دیری - بادکنک هلیومی فعال: 6 قدم

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

در این دستورالعمل شما را در جریان ایجاد یک بادکنک هلیوم مستقل قرار می دهم که فضا را مستند می کند. به ویدیو نگاه کنید:

بادکنک و بدنه خود ساخته شده اند ، وسایل الکترونیکی شامل arduino pro mini ، سه موتور با پایه ، سنسورهای فوق صوتی برای تشخیص مانع ، ژیروسکوپ برای تثبیت و یک دوربین GoPro برای گرفتن عکس/فیلم است.

این مراحل است:

1. مواد را تهیه کنید

2. بادکنک را ایجاد کنید

3. برای وسایل الکترونیکی یک قاب بسازید و آن را به بادکنک وصل کنید

4. وسایل برقی را اضافه کنید

5. کد!

6. برخی از چالش ها هنگام کار با بادکنک های هلیومی

این دستورالعمل ها بر اساس یک پروژه تحقیقاتی توسط Diana Nowacka (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) و دیوید کرک (https://openlab.ncl.ac.uk/people/ndk37/ - [email protected]) - منتشر شده در کنفرانس Ubicomp 2015 (https://dl.acm.org/citation.cfm؟id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM) تشکر ویژه ای از نیلس همرلا (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected]) برای کمک او است.

در صورت داشتن هرگونه س orال یا بازخورد ، به ما ایمیل بزنید!

مرحله 1: مواد

مواد لازم برای بادکنک

2 عدد پتو Mylar (جستجو برای "پتو نجات میلار" ، باید به راحتی پیدا شود و فقط چند پوند هزینه دارد)

1 عدد بالون میلار

ابزارها

1 عدد صاف کننده مو (حداقل 200 درجه سانتی گراد)

برای پوشش

2 عدد نوار چوبی بالسا

یک برش لیزری یا یک چاقوی دست ساز

1 رولپلاک چوبی حدود طول 50 سانتی متر (برای اتصال موتورها)

مقداری چسب ، من واقعاً اپوکسی را دوست دارم

قطعات الکترونیکی

Arduino pro mini (می توانم نانو را نیز حدس بزنم یا چیزی به همان اندازه کوچک)

2 x H-Bridges

3 عدد موتور با لوازم جانبی (از جمله کوادکوپترهای کوچک)

GoPro Hero (در حالت ایده آل دارای قابلیت WiFi)

Gyro + Accelerometer - ITG3200/ADXL345 (این مورد را دریافت کردم:

3 عدد سنسور اولتراسونیک - محدوده یاب فراصوت - LV -MaxSonar -EZ0 (این یکی خوب

مرحله 2: ساخت بادکنک

ساخت بادکنک

بسته به اینکه چقدر وسایل را می خواهید به بادکنک وصل کنید ، باید اندازه بادکنک را با دقت انتخاب کنید. از آنجا که به دست آوردن بادکنک هایی با سایز 90 سانتی متر (30 اینچ) دشوار است ، تصمیم گرفتم از Mylar یک بادکنک مخصوص خودم تهیه کنم. شما می توانید هرکدام را که می خواهید انتخاب کنید ، اما من فکر کردم که یک بادکنک کروی راحت تر می چرخد. یک بادکنک به قطر 130 سانتی متر می تواند حدود 360 گرم حمل کند.

NB میزان حمل یک بالون هلیوم به ارتفاع محل شما (سطح دریا) بستگی دارد ، زیرا قابلیت های بلند کردن هلیوم به چگالی خود و چگالی هوا بستگی دارد.

چه باید کرد:

دو ورق پتو Mylar Blanket را بردارید و از هر کدام یک دایره 130 سانتی متری (~ 51 اینچ) ببرید.

گرم کردن میلار باعث می شود که آن بسیار شکننده و نازک شود. بنابراین ما از مولار اضافی و ضخیم یک بالن معمولی میلار برای حاشیه استفاده می کنیم.

نوارهای کوچکی به ابعاد 5 سانتیمتر در 10 سانتیمتر (2 اینچ در 4 اینچ) را از بادکنک ضخیم میلار خود جدا کنید. در حالت ایده آل ، آنها باید کمی بزرگتر از اتوی صاف کننده شما باشند.

دو دایره را روی هم قرار دهید ، نوارهای ضخیم را در اطراف حاشیه بپیچید و آنها را با اتوی مو به هم فشار دهید. معمولاً پس از 5 ثانیه Mylar ذوب می شود. من صاف کننده مو را با یک نوار لاستیکی محکم کردم و اجازه دادم 30-60 ثانیه در این حالت بماند. از این طریق می توانید کاملاً مطمئن باشید که Mylar در همه جا ذوب می شود و هیچ شکافی وجود ندارد. از این روش برای کل محیط بادکنک لذت ببرید (این کار تقریباً برای همیشه طول می کشد) ، جدا از یک بخش ، که در آن باید شکافی بگذارید تا بتوانید بادکنک را پر کنید. از آنجایی که واقعاً نمی خواهید دهانه ای ساده به روی بادکنک داشته باشید ، باید از دهانه پاکت ضخیم میلار استفاده کنید که دارای یک دهانه یک طرفه است که به راحتی امکان پر شدن را می دهد.

حالا کار پاکت را تمام کردی!

مورد حیله گر بعدی روکش خواهد بود. چوب بالسا به دلیل وزن کمی که دارد مناسب ترین آن است.

مرحله 3: ساختن مورد

چوب بالسا یک ماده عالی برای پوشش است ، زیرا ظاهر زیبایی دارد و بسیار بسیار سبک است! اگرچه این یک اشکال دارد ، اما بسیار قوی نیست. من موفق شدم موارد زیادی را نشکنم ، بسیار قابل اعتماد است ، فقط نیاز به کمی احتیاط دارد. ساده ترین راه برای رسیدگی به بالسا این است که آن را با چاقوی جراحی برش دهید.

فقط خلاق باشید و ببینید چه چیزی را دوست دارید! من اشکال مختلف را آزمایش کردم ، و لولا های زنده بسیار جالب به نظر می رسند (به https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu… مراجعه کنید. همچنین می توانید به سراغ جعبه استاندارد بروید ، واقعاً مهم نیست ، تا زمانی که بتوانید همه چیز را در داخل قرار دهید و رولپلاک را برای موتورها وصل کنید.

تصمیم گرفتم نوار چوب بالسا را به صورت قوس خم کنم. می توانید این کار را با برداشتن یک کاسه گرد بزرگ آب تازه جوشانده و نوار داخل آن را به آرامی خم کنید. اگر یک شیء سنگین مانند لیوان را روی آن قرار دهید و آن را برای 1-2 ساعت در آب بگذارید ، بالسا باید به خوبی خم شود. هنگامی که خم شد ، آن را بیرون بیاورید و بگذارید خشک شود (متأسفم که هیچ تصویری از آن ندارم ، احتمالاً برای عکس گرفتن خیلی تنبل بودم). دو نیم دایره از چوب بالسا برای طرفین ببرید.

فقط می توانید روپوش را با اپوکسی به قاب بچسبانید. مطمئن شوید موتورها رو به جلو هستند ، به این ترتیب آنها قوی ترین هستند. برای موتور بالا/پایین ، دو سوراخ کوچک در پایین جعبه ایجاد کنید ، موتور را به دو رولپلاک متصل کرده و آنها را از طریق سوراخ ها عبور دهید. افزودن یک صفحه دیگر و عبور از آن نیز باعث می شود پایداری بیشتری داشته باشد (به تصویر لوازم الکترونیکی مراجعه کنید).

مرحله 4: الکترونیک

اجزاء

من فکر کردم که داشتن بادکنکی که عکس و فیلم می گیرد بسیار خوب خواهد بود. من همچنین می خواستم برخی از موانع را شناسایی و تثبیت کنم.

بنابراین من سه سنسور فوق صوتی (1) اضافه کردم. دو مورد برای تشخیص همه چیز در جلو چپ و راست و یکی برای اندازه گیری فاصله تا سقف. من با تداخل مشکلی نداشتم (اگرچه در برگه اطلاعات ذکر شده است ، اما باید از زنجیر زنی استفاده کنید به https://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf تنها نکته مهم این بود که سنسورها باید به اندازه کافی از هم فاصله داشته باشند ، مخروط ها نباید با هم تداخل داشته باشند زیرا سونار ناشی از سنسورها با یکدیگر تداخل می کند. این باعث می شود که یک سنسور مانع را تشخیص دهد در حالی که در واقع این یک سنسور دیگر است که برای انجام وظیفه خود صدای دیگری را شلیک می کند.

ژیرسکوپ (2) بعد از چرخش حرکت را تثبیت می کند. مهم این است که (بر خلاف تصویر نشان داده شده که همه چیز فقط داخل بدنه پرتاب شده است) ، این که شما یک محور را انتخاب کرده اید (در مورد من Z بود) و تا آنجا که ممکن است آن را تراز کنید تا موازی با زمین باشد. بنابراین چرخش بادکنک منجر به تغییر ژیروسکوپ در مقدار Z می شود. بدیهی است که در غیر این صورت می توانید از ریاضیات فانتزی استفاده کنید ، اما این برای من عالی بود. من فقط سنسور را به تخته چوب بالسا چسباندم و این از قبل کافی بود تا کار کند.

GoPro (3) برای راه اندازی اولیه تصاویر از راه دور و در نهایت H-Bridges (L293D) برای موتورها+لوازم جانبی (4) عالی است. خطوط برق H-Bridge باید مستقیماً به باتری متصل شوند ، از آردوینو عبور نکنید زیرا موتورها سر و صدای زیادی تولید می کنند! این می تواند قرائت سنسورها را غیرقابل استفاده کند. اما به یاد داشته باشید که زمین H-Bridges را به آردوینو متصل کنید. علاوه بر این ، H-Bridges باید به پین های PMW متصل شود تا درست کار کند.

اگر شجاع هستید ، می توانید یک کابل Mini-USB را جدا کرده و با اتصال + به VCC روی adruino و زمین ، اتصال GoPro را از طریق اتصال USB به مدار خود اضافه کنید. به این ترتیب می توانید باتری GoPro را خارج کرده و وزن زیادی را ذخیره کنید! با این حال ، زمان کارکرد کمتری را در پی خواهد داشت. از آنجایی که بادکنک برای نگه داشتن هوا نیاز به هیچگونه باتری ندارد ، باتری (3.7 ولت ، 1000 میلی آمپر ساعت خوب است) با گرفتن عکس گاه به گاه حدود 2 ساعت دوام می آورد. به طور عجیبی باتری های یکسان از شرکت های مختلف می توانند وزن های متفاوتی داشته باشند ، بنابراین سعی کنید باتری را تا حد ممکن در اختیار داشته باشید اما سبک ترین آن نیز باشد.

اتصال (کامپوننت -> آردوینو)

سنسورهای اولتراسونیک

Power+Ground -> Arduino VCC و Ground

BW -> A0 ، A1 ، A3 (یادم نیست چرا از A2 صرف نظر کردم ، احتمالاً هیچ دلیلی ندارد)

ژیروسکوپ+شتاب سنج

Power+Ground -> Arduino VCC و Ground

SDA (پین کردن روی GND) -> Arduino SDA (A4)

SCL (پین کردن روی SDA) -> Arduino SCL (A5)

H-Bridge

پین 4 ، 5 ، 12 ، 13 -> Arduino GND

پین 1 ، 8 ، 9 ، 16 -> Arduino RAW

پین 2 -> آردوینو پین 11

پین 3 -> موتور 1.a

پین 6 -> موتور 1.b

پین 7 -> آردوینو پین 10

(همین امر در مورد H-Bridge دیگر با موتور 2+3 نیز صادق است)

بعد کد!

مرحله 5: برنامه نویسی

پیاده روی سریع

برپایی

تمام PIN ها و حسگرها را اولیه کنید

LOOP

• اول ، اگر بادکنک برای مدتی حرکت نکرد ، یک حرکت رو به جلو انجام می دهد (هیچ حرکتی خسته کننده نیست) ،

  randommove = 1 ، آن را در انتهای حلقه بررسی می کند

• سپس بررسی کنید که آیا ارتفاع هنوز هم خوب است (KeepHeight ()) و به طور بالقوه بالا یا پایین بروید ، آن را روی 1 متر زیر سقف تنظیم کردم
• اگر چیزی نزدیک به 150 سانتیمتر بیشتر از چیزی است که مانع از آن می شود ، بنابراین ابتدا چرخش را آغاز کنید
• اگر هر دو سنسور چیزی را در جلو تشخیص دهند ، بادکنک باید به عقب برود
• پس از چرخاندن ، برای جلوگیری از حرکت ، با موتورها مخالف باشید تا جهت را حفظ کرده و دیگر نچرخید
• سرانجام حرکت رو به جلو را انجام دهید و از Gyro برای صاف نگه داشتن هنگام پرواز به مدت 5 ثانیه استفاده کنید

من مطمئن هستم که راههای بهتری برای دستیابی به این موارد وجود دارد ، اگر پیشنهادی دارید لطفاً به من اطلاع دهید!

مرحله 6: نکات نهایی

چند نکته که باید در مورد بادکنک های هلیوم بدانید ، در اینجا آمده است

چالش هایی که هنگام کار با بالن های هلیوم انجام می شود

اگرچه من دیریس خود را دوست دارم ، اما بادکنک های هلیومی از ایده آل نیستند. اولین چالش به دست آوردن بادکنکی است که اندازه مناسب برای بلند کردن همه اجزا را داشته باشد. حجم بادکنک تعیین می کند که چقدر هلیوم می تواند در خود نگه دارد که متناسب با نیروی رو به بالا است. این امر به طور قابل توجهی انتخاب اجزا را محدود می کند. بزرگترین محدودیت باتری است. هرچه سبک تر باشد ، عمر کوتاه تری دارد. برای اینکه بتوان حداقل میکروکنترلر ، باتری و برخی موتورها را حمل کرد ، یک بادکنک هلیومی به حداقل قطر 90 سانتی متر نیاز دارد.

ثانیاً ، بادکنک های پر از هلیوم نسبت به هرگونه جریان هوا و تغییرات دمای اتاق بسیار حساس هستند. همانطور که بادکنک های هلیومی همیشه در حال حرکت هستند (یعنی هیچ راهی برای سکون کامل وجود ندارد) ، به شدت تحت تأثیر جریان هوا و بادگیرها قرار می گیرند. من تجربه چندان خوبی در مورد استفاده از بادکنک هایم در اتاق های تهویه مطبوع ندارم.

ثالثاً ، از آنجا که جابجایی یک بادکنک هلیومی شامل تغییر اینرسی با فعال کردن پروانه ها برای ایجاد نیروی رانش است ، چند ثانیه بین شروع یک حرکت و تغییر واقعی موقعیت می گذرد. در نتیجه ، بادکنک نمی تواند به خوبی به تأثیرات خارجی واکنش نشان دهد و همچنین اجتناب سریع از موانع بسیار چالش برانگیز است.

سرانجام ، از آنجا که هلیوم سبک تر از هوا است ، به آرامی از هر نوع پوسته خارج می شود. به عنوان یک نتیجه ، بسته به این که بادگیر هوا مقاوم است ، بادکنک باید روزانه یا هر روز در میان پر شود. همچنین پر کردن یک بادکنک با مقدار مناسب هلیوم برای شناور ماندن آن کاملاً چالش برانگیز است ، یعنی نه سقوط و نه افزایش ارتفاع. توصیه می شود بادکنک را طوری پر کنید که خیلی سبک باشد و آن را با وزن اضافی که می تواند دوباره به راحتی برداشته شود ، متعادل کنید.