ارتفاع سنج الکترونیکی فشارسنج برای بالن های استراتوسفر: 9 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

تیم ما ، RandomRace.ru ، بادکنک های هلیومی را پرتاب می کند. کوچک و بزرگ ، با دوربین و بدون آن. ما نقاط کوچکی را راه اندازی می کنیم تا به طور تصادفی ایست بازرسی را برای مسابقات مسابقه ای ماجراجویی رها کنیم ، و نقاط بزرگ را برای ساخت فیلم ها و عکس های عالی از بالای جو. این هنوز فضا نیست ، اما در 30 کیلومتری ارتفاع فشار هوا حدود 1 of از حالت عادی است. آیا دیگر مانند فضا به نظر نمی رسد ، ها؟ مسئولیت من در تیم الکترونیک است و می خواهم یکی از پروژه های خود را که در آن وظیفه اجرا شده است به اشتراک بگذارم.

چگونه می توانیم ارتفاع بالن را اندازه گیری کنیم؟ با GPS (اکثر آنها بالای 18 کیلومتر کار نمی کنند) یا با ارتفاع سنج فشارسنج. بیایید یکی را از برد میکروکنترلر (MCU) بسازیم! ما می خواهیم سبک ، ارزان (از آنجا که گاهی اوقات کاوشگرهای خود را از دست می دهیم) و ساخت آسان ، آسان برای استفاده. همچنین باید فشارهای بسیار کم را اندازه گیری کند. دستگاه باید حداقل 5 ساعت متوالی اطلاعات را ثبت کند. اجازه دهید از باتری لیتیوم از هر تلفن همراه قدیمی به عنوان منبع تغذیه استفاده کنیم. بر اساس الزامات ، من برد Maple Mini ، مبتنی بر میکروکنترلر ARM (STM32F103RC) با رابط USB ، 128 کیلوبایت حافظه داخلی را انتخاب کرده ام که برای سیستم عامل MCU و داده های جمع آوری شده کافی است. متأسفانه (یا خوشبختانه؟) ، LeafLabs دیگر آن تخته ها را تولید نمی کند ، اما کلون های آنها را می توان در فروشگاه های آنلاین چینی تنها با چند دلار پیدا کرد. همچنین تعدادی سنسور فشار هوا MS5534 با اندازه 0.01… 1.1 بار به ما اهدا شد. این مقدار کم و بیش برای ارتفاع 30 کیلومتری کافی است.

ساخت این دستگاه بسیار آسان است ، شما فقط به برخی از مهارت ها و ابزارهای لحیم کاری نیاز دارید (نیازی به لحیم کردن قطعات واقعاً کوچک نیست) و مهارت های اولیه کامپیوتر. در اینجا می توانید یک مخزن github پیدا کنید که هم شامل طراحی PCB Breakout در قالب Eagle و هم سیستم عامل است.

مرحله 1: قطعات مورد نیاز

• کلون برد Maple Mini MCU
• ردیف پین 4*1 2.54 میلی متر (0.1 اینچ) (معمولاً با برد MCU ارسال می شود)
• باتری 1S LiPo. باتری های موبایل های قدیمی یا دوربین های مدار بسته کاملاً مناسب هستند.
• برد شارژ 1S LiPo
• سنسور فشارسنج MS5534
• برد شکست MS5534
• دیود 1N5819 Schottky یا مشابه آن
• خوک های JST RCY ، 1*ماده ، 2*نر
• قوطی آبجو آلومینیومی خالی
• لوله جمع کننده حرارتی D = 2 ، 5 میلی متر (0.1 اینچ) از هر رنگ
• لوله انقباض حرارتی D = 20 میلی متر (0.8 اینچ) ، شفاف

به جای MS5534 می توانید از MS5540 استفاده کنید ، اما به یک برد شکست دیگر نیاز دارد. می توانید آن را به تنهایی و با استفاده از EagleCAD یا KiKad یا هر چیزی که ترجیح می دهید تهیه کنید. اگر مهارت کافی برای لحیم کاری دارید ، می توانید سنسور را مستقیماً با سیم لحیم کنید.

ابزار مورد نیاز:

• مجموعه ای منظم از ابزار برای لحیم کاری
• قیچی و پلو
• به صورت اختیاری فن لحیم کاری. اگر یکی ندارید ، می توانید به جای آن از لحیم کاری و فندک سیگار استفاده کنید.
• برخی از سیمهای استاندارد 1 پین زن و زن
• چند پین تماس اضافی
• یک برد نمایشی STM32 که به عنوان یک دستگاه چشمک زن MCU استفاده می شود. من از NUCLEO-F303RE استفاده کردم ، اما از هر یک از تخته های STM32 Nucleo64 یا Nucleo144 نیز می توان استفاده کرد.

مرحله 2: سنسور لحیم کاری Onto Board Breakout

اول از همه ، شما باید سنسور را به برد شکست بچسبانید. در صورت وجود از خمیر لحیم کاری و فن لحیم کاری استفاده کنید. اگر نه ، می توانید این کار را با لحیم کاری معمولی و لحیم کاری انجام دهید. پس از اتمام کار ، چهار ردیف پین و دو قطعه سیم ، هر کدام حدود 4 سانتی متر برش دهید. همانطور که در تصویر دوم نشان داده شده است آنها را به شکست بچسبانید - پین ها + و - باید به سیمها ، 4 سیم دیگر بین آنها - به ردیف پین متصل شوند. پین ها باید در قسمت پایینی شکست قرار داشته باشند.

مرحله 3: لحیم کردن بقیه دستگاه

برد سنسور و برد MCU باید روی هم چیده شوند و سنسور باید روی تراشه MCU قرار گیرد

نمودار اتصال در تصویر 1 نشان داده شده است. و در اینجا همه اتصالات ذکر شده است:

• پین شکست "+" به پین برد MCU "Vcc" متصل است
• پین شکست "GND" به پین برد MCU "GND" متصل است
• پین های شکست "8" ، "9" ، "10" ، "11" به پین های برد MCU با همان شماره متصل هستند.
• سیم JST RCY Maleblack به پین "GND" دیگری از برد MCU متصل است
• JST RCY سیم قرمز نر به یک آند دیود متصل است
• کاتد دیود به پین MCU "Vin" وصل است

قبل از اتصال JG ، فراموش نکنید که یک قطعه لوله کشش حرارتی نازک را روی سیم قرمز قرار دهید.

آخرین کاری که باید انجام شود - دیود باید با لوله کوچک کننده حرارتی عایق بندی شود. فقط آن را روی دیود بکشید و سپس آن را با فن لحیم کاری خود گرم کنید - دمای توصیه شده حدود 160 درجه سانتیگراد (320F) است. اگر فن ندارید ، فقط از شمع یا فندک استفاده کنید ، اما در این مورد مراقب باشید.

مرحله 4: باتری و شارژر

اجازه دهید یک منبع تغذیه برای دستگاه و یک شارژر برای آن بسازیم. دم خوک ماده باید به باتری لحیم شود. سیم قرمز به "+" ، سیاه به "-". به دلخواه خود از اتصال با یک قطره چسب حرارتی ، یک نوار چسب نواری یا یک نوار عایق محافظت کنید.

پیگت نر باید به صفحه شارژر لحیم شود - سیم قرمز به "B+" ، سیاه به "B-". تخته را با یک قطعه لوله کوچک کننده حرارتی محکم کنید. اکنون می توانید شارژر را به باتری و شارژر را به هر منبع تغذیه USB یا پورت کامپیوتر وصل کنید. چراغ قرمز روی برد نشان می دهد که شارژ باتری یکبار شارژ شده و سبز رنگ است. ممکن است برد در حین فرآیند شارژ گرم شود ، اما نه زیاد.

مرحله 5: فلش کردن دستگاه

برای فلش کردن دستگاه ، باید برخی از نرم افزارها را نصب کنید. برای Windows ، می توانید از برنامه بومی سایت st.com استفاده کنید. متأسفانه ، شما باید در اینجا ثبت نام کنید.

در لینوکس یا مک (خوب ، در ویندوز نیز امکان پذیر است) ، می توانید از OpenOCD استفاده کنید. لطفاً دستورالعمل های نصب و استفاده را در سایت آنها پیدا کنید.

اکنون می توانید سیستم عامل را بارگیری کنید.

برای آماده سازی دستگاه برای چشمک زدن ، باید دو پین دیگر را موقت به مخاطبین 21 و 22 برد MCU بچسبانید.

برای اتصال دستگاه ما به فلاشر:

• هر دو جامپر را روی اتصال CN2 برد Nucleo (سفید) باز کنید. این باعث می شود که برد دستگاه های خارجی را فلش کند.
• پین MCU 21 را به پین 2 اتصال Nucleo CN4 وصل کنید
• سیم سیاه باتری را به پین 3 اتصال Nucleo CN4 وصل کنید
• پین MCU 22 را به پین 4 کانکتور Nucleo CN4 وصل کنید
• هر دو دستگاه و برد Nucleo را با کابل USB به رایانه وصل کنید.

• فلش سیستم عامل (ویندوز)

  • ابزار STM32 ST-LINK را اجرا کنید
  • File -> Open file… -> firmware بارگیری شده را باز کنید
  • Target -> Option Bytes … را انتخاب کنید ، Read Out Protection: Disabled را انتخاب کنید. روی Apply کلیک کنید
  • Target -> Program & Verify را انتخاب کنید ، روی Start کلیک کنید

• فلش سیستم عامل (لینوکس و مک)

  • OpenOCD را بارگیری و نصب کنید.
  • فرمان را اجرا کنید

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

خودشه!

مرحله 6: نحوه استفاده از دستگاه

اگر همه چیز به درستی انجام شود ، ما آماده اجرای دستگاه هستیم. ارتفاع سنج دارای سه حالت است:

پاک کردن داده ها

دستگاه را از طریق USB یا از طریق اتصال باتری قرمز تغذیه کنید. دکمه را فشار دهید (بیشتر از کانکتور USB فاصله دارد) و آن را برای 2-3 ثانیه نگه دارید. LED آبی باید خیلی سریع شروع به چشمک زدن کند و تا زمانی که همه داده ها پاک نشوند ، به همان صورت چشمک می زند.

ثبت اطلاعات

دستگاه را با اتصال قرمز به باتری وصل کنید. LED آبی اغلب چند ثانیه چشمک می زند و سپس یک بار در ثانیه به چشمک زدن تبدیل می شود. هر بار که چشمک می زند ، یک نمونه داده در حافظه داخلی دستگاه نوشته می شود. این دستگاه می تواند تا 9 ساعت اندازه گیری را ثبت کند.

خواندن داده ها

باتری را جدا کرده و دستگاه را با کابل USB به رایانه خود وصل کنید. بعد از چند ثانیه پلک زدن مکرر ، تبدیل به پلک زدن دو بار در ثانیه می شود. این حالت خواندن اطلاعات است. دستگاه به عنوان یک درایو فلش با نام BARO_ELMOT شناخته می شود. درایو قابل نوشتن نیست ، فقط می توانید داده ها را از آن بخوانید. در یک فایل منیجر می توانید دو فایل را در دستگاه پیدا کنید - اولین مورد مانند LEFT_123. MIN نامگذاری شده است. این فایل جعلی است ، حاوی هیچ گونه داده ای نیست ، اما این "123" به این معنی است که هنوز 123 دقیقه اطلاعات برای ثبت وجود دارد. یک فایل دیگر ، BARO. TXT ، حاوی داده های جمع آوری شده واقعی است ، یعنی متن جدا شده از برگه - یک سرصفحه و سپس خطوط داده. این قالب را می توان به راحتی در MS Excel یا هر برنامه صفحه گسترده دیگر ، از جمله Google Sheets وارد کرد. هر خط شامل یک سری سری (S) ، یک نمونه نمونه (N) (= زمان سپری شده در ثانیه) ، دما (T) در درجه سانتیگراد ، فشار اتمسفر (P) بر مبرس و مقدار ارتفاع ناهموار (A) ، در متر بالاتر از سطح دریا. توجه داشته باشید! مقادیر "A" واقعاً خشن هستند ، شما می توانید ارتفاع را از داده های فشار به تنهایی محاسبه کنید. مراحل بعدی را مشاهده کنید.

مرحله 7: آزمایش دستگاه

1. باتری را به دستگاه وصل کنید. LED باید شروع به چشمک زدن کند.
2. دکمه کاربر را فشار داده و نگه دارید. پس از 2-3 ثانیه LED به سرعت شروع به کار می کند. دکمه را رها کنید. خنک نگه دارید ، باتری را جدا نکنید. داده ها در حال پاک شدن هستند.
3. پس از مدتی LED یک بار در ثانیه شروع به چشمک زدن می کند.
4. دستگاه را حداقل 30 ثانیه روشن نگه دارید.
5. باتری را جدا کنید
6. دستگاه خود را با کابل USB به رایانه وصل کنید.
7. دستگاه به عنوان یک درایو فلش کوچک ، تنها 3 مگابایت ظاهر می شود. فایل BARO. TXT را در آنجا با هر ویرایشگر متن باز کنید.
8. بررسی کنید که آیا ستون های T و P حاوی اطلاعات معقول هستند - معمولاً در مورد 20-30 برای T ، حدود 1000 در مورد P. اگر در یخچال یا بالای اورست هستید ، البته اعداد به شدت متفاوت خواهند بود.

مرحله 8: محافظ نور خورشید و لوله کوچک کننده

پس از مرحله قبل ، مطمئن هستیم که همه چیز خوب کار می کند ، اکنون باید پین های چشمک زن را فرو نزنیم ، زیرا دیگر به آنها نیاز نداریم. همچنین بهتر است دم های سنجاق هایی را که سنسور و برد MCU را به هم متصل می کنند به طور دقیق برش دهید ، در غیر این صورت آنها می توانند پوشش پلاستیکی بیرونی دستگاه را سوراخ کنند.

سنسور مورد استفاده در پروژه نباید در معرض نور مستقیم خورشید قرار گیرد. ما یک محافظ محافظ از قوطی آبجو آلومینیومی خواهیم ساخت. به طور قطع ، اگر شما تا این حد پیشرفت کرده اید ، مستحق محتوای آن قوطی فقیر هستید. قطعه ای از آلومینیوم به اندازه 12*12 میلی متر (0.5 "*0.5") را با قیچی برش دهید. سپس دو طرف مخالف آن را با انبردست خم کنید تا یک "سینی" کوچک 7*12*2.5 میلی متر (0.28 "*0.5"*0.1 ") ایجاد کنید. پس از خم شدن ، نوارهای 1.5 میلی متری را از آن طرفهای خمیده برش دهید تا سینی یک کمی پایین تر ، حدود 1 میلی متر ارتفاع.

سینی را روی سنسور قرار دهید. توجه - نباید به هیچ مخاطبی دست بزند! سپس دستگاه را با سینی در قطعه ای از لوله کوچک کننده حرارتی (کمی بیشتر از صفحه) قرار دهید و آن را خوب گرم کنید ، اما با دقت با فن لحیم کاری (یا فندک سیگار). دوباره بررسی کنید که آیا پوشش آلومینیومی به مخاطبین سنسور برخورد نمی کند یا خیر.

مرحله نهم: علم

اکنون ما دستگاه را برای اجرا آماده کرده ایم. دما و فشار هوا را اندازه گیری می کند. و همچنین ارتفاع را تقریبا تخمین می زند. متأسفانه ، فشار بستگی به ارتفاع دارد. چگونه می توان ارتفاع بالن را به روش دقیق تری محاسبه کرد؟ یکی از روش ها استفاده از ماشین حساب استاندارد جو 1976 است. دستگاه شما حاوی داده های مدل مشابه است ، اما به دلیل محدودیت حافظه دستگاه ، چندان دقیق نیست. با استفاده از داده های فشارسنج و ماشین حساب ، می توانید ارتفاع را بسیار بهتر از دایس به تنهایی محاسبه کنید. همچنین با در نظر گرفتن شرایط آب و هوایی در نقطه پرتاب بالن خود (بدیهی است که در همان ابتدا در همان ارتفاع سنج ثبت شده است) و ارتفاع نقطه پرتاب خود می توانید تغییر دما و اصلاح فشار هوا و. سپس با استفاده از همان ماشین حساب ، می توانید همه چیز را حتی بهتر محاسبه کنید. با داشتن برخی مهارت های صفحه گسترده ، همچنین می توانید نمودار داده های راه اندازی را ایجاد کنید.

نفر دوم در چالش فضایی