Electronic Barometric Altimeter para sa Stratosphere Balloons: 9 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Ang aming koponan, RandomRace.ru, ay naglulunsad ng mga lobo na lobo. Maliit at malaki, may camera at wala. Naglulunsad kami ng maliliit upang random na i-drop ang mga checkpoint para sa mga kumpetisyon ng lahi ng pakikipagsapalaran, at malalaki upang makagawa ng magagaling na mga video at larawan mula sa tuktok ng kapaligiran. Hindi pa ito ang puwang, ngunit sa 30 km ng altitude na presyon ng hangin ay halos 1% ng normal. Hindi na ba hitsura ng kapaligiran, ha? Ang aking responsibilidad sa koponan ay electronics, at nais kong ibahagi ang isa sa aking mga proyekto na ipinatupad sa tungkuling iyon.

Paano namin masusukat ang taas ng lobo? Sa GPS (karamihan sa kanila ay hindi gumagana sa itaas 18km) o sa isang barometric altimeter. Gumawa tayo ng isa mula sa isang board ng microcontroller (MCU)! Nais namin itong maging magaan, murang (dahil kung minsan ay nawala ang aming mga probe), at madaling buuin, madaling gamitin. Dapat din itong sukatin ang napakababang presyon. Ang aparato ay dapat mag-log ng data ng hindi bababa sa 5 oras sa isang hilera. Gumamit tayo ng ilang baterya ng Lithium mula sa anumang lumang mobile phone bilang isang mapagkukunan ng kuryente. Batay sa mga kinakailangan, pinili ko ang board ng Maple Mini, batay sa n ARM microcontroller (STM32F103RC) na may isang USB interface, 128 Kb ng panloob na memorya, na sapat para sa parehong firmware ng MCU at nakolektang data. Sa kasamaang palad (o sa kabutihang palad?), Ang LeafLabs ay hindi na gumagawa ng mga board na iyon, ngunit ang kanilang mga clone ay maaaring matagpuan sa mga online na tindahan ng Tsino sa loob lamang ng ilang dolyar. Gayundin kami ay naibigay sa isang bilang ng mga MS5534 air pressure sensors, na may kakayahang sukatin ang 0.01… 1.1 bar. Iyon ay higit pa o mas kaunti para sa 30 km altitude.

Ang aparato ay medyo madali upang gawin, kailangan mo lamang ng ilang mga kasanayan sa paghihinang at mga tool (hindi na kailangang maghinang talagang maliliit na bahagi) at pangunahing mga kasanayan sa computer. Mahahanap mo rito ang isang repository ng github na naglalaman ng parehong disenyo ng breakout PCB sa format na Eagle at ang firmware.

Hakbang 1: Mga Kinakailangan na Bahagi

• Clone ng board ng Maple Mini MCU
• 4 * 1 2.54mm (0.1 ") na hilera ng pin (karaniwang ipinadala sa MCU board)
• 1S LiPo na baterya. Ang mga baterya mula sa mga lumang mobiles o action cam ay ganap na magkasya.
• 1S LiPo charger board
• Sensor ng barometric ng MS5534
• Breakout board ng MS5534
• 1N5819 Schottky diode o katulad
• JST RCY pigtails, 1 * Babae, 2 * Lalaki
• Walang laman ang aluminyo beer maaari
• thermal shrink tube D = 2, 5mm (0.1 ") ng anumang kulay
• thermal shrink tube D = 20mm (0.8 "), transparent

Sa halip na MS5534 maaari kang gumamit ng MS5540, ngunit nangangailangan ito ng isa pang breakout board. Maaari mo itong magawa sa iyong sarili, gamit ang EagleCAD o KiKad o anumang gusto mo. Maaari mo ring solder ang sensor nang direkta sa mga wire kung mayroon kang sapat na mga kasanayan sa paghihinang.

Mga kinakailangang tool:

• Regular na hanay ng mga tool para sa paghihinang
• Gunting at plies
• Opsyonal na isang fan na panghinang. Kung wala kang isa, maaari mong gamitin ang iyong panghinang at isang sigarilyo ng sigarilyo sa halip.
• ilang karaniwang 1 pin na mga babaeng-babaeng wires
• isang pares ng labis na mga contact pin
• Ang isang board ng demo na STM32 na gagamitin bilang isang MCU flashing device. Gumamit ako ng NUCLEO-F303RE, ngunit ang alinman sa mga board na STM32 Nucleo64 o Nucleo144 ay maaari ding gamitin.

Hakbang 2: Soldering Sensor Sa Breakout Board

Una sa lahat, ikaw kailangan naming maghinang ng sensor sa breakout board. Gumamit ng soldering paste at soldering fan soldering iron, kung mayroon kang mga iyon. Kung hindi, magagawa mo iyan sa regular na panghinang at panghinang. Kapag tapos na ito gupitin ang apat na hilera ng mga pin at dalawang piraso ng kawad, mga 4 cm bawat isa. Ihihinang ang mga ito sa breakout tulad ng ipinakita sa pangalawang larawan - mga pin + at - ay dapat na konektado sa mga wire, 4 pang iba sa pagitan nila - sa hilera ng pin. Ang mga pin ay dapat na nasa ilalim na bahagi ng breakout.

Hakbang 3: Paghihinang ng natitirang bahagi ng Device

Ang sensor board at MCU bard ay dapat na nakasalansan, at ang sensor ay dapat ilagay sa chip ng MCU

Ang diagram ng koneksyon ay ipinapakita sa unang larawan. At narito ang lahat ng mga koneksyon na nakalista:

• Ang breakout pin na "+" ay konektado sa MCU board pin na "Vcc"
• Ang breakout pin na "GND" ay konektado sa MCU board pin na "GND"
• Ang mga breakout pin na "8", "9", "10", "11" ay konektado sa mga pin ng board ng MCU na may parehong numero.
• Ang JST RCY Maleblack wire ay konektado sa isa pang "GND" na pin ng MCU board
• JST RCY Lalaking pulang kawad ay konektado sa isang diode anode
• Ang diode cathode ay konektado sa MCU board na "Vin" pin

Bago ikonekta ang JST pigtail, huwag kalimutang maglagay ng isang piraso ng manipis na thermal kahabaan ng tubo sa pulang kawad.

Huling bagay na dapat gawin - ang diode ay dapat na insulated ng thermal shrink tube. Hilahin lamang ito sa diode, at pagkatapos ay painitin ito gamit ang iyong soldering fan - ang inirekumendang temperatura ay halos 160C (320F). Kung wala kang fan, gumamit lamang ng kandila o isang lighter ng sigarilyo, ngunit mag-ingat kana.

Hakbang 4: Baterya at Charger

Hinahayaan kang gumawa ng isang mapagkukunan ng kuryente para sa aparato at isang charger para dito. Ang babaeng pigtail ay dapat na solder sa baterya. Pula na kawad sa "+", itim sa "-". Protektahan ang koneksyon sa isang patak ng thermal glue, isang patch ng duct tape, o isang insulation tape - na iyong pipiliin.

Ang male pigtail ay dapat na solder sa charger board - pulang wire sa "B +", itim sa "B-". I-secure ang board gamit ang isang piraso ng thermal shrink tube. Ngayon ay maaari mong ikonekta ang charger sa baterya, at ang charger sa anumang USB power supply o computer port. Ang pula na pinangunahan sa pisara ay nagpapahiwatig ng patuloy na pagsingil, berde - na ganap na sisingilin na baterya. Maaaring magpainit ang board habang proseso ng pagsingil, ngunit hindi masyadong marami.

Hakbang 5: Flashing ang Device

Upang mai-flash ang aparato, kailangan mong mag-install ng ilang software. Para sa Windows, maaari mong gamitin ang katutubong application mula sa site na st.com. Sa kasamaang palad, kailangan mong magrehistro dito.

Sa ilalim ng Linux o Mac (mabuti, sa ilalim ng Windows posible rin), maaari mong gamitin ang OpenOCD. Mangyaring hanapin ang mga tagubilin sa pag-install at paggamit sa kanilang site.

Maaari mo na ngayong i-download ang firmware.

Upang maihanda ang aparato para sa flashing, kailangan mong pansamantalang maghinang ng dalawa pang mga pin sa mga contact na 21 at 22 ng MCU board.

Upang ikonekta ang aming aparato sa flasher:

• buksan ang parehong mga jumper sa konektor ng CN2 ng board ng Nucleo (puti). Hinahayaan nito ang board na mag-flash ng mga panlabas na aparato.
• ikonekta ang MCU pin 21 sa pin 2 ng konektor ng Nucleo CN4
• ikonekta ang itim na wire ng baterya upang i-pin ang 3 ng konektor ng Nucleo CN4
• ikonekta ang MCU pin 22 sa pin 4 ng konektor ng Nucleo CN4
• ikonekta ang parehong aparato at board ng Nucleo sa computer gamit ang mga USB cable.

• i-flash ang fiirmware (Windows)

  • Patakbuhin ang STM32 ST-LINK Utility
  • Piliin ang File -> Buksan ang file … -> buksan ang na-download na firmware
  • Piliin ang Target -> Mga Byte ng Opsyon…, piliin ang Read Out Protection: Hindi pinagana. I-click ang Ilapat
  • Piliin ang Target -> Program at Patunayan, i-click ang Simulan

• i-flash ang firmware (Linux & Mac)

  • I-download at i-install ang OpenOCD.
  • patakbuhin ang utos

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

Ayan yun!

Hakbang 6: Paano Gamitin ang Device

Kung ang lahat ay tapos na nang maayos, handa na kaming patakbuhin ang aparato. Ang altimeter ay may tatlong mga mode:

Burahin ang data

Lakasin ang aparato sa pamamagitan ng USB o sa pamamagitan ng isang konektor ng pulang baterya. Pindutin ang pindutan (pinaka malayo sa konektor ng USB) at hawakan ito sa loob ng 2-3 segundo. Ang Blue LED ay dapat magsimulang kumurap nang napakabilis at patuloy na kumukurap sa ganoong paraan hanggang sa mabura ang lahat ng data.

Data ng pag-log

Ikonekta ang aparato sa baterya gamit ang pulang konektor. Ang Blue LED ay kumikislap nang madalas sa loob ng ilang segundo at pagkatapos ay magpapikit sa isang beses sa isang segundo. Sa tuwing ito ay kumikislap, isang sample ng data ay nakasulat sa memorya ng panloob na aparato. Ang aparato ay maaaring magtala ng hanggang sa 9 na oras ng mga sukat.

Pagbasa ng datos

Idiskonekta ang baterya at ikonekta ang aparato sa iyong computer gamit ang USB cable. Matapos ang ilang segundo ng madalas na pag-blink ay nagiging blink ito ng dalawang beses sa isang segundo. Ito ang mode ng pagbabasa ng data. Ang aparato ay kinikilala bilang isang flash drive na nagngangalang BARO_ELMOT. Ang drive ay hindi nasusulat, maaari mo lamang mabasa ang data mula rito. Sa isang file manager maaari kang makahanap ng dalawang mga file sa aparato - ang una ay pinangalanan tulad ng LEFT_123. MIN. Ito ay pekeng file, wala itong naglalaman ng anumang data, ngunit ang ibig sabihin ng "123" ay may puwang pa rin para sa 123 minuto ng pag-log ng data. Ang isa pang file, ang BARO. TXT, ay naglalaman ng aktwal na nakolektang data, ibig sabihin, tab na pinaghiwalay na teksto - isang header at pagkatapos ang mga linya ng data. Ang format na ito ay madaling mai-import sa MS Excel, o sa anumang iba pang application ng spreadsheet, kabilang ang Google Sheets. Ang bawat linya ay naglalaman ng isang numero ng serye (S), isang sample na numero (N) (= lumipas na oras sa segundo), Temperatura (T) sa Celsius, presyon ng Atmosphere (P) sa mbars, at magaspang na halaga ng altitude (A), sa mga metro sa itaas ng antas ng dagat. Tandaan! Ang mga halagang "A" ay talagang magaspang, maaari mong kalkulahin ang altitude mula sa data ng presyon sa iyong sarili. Tingnan ang karagdagang mga hakbang.

Hakbang 7: Pagsubok sa Device

1. Ikonekta ang baterya sa aparato. Dapat magsimulang magpikit ang LED.
2. Pindutin nang matagal ang pindutan ng gumagamit. Pagkatapos ng 2-3 segundo LED ay magsisimulang mabilis. Pakawalan ang pindutan. Panatilihing cool, huwag idiskonekta ang baterya. Binubura ang data.
3. Pagkaraan ng ilang sandali ang LED ay nagsisimulang kumurap isang beses bawat segundo.
4. Panatilihin ang aparato nang hindi bababa sa 30 segundo.
5. Idiskonekta ang baterya
6. Ikonekta ang iyong aparato sa isang computer gamit ang USB cable.
7. Ang aparato ay lilitaw bilang isang maliit, 3Mb lamang, flash drive. Buksan ang BARO. TXT file doon sa anumang text editor.
8. Suriin kung ang mga haligi na T at P ay naglalaman ng makatwirang data - karaniwang mga 20-30 para sa T, mga 1000 para sa P. Kung nasa isang palamigan o sa tuktok ng Everest, ang mga numero ay magkakaiba nang malaki, siyempre.

Hakbang 8: Sunlight Protector at Shrink Tube

Matapos ang nakaraang hakbang natitiyak namin na ang lahat ay gumagana na ok, ngayon ay dapat nating i-unsolder ang mga flashing pin, dahil hindi na natin kailangan ang mga ito. Gayundin mas mahusay na tumpak na gupitin ang mga buntot ng mga pin na kumokonekta sa sensor at sa board ng MCU, kung hindi man ay maaari nilang mabutas ang panlabas na plastik na takip ng aparato.

Ang sensor na ginamit sa proyekto ay hindi dapat mailantad sa isang direktang sikat ng araw. Gumagawa kami ng isang kalasag ng proteksyon mula sa isang lata ng aluminyo na serbesa. Tiyak, kung umasenso ka na, nararapat sa iyo ang nilalaman ng mahirap na lata. Gupitin ng gunting ang isang piraso ng aluminyo na may sukat na halos 12 * 12mm (0.5 "* 0.5"). Pagkatapos ay ibaluktot ang dalawang magkabilang panig nito gamit ang mga pliers upang makagawa ng isang maliit na "tray" 7 * 12 * 2.5mm (0.28 "* 0.5" * 0.1 "). Pagkatapos ng baluktot, gupitin ang 1.5mm na mga guhitan mula sa baluktot na mga gilid, upang gawin ang tray medyo mababa, mga 1 mm ang taas.

Ilagay ang tray sa tuktok ng sensor. Tandaan - hindi nito dapat hawakan ang anumang mga contact! Pagkatapos ay ilagay ang aparato gamit ang tray sa isang piraso ng thermal shrink tube (medyo mas mahaba kaysa sa board) at painitin ito nang maayos, ngunit maingat na kasama ang soldering fan (o mas magaan ang sigarilyo). Suriing muli kung ang aluminyo takip ay hindi hawakan ang mga contact ng sensor.

Hakbang 9: Agham

Ngayon handa na kaming patakbuhin ang aparato. Sinusukat nito ang temperatura at presyon ng hangin. At halos tinatantiyang din ang altitude. Sa kasamaang palad, ang presyon ay nakasalalay sa altitude na napaka hindi walang halaga na paraan, maaari mong basahin ang tungkol dito sa wikipedia. Paano natin makakalkula ang isang tuktok ng lobo na mas tumpak na paraan? Isa sa mga paraan ay ang paggamit ng 1976 Standard Atmosphere Calculator. Naglalaman ang iyong aparato ng parehong data ng modelo, ngunit hindi masyadong tumpak dahil sa mga limitasyon sa memorya ng aparato. Gamit ang data ng barometro at ang calculator, maaari mong kalkulahin ang altitude nang mas mahusay kaysa sa ginagawa ng deice sa sarili. Isinasaalang-alang din ang mga kondisyon ng panahon sa iyong lugar ng paglulunsad ng lobo (malinaw naman, na naitala sa parehong altimeter sa simula pa lamang), at ang iyong altitude na lugar ng paglulunsad maaari mong makita ang paglipat ng temperatura at pagwawasto ng presyon ng hangin at. Pagkatapos ay gumagamit ng parehong calculator, maaari mong kalkulahin ang lahat nang mas mahusay. Sa ilang mga kasanayan sa spreadsheet, maaari ka ring gumawa ng mga chart ng data ng isang paglulunsad.

Runner Up sa Space Hamon