Elektroniese barometriese hoogtemeter vir stratosfeerballonne: 9 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Ons span, RandomRace.ru, begin heliumballonne. Klein en groot, met kameras en sonder. Ons loods kleintjies om willekeurige kontrolepunte vir avontuurrenwedstryde te laat val, en grootes om fantastiese video's en foto's van die top van die atmosfeer te maak. Dit is nog nie die ruimte nie, maar op 30 km se hoogte is lugdruk ongeveer 1% van die normale. Lyk dit nie meer soos die atmosfeer nie? My verantwoordelikheid in die span is elektronika, en ek wil een van my projekte wat vir hierdie plig geïmplementeer is, deel.

Hoe kan ons die ballonhoogte meet? Met GPS (die meeste werk nie bo 18 km nie) of met 'n barometriese hoogtemeter. Kom ons maak een uit 'n mikrobeheerderbord (MCU)! Ons wil hê dit moet lig, goedkoop wees (aangesien ons soms ons sonde verloor), en maklik om te bou, maklik om te gebruik. Dit moet ook 'n baie lae druk meet. Die toestel moet data ten minste 5 uur agtereenvolgens aanmeld. Kom ons gebruik 'n litiumbattery van enige ou selfoon as 'n kragbron. Op grond van die vereistes, het ek gekies vir Maple Mini -bord, gebaseer op 'n ARM -mikrobeheerder (STM32F103RC) met 'n USB -koppelvlak, 128 Kb interne geheue, wat voldoende is vir beide MCU -firmware en versamelde data. Ongelukkig (of gelukkig?) Vervaardig LeafLabs nie meer die borde nie, maar hul klone kan slegs vir 'n paar dollar in Chinese aanlynwinkels gevind word. Ons is ook geskenk met 'n aantal MS5534 lugdruksensors wat 0,01 … 1,1 bar kan meet. Dit is min of meer genoeg vir 30 km hoogte.

Die toestel is redelik maklik om te maak; u benodig slegs enkele soldeervaardighede en gereedskap (dit is nie nodig om baie klein dele te soldeer nie) en basiese rekenaarvaardighede. Hier vind u 'n github -bewaarplek wat beide PCB -ontwerp in Eagle -formaat en die firmware bevat.

Stap 1: Vereiste onderdele

• Kloon van Maple Mini MCU -bord
• 4*1 2,54 mm (0,1 ") penry (gewoonlik saam met die MCU -bord gestuur)
• 1S LiPo battery. Batterye van ou selfone of aksiecams pas perfek.
• 1S LiPo laaierbord
• MS5534 barometriese sensor
• MS5534 uitbreekbord
• 1N5819 Schottky -diode of soortgelyk
• JST RCY varkstertjies, 1*Wyfie, 2*Mannetjie
• Leë aluminium bierblik
• termiese krimpbuis D = 2, 5 mm (0,1 ") van enige kleur
• termiese krimpbuis D = 20 mm (0,8 "), deursigtig

In plaas van MS5534 kan u MS5540 gebruik, maar dit benodig nog 'n uitbreekbord. U kan dit self maak met EagleCAD of KiKad of wat u ook al verkies. U kan die sensor ook direk met drade soldeer as u genoeg soldeervaardighede het.

Vereiste gereedskap:

• Gereelde stel gereedskap vir soldeer
• Skêr en voue
• Opsioneel 'n soldeerwaaier. As u nie een het nie, kan u eerder u soldeerbout en 'n sigaretaansteker gebruik.
• 'n paar standaard 1-pen vroulike-vroulike drade
• 'n paar ekstra kontakpenne
• 'N STM32 -demo -bord wat gebruik kan word as 'n MCU -flitsapparaat. Ek het NUCLEO-F303RE gebruik, maar enige van die STM32 Nucleo64 of Nucleo144 borde kan ook gebruik word.

Stap 2: Soldeersensor op die uitbreekbord

Eerstens moet u die sensor aan die uitbreekbord soldeer. Gebruik soldeerpasta en soldeerbout soldeerbout, as u een het. Indien nie, kan u dit doen met gereelde soldeerbout en soldeer. As dit klaar is, sny vier penne ry en twee stukke draad, ongeveer 4 cm elk. Soldeer hulle tot by die uitbreek, soos op die tweede prentjie getoon - penne + en - moet met drade verbind word, 4 ander tussen hulle - aan die penry. Spelde moet aan die onderkant van die uitbreek wees.

Stap 3: soldeer die res van die toestel

Sensorbord en MCU -bard moet gestapel word, en die sensor moet oor die MCU -chip geplaas word

Verbindingsdiagram word op die eerste prentjie getoon. En hier is al die verbindings:

• Uitbreekpen "+" is gekoppel aan MCU -bordpen "Vcc"
• Uitbreekpen "GND" is gekoppel aan MCU -bordpen "GND"
• Uitbreekpenne "8", "9", "10", "11" is gekoppel aan MCU -bordpenne met dieselfde nommers.
• JST RCY Swart draad is gekoppel aan 'n ander "GND" -pen van die MCU -bord
• JST RCY Rooi manlike draad is gekoppel aan 'n diode -anode
• Diodekatode is gekoppel aan MCU -bord "Vin" -pen

Moenie vergeet om 'n stuk dun termiese rekbuis op die rooi draad te sit voordat u JST -varkstaart aansluit nie.

Laaste ding om te doen - die diode moet met 'n termiese krimpbuis geïsoleer word. Trek dit net oor die diode en verhit dit dan met u soldeerwaaier - die aanbevole temperatuur is ongeveer 160C (320F). As jy nie die waaier het nie, gebruik net 'n kers of 'n sigaretaansteker, maar wees versigtig daarmee.

Stap 4: Battery en laaier

Kom ons maak 'n kragbron vir die toestel en 'n laaier daarvoor. Die varkstertjie moet aan die battery gesoldeer word. Rooi draad na "+", swart na "-". Beskerm die verbinding met 'n druppel termiese gom, 'n stuk kleeflint of 'n isolasieband - na u keuse.

Die varkstert moet aan die laaierbord gesoldeer word - rooi draad na "B+", swart na "B-". Bevestig die bord met 'n stuk termiese krimpbuis. Nou kan u die laaier aan die battery en die laaier aan enige USB -kragtoevoer of rekenaarpoort koppel. Rooi led op die bord dui aan dat die lading aan die gang is, 'n groen een - 'n volledig gelaaide battery. Die bord kan warm word tydens die laai, maar nie te veel nie.

Stap 5: Flits die toestel

Om die toestel te flits, moet u sagteware installeer. Vir Windows kan u die oorspronklike toepassing van die st.com -webwerf gebruik. Ongelukkig moet u hier registreer.

Onder Linux of Mac (wel, onder Windows is dit ook moontlik), kan u OpenOCD gebruik. Vind installasie- en gebruiksinstruksies op hul webwerf.

Nou kan u die firmware aflaai.

Om die toestel gereed te maak vir flits, moet u nog twee penne tydelik aan kontak 21 en 22 van die MCU -bord soldeer.

Om ons toestel aan die flitser te koppel:

• maak albei truie oop op die CN2 -aansluiting van die Nucleo (wit) bord. Dit stel die bord in staat om eksterne toestelle te flits.
• verbind MCU -pen 21 met pen 2 van die Nucleo CN4 -aansluiting
• verbind die swart batterykabel met pen 3 van die Nucleo CN4 -aansluiting
• verbind MCU -pen 22 met pen 4 van die Nucleo CN4 -aansluiting
• Sluit die toestel en die Nucleo -bord aan op die rekenaar met USB -kabels.

• flits die firmware (Windows)

  • Begin die STM32 ST-LINK Utility
  • Kies Lêer -> Maak lêer oop … -> maak afgelaaide firmware oop
  • Kies Doel -> Opsie -bytes …, kies Uitleesbeskerming: Uitgeskakel. Klik op Apply
  • Kies Doel -> Program en verifieer, klik op Start

• flits die firmware (Linux en Mac)

  • Laai OpenOCD af en installeer dit.
  • voer die opdrag uit

openocd -f interface/stlink -v2-1.cfg -f target/stm32f1x.cfg -c "init; halt terugstel; stm32f1x ontsluit 0; program baro_v4.hex; afsluit"

Dis dit!

Stap 6: Hoe om die toestel te gebruik

As alles behoorlik gedoen is, is ons gereed om die toestel te gebruik. Die hoogtemeter het drie modusse:

Vee data uit

Skakel die toestel via USB of deur 'n rooi batteryaansluiting. Druk die knoppie (die verste van die USB-aansluiting) en hou dit 2-3 sekondes ingedruk. Blou LED moet baie vinnig begin flikker en so bly knip totdat al die data uitgevee is.

Teken data

Koppel die toestel aan die battery met die rooi aansluiting. Die blou LED knipper gereeld vir 'n paar sekondes en verander dan na knipper een keer per sekonde. Elke keer as dit knip, word 'n gegewensmonster in die interne geheue van die toestel geskryf. Die toestel kan tot 9 uur se metings opneem.

Lees die data

Ontkoppel die battery en koppel die toestel aan u rekenaar met 'n USB -kabel. Na 'n paar sekondes van gereeld knip, word dit twee keer per sekonde flikker. Dit is die data -leesmodus. Die toestel word herken as 'n flitsaandrywer met die naam BARO_ELMOT. Die skyf is nie skryfbaar nie; u kan slegs data daaruit lees. In 'n lêerbestuurder kan u twee lêers op die toestel vind - die eerste een het die naam LEFT_123. MIN. Dit is 'n vals lêer, dit bevat geen data nie, maar dat '123' beteken dat daar nog plek is vir 123 minute data -aanmelding. 'N Ander lêer, BARO. TXT, bevat werklike versamelde data, dit wil sê tabblad geskeide teks - 'n opskrif en dan datalyne. Hierdie formaat kan maklik ingevoer word in MS Excel, of na enige ander sigbladprogram, insluitend Google Sheets. Elke reël bevat 'n reeksnommer (S), 'n steekproefnommer (N) (= verstreke tyd in sekondes), Temperatuur (T) in Celsius, Atmosferiese druk (P) in mbars, en ruwe hoogtewaarde (A), in meter bo seespieël. Let wel! "A" waardes is regtig rof, u kan die hoogte self uit drukdata bereken. Sien verdere stappe.

Stap 7: Toets die toestel

1. Koppel die battery aan die toestel. Die LED moet begin flikker.
2. Hou die gebruikersknoppie ingedruk. Na 2-3 sekondes sal die LED vinnig begin. Laat die knoppie los. Hou koel, moenie die battery ontkoppel nie. Data word uitgevee.
3. Na 'n rukkie begin die LED een keer per sekonde flikker.
4. Hou die toestel vir ten minste 30 sekondes aan.
5. Ontkoppel die battery
6. Koppel u toestel aan 'n rekenaar met 'n USB -kabel.
7. Die toestel verskyn as 'n klein flash drive van slegs 3 MB. Maak die BARO. TXT -lêer daar oop met enige teksredakteur.
8. Kyk of kolomme T en P redelike gegewens bevat - gewoonlik ongeveer 20-30 vir T, ongeveer 1000 vir P. As u in die yskas of bo -op Everest is, sal die getalle natuurlik drasties verskil.

Stap 8: Sonligbeskermer en krimpbuis

Na die vorige stap is ons seker dat alles in orde is, en ons moet nou flitsers losmaak, want ons het dit nie meer nodig nie. Dit is ook beter om die sterte van die penne wat die sensor en die MCU -bord verbind, akkuraat te sny, anders kan hulle die buitenste plastiekbedekking van die toestel deurboor.

Die sensor wat in die projek gebruik word, moet nie aan direkte sonlig blootgestel word nie. Ons maak 'n beskermingsskerm van 'n aluminiumbierblik. Beslis, as u al so ver gevorder het, het u die inhoud van die arm blik verdien. Sny 'n stuk aluminium met 'n skêr ongeveer 12*12 mm (0,5 "*0,5"). Buig dan twee teenoorgestelde kante daarvan met 'n tang om 'n klein "skinkbord" 7*12*2,5 mm (0,28 "*0,5"*0,1 ") te maak. Na buiging, sny 1,5 mm strepe van die geboë sye af, sodat die skinkbord 'n bietjie laer, ongeveer 1 mm hoog.

Sit die skinkbord bo -op die sensor. Let op: dit mag geen kontak raak nie! Plaas die toestel met die skinkbord in 'n stuk termiese krimpbuis ('n bietjie langer as die bord) en verhit dit goed, maar versigtig met die soldeerwaaier (of die sigaretaansteker). Kyk weer of die aluminiumdeksel nie die kontakpunte van die sensor raak nie.

Stap 9: Wetenskap

Nou het ons die toestel gereed om te gebruik. Dit meet temperatuur en lugdruk. Skat ook die hoogte ongeveer. Ongelukkig hang die druk af van die hoogte wat nie baie triviaal is nie; u kan dit in Wikipedia lees. Hoe kan ons 'n meer akkurate manier op 'n ballonhoogte bereken? Een van die maniere is om 1976 Standard Atmosphere Calculator te gebruik. Jou toestel bevat dieselfde modeldata, maar nie baie presies nie, as gevolg van beperkinge op die geheue van die toestel. Deur die barometerdata en die sakrekenaar te gebruik, kan u die hoogte baie beter bereken as wat die dobbelsteen op sy eie doen. Met inagneming van die weerstoestande op die beginpunt van u ballon (dit is duidelik dat dit in die begin op dieselfde hoogtemeter aangeteken is), en die hoogte van die beginpunt, kan u temperatuurverskuiwing en lugdrukregstelling vind. Deur dieselfde sakrekenaar te gebruik, kan u alles nog beter bereken. Met 'n paar sigbladvaardighede kan u ook datakaarte van 'n bekendstelling maak.

Naaswenner in die ruimte -uitdaging