slėgio jutikliai, galintys išmatuoti 0,01… 1,1 bar. To daugiau ar mažiau pakanka 30 km aukštyje.

Įrenginį pasigaminti gana paprasta, jums reikia tik tam tikrų litavimo įgūdžių ir įrankių (nereikia lituoti tikrai smulkių dalių) ir pagrindinių kompiuterinių įgūdžių. Čia galite rasti „github“saugyklą, kurioje yra ir „Eagle“formato PCB dizainas, ir programinė įranga.

1 žingsnis: reikalingos dalys

• „Maple Mini MCU“plokštės klonas
• 4*1 2,54 mm (0,1 colio) kaiščių eilė (paprastai pristatoma kartu su MCU plokšte)
• 1S LiPo baterija. Puikiai tinka senų mobiliųjų telefonų ar veiksmo kamerų baterijos.
• 1S „LiPo“įkroviklio plokštė
• Barometrinis jutiklis MS5534
• MS5534 išardymo plokštė
• 1N5819 Schottky diodas arba panašus
• JST RCY pigtails, 1*patelė, 2*patinas
• Tuščia aliuminio alaus skardinė
• termiškai susitraukiantis vamzdis D = 2,5 mm (0,1 colio) bet kokios spalvos
• termiškai susitraukiantis vamzdis D = 20 mm (0,8 "), skaidrus

Vietoj MS5534 galite naudoti MS5540, tačiau tam reikia kitos pertraukimo plokštės. Galite pasigaminti patys, naudodami „EagleCAD“arba „KiKad“ar bet ką kitą. Taip pat galite lituoti jutiklį tiesiogiai laidais, jei turite pakankamai litavimo įgūdžių.

Reikalingi įrankiai:

• Įprastas litavimo įrankių rinkinys
• Žirklės ir sluoksniai
• Pasirinktinai - litavimo ventiliatorius. Jei neturite, galite naudoti lituoklį ir cigarečių žiebtuvėlį.
• kai kurie standartiniai 1 kontaktų moterų ir moterų laidai
• pora papildomų kontaktinių kaiščių
• STM32 demonstracinė plokštė, naudojama kaip MCU mirksintis įrenginys. Aš naudoju NUCLEO-F303RE, bet taip pat galima naudoti bet kurią iš STM32 Nucleo64 arba Nucleo144 plokščių.

2 žingsnis: litavimo jutiklis ant pertraukimo plokštės

Visų pirma, jums reikia lituoti jutiklį prie pertraukimo plokštės. Jei turite, naudokite litavimo pastą ir lituoklio lituoklį. Jei ne, tai galite padaryti naudodami įprastą lituoklį ir lituoklį. Baigę supjaustykite keturių kaiščių eilę ir dvi vielos dalis, maždaug po 4 cm. Lituokite juos iki pertraukos, kaip parodyta antrame paveikslėlyje - kaiščiai + ir - turi būti prijungti prie laidų, 4 kiti tarp jų - prie kaiščių eilės. Smeigtukai turi būti apatinėje lūžio pusėje.

3 žingsnis: likusio įrenginio litavimas

Jutiklio plokštė ir MCU bardas turi būti sukrauti, o jutiklis turi būti uždėtas ant MCU lusto

Ryšio schema parodyta 1 paveiksle. Ir čia yra visi išvardyti ryšiai:

• Lūžio kaištis „+“prijungtas prie MCU plokštės kaiščio „Vcc“
• Pertraukiamasis kaištis „GND“prijungtas prie MCU plokštės kaiščio „GND“
• Pertraukimo kaiščiai „8“, „9“, „10“, „11“yra prijungti prie tų pačių skaičių MCU plokštės kaiščių.
• „JST RCY Maleblack“laidas yra prijungtas prie kito „GND“MCU plokštės kaiščio
• JST RCY Raudonasis laidas yra prijungtas prie diodo anodo
• Diodo katodas prijungtas prie MCU plokštės „Vin“kaiščio

Prieš prijungdami „JST pigtail“, nepamirškite ant raudono laido uždėti plono šiluminio tempimo vamzdžio gabalo.

Paskutinis dalykas, kurį reikia padaryti - diodas turi būti izoliuotas termiškai susitraukiančiu vamzdžiu. Tiesiog patraukite jį virš diodo ir pašildykite su litavimo ventiliatoriumi - rekomenduojama temperatūra yra apie 160C (320F). Jei neturite ventiliatoriaus, tiesiog naudokite žvakę ar cigarečių žiebtuvėlį, tačiau būkite atsargūs.

4 žingsnis: akumuliatorius ir įkroviklis

Padarykime prietaiso maitinimo šaltinį ir įkroviklį. Moteriška košelė turi būti prilituota prie akumuliatoriaus. Raudona viela iki „+“, juoda iki „-“. Apsaugokite jungtį lašeliu šiluminių klijų, lipnia juosta ar izoliacine juosta - savo nuožiūra.

Patinas patinas turi būti prilituotas prie įkroviklio plokštės - raudona viela prie „B+“, juoda - prie „B-“. Pritvirtinkite plokštę termiškai susitraukiančio vamzdžio gabalėliu. Dabar įkroviklį galite prijungti prie akumuliatoriaus, o įkroviklį - prie bet kurio USB maitinimo šaltinio ar kompiuterio prievado. Raudona lemputė ant plokštės rodo, kad įkrovimas vyksta, o žalia - visiškai įkrauta baterija. Įkrovimo metu plokštė gali įkaisti, bet ne per daug.

5 žingsnis: Įrenginio mirksėjimas

Norėdami įjungti įrenginį, turite įdiegti tam tikrą programinę įrangą. „Windows“galite naudoti vietinę programą iš st.com svetainės. Deja, reikia registruotis čia.

„Linux“ar „Mac“(gerai, „Windows“taip pat įmanoma) galite naudoti „OpenOCD“. Diegimo ir naudojimo instrukcijas rasite jų svetainėje.

Dabar galite atsisiųsti programinę -aparatinę įrangą.

Norėdami paruošti prietaisą mirksėjimui, turite laikinai lituoti dar du kaiščius prie MCU plokštės 21 ir 22 kontaktų.

Norėdami prijungti mūsų įrenginį prie žibintuvėlio:

• atidarykite abu trumpiklius ant „Nucleo“(baltos) plokštės CN2 jungties. Tai leidžia plokštei mirksėti išoriniuose įrenginiuose.
• prijunkite MCU kaištį 21 prie „Nucleo CN4“jungties 2 kaiščio
• prijunkite juodą akumuliatoriaus laidą prie „Nucleo CN4“jungties 3 kaiščio
• prijunkite MCU kaištį 22 prie „Nucleo CN4“jungties 4 kaiščio
• prijunkite įrenginį ir „Nucleo“plokštę prie kompiuterio USB kabeliais.

• „flash“programinė įranga („Windows“)

  • Paleiskite „STM32 ST-LINK Utility“
  • Pasirinkite Failas -> Atidaryti failą… -> atidarykite atsisiųstą programinę -aparatinę įrangą
  • Pasirinkite Target -> Option Bytes…, pasirinkite Read Out Protection: Disabled. Spustelėkite Taikyti
  • Pasirinkite Tikslas -> Programuoti ir patvirtinti, spustelėkite Pradėti

• atnaujinti programinę -aparatinę įrangą („Linux“ir „Mac“)

  • Atsisiųskite ir įdiekite „OpenOCD“.
  • paleiskite komandą

openocd -f interface/stlink -v2-1.cfg -f target/stm32f1x.cfg -c "init; reset halt; stm32f1x atrakinti 0; programa baro_v4.hex; shutdown"

Viskas!

6 veiksmas: kaip naudotis įrenginiu

Jei viskas bus padaryta tinkamai, būsime pasirengę paleisti įrenginį. Aukščio matuoklis turi tris režimus:

Ištrinti duomenis

Įjunkite įrenginį per USB arba per raudoną akumuliatoriaus jungtį. Paspauskite mygtuką (labiausiai nutolusį nuo USB jungties) ir palaikykite 2-3 sekundes. Mėlynas šviesos diodas turėtų pradėti mirksėti labai greitai ir taip toliau mirksėti, kol bus ištrinti visi duomenys.

Registravimo duomenys

Prijunkite prietaisą prie akumuliatoriaus raudona jungtimi. Mėlynas šviesos diodas dažnai mirksi porą sekundžių, o paskui mirksi vieną kartą per sekundę. Kiekvieną kartą, kai jis mirksi, duomenų pavyzdys įrašomas į vidinę įrenginio atmintį. Prietaisas gali įrašyti iki 9 valandų matavimus.

Skaitant duomenis

Atjunkite akumuliatorių ir prijunkite įrenginį prie kompiuterio USB kabeliu. Po poros sekundžių dažno mirksėjimo jis mirksi du kartus per sekundę. Tai yra duomenų skaitymo režimas. Įrenginys atpažįstamas kaip „flash drive“, pavadintas BARO_ELMOT. Diskas nerašomas, iš jo galite nuskaityti tik duomenis. Failų tvarkyklėje įrenginyje galite rasti du failus - pirmasis pavadintas kaip LEFT_123. MIN. Tai suklastotas failas, jame nėra jokių duomenų, tačiau „123“reiškia, kad dar yra vietos 123 minučių duomenų registravimui. Kitame faile, BARO. TXT, yra faktiškai surinkti duomenys, t. Y. Skirtukais atskirtas tekstas - antraštė ir duomenų eilutės. Šį formatą galima lengvai importuoti į „MS Excel“arba bet kurią kitą skaičiuoklės programą, įskaitant „Google“skaičiuokles. Kiekvienoje eilutėje yra serijos numeris (S), pavyzdžio numeris (N) (= praėjęs laikas sekundėmis), temperatūra (T) Celsijaus, atmosferos slėgio (P) mbarais ir apytikslės aukščio vertės (A) metrais virš jūros lygio. Pastaba! „A“vertės yra labai grubios, jūs galite savarankiškai apskaičiuoti aukštį pagal slėgio duomenis. Žr. Tolesnius veiksmus.

7 žingsnis: Įrenginio bandymas

1. Prijunkite akumuliatorių prie prietaiso. LED turėtų pradėti mirksėti.
2. Paspauskite ir palaikykite vartotojo mygtuką. Po 2-3 sekundžių šviesos diodas greitai įsijungs. Atleiskite mygtuką. Laikykite vėsiai, neatjunkite akumuliatoriaus. Duomenys ištrinami.
3. Po kurio laiko šviesos diodas pradeda mirksėti kartą per sekundę.
4. Prietaisą palaikykite mažiausiai 30 sekundžių.
5. Atjunkite akumuliatorių
6. Prijunkite savo prietaisą prie kompiuterio naudodami USB kabelį.
7. Įrenginys bus rodomas kaip mažas, tik 3 MB „flash“diskas. Atidarykite BARO. TXT failą ten naudodami bet kurį teksto rengyklę.
8. Patikrinkite, ar T ir P stulpeliuose yra pagrįstų duomenų - paprastai apie 20–30 T, apie 1000 - P. Jei esate šaldytuve ar Everesto viršuje, žinoma, skaičiai labai skirsis.

8 žingsnis: apsaugos nuo saulės spinduliai ir susitraukimo vamzdelis

Po ankstesnio veiksmo esame tikri, kad viskas veikia gerai, dabar turėtume atsukti mirksinčius kaiščius, nes mums jų nebereikia. Taip pat geriau tiksliai nupjauti smeigtukų, jungiančių jutiklį ir MCU plokštę, uodegas, kitaip jie gali pradurti išorinį plastikinį prietaiso dangtelį.

Projekte naudojamas jutiklis neturėtų būti veikiamas tiesioginių saulės spindulių. Mes pagaminsime apsauginį skydą iš aliuminio alaus skardinės. Neabejotinai, jei jau taip pažengėte į priekį, nusipelnėte tos skurdžios skardinės turinio. Žirklėmis supjaustykite maždaug 12*12 mm (0,5 "*0,5") dydžio aliuminio gabalėlį. Tada sulenkite dvi priešingas jo puses replėmis, kad gautumėte mažą „padėklą“7*12*2,5 mm (0,28 colio*0,5 colio*0,1 colio). Po sulenkimo nupjaukite 1,5 mm juostas iš tų sulenktų pusių, kad padėklas taptų a šiek tiek žemesnis, apie 1 mm aukščio.

Padėkite dėklą ant jutiklio viršaus. Pastaba - jis neturėtų liesti jokių kontaktų! Tada įdėkite prietaisą su dėklu į termiškai susitraukiančio vamzdžio gabalėlį (šiek tiek ilgesnį nei plokštė) ir gerai pašildykite, bet atsargiai su litavimo ventiliatoriumi (arba cigarečių žiebtuvėliu). Dar kartą patikrinkite, ar aliuminio dangtelis neliečia jutiklio kontaktų.

9 žingsnis: mokslas

Dabar įrenginys yra paruoštas veikti. Jis matuoja temperatūrą ir oro slėgį. Ir taip pat apytiksliai įvertina aukštį. Deja, slėgis labai priklauso nuo aukščio, apie tai galite perskaityti Vikipedijoje. Kaip tiksliau apskaičiuoti oro baliono aukštį? Vienas iš būdų yra naudoti 1976 m. Standartinę atmosferos skaičiuoklę. Jūsų prietaise yra tie patys modelio duomenys, tačiau jie nėra labai tikslūs dėl įrenginio atminties apribojimų. Naudodami barometro duomenis ir skaičiuotuvą, jūs galite apskaičiuoti aukštį daug geriau, nei tai daro pats. Taip pat atsižvelgdami į oro sąlygas oro baliono paleidimo vietoje (akivaizdu, kad tai įrašoma į tą patį aukščio matuoklį pačioje pradžioje) ir į paleidimo taško aukštį galite rasti temperatūros poslinkį ir oro slėgio korekciją ir. Tada naudodami tą patį skaičiuotuvą galite viską apskaičiuoti dar geriau. Turėdami tam tikrų skaičiuoklės įgūdžių, taip pat galite sudaryti paleidimo duomenų diagramas.

Antroji vieta kosmoso iššūkyje