Diri - το ενεργοποιημένο μπαλόνι ηλίου: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Σε αυτό το Instructable θα σας καθοδηγήσω στη διαδικασία δημιουργίας ενός αυτόνομου μπαλονιού ηλίου που τεκμηριώνει το χώρο. Ρίξτε μια ματιά στο βίντεο:

Το μπαλόνι και το περίβλημα είναι αυτοσχέδια, τα ηλεκτρονικά περιλαμβάνουν arduino pro mini, τρεις κινητήρες με στηρίγματα, υπερηχητικούς αισθητήρες για ανίχνευση εμποδίων, γυροσκόπιο για σταθεροποίηση και κάμερα GoPro για λήψη φωτογραφιών/βίντεο.

Αυτά είναι τα βήματα:

1. Πάρτε τα υλικά

2. Δημιουργήστε το μπαλόνι

3. Φτιάξτε μια θήκη για τα ηλεκτρονικά και στερεώστε την στο μπαλόνι

4. Προσθέστε τα ηλεκτρονικά

5. Ο κωδικός!

6. Μερικές προκλήσεις όταν εργάζεστε με μπαλόνια ηλίου

Αυτό το εκπαιδευτικό πρόγραμμα βασίζεται σε ένα ερευνητικό έργο της Diana Nowacka (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) και του David Kirk (https://openlab.ncl.ac.uk/people/ndk37/ - [email protected]) - δημοσιεύτηκε στο συνέδριο Ubicomp 2015 (https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM). Ένα ιδιαίτερο ευχαριστώ πηγαίνει στον Nils Hammerla (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected]) για τη βοήθειά του.

Μη διστάσετε να μας στείλετε μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις ή σχόλια!

Βήμα 1: Υλικά

Υλικά για το μπαλόνι

2 x κουβέρτες Mylar (αναζητήστε "κουβέρτα διάσωσης mylar", θα πρέπει να βρεθούν εύκολα και κοστίζει μόνο λίρες λίρες)

1 x μπαλόνι Mylar

Εργαλεία

1 x ίσιωμα μαλλιών (τουλάχιστον 200 ° C)

Για το περίβλημα

2 x λωρίδες ξύλου Balsa

έναν κόφτη λέιζερ ή ένα νυστέρι χειροτεχνίας

1 ξύλινος πείρος περίπου. Μήκος 50 εκατοστά (για την τοποθέτηση των κινητήρων)

Λίγη κόλλα, μου αρέσει πολύ το Epoxy

Τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα

Arduino pro mini (θα μπορούσε να είναι και νανο υποθέτω ή κάτι εξίσου μικρό)

2 x H-Bridges

3 x κινητήρες με στηρίγματα (από π.χ. μικρά τετρακόπτερα)

GoPro Hero (ιδανικά για WiFi)

Gyro + Επιταχυνσιόμετρο - ITG3200/ADXL345 (το πήρα αυτό:

3 x Υπερηχητικοί αισθητήρες - Ultrasonic Range Finder - LV -MaxSonar -EZ0 (αυτό είναι καλό

Βήμα 2: Φτιάχνοντας το μπαλόνι

Φτιάχνοντας το μπαλόνι

Ανάλογα με το πόσα πράγματα θέλετε να προσαρτήσετε στο μπαλόνι, πρέπει να επιλέξετε προσεκτικά το μέγεθος του μπαλονιού. Καθώς τα μπαλόνια άνω των 90 εκατοστών είναι δύσκολο να βρεθούν, αποφάσισα να φτιάξω το δικό μου από το Mylar. Μπορείτε να επιλέξετε όποιο σχήμα θέλετε, αλλά υπολόγιζα ότι ένα σφαιρικό μπαλόνι θα γυρίσει ευκολότερα. Ένα μπαλόνι διαμέτρου 130 cm μπορεί να μεταφέρει περίπου 360 g.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ Πόσο μπορεί να μεταφέρει ένα μπαλόνι ηλίου εξαρτάται επίσης από το ύψος της θέσης σας (επίπεδο θάλασσας), επειδή οι δυνατότητες ανύψωσης του ηλίου εξαρτώνται από τη δική του πυκνότητα και την πυκνότητα του αέρα.

Τι να κάνω:

Πάρτε δύο φύλλα Mylar Blanket και κόψτε έναν κύκλο 130 εκατοστών (in 51 ίντσες) από το καθένα.

Η θέρμανση του μυλαριού το καθιστά πολύ εύθραυστο και λεπτό. Ως εκ τούτου, θα χρησιμοποιήσουμε το πρόσθετο, παχύ mylar από ένα κανονικό μπαλόνι mylar για το περίγραμμα.

Κόψτε μικρές λωρίδες, περίπου 5 cm x 10 cm (2 ίντσες x 4 ίντσες) από το παχύ μπαλόνι Mylar. Στην ιδανική περίπτωση, θα πρέπει να είναι ελαφρώς φαρδύτερα από το σίδερο ισιώματος.

Βάλτε τους δύο κύκλους ο ένας πάνω στον άλλο, τυλίξτε τις χοντρές λωρίδες γύρω από το περίγραμμα και πιέστε τις μαζί με το ίσιωμα μαλλιών. Συνήθως, μετά από ήδη 5 δευτερόλεπτα το Mylar λιώνει. Έσφιξα το ίσιωμα μαλλιών με ένα λαστιχάκι και το άφησα σε αυτή την κατάσταση για 30-60 δευτερόλεπτα. Με αυτόν τον τρόπο μπορείτε να είστε αρκετά σίγουροι ότι το Mylar λιώνει παντού και δεν υπάρχουν κενά. Απολαύστε αυτή τη διαδικασία για όλη την περιφέρεια του μπαλονιού (αυτό διαρκεί περίπου για πάντα), εκτός από ένα τμήμα, όπου πρέπει να αφήσετε ένα κενό για να μπορέσετε να γεμίσετε το μπαλόνι. Καθώς δεν θέλετε πραγματικά να έχετε ένα απλό άνοιγμα στο μπαλόνι, θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε το άνοιγμα του χοντρού φακέλου mylar, το οποίο έχει ένα μονόδρομο άνοιγμα που επιτρέπει εύκολα το γέμισμα.

Τώρα τελειώσατε με τον φάκελό σας!

Επόμενο πονηρό πράγμα θα είναι το περίβλημα. Το πιο κατάλληλο υλικό είναι το ξύλο μπαλσάδας, λόγω του μικρού βάρους του.

Βήμα 3: Δημιουργία θήκης

Το ξύλο Μπάλσα είναι το τέλειο υλικό για ένα περίβλημα, καθώς φαίνεται ωραίο και είναι πολύ πολύ ελαφρύ! Αυτό έρχεται με ένα μειονέκτημα όμως, δεν είναι εξαιρετικά ανθεκτικό. Κατάφερα να μην σπάσω πάρα πολλές περιπτώσεις, είναι αρκετά αξιόπιστο, χρειάζεται μόνο λίγη προσοχή. Ο ευκολότερος τρόπος χειρισμού του μπάλσα είναι να το κόψετε με νυστέρι.

Απλώς γίνετε δημιουργικοί και δείτε τι σας αρέσει! Πειραματίστηκα με πολλά διαφορετικά σχήματα και οι ζωντανοί μεντεσέδες φαίνονται πολύ δροσεροί (δείτε https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu… Μπορείτε επίσης να πάτε για το τυπικό κουτί, δεν έχει μεγάλη σημασία, αρκεί να μπορείτε να τοποθετήσετε τα πάντα μέσα και να στερεώσετε τον πείρο για τους κινητήρες.

Αποφάσισα να λυγίσω τη λωρίδα ξύλου balsa σε τόξο. Μπορείτε να το κάνετε αυτό παίρνοντας ένα μεγάλο στρογγυλό μπολ με φρεσκοβρασμένο νερό και λυγίζοντας αργά τη λωρίδα στο εσωτερικό του. Εάν βάλετε ένα βαρύ αντικείμενο σαν μια κούπα από πάνω και το αφήσετε για 1-2 ώρες στο νερό, η μπάλσα πρέπει να λυγίσει όμορφα. μόλις λυγίσει, βγάλτε το και αφήστε το να στεγνώσει (Συγγνώμη που δεν έχω φωτογραφίες από αυτό, μάλλον ήμουν πολύ τεμπέλης για να το πάρω). Κόψτε δύο ημικύκλους από το ξύλο μπάλσα για τις πλευρές.

Μπορείτε απλά να κολλήσετε τον πείρο στη θήκη με το Epoxy. Βεβαιωθείτε ότι οι κινητήρες κοιτούν προς τα εμπρός, με αυτόν τον τρόπο είναι οι ισχυρότεροι. Για τον επάνω/κάτω κινητήρα, κάντε δύο μικρές τρύπες στο κάτω μέρος του κουτιού, συνδέστε τον κινητήρα σε δύο πείρους και βάλτε τους μέσα από τις οπές. Προσθέτοντας ένα άλλο πιάτο και βάζοντας το μέσα από αυτό επίσης το καθιστά πολύ πιο σταθερό (δείτε την εικόνα με τα ηλεκτρονικά).

Βήμα 4: Η Ηλεκτρονική

Τα συστατικά

Σκέφτηκα ότι θα ήταν ωραίο να είχαμε ένα μπαλόνι που τραβούσε φωτογραφίες και βίντεο. Iθελα επίσης κάποια ανίχνευση και σταθεροποίηση εμποδίων.

Ως εκ τούτου, πρόσθεσα τρεις υπερηχητικούς αισθητήρες (1). δύο για να ανιχνεύσουν τα πάντα μπροστά αριστερά και δεξιά και ένα για να μετρήσουν την απόσταση μέχρι την οροφή. Δεν είχα προβλήματα με παρεμβολές (αν και αναφέρεται στο φύλλο δεδομένων, τότε πρέπει να χρησιμοποιήσετε την αλυσίδα δείτε https://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf Το μόνο σημαντικό πράγμα ήταν ότι οι αισθητήρες πρέπει να ξεχωρίζουν αρκετά, οι κώνοι δεν πρέπει να επικαλύπτονται καθώς το βυθόμετρο που προέρχεται από τους αισθητήρες παρεμβαίνει μεταξύ τους. Αυτό κάνει έναν αισθητήρα να ανιχνεύει ένα εμπόδιο, ενώ στην πραγματικότητα είναι ένας ακόμη ήχος πυροδότησης αισθητήρα για να κάνει τη δουλειά του.

Το γυροσκόπιο (2) σταθεροποιεί την κίνηση μετά την περιστροφή. Το σημαντικό είναι (σε αντίθεση με την εικόνα όπου τα πάντα ρίχνονται στο περίβλημα), ότι επιλέξατε έναν άξονα (στην περίπτωσή μου ήταν Z) και τον ευθυγραμμίσατε όσο το δυνατόν περισσότερο, ώστε να είναι παράλληλος με το έδαφος. Έτσι, η περιστροφή του μπαλονιού θα έχει ως αποτέλεσμα το γυροσκόπιο να αλλάζει τη μέτρηση της τιμής Ζ. Προφανώς μπορείτε να χρησιμοποιήσετε κάποια φανταχτερά μαθηματικά διαφορετικά, αλλά αυτό λειτούργησε πολύ για μένα. Μόλις κόλλησα τον αισθητήρα στη σανίδα ξύλου balsa και αυτό ήταν ήδη αρκετό για να λειτουργήσει.

Το GoPro (3) είναι εξαιρετικό για την προετοιμασία εικόνων από απόσταση και τέλος το H-Bridges (L293D) για τους κινητήρες+τα στηρίγματα (4). Οι γραμμές ρεύματος του H-Bridge πρέπει να συνδέονται απευθείας με την μπαταρία, μην περνάτε πάνω από το arduino γιατί οι κινητήρες παράγουν πολύ θόρυβο! Αυτό μπορεί να κάνει τις ενδείξεις των αισθητήρων άχρηστες. Ωστόσο, θυμηθείτε να συνδέσετε το έδαφος των H-Bridges με το arduino. Επιπλέον, τα H-Bridges πρέπει να είναι συνδεδεμένα με τις ακίδες PMW για να λειτουργούν σωστά.

Εάν είστε γενναίοι, μπορείτε να αφαιρέσετε ένα καλώδιο Mini-USB και να προσθέσετε το GoPro μέσω της υποδοχής USB στο κύκλωμά σας, συνδέοντας + στο VCC στο adruino και τη γείωση. Με αυτόν τον τρόπο μπορείτε να αφαιρέσετε την μπαταρία του GoPro και να εξοικονομήσετε αρκετά βάρος! Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα λιγότερο χρόνο λειτουργίας. Καθώς το μπαλόνι δεν χρειάζεται μπαταρία για να διατηρηθεί στον αέρα, η μπαταρία (3,7 V, 1000mAh είναι καλή) διαρκεί περίπου 2 ώρες με περιστασιακή λήψη φωτογραφιών. Παραδόξως, οι ίδιες μπαταρίες από διαφορετικές εταιρείες μπορούν να έχουν διαφορετικά βάρη, οπότε προσπαθήστε να πάρετε μία με όσο το δυνατόν περισσότερα mAh, αλλά η οποία είναι και η πιο ελαφριά.

Σύνδεση (Component -> Arduino)

Αισθητήρες υπερήχων

Power+Ground -> Arduino VCC και Ground

BW -> A0, A1, A3 (δεν θυμάμαι γιατί παρέλειψα το A2, μάλλον χωρίς λόγο)

Gyro+Επιταχυνσιόμετρο

Power+Ground -> Arduino VCC και Ground

SDA (Pin over GND) -> Arduino SDA (A4)

SCL (Pin over SDA) -> Arduino SCL (A5)

H-Bridge

Καρφίτσα 4, 5, 12, 13 -> Arduino GND

Καρφίτσες 1, 8, 9, 16 -> Arduino RAW

Pin 2 -> Arduino Pin 11

Καρφίτσα 3 -> Κινητήρας 1.α

Καρφίτσα 6 -> Κινητήρας 1.β

Pin 7 -> Arduino Pin 10

(το ίδιο ισχύει και για το άλλο H-Bridge με μοτέρ 2+3)

Στη συνέχεια ο κωδικός!

Βήμα 5: Προγραμματισμός

Γρήγορο Walkthrough

ΡΥΘΜΙΣΗ

Αρχικοποιήστε όλους τους κωδικούς PIN και τους αισθητήρες

ΒΡΟΧΟΣ

• Πρώτον, εάν το μπαλόνι δεν κινήθηκε για λίγο, κάνει μια κίνηση προς τα εμπρός (καμία κίνηση δεν είναι βαρετή),

  randommove = 1, θα ελέγξει ότι στο τέλος του βρόχου

• Στη συνέχεια, ελέγξτε αν το ύψος εξακολουθεί να είναι εντάξει (KeepHeight ()) και ενδεχομένως να ανεβαίνει ή να κατεβαίνει, το θέτω στο 1m κάτω από το ταβάνι
• Εάν υπάρχει κάτι πιο κοντά από 150 εκατοστά από ό, τι είναι ένα εμπόδιο για αποφυγή, οπότε αρχίστε τη στροφή
• αν και οι δύο αισθητήρες ανιχνεύσουν κάτι στο μπροστινό μέρος, το μπαλόνι θα πάει πίσω
• μετά τη στροφή, για να αποφύγετε την παρασυρόμενη, αντισταθμίστε με τους κινητήρες για να διατηρήσετε τον προσανατολισμό και να μην περιστρέψετε άλλο
• Τέλος εκτελέστε την κίνηση προς τα εμπρός και χρησιμοποιήστε το Gyro για να κρατήσετε ίσια ενώ πετάτε για 5 δευτερόλεπτα

Είμαι σίγουρος ότι υπάρχουν καλύτεροι τρόποι για να επιτευχθούν αυτά τα πράγματα, αν έχετε κάποια πρόταση, ενημερώστε με!

Βήμα 6: Τελικές σημειώσεις

Υπάρχουν μερικά πράγματα που πρέπει να γνωρίζετε για τα μπαλόνια ηλίου, εδώ είναι

ΠΡΟΚΛΗΣΕΙΣ ΟΤΑΝ ΔΟΥΛΕΥΕΤΕ ΜΕ ΜΠΑΛΟΝΙΑ ΗΛΙΟΥ

Αν και αγαπώ τον Diris μου, τα μπαλόνια ηλίου δεν είναι καθόλου τέλεια. Η πρώτη πρόκληση είναι να αποκτήσετε ένα μπαλόνι που έχει το σωστό μέγεθος για να σηκώσει όλα τα εξαρτήματα. Ο όγκος ενός μπαλονιού καθορίζει πόσο ήλιο μπορεί να κρατήσει, το οποίο είναι ανάλογο με την ανοδική δύναμη. Αυτό περιορίζει σημαντικά την επιλογή των εξαρτημάτων. Ο μεγαλύτερος περιορισμός είναι η μπαταρία. όσο πιο ελαφρύ είναι, τόσο πιο σύντομο θα διαρκέσει. Για να μπορεί να μεταφέρει τουλάχιστον τον μικροελεγκτή, μια μπαταρία και μερικούς κινητήρες, ένα μπαλόνι ηλίου χρειάζεται ελάχιστη διάμετρο 90 εκατοστών.

Δεύτερον, τα μπαλόνια γεμάτα ήλιο είναι πολύ ευαίσθητα σε οποιεσδήποτε αλλαγές ροής αέρα και θερμοκρασίας στο δωμάτιο. Καθώς τα μπαλόνια ηλίου παρασύρονται πάντα (δηλαδή δεν υπάρχει τρόπος να είναι εντελώς ακίνητα), επηρεάζονται έντονα από τυχόν ρεύματα αέρα και ρεύματα αέρα. Δεν έχω πολύ καλές εμπειρίες με τη χρήση των μπαλονιών μου σε κλιματιζόμενα δωμάτια.

Τρίτον, επειδή η μετατόπιση ενός μπαλονιού ηλίου συνίσταται στην αλλαγή της αδράνειας ενεργοποιώντας τους έλικες για να δημιουργήσουν μια ώθηση, περνούν μερικά δευτερόλεπτα μεταξύ της εκκίνησης μιας κίνησης και της πραγματικής αλλαγής θέσης. Ως αποτέλεσμα, το μπαλόνι δεν μπορεί να αντιδράσει τόσο καλά στις εξωτερικές επιδράσεις και είναι επίσης πολύ δύσκολο να αποφύγουμε γρήγορα εμπόδια.

Τέλος, δεδομένου ότι το ήλιο είναι ελαφρύτερο από τον αέρα, διαφεύγει αργά από κάθε είδους περίβλημα. Κατά συνέπεια, το μπαλόνι πρέπει να ξαναγεμίζεται καθημερινά ή κάθε δεύτερη μέρα, ανάλογα με το πόσο αδιάβροχο είναι το περίβλημα. Μπορεί επίσης να είναι αρκετά δύσκολο να γεμίσετε ένα μπαλόνι με τη σωστή ποσότητα ηλίου για να το επιπλέει πλήρως, δηλαδή ούτε να πέφτει ούτε να ανεβαίνει σε ύψος. Συνιστάται να γεμίσετε το μπαλόνι έτσι ώστε να είναι πολύ ελαφρύ και να το εξισορροπήσετε με ένα επιπλέον βάρος, το οποίο μπορεί να απογειωθεί ξανά εύκολα.