The Ultimate High Altitude Weather Balloon Data Logger: 9 Βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Καταγράψτε δεδομένα καιρού με μεγάλα υψόμετρα με τον τελικό καταγραφέα δεδομένων καιρού με μπαλόνια καιρού.

Ένα αερόστατο καιρού μεγάλου υψομέτρου, γνωστό και ως μπαλόνι μεγάλου υψομέτρου ή HAB, είναι ένα τεράστιο μπαλόνι γεμάτο ήλιο. Αυτά τα μπαλόνια είναι μια πλατφόρμα, που επιτρέπει σε πειράματα, συλλέκτες δεδομένων ή σχεδόν οτιδήποτε να πάει κοντά στο διάστημα. Τα μπαλόνια φτάνουν συχνά σε ύψη 80, 000 πόδια με μερικά να ξεπερνούν τα 100, 000 πόδια. Ένα hab έχει συνήθως ένα ωφέλιμο φορτίο που περιέχει ένα αλεξίπτωτο, ανακλαστήρα ραντάρ και ένα πακέτο. Το πακέτο περιέχει συνήθως μια κάμερα και μια μονάδα GPS που χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση και την ανάκτηση του μπαλονιού.

Καθώς το μπαλόνι αποκτά υψόμετρο, η πίεση πέφτει. Με λιγότερη πίεση έξω από το μπαλόνι, το μπαλόνι διαστέλλεται, τελικά γίνεται τόσο μεγάλο, που σκάει! Το αλεξίπτωτο επιστρέφει στη συνέχεια το ωφέλιμο φορτίο στο έδαφος, συχνά πολλά μίλια από το σημείο όπου εκτοξεύτηκε το μπαλόνι.

Το σχολείο μου χρησιμοποιεί αυτά τα μπαλόνια τακτικά για να τραβήξει βίντεο με την καμπυλότητα της γης. Με ακραίες αλλαγές θερμοκρασίας και πίεσης, μεγάλες ποσότητες ακτινοβολίας και ταχύτητα ανέμου, πολλά ενδιαφέροντα δεδομένα μπορούν να ληφθούν από αυτές τις πτήσεις.

Αυτό το έργο ξεκίνησε πριν από τέσσερα χρόνια με ένα κοινωνικό σεμινάριο για το διάστημα. Το σεμινάριο λειτούργησε ως έμπνευση. Οι συνομήλικοί μου αποφάσισαν ότι ήθελαν να φτάσουν στο διάστημα. Αγγίξτε το ανέγγιχτο. Αποφάσισαν ότι ο τρόπος για να φτάσουν στο διάστημα θα ήταν με καιρικά μπαλόνια. Προχωρήστε τέσσερα χρόνια αργότερα και ξεκινήσαμε 16 μπαλόνια. 15 έχουν ανακτηθεί, το οποίο είναι ένα πολύ εντυπωσιακό ρεκόρ για την ανάκτηση αερόστατων καιρού. Φέτος, ξεκίνησα το λύκειο και μπήκα στην ομάδα εκτόξευσης αερόστατων. Όταν συνειδητοποίησα ότι δεν καταγράφονταν δεδομένα, ξεκίνησα να το αλλάξω. Ο πρώτος μου καταγραφέας δεδομένων ήταν ο ευκολότερος Arduino High Altitude Balloon Data Logger. Αυτή η νέα έκδοση συλλαμβάνει περισσότερα δεδομένα, κερδίζοντας τον τίτλο του απόλυτου. Με αυτό, το υψόμετρο, η θερμοκρασία, οι ταχύτητες ανέμου, οι ρυθμοί ανόδου και καθόδου, το γεωγραφικό πλάτος, το γεωγραφικό μήκος, η ώρα και η ημερομηνία καταγράφονται και αποθηκεύονται σε μια κάρτα microSD. Αυτή η έκδοση χρησιμοποιεί επίσης πίνακα perf για να αυξήσει την ανθεκτικότητα και να μειώσει τον κίνδυνο. Ο σχεδιασμός είναι κατασκευασμένος έτσι ώστε ένα Arduino Nano να μπορεί να συνδεθεί στην κορυφή. Τα δεδομένα που συλλέγονται από αυτόν τον καταγραφέα δεδομένων μας επιτρέπουν στους μαθητές να αγγίζουμε την άκρη του χώρου. Μπορούμε να αγγίξουμε το ανέγγιχτο!

Αυτός ο νέος καταγραφέας δεδομένων παρέχει περισσότερα δεδομένα από τους περισσότερους καταγραφείς μπαλονιών που μπορούν να αγοραστούν. Μπορεί επίσης να κατασκευαστεί για λιγότερο από $ 80, ενώ ένα κατάστημα που αγοράσατε θα σας κοστίσει περισσότερο από $ 200. Ας αρχίσουμε!

Βήμα 1: Μέρη, προγράμματα, εργαλεία και βιβλιοθήκες

Ανταλλακτικά

Arduino - Ένα Nano είναι το καλύτερο καθώς μπορεί να τραβηχτεί από πάνω. Έχω χρησιμοποιήσει επίσης το Arduino Uno με καλώδια που το συνδέουν

Θα σας συμβούλευα να χρησιμοποιήσετε ένα γνήσιο Arduino γιατί πολλοί από τους κλώνους ενδέχεται να μην λειτουργούν στις χαμηλές θερμοκρασίες στις οποίες εκτίθεται ο καταγραφέας δεδομένων. Η πιο κρύα θερμοκρασία που καταγράφηκε στην πτήση μας ήταν -58 φαρενάιτ. Με κατάλληλη προστασία από τις καιρικές συνθήκες και θερμαντήρες χεριών, ένας κλώνος μπορεί να λειτουργήσει.

$ 5-$ 22 (ανάλογα με την ποιότητα)

store.arduino.cc/usa/arduino-nano

Μονάδα GPS - Παρέχει δεδομένα ώρας, ημερομηνίας, υψομέτρου, καθόδου, ανόδου και ταχύτητας ανέμου

Θα συνιστούσα ανεπιφύλακτα αυτήν τη μονάδα. Οι περισσότερες μονάδες GPS δεν λειτουργούν πάνω από 60.000 πόδια. Δεδομένου ότι τα μπαλόνια μεγάλου υψομέτρου ανεβαίνουν ψηλότερα, αυτά δεν λειτουργούν. Όταν βρίσκεται σε λειτουργία πτήσης, αυτή η μονάδα λειτουργεί στα 160.000 πόδια.

store.uputronics.com/?route=product/product&product_id=72

$30

MicroSD Data Logger - Διαθέτει κάρτα MicroSD και μας επιτρέπει να αποθηκεύσουμε τα δεδομένα που συλλέγουμε

Υπάρχουν πολλά από αυτά στην αγορά και σίγουρα κάποια για φθηνότερα. Πήγα με αυτό επειδή είναι ελαφρύ, το Sparkfun έχει εξαιρετική τεκμηρίωση και είναι πολύ εύκολο στη χρήση. Όταν συνδέεται με τις ακίδες 0 και 1, η συνάρτηση Serial.print γράφει σε αυτήν. Είναι τόσο εύκολο!

www.sparkfun.com/products/13712

$15

Αισθητήρας θερμοκρασίας - Χρησιμοποιώ έναν για την παροχή εξωτερικής θερμοκρασίας, αλλά μπορεί εύκολα να προστεθεί ένας επιπλέον για να παρέχει θερμοκρασία από το εσωτερικό ωφέλιμο φορτίο

Χρησιμοποίησα τον αισθητήρα θερμοκρασίας tmp36. Αυτός ο αναλογικός αισθητήρας λειτουργεί χωρίς την εντολή καθυστέρησης. Η μονάδα GPS δεν μπορεί να λειτουργήσει με καθυστερήσεις, επομένως αυτός ο αισθητήρας είναι ιδανικός. Για να μην το αναφέρουμε, είναι φθηνό και απαιτεί μόνο έναν αναλογικό πείρο. Επίσης, λειτουργεί στα 3,3 βολτ, το οποίο λειτουργεί σε ολόκληρο το κύκλωμα. Αυτό το συστατικό είναι βασικά ένα τέλειο ταίριασμα!

www.sparkfun.com/products/10988?_ga=2.172610019.1551218892.1497109594-2078877195.1494480624

$1.50

Αντιστάσεις 1k (2x) - Χρησιμοποιούνται για τις γραμμές λήψης του GPS και του MicroSD Data Logger

Το Arduino παρέχει 5 βολτ σε αυτές τις ακίδες. Μια αντίσταση 1k ρίχνει την τάση σε ασφαλές επίπεδο για αυτές τις μονάδες.

www.ebay.com/p/?iid=171673253642&lpid=82&&&ul_noapp=true&chn=ps

75¢

LED - Αναβοσβήνει κάθε φορά που συλλέγονται δεδομένα (προαιρετικά)

Το Arduino και το MicroSd αναβοσβήνουν κάθε φορά που συλλέγονται επίσης δεδομένα. Αυτό, όμως, το κάνει πιο προφανές. Τα καλώδια σε αυτό θα μπορούσαν επίσης να επεκταθούν έτσι ώστε το led να κολλήσει έξω. Αυτό χρησιμοποιείται για να διασφαλιστεί ότι πραγματοποιείται καταγραφή δεδομένων.

www.ebay.com/itm/200-pcs-3mm-5mm-LED-Light-White-Yellow-Red-Green-Assortment-Kit-for-Arduino-/222107543639

1¢

Perf Board - Αυτό επιτρέπει ένα πιο μόνιμο κύκλωμα και μειώνει τον κίνδυνο καθώς τα καλώδια δεν μπορούν να πέσουν. Αντ 'αυτού θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ένα breadboard ή ένα pcb

www.amazon.com/dp/B01N3161JP?psc=1

50¢

Υποδοχή μπαταρίας - Χρησιμοποιώ μπαταρία 9v στις εκκινήσεις μου. Αυτό συνδέει την μπαταρία στο κύκλωμα. Κόλλησα τη σύνδεση σύνδεσης των καλωδίων βραχυκυκλωτήρων σε αυτά για να παρέχω μια ευκολότερη σύνδεση

www.amazon.com/Battery-Connector-Plastic-A…

70¢

Micro Toggle Switch - το χρησιμοποιώ για να ενεργοποιήσω τη μονάδα. Αυτό μου επιτρέπει να διατηρώ την μπαταρία συνδεδεμένη, διατηρώντας το σύστημα απενεργοποιημένο (Προαιρετικό)

Έσωσα το δικό μου από μια λάμπα φεγγαριού. Οποιοσδήποτε μικροδιακόπτης θα λειτουργήσει.

MicroSwitchLink

20¢

Κεφαλίδες ανδρών και γυναικών - Χρησιμοποιήστε τις για να επιτρέψετε την αποσύνδεση εξαρτημάτων όπως το GPS και το Arduino από το κύκλωμα. (Συνιστάται)

www.ebay.com/itm/50x-40-Pin-Male-Header-0-1-2-54mm-Tin-Square-Breadboard-Headers-Strip-USA-/150838019293?hash=item231ea584dd:m: mXokS4Rsf4dLAyh0G8C5RFw

$1

Κάρτα MicroSD - Θα συνιστούσα μια κάρτα 4-16 gb. Τα κούτσουρα δεν καταλαμβάνουν πολύ χώρο

Ο καταγραφέας δεδομένων μου έτρεχε από τις 6:30 το πρωί έως τη 1:30 το μεσημέρι και χρησιμοποιούσε μόνο 88 κιλομπάιτ χώρου. Αυτό είναι λιγότερο από το 1/10 του megabyte.

www.amazon.com/gp/product/B004ZIENBA/ref=oh_aui_detailpage_o09_s00?ie=UTF8&psc=1

$7

Powersource - Ο χώρος είναι κρύος, έτσι οι υγρές μπαταρίες θα παγώσουν. Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχουν αλκαλικές μπαταρίες. Οι μπαταρίες λιθίου λειτουργούν τέλεια! Χρησιμοποίησα μπαταρία 9V

www.amazon.com/Odec-9V-Rechargeable-Batter…

$1

Το συνολικό κόστος έρχεται στα 79,66 $! Οι εμπορικοί ξυλοκόποι κοστίζουν περίπου $ 250, οπότε σκεφτείτε ότι πρόκειται για έκπτωση 68%. Επίσης, πιθανότατα έχετε πολλά από αυτά τα αντικείμενα, όπως το Arduino, η κάρτα Sd, κ.λπ. που μειώνουν το κόστος. Πάμε στο κτίριο

Προγράμματα

Το μόνο πρόγραμμα που απαιτείται είναι το Arduino IDE. Αυτή είναι η εγγενής γλώσσα Arduino και χρησιμοποιείται για τη μεταφόρτωση του κώδικα, τη σύνταξη κώδικα και τον έλεγχο. Μπορείτε να κατεβάσετε το λογισμικό δωρεάν εδώ:

Βιβλιοθήκες

Χρησιμοποιούμε δύο βιβλιοθήκες σε αυτό το σκίτσο. Η βιβλιοθήκη NeoGPS χρησιμοποιείται για αλληλεπίδραση με τη μονάδα GPS. Η σειριακή βιβλιοθήκη λογισμικού επιτρέπει σειριακή επικοινωνία σε επιπλέον καρφίτσες. Συνδεόμαστε τόσο με τον καταγραφέα δεδομένων GPS όσο και με το MicroSd χρησιμοποιώντας σειριακές επικοινωνίες.

NeoGPS

SoftwareSerial - Μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιαδήποτε σειριακή βιβλιοθήκη λογισμικού. Είχα ήδη κατεβάσει αυτό και το χρησιμοποίησα.

Χρειάζεστε βοήθεια για την εγκατάσταση μιας βιβλιοθήκης; Διαβάστε αυτό:

Εργαλεία

Συγκολλητικό σίδερο - Οι επικεφαλίδες θα πρέπει να στερεωθούν σε πολλά εξαρτήματα και ένα συγκολλητικό σίδερο χρησιμοποιείται για τη στερέωση εξαρτημάτων στον πίνακα περφόρμανς και την κατασκευή κομματιών.

Συγκολλητικό - Χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με συγκολλητικό σίδερο.

Βήμα 2: Συνδυάζοντας το κύκλωμα

Θα χρειαστεί να κολλήσετε κεφαλίδες σε μερικά εξαρτήματα. Μάθετε πώς να το κάνετε εδώ:

Ακολουθήστε το διάγραμμα του breadboard ή του πίνακα perf παραπάνω. Μην συνδέετε τον αισθητήρα γείωσης με τη γείωση του GPS ή του καταγραφέα δεδομένων microSD, καθώς θα καταστρέψει τα δεδομένα της θερμοκρασίας σας. Εάν χρησιμοποιείτε έναν πίνακα perf, δείτε αυτό το σεμινάριο για το πώς να φτιάξετε κομμάτια. Αυτή είναι μία τεχνική:

Να είστε προσεκτικοί όταν συνδέετε εξαρτήματα. Βεβαιωθείτε ότι έχετε τη σωστή πολικότητα και καρφίτσες. Ελέγξτε τις συνδέσεις σας δύο φορές!

Arduino - GPS3.3v --- VCC

GND --- GND

D3 ----- 1k αντίσταση ----- RX

D4 ------ TX

Arduino - OpenLog

Επαναφορά --- GRN

D0 ---- TXD1 ---- 1k αντίσταση ---- RX

3.3v ----- VCC

GND ---- GND

GND ---- BLK

Arduino - Temp Sensor - Χρησιμοποιήστε την παραπάνω φωτογραφία για να προσδιορίσετε ποιο πόδι είναι ποιο

3.3v ------ VCC

GND ---- GND (Αυτό θα πρέπει είτε να είναι στο δικό του pin Arduino είτε να είναι συνδεδεμένο στο τροφοδοτικό GND. Αν είναι συνδεδεμένο με GPS ή logger θα στρέψει τα δεδομένα θερμοκρασίας.)

Σήμα --- A5

Arduino - LED

D13 ------ + (μακρύτερο πόδι)

GND -------(κοντύτερο πόδι)

Arduino - Σύνδεση μπαταρίας

Vin ---- Micro Toggle Switch ---- Θετικό (Κόκκινο)

GND ----- Αρνητικό (Μαύρο)

Βήμα 3: Προγραμματισμός

Χρησιμοποιούμε δύο βιβλιοθήκες σε αυτό το πρόγραμμα, το NeoGPS και το SoftwareSerial. Μπορείτε να τα κατεβάσετε και τα δύο από τη σελίδα μερών αυτού του Instructable. Κατά τη διασύνδεση του GPS σε ένα πρόγραμμα Arduino, χρησιμοποιείται συνήθως η βιβλιοθήκη TinyGPS. Ωστόσο, δεν κατάφερα να λειτουργήσει με το GPS που χρησιμοποιούμε.

Η βιβλιοθήκη SoftwareSerial μας επιτρέπει να συνδέσουμε δύο συσκευές στο Arduino μέσω σειριακής σύνδεσης λογισμικού. Το GPS και το MicroSD καταγραφικό δεδομένων το χρησιμοποιούν αυτό. Άλλες βιβλιοθήκες μπορούν επίσης να το κάνουν αυτό και πρέπει να λειτουργούν με τον κώδικα. Είχα ήδη αυτό στον υπολογιστή μου και λειτουργεί, οπότε το χρησιμοποίησα.

Ο κώδικας βασίζεται στον τελευταίο μου καταγραφέα δεδομένων. Η κύρια αλλαγή είναι η προσθήκη του αισθητήρα θερμοκρασίας. Το GPS βασίζεται σε δορυφόρους. Αυτό σημαίνει ότι το GPS πρέπει πρώτα να συνδεθεί με δορυφόρους προτού μπορέσει να εμφανίσει δεδομένα. Μια κλειδαριά αποτελείται από το GPS που συνδέεται με τέσσερις δορυφόρους. Μια γρήγορη σημείωση είναι ότι όσο περισσότερους δορυφόρους είναι συνδεδεμένο το GPS, τόσο πιο ακριβή είναι τα δεδομένα που παρέχονται. Το πρόγραμμα εκτυπώνει τον αριθμό των δορυφόρων που είναι συνδεδεμένοι σε κάθε γραμμή δεδομένων. Συνδέθηκε με δώδεκα δορυφόρους στο μεγαλύτερο μέρος της πτήσης μου.

Το πρόγραμμα μπορεί να χρειαστεί να αλλάξει έτσι ώστε να λειτουργεί για εσάς. Ενώ όλος ο κώδικας μπορεί να τροποποιηθεί, θα συνιστούσα να αλλάξετε τη ζώνη ώρας, το χρόνο μεταξύ των μετρήσεων και τη μονάδα μέτρησης της θερμοκρασίας. Ένα τυπικό αερόστατο καιρού μεταφέρεται στον αέρα για περίπου δύο ώρες. Το GPS λαμβάνει δεδομένα από τους δορυφόρους κάθε δευτερόλεπτο. Αυτό σημαίνει ότι, αν αποθηκεύσουμε κάθε κομμάτι δεδομένων που αποστέλλεται, θα έχουμε 7.000 αναγνώσεις. Επειδή δεν ενδιαφέρομαι να γράψω γραφικά 7.000 καταχωρήσεις δεδομένων, επιλέγω να καταγράφω κάθε 30η ανάγνωση. Αυτό μου παρέχει 240 σημεία δεδομένων. Λίγο πιο λογικό για έναν αριθμό.

Mayσως αναρωτιέστε γιατί χρησιμοποιούμε μια μεταβλητή i και μια πρόταση για να αποθηκεύσουμε κάθε 30η ανάγνωση αντί να χρησιμοποιούμε απλώς μια εντολή καθυστέρησης και να περιμένουμε 30 δευτερόλεπτα. Η απάντηση είναι ότι οι ενδείξεις GPS είναι πολύ λεπτές. Μια καθυστέρηση 30 δευτερολέπτων σημαίνει ότι το GPS δεν καταγράφει κάθε σύνολο δεδομένων και προκαλεί αναστάτωση των δεδομένων μας.

Θα πρέπει να αλλάξετε αυτές τις τιμές σε αντιστάθμιση από τη Συντονισμένη καθολική ώρα (UTC).

Εάν δεν γνωρίζετε το δικό σας, μπορείτε να το βρείτε εδώ

στατικό const int32_t

ζώνη_ώρες = -8L; // PST

στατικό const int32_t

zone_minutes = 0L; // συνήθως μηδέν

Αυτή η γραμμή πρέπει να αλλάξει στο πόσο συχνά θέλετε να καταγράφεται μια ανάγνωση. Ρυθμίζω το δικό μου για ανάγνωση κάθε 30 δευτερόλεπτα.

αν (i == 30) {

Εάν δεν ζείτε στις ΗΠΑ, πιθανότατα θέλετε μετρήσεις θερμοκρασίας σε Κελσίου. Για να το κάνετε αυτό, αποσυνδέστε αυτήν τη γραμμή:

// Serial.print ("Degrees C"); // μην σχολιάζετε αν θέλετε κελσίου

// Serial.println (βαθμοίC); // μην σχολιάζετε αν θέλετε κελσίου

Εάν δεν θέλετε αναγνώσεις Φαρενάιτ, σχολιάστε αυτό:

Serial.print ("Degrees F"); // σχολιάστε αν δεν θέλετε fahrenheit Serial.println (degreeF); // σχολιάστε αν δεν θέλετε Φαρενάιτ

Ο κωδικός δεν μεταφορτώνεται;

Το Arduino πρέπει να αποσυνδεθεί από το κύκλωμα κατά τη μεταφόρτωση νέου κωδικού. Στο Arduino αποστέλλεται ο νέος κωδικός μέσω σειριακής επικοινωνίας στις ακίδες D0 και D1. Αυτές οι δύο ακίδες είναι επίσης οι ακίδες που χρησιμοποιούνται για το πρόγραμμα καταγραφής δεδομένων MicroSd. Αυτό σημαίνει ότι ο καταγραφέας δεδομένων MicroSD πρέπει να αποσυνδεθεί για να μεταφορτωθεί ο κώδικας.

Βήμα 4: Δοκιμή

Μόλις γίνουν όλες οι συνδέσεις και φορτωθεί ο κώδικας, ήρθε η ώρα να δοκιμάσουμε τον καταγραφέα δεδομένων μας. Για να το κάνετε αυτό, συνδέστε το Arduino στον υπολογιστή με τον ίδιο τρόπο όπως θα ανεβάσετε τον κώδικα. Βεβαιωθείτε ότι η σειριακή θύρα είναι σωστή και, στη συνέχεια, ανοίξτε τη Σειριακή οθόνη. Εάν όλες οι συνδέσεις έχουν γίνει σωστά, αυτό θα εμφανιστεί:

NMEAloc. INO: startfix μέγεθος αντικειμένου = 31 NMEAGPS μέγεθος αντικειμένου = 84 ingάχνετε για συσκευή GPS στο SoftwareSerial (pin RX 4, pin TX 3) Highlight Weather Balloon Data Logger by Aaron Price

Time Latitude Γεωγραφικό μήκος SAT Ταχύτητα ανέμου ταχύτητα ανέμου υψόμετρο (βαθμός) (βαθμός) κόμβοι mph cm ------------------------------------ ------------------------------------------------------ ----------------------------------

Εάν το GPS είναι συνδεδεμένο λανθασμένα, αυτό θα εμφανιστεί:

Ρύθμιση λειτουργίας πτήσης uBlox: B562624240FFFF63000010270050FA0FA06402C1000000000000001616DC * Ανάγνωση απόκρισης ACK: (ΑΠΟΤΥΧΗΜΕΝΟ!)

Βεβαιωθείτε ότι το led αναβοσβήνει κάθε φορά που εισέρχεται ένα νέο κομμάτι δεδομένων στη Σειριακή οθόνη. Ο καταγραφέας δεδομένων MicroSd αναβοσβήνει επίσης κάθε φορά που καταγράφονται δεδομένα.

Θα παρατηρήσετε ότι το GPS σας στέλνει ένα μόνο ερωτηματικό. Αυτό συμβαίνει επειδή οι μονάδες GPS χρειάζονται χρόνο για να ξεκινήσουν και να συνδεθούν με δορυφόρους. Αυτή η μονάδα απαιτεί συνήθως περίπου οκτώ λεπτά για να αρχίσει να μου στέλνει την πλήρη σειρά δεδομένων. Μέσα σε πέντε περίπου θα αρχίσει να σας στέλνει δεδομένα ημερομηνίας και ώρας ακολουθούμενα από ερωτηματικό. Τα πρώτα σημεία πιθανότατα θα είναι λανθασμένα, αλλά στη συνέχεια θα εμφανίζουν τη σωστή ημερομηνία και ώρα. Εάν δεν λαμβάνετε την ημερομηνία και την ώρα σας, ανατρέξτε στον κωδικό για να διασφαλίσετε ότι η σωστή ζώνη ώρας έχει διορθωθεί. Διαβάστε την ενότητα προγραμματισμού αυτού του Instructable για να μάθετε πώς να το κάνετε αυτό.

Τελικά το Serial Monitor θα εμφανίσει όλα τα δεδομένα. Αντιγράψτε και επικολλήστε το γεωγραφικό πλάτος και γεωγραφικό μήκος και ετοιμαστείτε να σοκαριστείτε από τα αποτελέσματα. Η ακρίβεια είναι αξιοσημείωτη!

Ελέγξτε τα δεδομένα θερμοκρασίας για να βεβαιωθείτε ότι είναι σωστά. Εάν η θερμοκρασία διαβάζεται ως ένας εξαιρετικά εξωπραγματικός αριθμός (160+), ο αισθητήρας θερμοκρασίας είτε δεν είναι συνδεδεμένος είτε δεν συνδέεται σωστά. Ανατρέξτε στο σχηματικό. Εάν η ένδειξη θερμοκρασίας είναι ασταθής ή υψηλότερη από ό, τι θα έπρεπε (δηλαδή η θερμοκρασία είναι 65 βαθμοί Φαρενάι και ο αισθητήρας το αναφέρει ως 85), τότε ο αισθητήρας είναι πιθανό να μοιράζεται μια καρφίτσα γείωσης με το GPS, τον καταγραφέα δεδομένων microSD ή και τα δύο. Ο αισθητήρας θερμοκρασίας πρέπει είτε να έχει τον δικό του πείρο γείωσης είτε να μοιράζεται έναν πείρο γείωσης μόνο με τη γείωση εισόδου.

Τώρα πρέπει να διαμορφώσετε και να καθαρίσετε την κάρτα microSD. Χρειαζόμαστε έναν τύπο αρχείου fat16 ή fat32. Ακολούθησα αυτό το σεμινάριο από την GoPro:

Στη συνέχεια, δοκιμάστε το κύκλωμα χωρίς συνδεδεμένο υπολογιστή. Συνδέστε μια κάρτα microSD στον καταγραφέα δεδομένων και χρησιμοποιήστε μια πηγή ενέργειας για να δώσετε ισχύ στο Arduino. Αφήστε το να λειτουργήσει για είκοσι λεπτά και μετά αποσυνδέστε το ρεύμα. Αποσυνδέστε την κάρτα microSD και συνδέστε την στον υπολογιστή σας. Θα πρέπει να δείτε ότι δημιουργήθηκε ένα αρχείο διαμόρφωσης (αυτό συμβαίνει μόνο όταν δεν έχει δημιουργηθεί προηγούμενο αρχείο ρυθμίσεων). Κάθε φορά που γίνεται επαναφορά ή σύνδεση του Arduino, δημιουργείται ένα νέο αρχείο.

Νέες βιβλιοθήκες και εκδόσεις του Arduino IDE έχουν κυκλοφορήσει από τη σύλληψη αυτού του έργου. Εξαιτίας αυτού, πολλοί χρήστες λάμβαναν άσχημα μηνύματα σφάλματος. Ο χρήστης RahilV2 αντιμετώπιζε αυτό το ζήτημα και βρήκε μια λύση

"Έχω διορθώσει το αρχικό σφάλμα και ήταν επειδή το. INO χρησιμοποιεί το παλιό όνομα θύρας gps που είναι" gpsPort "αντί για" gps_port ". Το σύμβολο του προεπεξεργαστή έχει επίσης αλλάξει. Όλα τα παραδείγματα προγραμμάτων χρησιμοποιούν τώρα" GPS_PORT_NAME "αντί για" USING_GPS_PORT '."

Ευχαριστώ RahilV2!

Βήμα 5: Προστασία των Ηλεκτρονικών

Μια σημείωση για τους χρήστες που χρησιμοποιούν την πλακέτα perf, η τοποθέτηση του κυκλώματος σε μια μεταλλική επιφάνεια θα βραχυκυκλώσει το κύκλωμα. Χρησιμοποίησα έναν πλαστικό σωλήνα γύρω από μερικά μπουλόνια για να κρεμάσω την πλάκα μου πάνω από ένα πλαστικό φύλλο. Μπορείτε να κολλήσετε ζεστά το κάτω μέρος, να το κολλήσετε σε χαρτόνι ή αφρό ή να χρησιμοποιήσετε μια συσκευασία που δεν μεταφέρει ηλεκτρική ενέργεια. Μπορείτε να εκτυπώσετε τρισδιάστατα αυτούς τους πλαστικούς σωλήνες για να γλιστρήσουν πάνω από τα μπουλόνια σας από εδώ:

Επισυνάπτω γυναικείες κεφαλίδες στον πίνακα perf όπου βρίσκεται το GPS για να επιτρέπεται η εύκολη αποσύνδεση του GPS από το κύκλωμα. Η μονάδα GPS είναι εύθραυστη. Οι κεραίες τσιπ μπορούν να σπάσουν και η μονάδα είναι ευαίσθητη στον στατικό ηλεκτρισμό. Δεν έχω σπάσει καμία από αυτές τις μονάδες. Αποθηκεύω το GPS στη στατική θωρακισμένη τσάντα που μπαίνει για να διατηρήσω το GPS προστατευμένο.

Είτε χρησιμοποιείτε ένα breadboard είτε απλά καλώδια για το βύσμα της μπαταρίας, συνιστώ τη χρήση θερμής κόλλας για να διασφαλίσετε ότι τα καλώδια βραχυκυκλώματος θα κολλήσουν στις πρίζες τους. Θα ήταν αηδία για εσάς να ανακτήσετε το μπαλόνι σας για να διαπιστώσετε ότι δεν έχει συνδεθεί επειδή αποκολλήθηκε ένα καλώδιο βραχυκυκλωτήρα.

Συνιστάται η θέρμανση χεριών καθώς θα διατηρήσει τα πάντα ζεστά και λειτουργικά. Συνήθως επεκτείνω το μήκος των συνδετήρων της μπαταρίας μου επιτρέποντάς μου να αποθηκεύσω την μπαταρία σε ξεχωριστό διαμέρισμα από τα ηλεκτρονικά. Έβαλα θερμαντήρες χειρός απευθείας στην μπαταρία. Ενώ τα ηλεκτρονικά θα πρέπει να μπορούν να λειτουργούν χωρίς θερμαντήρες χεριών, θα συνιστούσα τη χρήση τους. Βάλτε ένα ή δύο θερμαντικά χέρια κοντά στα ηλεκτρονικά, ασφαλίζοντας το θερμότερο χέρι έτσι ώστε να μην αγγίζει τα ηλεκτρονικά. Η ακτινοβολούμενη θερμότητα από τους θερμαντήρες χεριών είναι αρκετή για να διατηρήσει τα ηλεκτρονικά σε καλή κατάσταση.

Βήμα 6: Εκκίνηση

Συνήθως συνδέω τον καταγραφέα δεδομένων στον υπολογιστή μου περίπου είκοσι λεπτά πριν σχεδιάσουμε να αφήσουμε το μπαλόνι να φύγει. Η σύνδεση του καταγραφικού στον υπολογιστή δεν είναι απαραίτητη. Το κάνω για να διασφαλίσω ότι λειτουργεί το GPS και ότι έχω κλειδαριά δορυφόρου. Μόλις ο καταγραφέας εμφανίζει όλα τα δεδομένα, αναποδογυρίζω το διακόπτη εναλλαγής και αποσυνδέω τον υπολογιστή. Επειδή το κύκλωμα έχει πάντα πηγή ενέργειας, το GPS παραμένει ζεστό και συνεχίζει την καταγραφή με κλειδαριά δορυφόρου. Αυτό θα δημιουργήσει ένα νέο αρχείο στην κάρτα microSD.

Εκτοξεύσαμε το μπαλόνι στις 6:58 π.μ. Σχεδιάζαμε να ξεκινήσουμε νωρίτερα, αλλά το πρώτο μας μπαλόνι ανέπτυξε ένα σχίσιμο. Είχαμε ξεχάσει τις σωληνώσεις μας για να συνδέσουμε το μπαλόνι στη δεξαμενή ηλίου. Έτσι, συνδέσαμε το μπαλόνι απευθείας στο ακροφύσιο της δεξαμενής ηλίου. Οι κραδασμοί στο ακροφύσιο κάνουν ένα σχίσιμο στο μπαλόνι. Ευτυχώς, φέρναμε ένα εφεδρικό μπαλόνι. Χρησιμοποιήσαμε έναν κομμένο σωλήνα κήπου ως αυτοσχέδιο σωλήνα μας και λειτούργησε!

Το πακέτο αποτελείται από ένα μονωμένο μεσημεριανό κουτί. Ο καταγραφέας δεδομένων κάθισε μέσα με τα θερμαντικά σώματα. Μια τρύπα που κόπηκε στο μεσημεριανό κουτί παρείχε τον τρόπο για την κάμερα να βρίσκεται μέσα στο κουτί μεσημεριανού γεύματος διατηρώντας παράλληλα ανεμπόδιστη θέα. Χρησιμοποιήσαμε μια συνεδρία GoPro για αυτήν την εκκίνηση. Έβγαλε φωτογραφίες από το ταξίδι! Στο πλάι και στην κορυφή του κουτιού μεσημεριανού ήταν δύο μονάδες GPS SPOT. Τα χρησιμοποιήσαμε για να παρακολουθήσουμε το πακέτο μας. Μια μικρή σχισμή έγινε στο πλάι του κουτιού μεσημεριανού για να επιτρέψει στον αισθητήρα θερμοκρασίας να κολλήσει, εκθέτοντάς τον στον εξωτερικό αέρα.

Βήμα 7: Ανάκτηση

Χρησιμοποίησα μια μπαταρία Duracell 9v στην τελευταία μου κυκλοφορία. Μέτρησα την τάση της μπαταρίας στα 9,56 βολτ πριν την συνδέσω στον καταγραφέα δεδομένων. Συνέδεσα την μπαταρία περίπου στις 6:30 το πρωί. Αφού το μπαλόνι προσγειώθηκε, ανακτήθηκε, οδηγήθηκε πίσω στο σχολείο και το πακέτο άνοιξε, ήταν 1:30 το μεσημέρι. Άνοιξα το ωφέλιμο φορτίο για να βρω ότι ο καταγραφέας δεδομένων εξακολουθούσε να καταγράφεται! Στη συνέχεια μέτρησα την τάση της μπαταρίας 9v. Καθώς χρησιμοποιείται μπαταρία, η τάση μειώνεται. Η μπαταρία ήταν τώρα στα 7,5 βολτ. Μετά από επτά ώρες καταγραφής δεδομένων, η μπαταρία ήταν ακόμα σε καλή κατάσταση.

Το μπαλόνι και το πακέτο προσγειώθηκαν νότια της Ramona σε ένα μικρό φαράγγι. Η ομάδα αποκατάστασης οδήγησε περίπου μία ώρα και στη συνέχεια ανέβηκε στον υπόλοιπο δρόμο. Ο δηλητηριώδης κισσός και οι υψηλές θερμοκρασίες ήταν εμπόδιο, ωστόσο επέμεναν και μπόρεσαν να ανακτήσουν το μπαλόνι. Γύρισαν στο σχολείο και μου έδωσαν το πακέτο. Wasμουν έκπληκτος ότι ο καταγραφέας δεδομένων εξακολουθούσε να λειτουργεί. Αυτό με έκανε αισιόδοξο. Αποσυνδέω την μπαταρία και έβγαλα προσεκτικά την κάρτα microSD. Στη συνέχεια έτρεξα στον υπολογιστή μου. Αυτό είναι το πιο νευρικό και συναρπαστικό μέρος του ταξιδιού για μένα. Λειτούργησε ο καταγραφέας δεδομένων; Έψαξα το σακίδιο μου για να βρω τον προσαρμογέα της κάρτας SD. Τις δύο τελευταίες πτήσεις ο καταγραφέας είχε σταματήσει να λειτουργεί στα 40.000 πόδια γιατί είχα βάλει λανθασμένα το GPS σε λειτουργία πτήσης. Δεδομένου ότι ο μόνος τρόπος για να φτάσω σε ύψη πάνω από 40.000 πόδια είναι με τα αερόστατα, δεν είχα ιδέα αν ο νέος μου κωδικός θα λειτουργούσε.

Συνδέω την κάρτα microSD στον υπολογιστή μου, ανοίγω το αρχείο και βλέπω ένα αρχείο καταγραφής γεμάτο δεδομένα. Άρχισα να περιηγούμαι στα δεδομένα… ΕΠΙΤΥΧΙΑ !! Το ημερολόγιο συνεχίστηκε καθ 'όλη τη διάρκεια της πτήσης.

Βήμα 8: Ανάλυση και επιστήμη

Η έκφραση "τρίτες φορές η γοητεία" ακούγεται αληθινή. Καταγράψαμε δεδομένα για ολόκληρη την πτήση! Το μπαλόνι έφτασε σε μέγιστο υψόμετρο 91, 087 πόδια και η πιο κρύα θερμοκρασία ήταν -58 βαθμοί Φαρενάιτ.

Τα δεδομένα μας επιβεβαιώνουν και ευθυγραμμίζονται με πολλές από τις γνωστές επιστήμες. Για παράδειγμα, ο πυθμένας της στρατόσφαιρας ήταν -40 έως -58 βαθμοί Φαρενάιτ ενώ στο απόγειο της πτήσης, η θερμοκρασία ήταν -1,75 βαθμοί Φαρενάιτ. Οι άνθρωποι ζουν στο χαμηλότερο στρώμα της ατμόσφαιρας της Γης, την τροπόσφαιρα. Στην τροπόσφαιρα, η θερμοκρασία μειώνεται καθώς αυξάνεται το υψόμετρο. Το αντίθετο συμβαίνει στη στρατόσφαιρα. Στην πραγματικότητα, η κορυφή της στρατόσφαιρας μπορεί να είναι πέντε μοίρες πάνω από το μηδέν.

Wasμουν έκπληκτος που το μπαλόνι ανέβηκε με τόσο γραμμικό τρόπο. Θα σκεφτόμουν καθώς η ατμόσφαιρα αραίωνε τα μπαλόνια θα άλλαζε η ταχύτητα ανόδου. Δεν με εξέπληξε, ωστόσο, η καμπύλη στην ταχύτητα κατάβασης του μπαλονιού. Η υπόθεσή μου για το γιατί το μπαλόνι πέφτει γρήγορα και σταδιακά επιβραδύνεται έχει να κάνει με το αλεξίπτωτο. Στο απόγειο, υπάρχει τόσο λίγος αέρας που νομίζω ότι το αλεξίπτωτο δεν ήταν τόσο αποτελεσματικό. Τα αλεξίπτωτα χρησιμοποιούν αντίσταση αέρα και τριβή για να πέσουν αργά στο έδαφος, οπότε αν υπάρχει λίγος αέρας, το αλεξίπτωτο δεν είναι τόσο αποτελεσματικό. Καθώς η συσκευασία χαμηλώνει, η αντίσταση του αέρα αυξάνεται επειδή υπάρχει περισσότερη πίεση αέρα και περισσότερος αέρας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το αλεξίπτωτο να είναι πιο αποτελεσματικό και το πακέτο να κατεβαίνει πιο αργά.

Λόγω της θερμοκρασίας και των ταχυτήτων του ανέμου, δηλώνω ότι το χειρότερο υψόμετρο για να ζήσω είναι 45, 551 πόδια. Σε αυτό το υψόμετρο, το πακέτο γνώρισε ψυχρούς -58 βαθμούς Φαρενάιτ. Αν αυτό δεν ήταν αρκετό, οι άνεμοι φυσούσαν 45 μίλια την ώρα. Αν και δυσκολεύτηκα να βρω δεδομένα για την επίδραση του ανέμου στον ανεμοθώρακα σε αυτή τη θερμοκρασία, διαπίστωσα ότι ο καιρός -25 βαθμών Φαρενάιτ με άνεμο 45 μίλια την ώρα οδηγεί σε ανεμόμυλο -95 βαθμών. Ανακάλυψα επίσης ότι οι θερμοκρασίες στους -60 μοίρες παγώνουν την εκτεθειμένη σάρκα σε 30 δευτερόλεπτα. Παρ 'όλα αυτά, αυτό πιθανότατα δεν είναι ένα ιδανικό μέρος διακοπών. Όπως φαίνεται στην παραπάνω φωτογραφία, υπάρχει υπέροχη θέα από αυτό το υψόμετρο! Μάθετε περισσότερα για το windchill εδώ:

Δεν θα μπορούσα να εμφανίσω και να μελετήσω αυτά τα δεδομένα χωρίς τη βοήθεια της αδερφής μου που έκανε εισαγωγή δεδομένων και των 240 γραμμών δεδομένων. Τα πλεονεκτήματα του να έχεις μικρότερα αδέλφια:)

Βήμα 9: Συμπέρασμα

Αυτό είναι σίγουρη επιτυχία. Καταγράψαμε δεδομένα ύψους, θερμοκρασίας, ταχύτητας ανέμου, ρυθμού ανάβασης, ταχύτητας καθόδου, ώρας, ημερομηνίας, γεωγραφικού πλάτους και γεωγραφικού μήκους σε ολόκληρη την πτήση. Αυτό πρέπει να έχουν οι έμπειροι αερόστατοι μεγάλου υψομέτρου και οι εκτοξευτές για πρώτη φορά!

Μετά από τέσσερα χρόνια εκτόξευσης μπαλονιών, καταγράψαμε τελικά μια ολόκληρη πτήση. Τελικά μάθαμε πόσο ψηλά πετούν τα μπαλόνια μας. Πλησιάσαμε λίγο περισσότερο στην εμπειρία του χώρου. Πλησιάσαμε λίγο περισσότερο στο να αγγίξουμε το ανέπαφο!

Μια άλλη ενδιαφέρουσα πτυχή του καταγραφέα δεδομένων είναι ότι όλα τα δεδομένα έχουν χρονική σήμανση. Αυτό σημαίνει ότι μπορείτε να τακτοποιήσετε τα δεδομένα με φωτογραφίες που τραβήχτηκαν στο ταξίδι, κάτι που σας επιτρέπει να γνωρίζετε το υψόμετρο και την ακριβή τοποθεσία στην οποία τραβήχτηκε κάθε φωτογραφία!

Αυτό το έργο είναι εύκολο να αναπαραχθεί και να τροποποιηθεί για τους δικούς σας σκοπούς. Προσθέστε εύκολα επιπλέον αισθητήρες θερμοκρασίας, αισθητήρες πίεσης και υγρασίας, μετρητές geiger, οι ευκαιρίες είναι ατελείωτες. Εφόσον ο αισθητήρας μπορεί να χρησιμοποιηθεί χωρίς καθυστέρηση, θα πρέπει να λειτουργεί!

Σας ευχαριστούμε που αφιερώσατε χρόνο για να διαβάσετε αυτό το Instructable. Μου αρέσει να απαντώ σε ερωτήσεις, να απαντώ σε σχόλια και χρήσιμες συμβουλές και ιδέες, οπότε απομακρυνθείτε στην παρακάτω ενότητα σχολίων.

Αυτό το Instructable είναι επίσης σε ορισμένους διαγωνισμούς, ψηφίστε εάν απολαύσατε ή μάθατε κάτι νέο! Η απόκτηση βραβείων μου επιτρέπει να κερδίζω νέα εργαλεία για να κάνω καλύτερα και πιο προηγμένα έργα

Δρομέας στην Πρόκληση του Άπικτου

Μεγάλο Βραβείο στον Διαγωνισμό Explore Science 2017