Κάψουλα SSTV για μπαλόνια μεγάλου ύψους: 11 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Αυτό το έργο γεννήθηκε μετά το μπαλόνι ServetI το καλοκαίρι του 2017 με την ιδέα της αποστολής εικόνων σε πραγματικό χρόνο από τη Στρατόσφαιρα στη Γη. Οι εικόνες που τραβήξαμε αποθηκεύτηκαν στη μνήμη του rpi και μετά, στάλθηκαν χάρη στη μετατροπή τους σε ηχητικό σήμα. Οι εικόνες πρέπει να αποστέλλονται κάθε 'x' στο σταθμό ελέγχου. Προτάθηκε επίσης ότι αυτές οι εικόνες θα παρέχουν δεδομένα όπως θερμοκρασία ή υψόμετρο, καθώς και ταυτοποίηση, ώστε όποιος λάβει την εικόνα, να μπορεί να γνωρίζει περί τίνος πρόκειται.

Συνοψίζοντας, ένα Rpi-z λαμβάνει εικόνες και συλλέγει τις τιμές του αισθητήρα (θερμοκρασία και υγρασία). Αυτές οι τιμές αποθηκεύονται σε ένα αρχείο CSV και αργότερα, μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε για να κάνουμε κάποια γραφικά. Η κάψουλα στέλνει εικόνες SSTV χρησιμοποιώντας αναλογική μορφή μέσω του ραδιοφώνου. Είναι το ίδιο σύστημα που χρησιμοποιείται από τον ISS (Διεθνής Διαστημικός Σταθμός), αλλά οι εικόνες μας έχουν λιγότερη ανάλυση. Χάρη σε αυτό, χρειάζεται λιγότερος χρόνος για την αποστολή της εικόνας.

Βήμα 1: Πράγματα που χρειαζόμαστε

-Ο εγκέφαλος Pi-Zero: https://shop.pimoroni.com/products/raspberry-pi-ze… 10 $ -Ρολόι:

Rtc DS3231

-Αισθητήρας θερμοκρασίας και βαρομετρικής πίεσης αισθητήρα: BMP180-Μονάδα ραδιοφώνου: DRA818V

Μόνο μερικά συστατικά:

-10UF ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΟΣ ΠΥΚΝΩΤΗΣ x2

-0.033UF ΜΟΝΟΛΙΘΙΚΟΣ ΚΕΡΑΜΙΚΟΣ ΠΥΚΝΩΤΗΣ x2

-150 OHM RESISTOR x2

-270 OHM RESISTOR x2

-600 OHM AUDIO TRANSFORMER x1

-1 δ 4007 δίοδος x1

-100uF ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΟΣ ΠΥΚΝΩΤΗΣ

-10nf ΜΟΝΟΛΙΘΙΚΟΣ ΚΕΡΑΜΙΚΟΣ ΠΥΚΝΩΤΗΣ x1-10K RESISTOR x3

-1K ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ x2

-56nH INDUCTOR x2*-68nH INDUCTOR x1*-20pf MONOLITHIC CERAMIC CAPACITOR x2*

-36pf ΜΟΝΟΛΙΘΙΚΟΣ ΚΕΡΑΜΙΚΟΣ ΠΥΚΝΩΤΗΣ x2*

*Συνιστώμενα συστατικά, η κάψουλα μπορεί να λειτουργήσει με αυτά

Βήμα 2: Pi-Zero

Rpi Zero Χρειάζεται εγκατάσταση Raspbian με γραφικό περιβάλλον, πρόσβαση στο μενού raspi-config θα ενεργοποιήσουμε τη διεπαφή της κάμερας, I2C και Serial. Φυσικά το γραφικό περιβάλλον δεν είναι υποχρεωτικό αλλά το χρησιμοποιώ για να δοκιμάσω το σύστημα. Χάρη στο WS4E, επειδή εξηγεί μια λύση για το SSTV μέσω RP Κατεβάστε το φάκελο SSTV στο αποθετήριο μας και σύρετέ τον στον κατάλογο "/home/pi", ο κύριος κώδικας ονομάζεται sstv.sh, όταν ξεκινήσει ο κώδικας, ενεργοποιεί την επικοινωνία με το ραδιόφωνο μονάδα και αισθητήρας bmp180, επίσης, θα τραβήξει φωτογραφίες και θα το μετατρέψει σε ήχο για μετάδοση μέσω ραδιοσυστημάτων σε ήχο.

Μπορείτε να δοκιμάσετε το σύστημα χρησιμοποιώντας απευθείας καλώδιο ήχου αρσενικό σε αρσενικό 3,5 χιλιοστών ή χρησιμοποιώντας μονάδα ραδιοφώνου και άλλης συσκευής για λήψη δεδομένων όπως SDR ή κανενός φορητού φορητού υπολογιστή με εφαρμογή Robot36 android.

Βήμα 3: Συσκευές

Οι μονάδες RTC και BMP180 μπορούν να τοποθετηθούν μαζί σε ένα pcb, χάρη σε αυτό μπορούν να μοιράζονται την ίδια διεπαφή παροχής και επικοινωνίας. Για να διαμορφώσετε αυτές τις ενότητες, μπορείτε να ακολουθήσετε τις οδηγίες στις ακόλουθες σελίδες, οι οποίες με βοήθησαν. Εγκατάσταση και διαμόρφωση bmp180Εγκατάσταση και διαμόρφωση μονάδας RTC

Βήμα 4: Ρυθμίσεις κάμερας

Στο έργο μας θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε οποιαδήποτε κάμερα, αλλά προτιμούμε να χρησιμοποιούμε το raspi-cam v2 κατά βάρος, ποιότητα και μέγεθος. Στο σενάριό μας χρησιμοποιούμε την εφαρμογή Fswebcam για λήψη φωτογραφιών και τοποθέτηση πληροφοριών σχετικά με το όνομα, την ημερομηνία και τις τιμές αισθητήρων μέσω OSD (δεδομένα οθόνης). Για τη σωστή ανίχνευση της κάμερας από το λογισμικό μας, πρέπει να δείτε αυτές τις οδηγίες.

Βήμα 5: Έξοδος ήχου

Το Rpi-zero δεν έχει άμεση αναλογική έξοδο ήχου, αυτό απαιτεί την προσθήκη μιας μικρής κάρτας ήχου μέσω USB ή τη δημιουργία ενός απλού κυκλώματος που παράγει τον ήχο μέσω δύο θυρών PWM GPIO. Δοκιμάσαμε την πρώτη λύση με κάρτα ήχου USB, αλλά επανεκκινήθηκε κάθε φορά που το ραδιόφωνο τέθηκε σε TX (Stranger Things). Στο τέλος, χρησιμοποιήσαμε την έξοδο ήχου μέσω της ακίδας PWM. Με πολλά στοιχεία, μπορείτε να δημιουργήσετε ένα φίλτρο για να έχετε καλύτερο ήχο.

Συγκεντρώσαμε ολόκληρο το κύκλωμα με δύο κανάλια, ήχο L και R, αλλά χρειάζεστε μόνο ένα. Επιπλέον, και όπως μπορείτε να δείτε στις εικόνες και το σχήμα, προσθέσαμε έναν μετασχηματιστή ήχου 600 ωμ, όπως γαλβανική μόνωση. Ο μετασχηματιστής είναι προαιρετικός αλλά προτιμήσαμε να τον χρησιμοποιήσουμε για να αποφύγουμε παρεμβολές.

Βήμα 6: Ενότητα ραδιοφώνου VHF

Η μονάδα που χρησιμοποιήθηκε ήταν το DRA818V. Η επικοινωνία με τη μονάδα γίνεται μέσω σειριακής θύρας, οπότε πρέπει να την ενεργοποιήσουμε στις καρφίτσες GPIO. Στις τελευταίες εκδόσεις RPI υπάρχει πρόβλημα να το κάνετε επειδή το RPI διαθέτει μονάδα Bluetooth που χρησιμοποιεί τις ίδιες ακίδες. Στο τέλος, βρήκα μια λύση για να το κάνω αυτό στο σύνδεσμο.

Χάρη στο uart μπορούμε να δημιουργήσουμε επικοινωνία με τη μονάδα για να εκχωρήσουμε εκπομπή ραδιοσυχνοτήτων, λήψη (θυμηθείτε ότι είναι πομποδέκτης) καθώς και άλλες λειτουργίες ιδιαιτεροτήτων. Στην περίπτωσή μας, χρησιμοποιούμε μόνο τη μονάδα ως πομπό και πάντα στην ίδια συχνότητα. Χάρη σε μια καρφίτσα GPIO, θα ενεργοποιήσει τη μονάδα ραδιοφώνου PTT (Push to talk) όταν θέλουμε να στείλουμε την εικόνα.

Μια πολύ σημαντική λεπτομέρεια αυτής της συσκευής είναι ότι δεν ανέχεται την τροφοδοσία 5v και αυτό το λέμε με … "εμπειρία". Έτσι μπορούμε να δούμε στο σχήμα ότι υπάρχει μια τυπική δίοδος 1N4007 για μείωση της τάσης στα 4,3V. Χρησιμοποιούμε επίσης ένα μικρό τρανζίστορ για να ενεργοποιήσουμε τη λειτουργία PTT. Η ισχύς της μονάδας μπορεί να ρυθμιστεί σε 1w ή 500mw. Μπορείτε να βρείτε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με αυτήν την ενότητα στο φύλλο δεδομένων.

Βήμα 7: Κεραία

Είναι ένα σημαντικό συστατικό της κάψουλας. Η κεραία στέλνει σήματα ραδιοφώνου στο σταθμό βάσης. Σε άλλες κάψουλες δοκιμάσαμε με κεραία ¼ λάμδα. Ωστόσο, για να εξασφαλίσουμε καλή κάλυψη, σχεδιάζουμε μια νέα κεραία που ονομάζεται Turnstile (διασταυρούμενο δίπολο). Για να κατασκευάσετε αυτήν την κεραία, χρειάζεστε ένα κομμάτι καλωδίου 75 ohm και 2 μέτρα σωλήνα αλουμινίου διαμέτρου 6 mm. Μπορείτε να βρείτε τους υπολογισμούς και ένα τρισδιάστατο σχέδιο του κομματιού που συγκρατεί το δίπολο στο κάτω μέρος της κάψουλας. Δοκιμάσαμε την κάλυψη της κεραίας πριν από την εκτόξευση και τελικά, έστειλε με επιτυχία εικόνες πάνω από 30 χιλιόμετρα.

-Αξίες υπολογισμού των διαστάσεων της κεραίας (με τα υλικά μας)

Συχνότητα SSTV στην Ισπανία: 145.500 Mhz Αναλογία ταχύτητας αλουμινίου: 95%Αναλογία ταχύτητας καλωδίου 75 ohm: 78%

Βήμα 8: Τροφοδοσία

Δεν μπορείτε να στείλετε μια αλκαλική μπαταρία στη στρατόσφαιρα που φτάνει στους -40 ° C και απλά σταματούν να λειτουργούν. Παρόλο που θα μονώσετε το ωφέλιμο φορτίο σας, θέλετε να χρησιμοποιήσετε μπαταρίες λιθίου μιας χρήσης που λειτουργούν καλά σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Εάν χρησιμοποιείτε έναν μετατροπέα dc-dc έναν εξαιρετικά χαμηλό ρυθμιστή εγκατάλειψης, τότε μπορείτε να αντλήσετε περισσότερο χρόνο πτήσης από το power pack

Χρησιμοποιούμε ένα υδρόμετρο για να μετρήσουμε την ηλεκτρική κατανάλωση και έτσι υπολογίζουμε πόσες ώρες θα μπορούσε να λειτουργήσει. Αγοράσαμε τη μονάδα και τοποθετήσαμε σε ένα μικρό κουτί, γρήγορα ερωτευτήκαμε αυτήν τη συσκευή.

Χρησιμοποιούμε 6 πακέτα μπαταρίας λιθίου AA και αυτό το βήμα προς τα κάτω.

Βήμα 9: Σχεδιασμός κάψουλας

Χρησιμοποιούμε "αφρό" για να φτιάξουμε μια ελαφριά και μονωμένη κάψουλα. Το φτιάχνουμε με CNC στο Lab´s Cesar. Με κόφτη και φροντίδα, εισαγάγαμε όλα τα εξαρτήματα μέσα σε αυτό. Τυλίξαμε τη γκρι κάψουλα με μια θερμική κουβέρτα (Όπως οι πραγματικοί δορυφόροι;))

Βήμα 10: Η Ημέρα Έναρξης

Ξεκινήσαμε το μπαλόνι στις 2018-02-25 στο Agon, μια πόλη κοντά στη Σαραγόσα, η εκτόξευση ήταν στις 9:30 και ο χρόνος πτήσης ήταν 4 ώρες, με μέγιστο ύψος 31, 400 μέτρα και ελάχιστη εξωτερική θερμοκρασία - 48 º Κελσίου. Συνολικά το μπαλόνι ταξίδεψε περίπου 200 χιλιόμετρα. Weμασταν σε θέση να συνεχίσουμε το ταξίδι του χάρη σε μια άλλη κάψουλα Aprs και την υπηρεσία του www.aprs.fi

Η πορεία υπολογίστηκε χάρη στην υπηρεσία www.predict.habhub.org με μεγάλη επιτυχία, όπως φαίνεται στο χάρτη με τις κόκκινες και κίτρινες γραμμές.

Μέγιστο υψόμετρο: 31, 400 μέτρα Μέγιστη ταχύτητα καταγραφής: 210 χλμ / ώρα Καταχωρημένη τελική ταχύτητα κατάβασης: 7 m / s Καταχωρημένη ελάχιστη εξωτερική θερμοκρασία: -48ºC έως 14, 000 μέτρα ύψος

Φτιάξαμε την κάψουλα SSTV αλλά αυτό το έργο δεν θα μπορούσε να γίνει χωρίς τη βοήθεια των άλλων συνεργατών: Nacho, Kike, Juampe, Alejandro, Fran και περισσότερων εθελοντών.

Βήμα 11: Καταπληκτικό αποτέλεσμα

Χάρη στον Enrique έχουμε ένα συνοπτικό βίντεο της πτήσης όπου μπορείτε να δείτε ολόκληρη τη διαδικασία εκτόξευσης. Χωρίς αμφιβολία το καλύτερο δώρο μετά από σκληρή δουλειά

Πρώτο Βραβείο στο Space Challenge