Ստրատոսֆերայի փուչիկների էլեկտրոնային բարոմետրիկ բարձրաչափ. 9 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:50

Մեր թիմը ՝ RandomRace.ru- ն, թողարկում է հելիումի փուչիկներ: Փոքր ու մեծ, տեսախցիկներով և առանց: Մենք գործարկում ենք փոքրերը `պատահականորեն բաց թողնելու անցակետերը արկածային մրցումների մրցումների համար, իսկ մեծերը` հիանալի տեսահոլովակներ և լուսանկարներ պատրաստելու մթնոլորտի հենց վերևից: Դա դեռ տարածություն չէ, բայց 30 կմ բարձրության վրա օդի ճնշումը նորմայի մոտ 1% է: Այլևս մթնոլորտի տեսք չունի, հա՞: Թիմում իմ պատասխանատվությունը էլեկտրոնիկան է, և ես ուզում եմ կիսվել այդ պարտականությամբ իրականացվող իմ նախագծերից մեկով:

Ինչպե՞ս կարող ենք չափել օդապարիկի բարձրությունը: GPS- ով (նրանցից շատերը 18 կմ -ից բարձր չեն աշխատում) կամ բարոմետրիկ բարձրաչափով: Եկեք այն պատրաստենք միկրոկառավարիչի (MCU) տախտակից: Մենք ցանկանում ենք, որ այն լինի թեթև, էժան (քանի որ երբեմն կորցնում ենք զոնդերը), և հեշտ է կառուցվում, օգտագործման համար դյուրին: Այն նաև պետք է չափի շատ ցածր ճնշումներ: Սարքը պետք է գրանցի տվյալները առնվազն 5 ժամ անընդմեջ: Եկեք օգտագործենք ցանկացած հին բջջային հեռախոսից լիթիումի մարտկոց ՝ որպես էներգիայի աղբյուր: Պահանջների հիման վրա ես ընտրեցի Maple Mini տախտակ, որը հիմնված է n ARM միկրոկառավարիչ (STM32F103RC) USB ինտերֆեյսով, 128 Կբ ներքին հիշողությամբ, ինչը բավարար է ինչպես MCU որոնվածի, այնպես էլ հավաքված տվյալների համար: Unfortunatelyավոք (թե՞ բարեբախտաբար), LeafLabs- ն այլևս չի արտադրում այդ տախտակները, բայց դրանց կլոնները կարելի է գտնել չինական առցանց խանութներում միայն մի քանի դոլարով: Նաև մեզ նվիրաբերվեցին մի շարք MS5534 օդի ճնշման տվիչներ, որոնք ունակ են չափել 0,01… 1,1 բար: Դա քիչ թե շատ բավական է 30 կմ բարձրության համար:

Սարքը բավականին հեշտ է պատրաստել, ձեզ հարկավոր են միայն զոդման որոշ հմտություններ և գործիքներ (իրոք փոքր մասեր կպցնելու կարիք չկա) և համակարգչային տարրական հմտություններ: Այստեղ կարող եք գտնել github պահեստ, որը պարունակում է թե՛ Eagle ձևաչափով PCB- ի բեկումնային ձևավորում, թե՛ որոնվածը:

Քայլ 1: Պահանջվող մասեր:

• Maple Mini MCU տախտակի կլոն
• 4*1 2.54 մմ (0.1 ") պին տող (սովորաբար առաքվում է MCU տախտակով)
• 1S LiPo մարտկոց: Հին բջջային հեռախոսների կամ մարտկոցների մարտկոցները հիանալի տեղավորվում են:
• 1S LiPo լիցքավորման տախտակ
• MS5534 բարոմետրիկ տվիչ
• MS5534 բեկման տախտակ
• 1N5819 Schottky դիոդ կամ նմանատիպ
• JST RCY խոզուկներ, 1*իգական, 2*արու
• Ալյումինե դատարկ տարա
• ջերմային նեղացման խողովակ D = 2, 5 մմ (0.1 ") ցանկացած գույնի
• ջերմային նեղացման խողովակ D = 20 մմ (0.8 "), թափանցիկ

MS5534- ի փոխարեն կարող եք օգտագործել MS5540- ը, բայց դրա համար անհրաժեշտ է մեկ այլ ընդմիջման տախտակ: Դուք կարող եք այն պատրաստել ինքնուրույն ՝ օգտագործելով EagleCAD կամ KiKad կամ ձեր նախընտրածը: Կարող եք նաև սենսորը ուղղակիորեն զոդել լարերով, եթե բավականաչափ զոդման հմտություններ ունեք:

Պահանջվող գործիքներ.

• Soldոդման գործիքների կանոնավոր հավաքածու
• Մկրատներ և սալիկներ
• Անկության դեպքում զոդման երկրպագու: Եթե դուք չունեք մեկը, փոխարենը կարող եք օգտագործել ձեր եռակցման երկաթը և ծխախոտի վառիչը:
• որոշ ստանդարտ 1 փին կին-կին լարեր
• մի քանի լրացուցիչ կոնտակտային կապում
• STM32 ցուցադրական տախտակ, որը կօգտագործվի որպես MCU առկայծող սարք: Ես օգտագործել եմ NUCLEO-F303RE, բայց STM32 Nucleo64 կամ Nucleo144 տախտակներից որևէ մեկը կարող է օգտագործվել նաև:

Քայլ 2. Sոդման սենսոր Onto Breakout տախտակ

Նախևառաջ, ձեզ հարկավոր է սենսորը միացնել բեկման տախտակին: Եթե ունեք, օգտագործեք զոդման մածուկ և օդափոխիչի եռակցման երկաթ: Եթե ոչ, ապա դա կարող եք անել սովորական զոդման և զոդման միջոցով: Ավարտելուց հետո կտրեք չորս կապում շարանը և երկու կտոր մետաղալար ՝ յուրաքանչյուրը մոտ 4 սմ: Sոդեք դրանք ճեղքման վրա, ինչպես ցույց է տրված երկրորդ նկարում `կապում + և - պետք է միացված լինեն լարերին, դրանց միջև ևս 4 -ը` քորոց շարքին: Քորոցները պետք է լինեն ճեղքման ներքևի մասում:

Քայլ 3: Մնացած սարքի զոդում:

Սենսորային տախտակը և MCU bard- ը պետք է դասավորված լինեն, իսկ սենսորը պետք է տեղադրվի MCU չիպի վրա

Միացման դիագրամը ներկայացված է 1 -ին նկարի վրա: Եվ ահա թվարկված բոլոր կապերը.

• Breakout pin «+» - ը միացված է MCU տախտակի «Vcc» պինին
• «GND» անջատիչ կապը միացված է MCU տախտակի «GND» քորոցին
• «8», «9», «10», «11» կոճակները միացված են նույն թվերի MCU տախտակի կապումներին:
• JST RCY Maleblack մետաղալարը միացված է MCU տախտակի մեկ այլ «GND» կապին
• JST RCY Արական կարմիր մետաղալարը միացված է դիոդի անոդին
• Դիոդի կաթոդը միացված է MCU տախտակին «Vin» քորոցին

JST պիգտեյլը միացնելուց առաջ մի մոռացեք կարմիր մետաղալարերի վրա դնել բարակ ջերմային ձգվող խողովակի մի կտոր:

Վերջին բանը `դիոդը պետք է մեկուսացված լինի ջերմային նեղացման խողովակով: Պարզապես քաշեք այն դիոդի վրա, այնուհետև տաքացրեք այն ձեր եռակցման օդափոխիչով - առաջարկվող ջերմաստիճանը մոտ 160C է (320F): Եթե դուք օդափոխիչ չունեք, պարզապես օգտագործեք մոմ կամ ծխախոտ վառիչ, բայց զգույշ եղեք դրա հետ:

Քայլ 4: Մարտկոց և լիցքավորիչ:

Եկեք սարքի էներգիայի աղբյուր և դրա համար լիցքավորիչ սարքենք: Իգական խոզուկը պետք է կպցնել մարտկոցին: Կարմիր մետաղալարը ՝ «+», սևը «-»: Պաշտպանեք կապը ջերմային սոսինձի կաթիլով, կպչուն ժապավենով կամ մեկուսիչ ժապավենով `ձեր ընտրությամբ:

Արու խոզուկը պետք է զոդել լիցքավորման տախտակին ՝ կարմիր մետաղալարը «B+» - ին, սևը «B-» - ին: Ապահովեք տախտակը մի կտոր ջերմային նեղացման խողովակով: Այժմ կարող եք լիցքավորիչը միացնել մարտկոցին, իսկ լիցքավորիչը `ցանկացած USB հոսանքի աղբյուրին կամ համակարգչի պորտին: Գրատախտակին կարմիր լուսարձակը ցույց է տալիս ընթացիկ լիցքավորումը, կանաչը `լիովին լիցքավորված մարտկոցը: Սալիկը կարող է տաքանալ լիցքավորման ընթացքում, բայց ոչ շատ:

Քայլ 5: Սարքի առկայծում

Սարքը բռնկելու համար անհրաժեշտ է տեղադրել որոշ ծրագրակազմ: Windows- ի համար կարող եք օգտագործել st.com կայքի մայրենի ծրագիրը: Unfortunatelyավոք, այստեղ պետք է գրանցվել:

Linux- ի կամ Mac- ի տակ (լավ, Windows- ի դեպքում դա նույնպես հնարավոր է), կարող եք օգտագործել OpenOCD- ը: Խնդրում ենք գտնել տեղադրման և օգտագործման հրահանգները իրենց կայքում:

Այժմ կարող եք ներբեռնել որոնվածը:

Սարքը բռնկման պատրաստելու համար հարկավոր է ժամանակավորապես զոդել ևս երկու կապում MCU տախտակի 21 և 22 կոնտակտներին:

Մեր սարքը լուսաշողին միացնելու համար.

• բացեք երկու թռիչքները Nucleo (սպիտակ) տախտակի CN2 միակցիչի վրա: Դա հնարավորություն է տալիս տախտակին թարթել արտաքին սարքերը:
• միացրեք MCU կապը 21 -ին Nucleo CN4 միակցիչի 2 -րդ կապին
• միացրեք մարտկոցի սև մետաղալարը Nucleo CN4 միակցիչի 3 -րդ կապին
• միացրեք MCU կապ 22 -ը Nucleo CN4 միակցիչի 4 -րդ կապին
• միացրեք և՛ սարքը, և՛ Nucleo տախտակը համակարգչին USB մալուխներով:

• ֆլեշ ծրագրակազմ (Windows)

  • Գործարկեք STM32 ST-LINK կոմունալը
  • Ընտրեք Ֆայլ -> Բաց ֆայլ… -> բացեք ներբեռնված որոնվածը
  • Ընտրեք Target -> Option Bytes…, ընտրեք Read Out Protection: Disabled: Կտտացրեք Դիմել
  • Ընտրեք Թիրախ -> &րագիր և հաստատում, կտտացրեք Սկսել

• ֆլեշ որոնվածը (Linux և Mac)

  • Ներբեռնեք և տեղադրեք OpenOCD- ը:
  • գործարկել հրամանը

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

Վերջ!

Քայլ 6: Ինչպես օգտագործել սարքը:

Եթե ամեն ինչ ճիշտ է արված, ապա մենք պատրաստ ենք գործարկել սարքը: Բարձրաչափն ունի երեք ռեժիմ.

Eնջել տվյալները

Սարքը միացրեք USB- ի կամ մարտկոցի կարմիր միակցիչի միջոցով: Սեղմեք կոճակը (USB միակցիչից առավել հեռու) և պահեք այն 2-3 վայրկյան: Կապույտ LED- ը պետք է սկսի շատ արագ թարթել և այդպես թարթել մինչև բոլոր տվյալները ջնջվեն:

Տվյալների գրանցում

Կարմիր միակցիչով սարքը միացրեք մարտկոցին: Կապույտ LED- ը հաճախակի թարթում է մի քանի վայրկյան, այնուհետև թարթում է վայրկյանը մեկ անգամ: Ամեն անգամ, երբ այն թարթում է, տվյալների նմուշը գրվում է ներքին սարքի հիշողության մեջ: Սարքը կարող է գրանցել մինչև 9 ժամ չափումներ:

Տվյալների ընթերցում

Անջատեք մարտկոցը և սարքը ձեր համակարգչին միացրեք USB մալուխով: Մի քանի վայրկյան հաճախակի թարթելուց հետո այն վերածվում է վայրկյանում երկու անգամ թարթելու: Սա տվյալների ընթերցման ռեժիմն է: Սարքը ճանաչվում է որպես BARO_ELMOT անունով ֆլեշ կրիչ: Սկավառակը գրելի չէ, կարող եք միայն տվյալներ կարդալ դրանից: Ֆայլերի կառավարիչում սարքում կարող եք գտնել երկու ֆայլ. Առաջինը կոչվում է LEFT_123. MIN: Սա կեղծ ֆայլ է, այն չի պարունակում որևէ տվյալ, բայց որ «123» նշանակում է, որ դեռևս տեղ կա տվյալների մուտքագրման 123 րոպեի համար: Մեկ այլ ֆայլ ՝ BARO. TXT, պարունակում է փաստացի հավաքված տվյալներ, այսինքն ՝ ներդիրով առանձնացված տեքստ ՝ վերնագիր, այնուհետև տվյալների տողեր: Այս ձևաչափը կարելի է հեշտությամբ ներմուծել MS Excel կամ ցանկացած այլ աղյուսակ, ներառյալ Google Աղյուսակները: Յուրաքանչյուր տող պարունակում է սերիայի համար (S), նմուշի համար (N) (= վայրկյաններով անցած ժամանակը), ջերմաստիճան (T) Elsելսիուս, մթնոլորտային ճնշում (P) մբարում, և կոպիտ բարձրության արժեք (A) ՝ մետր ծովի մակարդակից: Նշում! «A» արժեքներն իսկապես կոպիտ են, կարող եք ինքնուրույն հաշվարկել ճնշման տվյալների բարձրությունը: Տես հետագա քայլերը:

Քայլ 7: Սարքի փորձարկում

1. Միացրեք մարտկոցը սարքին: LED- ը պետք է սկսի թարթել:
2. Սեղմեք և պահեք օգտվողի կոճակը: 2-3 վայրկյան հետո LED- ն արագ կսկսվի: Ազատեք կոճակը: Պահպանեք սառնությունը, մի անջատեք մարտկոցը: Տվյալները ջնջվում են:
3. Որոշ ժամանակ անց LED- ը սկսում է թարթել մեկ վայրկյանում մեկ անգամ:
4. Միացրեք սարքը առնվազն 30 վայրկյան:
5. Անջատեք մարտկոցը
6. Միացրեք ձեր սարքը համակարգչին USB մալուխով:
7. Սարքը կհայտնվի փոքր, միայն 3 Մբ ֆլեշ կրիչի տեսքով: Բացեք BARO. TXT ֆայլը ցանկացած տեքստային խմբագրիչով:
8. Ստուգեք, արդյոք T և P սյունակները պարունակում են ողջամիտ տվյալներ. Սովորաբար T- ի համար մոտ 20-30, P.- ի համար `մոտ 1000: Եթե դուք գտնվում եք սառնարանում կամ Էվերեստի գագաթին, ապա թվերը, իհարկե, կտրուկ տարբեր կլինեն:

Քայլ 8: Արևապաշտպան պաշտպանիչ և սեղմվող խողովակ

Նախորդ քայլից հետո մենք համոզված ենք, որ ամեն ինչ լավ է աշխատում, այժմ մենք պետք է չվաճառենք բռնկվող քորոցները, քանի որ դրանք այլևս մեզ պետք չեն: Նաև ավելի լավ է ճշգրիտ կտրել սենսորը և MCU տախտակը միացնող կապում պոչերը, հակառակ դեպքում դրանք կարող են ծակել սարքի արտաքին պլաստիկ ծածկը:

Նախագծում օգտագործվող սենսորը չպետք է ենթարկվի արևի ուղիղ ճառագայթների: Ալյումինե գարեջրի տարայից պաշտպանական վահան ենք պատրաստելու: Միանշանակ, եթե արդեն այդքան առաջ եք գնացել, ապա արժանի եք այդ աղքատ տարայի բովանդակությանը: Մկրատով կտրեք մոտ 12*12 մմ չափի ալյումինի կտոր (0.5 "*0.5"): Այնուհետև տափակաբերան աքցանով թեքեք դրա երկու հակառակ կողմերը ՝ փոքրիկ «սկուտեղ» պատրաստելու համար 7*12*2.5 մմ (0.28 "*0.5"*0.1 "): Կռանալուց հետո այդ ճկված կողմերից կտրեք 1.5 մմ շերտեր, որպեսզի սկուտեղը դառնա մի փոքր ցածր, մոտ 1 մմ բարձրությամբ:

Տեղադրեք սկուտեղը սենսորի վերևում: Նշում. Այն չպետք է դիպչի որևէ կոնտակտի: Այնուհետև սկուտեղով սարքը դրեք ջերմամեկուսիչ խողովակի մեջ (տախտակից մի փոքր ավելի երկար) և լավ տաքացրեք այն, բայց զգուշորեն զոդման օդափոխիչի (կամ ծխախոտի վառիչի) հետ: Կրկին ստուգեք, արդյոք ալյումինե ծածկը չի դիպչում սենսորի կոնտակտներին:

Քայլ 9: Գիտություն

Այժմ մենք ունենք սարքը պատրաստ աշխատելու համար: Չափում է ջերմաստիճանը և օդի ճնշումը: Եվ նաև կոպիտ գնահատում է բարձրությունը: Unfortunatelyավոք, ճնշումը կախված է բարձրությունից շատ աննշան եղանակով, դրա մասին կարող եք կարդալ վիքիպեդիայում: Ինչպե՞ս ենք հաշվարկում փուչիկի բարձրությունը ավելի ճշգրիտ եղանակով: եղանակներից մեկը 1976 թվականի Ստանդարտ մթնոլորտի հաշվիչն օգտագործելն է: Ձեր սարքը պարունակում է նույն մոդելի տվյալները, բայց ոչ շատ ճշգրիտ ՝ սարքի հիշողության սահմանափակումների պատճառով: Օգտագործելով բարոմետրերի տվյալները և հաշվիչը, կարող եք բարձրությունը հաշվարկել շատ ավելի լավ, քան ինքնուրույն արած դիսը: Նաև հաշվի առնելով եղանակը `օդապարիկի արձակման վայրում (ակնհայտ է, որ այն գրանցված է նույն բարձրության վրա սկզբնական շրջանում) և ձեր մեկնարկային կետի բարձրության վրա կարող եք գտնել ջերմաստիճանի տեղաշարժ և օդի ճնշման ուղղում և. Հետո օգտագործելով նույն հաշվիչը, կարող եք ամեն ինչ ավելի լավ հաշվարկել: Աղյուսակների որոշ հմտություններով դուք կարող եք նաև կազմել գործարկման տվյալների գծապատկերներ:

Երկրորդ տեղը տիեզերական մարտահրավերում