Diri - den aktiverte heliumballongen: 6 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

I denne instruksjonsboken vil jeg lede deg gjennom prosessen med å lage en autonom heliumballong som dokumenterer plassen. Ta en titt på videoen:

Ballongen og foringsrøret er selvlagde, elektronikken består av en arduino pro mini, tre motorer med rekvisitter, ultralydsensorer for hinderdeteksjon, gyroskop for stabilisering og et GoPro-kamera for å ta bilder/videoer.

Dette er trinnene:

1. Få materialene

2. Lag ballongen

3. Lag et etui til elektronikken og fest den til ballongen

4. Legg til elektronikken

5. Koden!

6. Noen utfordringer når du arbeider med heliumballonger

Denne instruksen er basert på et forskningsprosjekt av Diana Nowacka (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) og David Kirk (https://openlab.ncl.ac.uk/people/ndk37/ - [email protected]) - publisert på Ubicomp -konferansen 2015 (https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM). En spesiell takk til Nils Hammerla (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected]) for hjelpen.

Send oss gjerne en e -post hvis du har spørsmål eller tilbakemeldinger!

Trinn 1: Materialer

Materialer til ballongen

2 x Mylar -tepper (søk etter "mylar rescue -teppe", skal være lett å finne og koster bare noen få pund)

1 x Mylar ballong

Verktøy

1 x rettetang (minst 200 ° C)

For casingen

2 x balsatre

en laserskjærer eller en skalpell

1 trepinne på ca. 50 cm lengde (for å feste motorene)

Litt lim, jeg liker Epoxy veldig godt

De elektroniske komponentene

Arduino pro mini (kan også være nano antar jeg eller noe like lite)

2 x H-broer

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

GoPro Hero (ideelt WiFi -kompatibel)

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

3 x ultralydsensorer - ultralydsavstandsmåler - LV -MaxSonar -EZ0 (denne gode

Trinn 2: Lag ballongen

Å lage ballongen

Avhengig av hvor mange ting du vil feste til ballongen, må du nøye velge størrelsen på ballongen. Siden det er vanskelig å få tak i ballonger over 90 cm, bestemte jeg meg for å lage min egen av Mylar. Du kan velge hvilken form du vil, men jeg regnet med at en sfærisk ballong blir lettere. En ballong med en diameter på 130 cm kan bære rundt 360 g.

NB Hvor mye en heliumballong kan bære avhenger også av posisjonens høyde (havnivå), fordi heliums løfteevne avhenger av dens egen tetthet og luftens tetthet.

Hva å gjøre:

Ta to ark Mylar -teppe og kutt en sirkel på 130 cm ut av hver.

Oppvarming av mylar gjør den veldig skjør og tynn. Derfor vil vi bruke den ekstra, tykke myleren fra en vanlig mylarballong til grensen.

Klipp ut små strimler, rundt 5 cm x 10 cm (2 tommer x 4 tommer) ut av din tykke Mylar -ballong. Ideelt sett bør de være litt bredere enn rettetangen.

Legg de to sirklene oppå hverandre, vikle de tykke strimlene rundt kanten og trykk dem sammen med hårrettetangen. Vanligvis, etter allerede 5 sekunder, smelter Mylar. Jeg klemte hårrettetangen med et gummibånd og lot det stå i denne tilstanden i 30-60 sekunder. På denne måten kan du være ganske sikker på at Mylar smelter overalt og at det ikke er hull. Nyt denne fremgangsmåten for hele ballongens omkrets (dette tar omtrent evigheter), bortsett fra en seksjon, der du må legge igjen et gap for å kunne fylle ballongen. Siden du egentlig ikke vil ha en vanlig åpning til ballongen, bør du bruke åpningen til den tykke mylar-konvolutten, som har en enveisåpning som enkelt lar deg fylle.

Nå er du ferdig med konvolutten!

Neste smarte ting vil være foringsrøret. Det mest tilrådelige materialet er balsatre, på grunn av sin lette vekt.

Trinn 3: Lag saken

Balsatre er det perfekte materialet for et foringsrør, ettersom det ser fint ut og er veldig veldig lett! Det har imidlertid en ulempe, den er ikke ekstremt robust. Jeg klarte ikke å bryte for mange saker, det er ganske pålitelig, det trenger bare litt forsiktighet. Den enkleste måten å håndtere balsa på er å kutte den med en skalpell.

Bare vær kreativ og se hva du liker! Jeg eksperimenterte med mange forskjellige former, og levende hengsler ser veldig kule ut (se https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu… Du kan også bare gå for standardboksen, det spiller egentlig ingen rolle, så lenge du kan plassere alt inni og feste pluggen til motorene.

Jeg bestemte meg for å bøye balsatre -stripen til en bue. Du kan gjøre det ved å ta en stor rund bolle med ferskt kokt vann og sakte bøye stripen inni den. Hvis du legger en tung gjenstand som et krus på toppen og lar den stå i 1-2 timer i vannet, bør balsaen bøye seg pent. når det er bøyt, ta det ut og la det tørke (Beklager at jeg ikke har noen bilder av det, jeg var sannsynligvis for lat til å ta noen). Skjær to halvsirkler ut av balsatre for sidene.

Du kan bare lime pluggen til etuiet med Epoxy. Sørg for at motorene vender mot fronten, på den måten er de sterkest. For opp/ned motor, lag to små hull nederst på esken, fest motoren til to plugger og sett dem gjennom hullene. Å legge til en annen tallerken og sette den gjennom gjør det også mye mer stabilt (se bildet med elektronikken).

Trinn 4: The Electonics

Komponentene

Jeg tenkte at det ville være kult å ha en ballong som tar bilder og videoer. Jeg ville også ha noe hindringsdeteksjon og stabilisering.

Derfor la jeg til tre ultralydsensorer (1); to for å oppdage alt foran til venstre og høyre og en til å måle avstanden til taket. Jeg har ikke hatt problemer med forstyrrelser (selv om det er nevnt i databladet, må du bruke kjetting, se https://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf Det eneste viktige var at sensorene må peke tilstrekkelig fra hverandre, kjeglene må ikke overlappe hverandre da ekkoloddet som kommer fra sensorene forstyrrer hverandre. Det får en sensor til å oppdage et hinder når det faktisk bare er en annen sensor som skyter lyd for å gjøre jobben sin.

Gyrsokopet (2) stabiliserer bevegelsen etter sving. Viktig er (i motsetning til vist på bildet der alt bare kastes inn i foringsrøret), at du valgte en akse (i mitt tilfelle var det Z) og justerer den så mye som mulig, slik at den er parallell med bakken. Så rotasjon av ballongen vil resultere i at gyroskopmåling endres kun på Z-verdien. Tydeligvis kan du bruke litt fin matematikk ellers, men dette fungerte bra for meg. Jeg festet bare sensoren til balsatreplaten, og det var allerede nok til å få det til å fungere.

GoPro (3) er flott for å initialisere bilder eksternt og til slutt H-Bridges (L293D) for motorene+rekvisitter (4). H-broens kraftledninger må kobles direkte til batteriet, ikke gå over arduinoen fordi motorene produserer mye støy! Dette kan gjøre avlesningene fra sensorene ubrukelige. Men husk å koble bakken til H-broene til arduinoen. Videre må H-Bridges være koblet til PMW Pins for å fungere skikkelig.

Hvis du er modig, kan du ta fra hverandre en Mini-USB-kabel og legge GoPro over USB-kontakten til kretsen din ved å koble + til VCC på din adruino og bakken. På den måten kan du ta ut batteriet til GoPro, og du sparer ganske mye vekt! Dette vil imidlertid gi kortere driftstid. Ettersom ballongen ikke trenger batteristrøm for å holde lufta, holder batteriet (3,7 V, 1000mAh bra) omtrent 2 timer med sporadiske bilder. Merkelig at de samme batteriene fra forskjellige selskaper kan ha forskjellige vekter, så prøv å få et med så mye mAh som mulig, men som også er lettest.

Koble til (komponent -> Arduino)

Ultralydsensorer

Power+Ground -> Arduino VCC og Ground

BW -> A0, A1, A3 (husker ikke hvorfor jeg hoppet over A2, sannsynligvis ingen grunn)

Gyro+akselerometer

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 gjelder den andre H-broen med motor 2+3)

Deretter koden!

Trinn 5: Programmering

Rask gjennomgang

OPPSETT

Initialiser alle PIN -koder og sensorene

LØKKE

• For det første, hvis ballongen ikke beveget seg på en stund, gjør den en bevegelse fremover (ingen bevegelse er kjedelig),

  randommove = 1, vil sjekke det på slutten av løkken

• Sjekk deretter om høyden fortsatt er ok (KeepHeight ()) og potensielt gå opp eller ned, jeg setter den til 1 m under taket
• Hvis det er noe nærmere enn 150 cm enn det er et hinder å unngå, så initialiser snu
• Hvis begge sensorene oppdager noe foran, skal ballongen gå bakover
• etter å ha dreid, for å unngå drift, motstyr med motorene for å beholde orienteringen og ikke rotere lenger
• Til slutt utfører du bevegelsen fremover og bruker Gyro for å holde rett mens du flyr i 5 sekunder

Jeg er ganske sikker på at det finnes bedre måter å oppnå disse tingene på. Gi meg beskjed hvis du har et forslag!

Trinn 6: Sluttnotater

Det er noen ting du trenger å vite om heliumballonger, her er

UTFORDRINGER NÅR JOBBER MED HELIUM BALLOONS

Selv om jeg elsker Diris, er heliumballonger langt fra perfekte. Den første utfordringen er å skaffe en ballong som har riktig størrelse for å løfte alle komponentene. Volumet til en ballong bestemmer hvor mye helium den kan inneholde, noe som er proporsjonalt med den oppadgående kraften. Dette begrenser valg av komponenter vesentlig. Den største begrensningen er batteriet; jo lettere den er, jo kortere vil den vare. For å kunne bære minst mikrokontrolleren, et batteri og noen motorer, trenger en heliumballong en minimumsdiameter på 90 cm.

For det andre er ballonger fylt med helium svært følsomme for luftstrøm og temperaturendringer i rommet. Ettersom heliumballonger alltid driver (dvs. det er ingen måte å være helt stille), påvirkes de sterkt av luftstrømmer og trekk. Jeg har ikke veldig gode erfaringer med å bruke ballongene mine i rom med klimaanlegg.

For det tredje, fordi forskyvning av en heliumballong består av å endre tregheten ved å aktivere propellene for å skape et trykk, går det noen sekunder mellom initialiseringen av en bevegelse og den faktiske posisjonsendringen. Som et resultat kan ikke ballongen reagere så godt på ytre påvirkninger, og det er også veldig utfordrende å raskt unngå hindringer.

Til slutt, siden helium er lettere enn luft, slipper det sakte ut av alle typer foringsrør. Som en konsekvens må ballongen fylles på daglig eller annenhver dag, avhengig av hvor lufttett foringsrøret er. Det kan også være ganske utfordrende å fylle en ballong med riktig mengde helium for å få den til å flyte fullt ut, det vil si verken slippe eller stige i høyden. Det anbefales å fylle ballongen slik at den er for lett og balansere den med en ekstra vekt, som enkelt kan tas av igjen.