स्ट्रैटोस्फियर गुब्बारों के लिए इलेक्ट्रॉनिक बैरोमेट्रिक अल्टीमीटर: 9 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

हमारी टीम, RandomRace.ru ने हीलियम गुब्बारे लॉन्च किए। छोटे और बड़े, कैमरों के साथ और बिना। हम साहसिक दौड़ प्रतियोगिताओं के लिए छोटी चौकियों को बेतरतीब ढंग से छोड़ने के लिए लॉन्च करते हैं, और बड़े वातावरण के शीर्ष से शानदार वीडियो और तस्वीरें बनाने के लिए। यह अभी तक जगह नहीं है, लेकिन 30 किमी की ऊंचाई पर हवा का दबाव सामान्य से लगभग 1% है। अब माहौल नहीं दिखता, हुह? टीम में मेरी जिम्मेदारी इलेक्ट्रॉनिक्स की है, और मैं उस कर्तव्य पर लागू अपनी एक परियोजना को साझा करना चाहता हूं।

हम गुब्बारे की ऊंचाई कैसे माप सकते हैं? जीपीएस के साथ (उनमें से ज्यादातर 18 किमी से ऊपर काम नहीं करते हैं) या बैरोमीटर के अल्टीमीटर के साथ। आइए एक माइक्रोकंट्रोलर (एमसीयू) बोर्ड से बनाएं! हम चाहते हैं कि यह हल्का, सस्ता हो (क्योंकि कभी-कभी हम अपनी जांच खो देते हैं), और निर्माण में आसान, उपयोग में आसान। इसे बहुत कम दबाव भी मापना चाहिए। डिवाइस को लगातार कम से कम 5 घंटे डेटा लॉग करना चाहिए। आइए किसी भी पुराने मोबाइल फोन से कुछ लिथियम बैटरी को पावर स्रोत के रूप में उपयोग करें। आवश्यकताओं के आधार पर, मैंने USB इंटरफ़ेस के साथ n ARM माइक्रोकंट्रोलर (STM32F103RC) पर आधारित मेपल मिनी बोर्ड, 128 Kb की आंतरिक मेमोरी को चुना है, जो MCU फर्मवेयर और एकत्रित डेटा दोनों के लिए पर्याप्त है। दुर्भाग्य से (या सौभाग्य से?), लीफलैब्स अब उन बोर्डों का उत्पादन नहीं करता है, लेकिन उनके क्लोन चीनी ऑनलाइन स्टोर में केवल कुछ डॉलर में मिल सकते हैं। साथ ही हमें कई MS5534 एयर प्रेशर सेंसर दिए गए, जो 0.01…1.1 बार मापने में सक्षम हैं। यह कमोबेश 30 किमी की ऊंचाई के लिए काफी है।

डिवाइस बनाना काफी आसान है, आपको केवल कुछ सोल्डरिंग कौशल और टूल्स (वास्तव में छोटे भागों को मिलाप करने की कोई आवश्यकता नहीं है) और बुनियादी कंप्यूटर कौशल की आवश्यकता है। यहां आप एक जीथब रिपोजिटरी पा सकते हैं जिसमें ईगल प्रारूप और फर्मवेयर में ब्रेकआउट पीसीबी डिज़ाइन दोनों शामिल हैं।

चरण 1: आवश्यक भाग।

• मेपल मिनी एमसीयू बोर्ड का क्लोन
• 4*1 2.54 मिमी (0.1") पिन पंक्ति (आमतौर पर एमसीयू बोर्ड के साथ भेज दी जाती है)
• 1S लीपो बैटरी। पुराने मोबाइल या एक्शन कैम की बैटरियां पूरी तरह से फिट होती हैं।
• 1S LiPo चार्जर बोर्ड
• MS5534 बैरोमीटर का सेंसर
• MS5534 ब्रेकआउट बोर्ड
• 1N5819 Schottky डायोड या समान
• जेएसटी आरसीवाई पिगटेल, 1*महिला, 2*पुरुष
• खाली एल्युमिनियम बीयर कैन
• किसी भी रंग की थर्मल सिकुड़ ट्यूब डी = 2, 5 मिमी (0.1 ")
• थर्मल सिकुड़ ट्यूब डी = 20 मिमी (0.8 "), पारदर्शी

MS5534 के बजाय आप MS5540 का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन इसके लिए एक और ब्रेकआउट बोर्ड की आवश्यकता होती है। आप इसे ईगलकैड या कीकाड या जो भी आप पसंद करते हैं, का उपयोग करके इसे स्वयं बना सकते हैं। यदि आपके पास पर्याप्त सोल्डरिंग कौशल है तो आप सेंसर को सीधे तारों से भी मिला सकते हैं।

आवश्यक उपकरण:

• सोल्डरिंग के लिए उपकरणों का नियमित सेट
• कैंची और प्लेज
• वैकल्पिक रूप से एक सोल्डरिंग प्रशंसक। यदि आपके पास एक नहीं है, तो आप इसके बजाय अपने टांका लगाने वाले लोहे और एक सिगरेट लाइटर का उपयोग कर सकते हैं।
• कुछ मानक 1 पिन महिला-महिला तार
• कुछ अतिरिक्त संपर्क पिन
• एमसीयू फ्लैशिंग डिवाइस के रूप में इस्तेमाल किया जाने वाला एक एसटीएम 32 डेमो बोर्ड। मैंने NUCLEO-F303RE का उपयोग किया है, लेकिन STM32 Nucleo64 या Nucleo144 बोर्ड में से किसी का भी उपयोग किया जा सकता है।

चरण 2: ब्रेकआउट बोर्ड पर सोल्डरिंग सेंसर

सबसे पहले, आपको ब्रेकआउट बोर्ड पर सेंसर को मिलाप करने की आवश्यकता है। यदि आपके पास सोल्डरिंग पेस्ट और सोल्डरिंग फैन सोल्डरिंग आयरन का उपयोग करें। यदि नहीं, तो आप नियमित सोल्डरिंग आयरन और सोल्डर के साथ ऐसा कर सकते हैं। जब यह हो जाए तो चार पिन पंक्ति और तार के दो टुकड़े काट लें, प्रत्येक में लगभग 4 सेमी। उन्हें ब्रेकआउट में मिलाएं जैसा कि दूसरी तस्वीर में दिखाया गया है - पिन + और - तारों से जुड़ा होना चाहिए, उनके बीच 4 अन्य - पिन पंक्ति में। पिन ब्रेकआउट के निचले हिस्से में होने चाहिए।

चरण 3: बाकी डिवाइस को मिलाप करना।

सेंसर बोर्ड और एमसीयू बार्ड को ढेर किया जाना चाहिए, और सेंसर को एमसीयू चिप के ऊपर रखा जाना चाहिए

कनेक्शन आरेख 1 चित्र पर दिखाया गया है। और यहां सूचीबद्ध सभी कनेक्शन हैं:

• ब्रेकआउट पिन "+" MCU बोर्ड पिन "Vcc" से जुड़ा है
• ब्रेकआउट पिन "जीएनडी" एमसीयू बोर्ड पिन "जीएनडी" से जुड़ा है
• ब्रेकआउट पिन "8", "9", "10", "11" समान संख्या के एमसीयू बोर्ड पिन से जुड़े होते हैं।
• जेएसटी आरसीवाई मालेब्लैक तार एमसीयू बोर्ड के दूसरे "जीएनडी" पिन से जुड़ा है
• JST RCY पुरुष लाल तार एक डायोड एनोड से जुड़ा है
• डायोड कैथोड एमसीयू बोर्ड "विन" पिन से जुड़ा है

जेएसटी पिगटेल को जोड़ने से पहले, लाल तार पर पतली थर्मल स्ट्रेच ट्यूब का एक टुकड़ा रखना न भूलें।

आखिरी काम - डायोड को थर्मल सिकुड़ ट्यूब के साथ अछूता होना चाहिए। बस इसे डायोड के ऊपर खींचें, और फिर इसे अपने सोल्डरिंग पंखे से गर्म करें - अनुशंसित तापमान लगभग 160C (320F) है। अगर आपके पास पंखा नहीं है, तो बस मोमबत्ती या सिगरेट लाइटर का इस्तेमाल करें, लेकिन उससे सावधान रहें।

चरण 4: बैटरी और चार्जर।

आइए डिवाइस के लिए एक पावर स्रोत और इसके लिए एक चार्जर बनाएं। मादा पिगटेल को बैटरी में मिलाया जाना चाहिए। लाल तार से "+", काला से "-"। अपनी पसंद पर थर्मल गोंद की एक बूंद, डक्ट टेप के एक पैच, या एक इन्सुलेशन टेप के साथ कनेक्शन को सुरक्षित रखें।

नर पिगटेल को चार्जर बोर्ड में मिलाया जाना चाहिए - लाल तार से "बी+", काला से "बी-"। बोर्ड को थर्मल सिकुड़ ट्यूब के एक टुकड़े से सुरक्षित करें। अब आप चार्जर को बैटरी से और चार्जर को किसी भी यूएसबी पावर सप्लाई या कंप्यूटर पोर्ट से कनेक्ट कर सकते हैं। बोर्ड पर लाल एलईडी चार्ज चालू, हरा एक - पूरी तरह से चार्ज बैटरी को इंगित करता है। चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान बोर्ड गर्म हो सकता है, लेकिन बहुत ज्यादा नहीं।

चरण 5: डिवाइस को चमकाना

डिवाइस को फ्लैश करने के लिए, आपको कुछ सॉफ़्टवेयर इंस्टॉल करने की आवश्यकता है। विंडोज़ के लिए, आप st.com साइट से मूल एप्लिकेशन का उपयोग कर सकते हैं। दुर्भाग्य से, आपको यहां पंजीकरण करने की आवश्यकता है।

लिनक्स या मैक के तहत (ठीक है, विंडोज़ के तहत यह भी संभव है), आप ओपनओसीडी का उपयोग कर सकते हैं। कृपया उनकी साइट पर स्थापना और उपयोग के निर्देश प्राप्त करें।

अब आप फर्मवेयर डाउनलोड कर सकते हैं।

फ्लैशिंग के लिए डिवाइस तैयार करने के लिए, आपको एमसीयू बोर्ड के 21 और 22 संपर्कों के लिए दो और पिनों को अस्थायी रूप से मिलाप करने की आवश्यकता है।

हमारे डिवाइस को फ्लैशर से कनेक्ट करने के लिए:

• न्यूक्लियो (सफ़ेद) बोर्ड के CN2 कनेक्टर पर दोनों जंपर्स खोलें। यह बोर्ड को बाहरी उपकरणों को फ्लैश करने में सक्षम बनाता है।
• न्यूक्लियो CN4 कनेक्टर के 2 पिन करने के लिए MCU पिन 21 को कनेक्ट करें
• न्यूक्लियो CN4 कनेक्टर के 3 पिन करने के लिए ब्लैक बैटरी वायर कनेक्ट करें
• न्यूक्लियो CN4 कनेक्टर के 4 पिन करने के लिए MCU पिन 22 को कनेक्ट करें
• USB केबल के साथ डिवाइस और न्यूक्लियो बोर्ड दोनों को कंप्यूटर से कनेक्ट करें।

• फर्मवेयर फ्लैश करें (विंडोज)

  • एसटीएम 32 एसटी-लिंक उपयोगिता चलाएं
  • फ़ाइल चुनें -> फ़ाइल खोलें… -> डाउनलोड किया गया फर्मवेयर खोलें
  • लक्ष्य चुनें -> विकल्प बाइट्स…, रीड आउट सुरक्षा चुनें: अक्षम। लागू करें पर क्लिक करें
  • लक्ष्य चुनें -> प्रोग्राम और सत्यापित करें, स्टार्ट पर क्लिक करें

• फर्मवेयर फ्लैश करें (लिनक्स और मैक)

  • ओपनओसीडी डाउनलोड और इंस्टॉल करें।
  • कमांड चलाएं

openocd -f इंटरफ़ेस/stlink-v2-1.cfg -f लक्ष्य/stm32f1x.cfg -c "init; रीसेट हाल्ट; stm32f1x अनलॉक 0; प्रोग्राम baro_v4.hex; शटडाउन"

इतना ही!

चरण 6: डिवाइस का उपयोग कैसे करें।

अगर सब कुछ ठीक से किया जाता है, तो हम डिवाइस को चलाने के लिए तैयार हैं। altimeter के तीन मोड हैं:

डाटा मिटाओ

USB के माध्यम से या लाल बैटरी कनेक्टर के माध्यम से डिवाइस को पावर दें। बटन दबाएं (USB कनेक्टर से सबसे दूर) और इसे 2-3 सेकंड के लिए दबाए रखें। नीली एलईडी को बहुत जल्दी झपकना शुरू कर देना चाहिए और जब तक सारा डेटा मिट नहीं जाता तब तक इसी तरह से झपकाते रहना चाहिए।

लॉगिंग डेटा

डिवाइस को लाल कनेक्टर से बैटरी से कनेक्ट करें। नीली एलईडी कुछ सेकंड के लिए बार-बार झपकाएगी और फिर एक सेकंड में एक बार झपकेगी। हर बार जब यह ब्लिंक करता है, तो डेटा नमूना आंतरिक डिवाइस मेमोरी में लिखा जाता है। डिवाइस 9 घंटे तक माप रिकॉर्ड कर सकता है।

डेटा पढ़ना

बैटरी को डिस्कनेक्ट करें और डिवाइस को USB केबल से अपने कंप्यूटर से कनेक्ट करें। कुछ सेकंड के लिए बार-बार पलक झपकने के बाद यह एक सेकंड में दो बार झपकने में बदल जाता है। यह डेटा रीडिंग मोड है। डिवाइस को BARO_ELMOT नामक फ्लैश ड्राइव के रूप में पहचाना जाता है। ड्राइव लिखने योग्य नहीं है, आप केवल इससे डेटा पढ़ सकते हैं। एक फ़ाइल प्रबंधक में आपको डिवाइस पर दो फ़ाइलें मिल सकती हैं - पहली का नाम LEFT_123. MIN जैसा है। यह नकली फ़ाइल है, इसमें कोई डेटा नहीं है, लेकिन "123" का अर्थ है कि 123 मिनट के डेटा लॉगिंग के लिए अभी भी जगह है। एक अन्य फ़ाइल, BARO. TXT में वास्तविक एकत्रित डेटा होता है, यानी टैब से अलग किया गया टेक्स्ट - एक हेडर और फिर डेटा लाइनें। इस प्रारूप को आसानी से एमएस एक्सेल, या Google शीट्स सहित किसी अन्य स्प्रेडशीट एप्लिकेशन में आयात किया जा सकता है। प्रत्येक पंक्ति में एक श्रृंखला संख्या (एस), एक नमूना संख्या (एन) (= सेकंड में बीता हुआ समय), तापमान (टी) होता है। समुद्र तल से मीटर में सेल्सियस, वायुमंडलीय दबाव (P) mbars में, और किसी न किसी ऊंचाई मान (A) में। ध्यान दें! "ए" मान वास्तव में मोटे हैं, आप दबाव डेटा से ऊंचाई की गणना स्वयं कर सकते हैं। आगे के चरण देखें।

चरण 7: डिवाइस का परीक्षण

1. बैटरी को डिवाइस से कनेक्ट करें। एलईडी को ब्लिंक करना शुरू कर देना चाहिए।
2. उपयोगकर्ता बटन दबाकर रखें। 2-3 सेकंड के बाद एलईडी तेजी से शुरू हो जाएगी। बटन छोड़ें। ठंडा रखें, बैटरी को डिस्कनेक्ट न करें। डेटा मिटाया जा रहा है।
3. थोड़ी देर बाद एलईडी प्रति सेकंड एक बार झपकने लगती है।
4. डिवाइस को कम से कम 30 सेकंड के लिए चालू रखें।
5. बैटरी डिस्कनेक्ट करें
6. अपने डिवाइस को USB केबल वाले कंप्यूटर से कनेक्ट करें।
7. डिवाइस एक छोटे, केवल 3Mb, फ्लैश ड्राइव के रूप में दिखाई देगा। किसी भी टेक्स्ट एडिटर के साथ वहां BARO. TXT फाइल खोलें।
8. जांचें कि क्या कॉलम टी और पी में उचित डेटा है - आमतौर पर टी के लिए लगभग 20-30, पी के लिए लगभग 1000। यदि आप फ्रिज में हैं या एवरेस्ट की चोटी पर हैं, तो संख्याएं निश्चित रूप से बहुत भिन्न होंगी।

चरण 8: सनलाइट प्रोटेक्टर और सिकोड़ें ट्यूब

पिछले चरण के बाद हमें यकीन है कि सब कुछ ठीक काम करता है, अब हमें फ्लैशिंग पिन को अनसोल्डर करना चाहिए, क्योंकि अब हमें उनकी आवश्यकता नहीं है। इसके अलावा, सेंसर और एमसीयू बोर्ड को जोड़ने वाले पिन की पूंछ को सटीक रूप से काटना बेहतर है, अन्यथा वे डिवाइस के बाहरी प्लास्टिक कवर को पंचर कर सकते हैं।

परियोजना में प्रयुक्त सेंसर को सीधे सूर्य के प्रकाश के संपर्क में नहीं आना चाहिए। हम एल्युमीनियम बियर कैन से सुरक्षा कवच बनाएंगे। निश्चित रूप से, यदि आप इतना आगे बढ़ चुके हैं, तो आप उस गरीब की सामग्री के हकदार हैं। लगभग 12*12mm (0.5"*0.5") आकार के एल्यूमीनियम के टुकड़े को कैंची से काटें। फिर एक छोटी "ट्रे" 7*12*2.5mm (0.28"*0.5"*0.1") बनाने के लिए सरौता के साथ इसके दो विपरीत पक्षों को मोड़ें। झुकने के बाद, ट्रे को बनाने के लिए उस मुड़ी हुई तरफ से 1.5 मिमी की धारियों को काट लें। थोड़ा कम, लगभग 1 मिमी ऊँचा।

ट्रे को सेंसर के ऊपर रखें। नोट - इसे किसी भी संपर्क को नहीं छूना चाहिए! फिर डिवाइस को ट्रे के साथ थर्मल सिकुड़ ट्यूब (बोर्ड से थोड़ी लंबी) के एक टुकड़े में डालें और इसे अच्छी तरह से गर्म करें, लेकिन ध्यान से सोल्डरिंग फैन (या सिगरेट लाइटर) के साथ। फिर से जांचें कि क्या एल्युमीनियम कवर सेंसर के संपर्कों को नहीं छूता है।

चरण 9: विज्ञान

अब हमारे पास चलने के लिए डिवाइस तैयार है। यह तापमान और वायुदाब को मापता है। और मोटे तौर पर ऊंचाई का अनुमान भी लगाता है। दुर्भाग्य से, दबाव ऊंचाई पर बहुत ही गैर-तुच्छ तरीके से निर्भर करता है, आप इसके बारे में विकिपीडिया में पढ़ सकते हैं। हम गुब्बारे की ऊंचाई की गणना अधिक सटीक तरीके से कैसे करते हैं? 1976 के मानक वायुमंडल कैलकुलेटर का उपयोग करने का एक तरीका है। आपके डिवाइस में समान मॉडल डेटा है, लेकिन डिवाइस मेमोरी सीमाओं के कारण बहुत सटीक नहीं है। बैरोमीटर डेटा और कैलकुलेटर का उपयोग करके, आप डाइस की तुलना में ऊंचाई की बेहतर गणना कर सकते हैं। अपने गुब्बारे के लॉन्चिंग स्पॉट पर मौसम की स्थिति को भी ध्यान में रखते हुए (जाहिर है, जो कि शुरुआत में एक ही ऊंचाई पर दर्ज किया गया है), और आपके लॉन्च स्पॉट की ऊंचाई आप तापमान में बदलाव और हवा के दबाव में सुधार और पा सकते हैं। फिर उसी कैलकुलेटर का उपयोग करके, आप सब कुछ और भी बेहतर गणना कर सकते हैं। कुछ स्प्रेडशीट कौशल के साथ, आप किसी लॉन्च का डेटा चार्ट भी बना सकते हैं।

अंतरिक्ष चुनौती में उपविजेता