Стратосферийн бөмбөлөгт электрон барометрийн альтиметр: 9 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:04

Манай RandomRace.ru баг гелийн бөмбөлөг хөөргөж байна. Жижиг, том, камертай, камергүй. Бид адал явдалт уралдаан тэмцээний шалган нэвтрүүлэх цэгүүдийг санамсаргүй хаяхын тулд жижиг цэгүүдийг ажиллуулж, хамгийн том цэгүүдийг агаар мандлын дээд хэсгээс гайхалтай видео, зураг авах зорилгоор эхлүүлдэг. Энэ нь орон зай хараахан болоогүй байгаа ч 30 км өндөрт агаарын даралт хэвийн хэмжээнд 1% орчим байдаг. Одоо уур амьсгал шиг харагдахгүй байна, тийм үү? Баг дахь миний үүрэг бол электроник бөгөөд би энэ чиглэлээр хэрэгжүүлсэн төслүүдийнхээ нэгийг хуваалцахыг хүсч байна.

Бөмбөлөгний өндрийг хэрхэн хэмжих вэ? GPS (ихэнх нь 18 км -ээс дээш ажилладаггүй) эсвэл барометрийн өндөр хэмжигчтэй. Микроконтроллер (MCU) самбараас нэгийг хийцгээе! Бид үүнийг хөнгөн, хямд (заримдаа бид датчикаа алддаг), бүтээхэд хялбар, ашиглахад хялбар байхыг хүсч байна. Энэ нь маш бага даралтыг хэмжих ёстой. Төхөөрөмж дор хаяж 5 цаг дараалан өгөгдлийг бүртгэх ёстой. Аливаа хуучин гар утаснаас лити батерейг тэжээлийн эх үүсвэр болгон ашиглацгаая. Шаардлагад үндэслэн би USB интерфэйстэй 128 Kb дотоод санах ойтой n ARM микроконтроллер (STM32F103RC) дээр суурилсан Maple Mini самбарыг сонгосон бөгөөд энэ нь MCU програм хангамж болон цуглуулсан өгөгдөлд хангалттай юм. Харамсалтай нь (эсвэл азаар?) LeafLabs эдгээр хавтанг үйлдвэрлэхээ больсон боловч тэдний клоныг Хятадын онлайн дэлгүүрүүдээс хэдхэн доллараар олж болно. Мөн бидэнд 0.01… 1.1 бар хэмжих чадвартай MS5534 агаарын даралт мэдрэгчийг бэлэглэсэн. Энэ нь 30 км өндөрт их бага хэмжээгээр хангалттай.

Төхөөрөмжийг хийхэд маш хялбар, танд зөвхөн гагнуурын ур чадвар, багаж хэрэгсэл (үнэхээр жижиг эд ангиудыг гагнах шаардлагагүй), компьютерын үндсэн ур чадвар хэрэгтэй. Эндээс та Eagle формат дахь ПХБ -ийн дизайн болон програм хангамжийг агуулсан github репозиторыг олох боломжтой.

Алхам 1: Шаардлагатай эд ангиуд

• Maple Mini MCU хавтангийн клон
• 4*1 2.54мм (0.1 ") зүү эгнээ (ихэвчлэн MCU самбартай хамт ирдэг)
• 1S LiPo батерей. Хуучин гар утас эсвэл үйлдлийн камерын батерей нь төгс тохирдог.
• 1S LiPo цэнэглэгч самбар
• MS5534 барометрийн мэдрэгч
• MS5534 таслах самбар
• 1N5819 Schottky диод эсвэл үүнтэй төстэй
• JST RCY гахайн сүүл, 1*Эмэгтэй, 2*Эр
• Хөнгөн цагаан пивоны сав
• дулааны агшилтын хоолой D = 2, 5мм (0.1 ") ямар ч өнгөтэй
• дулааны агшилтын хоолой D = 20мм (0.8 "), тунгалаг

MS5534 -ийн оронд та MS5540 -ийг ашиглаж болох боловч өөр таслах самбар шаардлагатай болно. Та үүнийг EagleCAD эсвэл KiKad эсвэл дуртай зүйлээ ашиглан өөрөө хийх боломжтой. Хэрэв та хангалттай гагнуурын ур чадвартай бол мэдрэгчийг шууд утсаар гагнах боломжтой.

Шаардлагатай багаж хэрэгсэл:

• Гагнуурын зориулалттай багаж хэрэгслийн тогтмол багц
• Хайч ба хавтан
• Нэмэлт сонголт бол гагнуурын сэнс юм. Хэрэв танд байхгүй бол та гагнуурын төмрөө болон тамхины асаагуураа ашиглаж болно.
• зарим стандарт 1 зүү эмэгтэй-эмэгтэй утас
• хэд хэдэн нэмэлт холбоо барих зүү
• MCU анивчих төхөөрөмж болгон ашиглах STM32 демо самбар. Би NUCLEO-F303RE-ийг ашигласан боловч STM32 Nucleo64 эсвэл Nucleo144-ийн дурын хавтанг бас ашиглаж болно.

Алхам 2: Гагнуурын мэдрэгчийг таслах самбар дээр байрлуулна

Юуны өмнө та мэдрэгчийг таслах самбар дээр гагнах хэрэгтэй. Хэрэв танд байгаа бол гагнуурын оо, гагнуурын сэнсний гагнуурын төмрийг ашиглаарай. Үгүй бол та ердийн гагнуурын төмөр, гагнуурын тусламжтайгаар үүнийг хийж болно. Дууссаны дараа дөрвөн голтой эгнээ, хоёр ширхэг утсыг тус бүр нь 4 см орчим зүснэ. Хоёр дахь зураг дээр үзүүлсэн шиг тэдгээрийг гагнах - тээглүүр + ба утаснуудтай, тэдгээрийн хооронд өөр 4 ширхэг байх ёстой. Зүү нь таслах хэсгийн доод талд байх ёстой.

Алхам 3: Төхөөрөмжийн үлдсэн хэсгийг гагнах

Мэдрэгчийн самбар ба MCU бардыг овоолж, мэдрэгчийг MCU чип дээр байрлуулах ёстой

Холболтын схемийг 1 -р зурагт үзүүлэв. Энд жагсаасан бүх холболтууд байна:

• "+" Таслах зүү нь MCU самбарын зүү "Vcc" -тэй холбогдсон байна
• "GND" таслах зүү нь "GND" MCU самбарын зүүтэй холбогдсон байна.
• "8", "9", "10", "11" таслагч тээглүүрүүд нь ижил тооны MCU хавтангийн зүүтэй холбогдсон байна.
• JST RCY Maleblack утас нь MCU хавтангийн өөр "GND" зүүтэй холбогдсон байна
• JST RCY Эрэгтэй улаан утас нь диодын анодтой холбогддог
• Диодын катод нь MCU самбар "Vin" зүүтэй холбогдсон байна

JST pigtail -ийг холбохын өмнө улаан утас дээр нимгэн дулаан сунгах хоолой тавихыг бүү мартаарай.

Хамгийн сүүлд хийх зүйл бол диодыг дулааны агшилтын хоолойгоор тусгаарлах ёстой. Үүнийг диодоос татаж аваад гагнуурын сэнсээр дулаацуулаарай - санал болгож буй температур ойролцоогоор 160С (320F) байна. Хэрэв танд сэнс байхгүй бол зүгээр л лаа эсвэл асаагуур асаана уу, гэхдээ болгоомжтой байгаарай.

Алхам 4: Батерей ба цэнэглэгч

Төхөөрөмжийн тэжээлийн эх үүсвэр, цэнэглэгчийг хийцгээе. Эмэгтэй гахайн сүүлийг батерейнд гагнах ёстой. Улаан утас нь "+", хар нь "-" болно. Дулааны цавуу, наалдамхай тууз эсвэл тусгаарлагч соронзон хальсны тусламжтайгаар холболтыг хамгаална уу.

Эр гахайн сүүлийг цэнэглэгчийн самбар дээр гагнах ёстой - улаан утас нь "B+", хар нь "B-" хүртэл. Дулааны агшилтын хоолойгоор самбарыг бэхлээрэй, та одоо цэнэглэгчээ батерейтай холбож, цэнэглэгчээ USB тэжээлийн хангамж эсвэл компьютерийн аль ч порт руу холбож болно. Самбар дээрх улаан гэрэл нь бүрэн цэнэглэгдсэн, ногоон цэнэглэж байгааг илтгэнэ. Цэнэглэх явцад самбар дулаарч магадгүй боловч хэт их биш байна.

Алхам 5: Төхөөрөмжийг асаах

Төхөөрөмжийг асаахын тулд та зарим програм хангамжийг суулгах хэрэгтэй. Windows -ийн хувьд та st.com сайтаас уугуул програм ашиглаж болно. Харамсалтай нь энд бүртгүүлэх шаардлагатай байна.

Linux эсвэл Mac -ийн доор (Windows -ийн доор бас боломжтой) OpenOCD -ийг ашиглаж болно. Суурилуулах, ашиглах зааврыг тэдний вэбсайтаас олж авна уу.

Одоо та firmware татаж авах боломжтой.

Төхөөрөмжийг анивчихад бэлтгэхийн тулд MCU самбарын 21 ба 22 -р контактуудад өөр хоёр тээглүүрийг түр зуур гагнах хэрэгтэй.

Манай төхөөрөмжийг анивчууртай холбохын тулд:

• Nucleo (цагаан) самбарын CN2 холбогч дээрх хоёр холбогчийг нээнэ үү. Энэ нь самбарыг гадны төхөөрөмжийг асаах боломжийг олгодог.
• MCU зүү 21 -ийг Nucleo CN4 холбогчийн 2 зүү рүү холбоно уу
• хар батерейны утсыг Nucleo CN4 холбогчийн 3 -р зүү рүү холбоно уу
• MCU зүү 22 -ийг Nucleo CN4 холбогчийн 4 -р зүү рүү холбоно уу
• USB кабелиар төхөөрөмж болон Nucleo самбарыг компьютерт холбоно уу.

• програм хангамжийг асаах (Windows)

  • STM32 ST-LINK хэрэгслийг ажиллуулна уу
  • Файл -> Файлыг нээх … -> татаж авсан програмыг нээнэ үү
  • Target -> Option Bytes …, Read Read Protection: Disabled -ийг сонгоно уу. Хэрэглэх дээр дарна уу
  • Target -> Program & Verify -ийг сонгоод Эхлүүлэх дээр дарна уу

• програм хангамжийг асаах (Linux ба Mac)

  • OpenOCD татаж аваад суулгана уу.
  • тушаалыг ажиллуулна уу

openocd -f интерфейс/stlink -v2-1.cfg -f target/stm32f1x.cfg -c "init; анхны байдалд нь оруулах; stm32f1x түгжээг тайлах 0; програм baro_v4.hex; унтрах"

Ингээд л боллоо!

Алхам 6: Төхөөрөмжийг хэрхэн ашиглах талаар

Хэрэв бүх зүйл зөв хийгдсэн бол бид төхөөрөмжийг ажиллуулахад бэлэн байна. Өндөр хэмжигч нь гурван горимтой:

Өгөгдлийг устгах

Төхөөрөмжийг USB эсвэл улаан батерейны холбогчоор тэжээнэ үү. Товчлуурыг дарна уу (USB холбогчоос хамгийн хол зайтай), 2-3 секундын турш барина уу. Цэнхэр LED нь маш хурдан анивчиж, бүх өгөгдлийг устгах хүртэл инээмсэглэж байх ёстой.

Өгөгдлийг бүртгэх

Төхөөрөмжийг улаан холбогчоор батерей руу холбоно уу. Цэнхэр LED нь хэдхэн секундын турш байнга анивчдаг бөгөөд дараа нь секундэд нэг удаа анивчдаг. Нүдээ анивчих тоолонд өгөгдлийн дээжийг төхөөрөмжийн дотоод санах ойд бичдэг. Төхөөрөмж нь 9 цаг хүртэлх хэмжилтийг бичиж чаддаг.

Өгөгдлийг уншиж байна

Батерейгаа салгаад төхөөрөмжийг USB кабелиар компьютерт холбоно уу. Хэдэн секундын ойр ойрхон анивчсаны дараа секундэд хоёр удаа анивчдаг. Энэ бол өгөгдөл унших горим юм. Төхөөрөмжийг BARO_ELMOT нэртэй флаш диск гэж хүлээн зөвшөөрдөг. Драйвыг бичих боломжгүй, та зөвхөн үүнээс өгөгдөл унших боломжтой. Файлын менежерээс та төхөөрөмжөөс хоёр файл олж болно - эхний файлыг LEFT_123. MIN гэж нэрлэдэг. Энэ бол хуурамч файл бөгөөд ямар ч өгөгдөл агуулаагүй боловч "123" гэдэг нь 123 минутын өгөгдөл бүртгэх зай байсаар байгаа гэсэн үг юм. Өөр файл BARO. TXT нь цуглуулсан бодит өгөгдлийг агуулдаг, өөрөөр хэлбэл табаас тусгаарлагдсан текст - толгой ба дараа нь өгөгдлийн мөрүүд. Энэ форматыг MS Excel эсвэл Google Хүснэгт гэх мэт бусад хүснэгтийн програм руу хялбархан импортлох боломжтой. Мөр бүрт цувралын дугаар (S), түүврийн дугаар (N) (= секундээр өнгөрсөн хугацаа), Температур (T) Цельсийн, мбар дахь агаар мандлын даралт (P), далайн түвшнээс дээш метрийн өндөрт барзгар өндөр (A). Анхаарна уу! "А" утга нь үнэхээр барзгар тул та даралтын өгөгдлөөс өндрийг бие даан тооцоолж болно. Цаашдын алхамуудыг үзнэ үү.

Алхам 7: Төхөөрөмжийг турших

1. Батерейг төхөөрөмжид холбоно уу. LED анивчиж эхлэх ёстой.
2. Хэрэглэгчийн товчлуурыг удаан дарна уу. 2-3 секундын дараа LED хурдан асах болно. Товчлуурыг суллана уу. Сэрүүн байлгаарай, зайгаа бүү салгаарай. Өгөгдлийг устгаж байна.
3. Хэсэг хугацааны дараа LED секундэд нэг удаа анивчиж эхэлдэг.
4. Төхөөрөмжийг дор хаяж 30 секундын турш байлга.
5. Батерейг салга
6. USB кабелиар төхөөрөмжөө компьютерт холбоно уу.
7. Төхөөрөмж нь зөвхөн 3Mb хэмжээтэй жижиг флаш диск хэлбэрээр гарч ирнэ. BARO. TXT файлыг тэнд ямар ч текст засварлагчаар нээнэ үү.
8. Т ба Р баганад боломжийн мэдээлэл байгаа эсэхийг шалгаарай - ихэвчлэн Т -ийн хувьд 20-30 орчим, П -ийн хувьд 1000 орчим байдаг. Хэрэв та хөргөгчинд эсвэл Эверестийн орой дээр байгаа бол тоо нь эрс өөр байх нь ойлгомжтой.

Алхам 8: Нарны гэрлийн хамгаалалт ба хоолойг багасгах

Өмнөх алхамыг хийсний дараа бүх зүйл хэвийн ажиллаж байгаа гэдэгт бид итгэлтэй байна, одоо бид гялалзсан тээглүүрээ зарах хэрэгтэй болно, учир нь бидэнд энэ хэрэггүй болно. Мэдрэгч ба MCU хавтанг холбосон тээглүүрийн сүүлийг нарийн хайчлах нь дээр, эс тэгвээс төхөөрөмжийн гаднах хуванцар тагийг цоолж болно.

Төсөлд ашигласан мэдрэгчийг нарны шууд тусгалд өртөх ёсгүй. Бид хөнгөн цагаан шар айрагны савнаас хамгаалах бамбай хийх болно. Мэдээжийн хэрэг, хэрэв та аль хэдийн ийм ахиц дэвшил гаргасан бол та тэр ядуу лаазны агуулгыг хүртэх ёстой. 12*12мм (0.5 "*0.5") хэмжээтэй хөнгөн цагаан хэсгийг хайчаар хайчилж ав. Дараа нь хавчаараар хоёр эсрэг талыг нь нугалаад 7*12*2.5мм (0.28 "*0.5"*0.1 ") жижиг" тавиур "болгоорой. Гулзайлгасны дараа нөгөө нугалсан талаас нь 1.5мм судал хайчилж ав. арай доогуур, ойролцоогоор 1 мм өндөр.

Тавиурыг мэдрэгчийн дээр тавь. Анхаарна уу - энэ нь ямар ч харилцагчид хүрч болохгүй! Дараа нь төхөөрөмжийг тавиуртай хамт дулааны агшилтын хоолойд (хавтангаас арай урт) хийж сайтар халаа, гэхдээ гагнуурын сэнсээр (эсвэл тамхины асаагуураар) болгоомжтой хийнэ. Хөнгөн цагаан таг нь мэдрэгчийн контактуудад хүрэхгүй байгаа эсэхийг дахин шалгана уу.

Алхам 9: Шинжлэх ухаан

Одоо бид төхөөрөмжийг ажиллуулахад бэлэн байна. Энэ нь агаарын даралт, температурыг хэмждэг. Мөн өндрийг ойролцоогоор тооцоолдог. Харамсалтай нь даралт нь өндрөөс ихээхэн хамаардаг тул та үүнийг Википедиа дээрээс уншиж болно. Бөмбөлгийн өндрийг хэрхэн илүү нарийвчлалтай тооцоолох вэ? Үүний нэг арга бол 1976 оны агаар мандлын стандарт тооцоолуурыг ашиглах явдал юм. Таны төхөөрөмж ижил загварын өгөгдлийг агуулдаг боловч төхөөрөмжийн санах ойн хязгаарлалтын улмаас тийм ч нарийвчлалтай байдаггүй. Барометрийн өгөгдөл, тооцоолуур ашиглан та өндрийг тооцоолж чадна. Бөмбөлөг хөөргөх цэг дээрх цаг агаарын нөхцөл байдлыг харгалзан үзэх нь зүйтэй (энэ нь эхэндээ ижил өндөрт бичигдсэн байдаг), мөн хөөрөх цэгийн өндрийг та температурын өөрчлөлт, агаарын даралтын залруулга болон. Дараа нь ижил тооцоолуур ашиглан бүх зүйлийг илүү сайн тооцоолж болно. Хүснэгтийн зарим ур чадварын тусламжтайгаар та эхлүүлэх өгөгдлийн хүснэгт хийх боломжтой.

Сансрын сорилтын тэмцээнд хоёрдугаар байр эзэлсэн