Diri - den aktiverede heliumballon: 6 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

I denne Instructable vil jeg guide dig gennem processen med at skabe en autonom heliumballon, der dokumenterer rummet. Tag et kig på videoen:

Ballonen og kabinettet er selvfremstillede, elektronikken består af en arduino pro mini, tre motorer med rekvisitter, ultralydssensorer til forhindringsdetektion, gyroskop til stabilisering og et GoPro-kamera til at tage billeder/videoer.

Dette er trinene:

1. Få materialerne

2. Opret ballonen

3. Lav et etui til elektronikken, og fastgør det til ballonen

4. Tilføj elektronikken

5. Koden!

6. Nogle udfordringer ved arbejde med heliumballoner

Denne instruktør er baseret på et forskningsprojekt af Diana Nowacka (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) og David Kirk (https://openlab.ncl.ac.uk/people/ndk37/ - [email protected]) - offentliggjort på Ubicomp -konferencen 2015 (https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM). En særlig tak til Nils Hammerla (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected]) for hans hjælp.

Send os en e -mail, hvis du har spørgsmål eller feedback!

Trin 1: Materialer

Materialer til ballonen

2 x Mylar -tæpper (søg efter "mylar rescue -tæppe", skal være let at finde og koster bare et par pund)

1 x Mylar ballon

Værktøjer

1 x glattejern (mindst 200 ° C)

Til kabinettet

2 x balsatræstrimler

en laserskærer eller en skalpel

1 træpind på ca. 50 cm længde (til fastgørelse af motorerne)

Lidt lim, jeg kan virkelig godt lide Epoxy

De elektroniske komponenter

Arduino pro mini (kan også være nano, tror jeg eller noget lige lille)

2 x H-broer

3 x motorer med rekvisitter (fra f.eks. Små quadcopters)

GoPro Hero (ideelt WiFi -kompatibel)

Gyro + Accelerometer - ITG3200/ADXL345 (jeg har denne:

3 x Ultralydssensorer - Ultrasonic Range Finder - LV -MaxSonar -EZ0 (denne gode

Trin 2: Lav ballonen

At lave ballonen

Afhængigt af hvor mange ting du vil vedhæfte ballonen, skal du omhyggeligt vælge størrelsen på ballonen. Da balloner over en størrelse på 90 cm (~ 30 in.) Er svære at få, besluttede jeg mig for at lave min egen af Mylar. Du kan vælge den form, du gerne vil have, men jeg regnede med, at en sfærisk ballon bliver lettere. En ballon med en diameter på 130 cm kan bære omkring 360 g.

NB Hvor meget en heliumballon kan bære afhænger også af din placerings højde (havniveau), fordi heliumets løftekapacitet afhænger af dens egen densitet og luftens tæthed.

Hvad skal man gøre:

Tag to ark Mylar -tæppe, og skær en cirkel på 130 cm (~ 51 in.) Ud af hver.

Opvarmning af mylar gør den meget skrøbelig og tynd. Derfor vil vi bruge den ekstra tykke mylar fra en normal mylarballon til grænsen.

Skær små strimler, omkring 5 cm x 10 cm (2 tommer x 4 tommer) ud af din tykke Mylar -ballon. Ideelt set skal de være lidt bredere end dit glattejern.

Læg de to cirkler oven på hinanden, vikl de tykke strimler rundt om kanten og pres dem sammen med hårglattejernet. Normalt smelter Mylar allerede efter 5 sekunder. Jeg spændte håret med et gummibånd og lod det stå i denne tilstand i 30-60 sekunder. På denne måde kan du være temmelig sikker på, at Mylar smelter overalt, og der ikke er huller. Nyd denne procedure for hele ballonens omkreds (dette tager cirka evigt) bortset fra en sektion, hvor du skal efterlade et hul for at kunne fylde ballonen. Da du ikke rigtig ønsker at have en almindelig åbning til ballonen, bør du bruge åbningen af den tykke mylar-konvolut, som har en envejs åbning, der let tillader fyldning.

Nu er du færdig med din konvolut!

Næste snedige ting vil være kabinettet. Det mest tilrådelige materiale er balsatræ på grund af dets lette vægt.

Trin 3: Fremstilling af sagen

Balsatræ er det perfekte materiale til et kabinet, da det ser godt ud og er meget meget let! Det har dog en ulempe, det er ikke ekstremt robust. Det lykkedes mig ikke at bryde for mange sager, det er temmelig pålideligt, det kræver bare lidt forsigtighed. Den letteste måde at håndtere balsa på er at skære den med en skalpel.

Bare vær kreativ og se, hvad du kan lide! Jeg eksperimenterede med mange forskellige former, og levende hængsler ser meget seje ud (se https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu… Du kan også bare gå efter standardboksen, det gør ikke rigtig noget, så længe du kan placere alt indeni og fastgøre dyvlen til motorerne.

Jeg besluttede at bøje balsatræstrimlen til en bue. Du kan gøre det ved at tage en stor rund skål med frisk kogt vand og langsomt bøje strimlen inde i den. Hvis du lægger en tung genstand som et krus ovenpå og lader den stå i 1-2 timer i vandet, skal balsaen bøje pænt. Når det er bøjet, skal du tage det ud og lade det tørre (Beklager, at jeg ikke har nogen billeder af det, jeg var nok for doven til at tage nogle). Skær to halve cirkler ud af balsatræet til siderne.

Du kan bare lime dyvlen til sagen med Epoxy. Sørg for, at motorerne vender fremad, på den måde er de stærkeste. For op/ned -motoren laves to små huller i bunden af kassen, fastgør motoren til to dyvler og sæt dem gennem hullerne. Tilføjelse af en anden plade og gennemføring af det gør det også meget mere stabilt (se billede med elektronikken).

Trin 4: Electonics

Komponenterne

Jeg tænkte, at det ville være fedt at have en ballon, der tager billeder og videoer. Jeg ville også have noget forhindringsdetektion og stabilisering.

Derfor tilføjede jeg tre ultralydssensorer (1); to for at registrere alt foran til venstre og højre og en til at måle afstanden til loftet. Jeg har ikke haft problemer med forstyrrelser (selvom det er nævnt i databladet, så skal du bruge kæden se https://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf Det eneste vigtige var, at sensorerne skal pege tilstrækkeligt fra hinanden, keglerne må ikke overlappe hinanden, da ekkolodet, der kommer fra sensorerne, forstyrrer hinanden.

Gyrsocope (2) stabiliserer bevægelsen efter drejning. Vigtigt er (i modsætning til vist på billedet, hvor alt lige er kastet ind i kabinettet), at du valgte en akse (i mit tilfælde var det Z) og justerer det så meget som muligt, så det er parallelt med jorden. Så ballonens rotation vil kun resultere i, at gyroskopmåling ændrer sig kun på Z-værdien. Det er klart, at du ellers kan bruge noget smart matematik, men det fungerede godt for mig. Jeg satte lige sensoren fast på balsatræspladen, og det var allerede nok til at få det til at fungere.

GoPro (3) er fantastisk til at initialisere billeder eksternt og endelig H-Bridges (L293D) til motorerne+rekvisitter (4). H-Broens strømledninger skal tilsluttes direkte til batteriet, gå ikke over arduinoen, fordi motorerne producerer meget støj! Dette kan gøre målingerne fra sensorerne ubrugelige. Men husk dog at forbinde jorden for H-broerne til arduinoen. Desuden skal H-Bridges være forbundet til PMW Pins for at fungere korrekt.

Hvis du er modig, kan du tage et Mini-USB-kabel fra hinanden og tilføje GoPro over USB-stikket til dit kredsløb ved at tilslutte + til VCC på din adruino og jorden. På den måde kan du tage batteriet ud af GoPro, og du sparer en del vægt! Dette vil dog resultere i mindre driftstid. Da ballonen ikke har brug for batteristrøm for at følge med i luften, varer batteriet (3,7 V, 1000 mAh godt) cirka 2 timer med lejlighedsvis optagelse af billeder. Underligt nok kan de samme batterier fra forskellige virksomheder have forskellige vægte, så prøv at få et med så meget mAh som muligt, men som også er lettest.

Tilslut (komponent -> Arduino)

Ultralydssensorer

Power+Ground -> Arduino VCC og Ground

BW -> A0, A1, A3 (kan ikke huske, hvorfor jeg sprang A2 over, sandsynligvis ingen grund)

Gyro+accelerometer

Power+Ground -> Arduino VCC og Ground

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

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

H-bro

Pin 4, 5, 12, 13 -> Arduino GND

Pin 1, 8, 9, 16 -> Arduino RAW

Pin 2 -> Arduino Pin 11

Pin 3 -> Motor 1.a

Pin 6 -> Motor 1.b

Pin 7 -> Arduino Pin 10

(det samme gælder den anden H-bro med motor 2+3)

Næste kode!

Trin 5: Programmering

Hurtig gennemgang

OPSÆTNING

Initialiser alle PIN -koder og sensorer

LOOP

• For det første, hvis ballonen ikke bevægede sig et stykke tid, foretager den en fremadrettet bevægelse (ingen bevægelse er kedelig),

  randommove = 1, vil kontrollere det i slutningen af sløjfen

• Kontroller derefter, om højden stadig er ok (KeepHeight ()) og muligvis gå op eller ned, jeg sætter den til 1 m under loftet
• Hvis der er noget tættere end 150 cm, end det er en forhindring at undgå, så initialiser drejningen
• hvis begge sensorer registrerer noget foran, skal ballonen gå baglæns
• efter at have drejet, for at undgå drift, modstyres med motorerne for at beholde orienteringen og ikke rotere mere
• Afslut endelig bevægelsen fremad og brug Gyro til at holde lige, mens du flyver i 5 sekunder

Jeg er ret sikker på, at der er bedre måder at opnå disse ting på, lad mig vide det, hvis du har et forslag!

Trin 6: Endelige noter

Der er et par ting, du skal vide om heliumballoner, her er

UDFORDRINGER, NÅR DE ARBEJDER MED HELIUM BALLOONS

Selvom jeg elsker mine Diris, er heliumballoner langt fra perfekte. Den første udfordring er at få en ballon, der har den rigtige størrelse til at løfte alle komponenterne. En ballons volumen bestemmer, hvor meget helium den kan rumme, hvilket er proportionalt med den opadgående kraft. Dette begrænser markant valget af komponenter. Den største begrænsning er batteriet; jo lettere det er, jo kortere vil det vare. For at kunne bære mindst mikrokontrolleren, et batteri og nogle motorer har en heliumballon brug for en minimumsdiameter på 90 cm.

For det andet er balloner fyldt med helium meget følsomme over for enhver luftstrøm og temperaturændringer i rummet. Da heliumballoner altid driver (dvs. der er ingen måde at være helt stille), påvirkes de stærkt af luftstrømme og træk. Jeg har ikke særlig gode erfaringer med at bruge mine balloner i værelser med aircondition.

For det tredje, fordi forskydning af en heliumballon består af at ændre inertien ved at aktivere propellerne for at skabe et tryk, går der et par sekunder mellem initialiseringen af en bevægelse og den faktiske ændring i position. Som et resultat kan ballonen ikke reagere så godt på ydre påvirkninger, og det er også meget udfordrende hurtigt at undgå forhindringer.

Endelig, da helium er lettere end luft, slipper det langsomt ud af enhver form for hus. Som følge heraf skal ballonen genopfyldes dagligt eller hver anden dag afhængigt af hvor lufttæt kappen er. Det kan også være ret udfordrende at fylde en ballon med den rigtige mængde helium for at få det til at flyde fuldstændigt, dvs. hverken falde eller stige i højden. Det tilrådes at fylde ballonen, så den er for let og ækvilibrere den med en ekstra vægt, som let kan tages af igen.