Jinsi ya kutengeneza Picoballoon: Hatua 16 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:52

Picoballoon ni nini na kwanini ningependa kuijenga ?! Nasikia ukiuliza. Ngoja nieleze. Pengine nyote mnajua HAB (Puto ya urefu wa juu) ni nini. Ni rundo la vitu vya elektroniki vya kushangaza vilivyounganishwa na puto. Kuna mafunzo mengi sana kuhusu HABs hapa kwenye Maagizo.

LAKINI, na hiyo ni kubwa sana LAKINI wasichokuambia mara nyingi kwenye mafunzo ni gharama ya gesi ya kujaza. Sasa, unaweza kujenga tracker nzuri ya HAB chini ya 50 €, lakini ikiwa ina uzito wa 200g (ambayo ni nadhani nzuri na betri, kamera, n.k.) heliamu ya kujaza puto inaweza kukugharimu 200 € au zaidi, ambayo ni sana kwa watengenezaji wengi kama mimi.

Kwa hivyo, kama unaweza kudhani, picha za picha hutatua shida hii kwa kutokuwa mzito na mzito. Picoballoon ni neno tu kwa HAB nyepesi. Nuru, namaanisha nini kwa nuru? Kwa ujumla, picoballoons ni nyepesi kuliko 20g. Sasa, fikiria tu kuwa processor, transmita, PCB, GPS, antena, jopo la jua na pia betri iliyo na uzani sawa na kikombe cha kahawa kinachoweza kutolewa au kijiko. Je! Huo sio mwendawazimu tu?

Sababu nyingine (mbali na gharama) kwa nini ungependa kujenga hii ni anuwai na uvumilivu. Classic HAB inaweza kuruka hadi masaa 4 na kusafiri hadi 200km. Picoballoon kwa upande mwingine, inaweza kuruka kwa miezi michache na kusafiri hadi makumi ya maelfu ya kilomita. Mvulana mmoja wa Kipolishi alipata picha yake ya kuruka kote ulimwenguni mara kadhaa. Hii kwa kweli pia inamaanisha kuwa hautawahi kuona Picoballoon yako tena baada ya kuizindua. Ndio sababu unataka kusambaza data zote zinazohitajika na kwa kweli weka gharama chini iwezekanavyo.

Kumbuka: Mradi huu ni ushirikiano na MatejHantabal. Hakikisha kuangalia pia wasifu wake

ONYO: Huu ni kiwango cha juu cha kufanya ngumu lakini pia ni mradi wa kufurahisha sana. Kila kitu kutoka kwa muundo wa PCB hadi SMD hadi soldering itaelezewa hapa. Hiyo ilisema, wacha tuanze kufanya kazi

UPDATE: Tulilazimika kuondoa moduli ya GPS dakika ya mwisho kwa sababu ya matumizi yake makubwa ya nguvu. Labda inaweza kurekebishwa lakini hatukuwa na wakati wa hiyo. Nitaiacha kwa kufundisha lakini tahadhari kuwa haijaribiwa. Bado unaweza kupata eneo kutoka kwa metadata ya TTN kwa hivyo haupaswi kuwa na wasiwasi juu ya hilo

Hatua ya 1: Kanuni

Kwa hivyo, wakati wa kujenga kifaa kama hiki, kuna tofauti nyingi na chaguo lakini kila tracker inahitaji mtoaji na usambazaji wa umeme. Wafuatiliaji wengi watajumuisha vifaa hivi:

- jopo la jua

- betri (lipo au supercapacitor)

- processor / microcontroller

- moduli ya GPS

- sensa / s (joto, unyevu, shinikizo, UV, mionzi ya jua…)

- mtumaji (433MHz, LoRa, WSPR, APRS, LoRaWAN, Iridium)

Kama unavyoona, kuna sensorer nyingi na vifaa vya kupitisha ambavyo unaweza kutumia. Ni sensorer gani unazotumia ni juu yako. Haijalishi lakini kawaida ni sensorer ya joto na shinikizo. Kuchagua mtoaji ni ngumu zaidi ingawa. Kila teknolojia ina faida na hasara. Sitakivunja hapa kwa sababu hiyo itakuwa majadiliano marefu sana. Kilicho muhimu ni kwamba nilichagua LoRaWAN na nadhani ni bora (kwa sababu sikuwa na nafasi ya kujaribu wengine bado). Najua kwamba LoRaWAN labda ina chanjo bora. Unakaribishwa kunisahihisha kwenye maoni.

Hatua ya 2: Sehemu Zinazohitajika

Kwa hivyo, utahitaji vitu hivi kwa mradi huu:

Manyoya ya Adafruit 32u4 RFM95

Ublox MAX M8Q (Hatukuitumia hii mwishoni)

Joto la BME280 la joto / unyevu / shinikizo

2xSupercapacitor 4.7F 2.7V

Jopo la jua na pato la 5V

PCB za kawaida

Ikiwa unazindua na wewe mwenyewe, unahitaji pia hii:

Angalau 0.1m3 ya heliamu (tafuta: "tank ya heliamu kwa baluni 15") hununuliwa kienyeji

Qualatex 36 puto ya kujifunga ya kujifunga

Gharama inayokadiriwa ya mradi: 80 € (tracker tu) / 100 € (pamoja na puto na heliamu)

Hatua ya 3: Zana zilizopendekezwa

Zana hizi zinaweza kukufaa:

mkataji waya

chuma cha kutengeneza

Chuma cha kutengenezea cha SMD

koleo

bisibisi

bunduki ya gundi

multimeter

darubini

bunduki ya hewa moto

Utahitaji pia kuweka kwa kutengeneza.

Hatua ya 4: Manyoya ya Matunda 32U4

Tulikuwa na wakati mgumu kuchagua microcontroller sahihi kwa puto. Manyoya ya Adafruit yalitokea bora kwa kazi hiyo. Inafaa vigezo vyote vinavyohitajika:

1) Ina pini zote muhimu: SDA / SCL, RX / TX, dijiti, analog

2) Ina transmitter ya RFM95 LoRa.

3) Ni nyepesi. Uzito ni 5.5g tu.

4) Ina matumizi ya chini sana ya nguvu wakati wa hali ya kulala (30uA tu).

Kwa sababu ya hii, tunafikiria kwamba Manyoya ya Adafruit ndiye mdhibiti bora wa kazi hiyo.

Hatua ya 5: Ubunifu na Utengenezaji wa PCB

Samahani kwa kweli kwa kile nitakachokuambia. Tutahitaji kutengeneza PCB ya kawaida. Itakuwa ngumu na ya kufadhaisha, lakini ni muhimu, kwa hivyo wacha tuanze. Pia, kuelewa maandishi haya yafuatayo vizuri, unapaswa kusoma darasa hili la kushangaza la muundo wa PCB na Maagizo.

Kwa hivyo, mwanzoni utahitaji kufanya schematic. Nilifanya skimu na bodi katika programu ya muundo wa EAGLE PCB na Autodesk. Ni bure, kwa hivyo ipakue!

Ilikuwa mara yangu ya kwanza kubuni PCB na naweza kukuambia kuwa yote ni juu ya kupata huria ya kiwambo cha Tai. Niliunda bodi yangu ya kwanza kwa masaa 6, lakini bodi yangu ya pili ilinichukua chini ya saa. Hapa kuna matokeo. Mpangilio mzuri na bodi nitasema.

Unapokuwa na faili ya bodi tayari, unahitaji kuunda faili za gerber na kuzituma kwa mtengenezaji. Niliamuru bodi zangu kutoka jlcpcb.com lakini unaweza kuchagua mtengenezaji mwingine yeyote unayependa. Ninaweka unene wa PCB kuwa 0.8mm badala ya kiwango cha 1.6mm kwa sababu bodi inahitaji kuwa nyepesi. Unaweza kuona mipangilio yangu ya JLC PCB kwenye skrini.

Ikiwa hautaki kupakua Tai, unaweza kupakua tu "Ferdinand 1.0.zip" na kuipakia kwa JLC PCB.

Unapoagiza PCB, kaa chini vizuri kwenye kiti chako na subiri wiki mbili ziwasili. Basi tunaweza kuendelea.

Kumbuka: Unaweza kugundua kuwa muundo ni tofauti kidogo na bodi halisi. Hiyo ni kwa sababu niliona kuwa BME280 IC iliyo ngumu ni ngumu sana kutengenezea kwa hivyo nilibadilisha mpango wa kuzuka

Hatua ya 6: Soldering ya SMD

Tangazo lingine la kusikitisha: Uuzaji wa SMD sio rahisi. Sasa kwa kweli, inakua ngumu. Bwana awe nawe. Lakini mafunzo haya yanapaswa kusaidia. Unaweza kuuza kwa kutumia chuma cha kutengenezea na utambi wa solder, au kuweka na soldering na bunduki ya moto. Hakuna njia hizi zilikuwa rahisi kwangu. Lakini unapaswa kuifanya ndani ya saa moja.

Weka vifaa iwe kulingana na skrini ya hariri kwenye PCB au kulingana na muundo.

Hatua ya 7: Kufunga

Baada ya kutengenezea SMD kumalizika, kazi iliyobaki ya solder kimsingi ni kipande cha keki. Karibu. Labda umeuza hapo awali na natumahi utataka kuuuza tena. Unahitaji tu kutengeneza manyoya ya Adafruit, antena, jopo la jua na wasimamiaji wakuu. Sawa sawa ningesema.

Weka vifaa ama kulingana na skrini ya hariri kwenye PCB au kulingana na mpango.

Hatua ya 8: Tracker kamili

Hivi ndivyo tracker kamili inapaswa kuonekana. Waajabu. Nzuri. Kuvutia. Hayo ni maneno ambayo huja akilini mwangu mara moja. Sasa unahitaji tu kuangaza nambari na ujaribu ikiwa inafanya kazi.

Hatua ya 9: Usanidi wa TTN

Mtandao wa Mambo ni mtandao wa ulimwengu unaozingatia jiji la LoRaWAN. Na zaidi ya milango 6887 (wapokeaji) juu na inayoendesha ndio mtandao mkubwa zaidi wa IoT ulimwenguni. Inatumia itifaki ya mawasiliano ya LoRa (Long Range) ambayo ni generaly katika masafa 868 (Ulaya, Urusi) au saa 915MHz (USA, India). Inatumiwa sana na vifaa vya IoT kutuma ujumbe mfupi katika miji. Unaweza tu kutuma hadi baiti 51, lakini unaweza kupata masafa kwa urahisi kutoka 2km hadi 15km. Hiyo ni bora kwa sensorer rahisi au vifaa vingine vya IoT. Na bora zaidi, ni bure.

Sasa, 2-15 hakika haitoshi, lakini ukifika kwenye uwanja wa juu, unapaswa kuwa na unganisho bora. Na puto yetu itakuwa juu sana. Saa 10km juu ya sealevel, tunapaswa kupata unganisho kutoka 100km. Rafiki alizindua HAB na LoRa 31km juu hewani na akapata ping 450km mbali. Kwa hivyo, hiyo ni busara sana.

Kuanzisha TTN inapaswa kuwa rahisi. Unahitaji tu kuunda akaunti na barua pepe yako na kisha unahitaji kusajili kifaa. Mara ya kwanza, lazima uunda programu. Maombi ni ukurasa wote wa mradi. Kutoka hapa unaweza kubadilisha nambari ya nambari, angalia data inayoingia na uongeze / uondoe vifaa. Chagua tu jina na uko tayari kwenda. Baada ya hayo kufanywa, itabidi uandikishe kifaa kwenye programu. Unahitaji kuingiza anwani ya MAC ya Manyoya ya Adafruit (na Manyoya kwenye ufungaji). Kisha unapaswa kuweka njia ya uanzishaji kwa ABP na unapaswa kuzima hundi za kaunta za fremu. Kifaa chako sasa kinapaswa kusajiliwa katika programu. Nakili Anwani ya Kifaa, Kitufe cha Kikao cha Mtandao na ufunguo wa Kipindi cha Programu. Utazihitaji katika hatua inayofuata.

Kwa maelezo mazuri zaidi, tembelea mafunzo haya.

Hatua ya 10: Usimbuaji

Manyoya ya Adafruit 32U4 ina processor ya ATmega32U4 AVR. Hiyo inamaanisha kuwa haina chip tofauti ya mawasiliano ya USB (kama Arduino UNO), chip imejumuishwa kwenye processor. Hiyo inamaanisha kuwa kupakia kwa Manyoya ya Adafruit inaweza kuwa ngumu kidogo ikilinganishwa na bodi ya kawaida ya Arduino, lakini inafanya kazi na Arduino IDE kwa hivyo ukifuata mafunzo haya inapaswa kuwa sawa.

Baada ya kusanidi IDE ya Arduino na kupakia vyema mchoro wa "blink" unaweza kuhamia kwenye nambari halisi. Pakua "LoRa_Test.ino". Badilisha Anwani ya Kifaa, Kitufe cha Kikao cha Mtandao na kitufe cha Kikao cha Programu ipasavyo. Pakia mchoro. Nenda nje. Elekeza antenna katikati ya jiji au kwa mwelekeo wa lango la karibu. Unapaswa sasa kuona data ikiibuka kwenye koni ya TTN. Ikiwa sivyo, toa maoni hapa chini. Sitaki kuweka kila kitu ambacho kingeweza kutokea hapa, sijui ikiwa seva ya Maagizo inaweza kushughulikia idadi kubwa ya maandishi.

Kuendelea. Ikiwa mchoro uliopita ulifanya kazi, unaweza kupakua "Ferdinand_1.0.ino" na ubadilishe vitu ambavyo ulipaswa kubadilisha kwenye mchoro uliopita. Sasa jaribu tena.

Ikiwa unapata data isiyo ya kawaida ya HEX kwenye koni ya TTN, usijali, inapaswa kufanya hivyo. Thamani zote zimesimbwa kwenye HEX. Utahitaji nambari tofauti ya usimbuaji. Pakua "decoder.txt". Nakili yaliyomo. Sasa nenda kwa kiweko cha TTN. Nenda kwa fomati za programu / malipo ya kulipia / avkodare. Sasa ondoa nambari ya asili ya avkodi na ubandike yako. Unapaswa sasa kuona masomo yote hapo.

Hatua ya 11: Upimaji

Sasa hii inapaswa kuwa sehemu ndefu zaidi ya mradi. Upimaji. Kujaribu katika kila aina ya hali. Katika joto kali, mafadhaiko na kwa nuru kali (au nje kwenye jua) kuiga hali huko juu. Hii inapaswa kuchukua angalau wiki kwa hivyo hakutakuwa na mshangao kwa suala la tabia ya tracker. Lakini huo ni ulimwengu mzuri na hatukuwa na wakati huo kwa sababu tracker ilijengwa kwa mashindano. Tulifanya mabadiliko ya dakika za mwisho (kama dakika 40 kabla ya kuzinduliwa) kwa hivyo hatukujua nini cha kutarajia. Hiyo sio nzuri. Lakini unajua, bado tulishinda mashindano.

Labda utahitaji kufanya sehemu hii nje kwa sababu jua haliangazi ndani na kwa sababu LoRa haitapata mapokezi bora katika ofisi yako.

Hatua ya 12: Njia zingine za Funky

Picoballoons ni nyeti sana. Huwezi tu kuwajaza heliamu na kuzindua. Kwa kweli hawapendi hiyo. Ngoja nieleze. Ikiwa nguvu ya boya iko chini sana puto haitainuka (ni wazi). LAKINI, na hii ndio samaki, ikiwa nguvu ya boya iko juu sana, puto itaruka juu sana, vikosi kwenye puto vitakuwa vikubwa sana na itapiga na kuanguka chini. Hiyo ndiyo sababu kuu kwa nini unataka kufanya mahesabu haya.

Ikiwa unajua fizikia kidogo, haupaswi kuwa na shida kuelewa fomula zilizo hapo juu. Kuna anuwai kadhaa ambazo unahitaji kuingiza katika fomula. Hii ni pamoja na: kujaza gesi mara kwa mara, joto la thermodynamic, shinikizo, umati wa uchunguzi na wingi wa puto. Ukifuata mafunzo haya na kutumia puto sawa (Qualatex microfoil 36 ) na gesi sawa ya kujaza (helium) kitu pekee ambacho kitatofautiana kabisa ni wingi wa uchunguzi.

Njia hizi zinapaswa kukupa: ujazo wa heliamu inahitajika kujaza puto, kasi ambayo puto inainuka, urefu ambao puto huruka na pia uzito wa bure wa kuinua. Hizi zote ni maadili muhimu sana. Kasi inayoongezeka ni muhimu kwa hivyo puto haigongi vizuizi kwa sababu ni polepole sana na ni vizuri kujua jinsi puto itakavyopaa juu. Lakini muhimu zaidi kati yao labda ni kuinua bure. Kuinua bure kunahitajika wakati utajaza puto katika hatua ya 14.

Shukrani kwa TomasTT7 kwa msaada na fomula. Angalia blogi yake hapa.

Hatua ya 13: Hatari

Kwa hivyo, tracker yako inafanya kazi. Hiyo kipande cha shit umefanya kazi kwa miezi miwili inafanya kazi! Hongera.

Basi wacha tuangalie ni hatari gani mtoto wako anayeweza kupata uchunguzi angani:

1) Hakutakuwa na jua ya kutosha kupiga jopo la jua. Watendaji wakuu wataondoa. Uchunguzi utaacha kufanya kazi.

2) Uchunguzi utatoka mbali na hakuna data itakayopokelewa.

3) Upepo mkali wa upepo utaharibu uchunguzi.

4) Uchunguzi utapita kupitia dhoruba wakati wa kupaa na mvua itapunguza mzunguko.

5) Mipako ya barafu itaundwa kwenye jopo la jua. Watendaji wakuu wataondoa. Uchunguzi utaacha kufanya kazi.

6) Sehemu ya uchunguzi itavunjika chini ya mkazo wa kiufundi.

7) Sehemu ya uchunguzi itavunjika chini ya joto kali na hali ya shinikizo.

8) Malipo ya umeme yatatokea kati ya puto na hewa ikitengeneza cheche, ambayo itaharibu uchunguzi.

9) Uchunguzi utapigwa na umeme.

10) Uchunguzi utagongwa na ndege.

11) Uchunguzi utagongwa na ndege.

12) Wageni watateka nyara uchunguzi wako. Inaweza kutokea haswa ikiwa puto itakuwa juu ya eneo la 51.

Hatua ya 14: Anzisha

Kwa hivyo, ndio hiyo. Ni siku ya D na utazindua picha yako mpendwa. Daima ni vizuri kujua ardhi ya eneo na vizuizi vyote vinavyowezekana. Pia lazima uangalie hali ya hewa (haswa kasi ya upepo na mwelekeo) kila wakati. Kwa njia hiyo, unapunguza nafasi ya vifaa vyako vyenye thamani ya 100 € na miezi 2 ya wakati wako kugonga mti au ukuta. Hiyo ingesikitisha.

Ingiza bomba kwenye puto. Funga puto kwa kitu kizito na nylon. Weka kitu kizito kwa mizani. Weka upya kiwango. Salama mwisho mwingine wa bomba kwenye tank yako ya heliamu. Anza kufungua polepole valve. Unapaswa sasa kuona nambari hasi kwenye kiwango. Sasa ni wakati wa kutumia thamani ya kuinua bure uliyohesabu katika hatua ya 12. Zima valve wakati nambari hasi inafikia umati wa puto + kuinua bure. Katika kesi yangu ilikuwa 15g + 2.4g kwa hivyo nilifunga valve kwa -17.4g kwa kiwango. Ondoa bomba. Puto ni kujifunga kwa kibinafsi, inapaswa kuziba kiatomati. Fungua kitu kizito na ubadilishe na uchunguzi. Sasa uko tayari kuzindua.

Angalia tu video kwa maelezo yote.

Hatua ya 15: Kupokea Takwimu

Ahh, nakumbuka hisia tulizokuwa nazo baada ya uzinduzi. Dhiki, kuchanganyikiwa, homoni nyingi. Je! Itafanya kazi? Je! Kazi yetu itakuwa haina maana? Je! Tulitumia pesa nyingi kwa kitu kisichofanya kazi? Haya ndio aina ya maswali ambayo tulikuwa tunajiuliza baada ya uzinduzi.

Kwa bahati nzuri, uchunguzi ulijibu kama dakika 20 baada ya uzinduzi. Na kisha tukapokea pakiti kila baada ya dakika 10. Tulipoteza mawasiliano na uchunguzi saa 17:51:09 GMT. Ingekuwa bora, lakini bado ni sawa.

Hatua ya 16: Mipango zaidi

Hii ilikuwa moja ya miradi yetu ngumu sana hadi sasa. Sio kila kitu kilikuwa kamili lakini hiyo ni sawa, ni kama hiyo kila wakati. Ilikuwa bado imefanikiwa sana. Wafuatiliaji walifanya kazi bila kasoro. Inaweza kufanya hivyo kwa muda mrefu lakini hiyo haijalishi. Na, tuliishia wa pili kwenye mashindano ya Picoballoon. Sasa unaweza kusema kuwa kuwa wa pili kwenye shindano na watu 17 sio mafanikio kama LAKINI kumbuka kuwa hii ni mashindano ya uhandisi / ujenzi wa watu wazima. Tuna umri wa miaka 14. Wale ambao tulikuwa tunashindana nao walikuwa watu wazima wenye uhandisi na labda hata asili ya anga na wenye uzoefu zaidi. Kwa hivyo ndio, kwa jumla, ningesema kuwa ilikuwa mafanikio makubwa. Tulipata 200 €, ambayo ilikuwa takriban mara mbili ya gharama zetu.

Hakika nitaunda toleo la 2.0. Itakuwa bora zaidi, na vifaa vidogo (processor ya barebone, RFM95) na itakuwa ya kuaminika zaidi kwa hivyo endelea kufuatilia inayoweza kufundishwa ijayo.

Lengo letu kuu sasa ni kushinda shindano la Epilog X. Watunga wenzangu, ikiwa ulipenda hii inayoweza kufundishwa, tafadhali fikiria kuipigia kura. Ingetusaidia sana. Asante sana!

Mkimbiaji Juu katika Mashindano ya Epilog X