Đo từ xa / Theo dõi vị trí tên lửa: 7 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Dự án này nhằm ghi dữ liệu chuyến bay từ mô-đun cảm biến 9 DOF vào thẻ SD, đồng thời truyền vị trí GPS của nó qua mạng di động tới máy chủ. Hệ thống này cho phép tìm thấy tên lửa nếu khu vực hạ cánh của hệ thống nằm ngoài LOS.

Bước 1: Danh sách bộ phận

Hệ thống đo từ xa:

1x Vi điều khiển ATmega328 (Arduino UNO, Nano)

1x Micro SD Breakout -

1x Thẻ Micro SD - (kích thước không quan trọng được định dạng FAT 16/32) - Liên kết Amazon

1x Gy-86 IMU - Liên kết Amazon

Theo dõi vị trí:

1x Vi điều khiển ATmega328 (Arduino UNO, Nano) (mỗi hệ thống cần vi điều khiển riêng)

1x Mô-đun GPRS GSM Sim800L - Liên kết Amazon

1x Thẻ SIM (phải có gói dữ liệu) - https://ting.com/ (ting chỉ tính phí cho những gì bạn sử dụng)

1x Mô-đun GPS NEO 6M - Amazon LInk

Các bộ phận chung:

Pin lipo 1x 3.7v

Bộ chuyển đổi bước lên 1x 3.7-5v (nếu bạn không xây dựng pcb)

1x Raspberry pi hoặc bất kỳ máy tính nào có thể lưu trữ máy chủ php

-Truy cập vào máy in 3D

-BOM cho pcb được liệt kê trong bảng tính

-Gerbers có tại github repo -

Bước 2: Hệ thống con 1: Theo dõi vị trí

Thử nghiệm:

Khi bạn đã có các bộ phận của hệ thống (NEO-6M GPS, Sim800L) trong tay, bạn cần phải kiểm tra chức năng của các hệ thống một cách độc lập, do đó bạn sẽ không phải đau đầu khi cố gắng tìm ra những gì không hoạt động khi bạn tích hợp các hệ thống.

Kiểm tra GPS:

Để kiểm tra bộ thu GPS, bạn có thể sử dụng phần mềm được cung cấp bởi Ublox (Phần mềm U-Center)

hoặc bản phác thảo thử nghiệm được liên kết trong github repo (Kiểm tra GPS)

1. Để kiểm tra bằng phần mềm U-center, bạn chỉ cần cắm bộ thu GPS qua USB và chọn cổng com ở U-center, hệ thống sẽ tự động bắt đầu theo dõi vị trí của bạn sau đó.

2. Để kiểm tra với bộ điều khiển vi mô, hãy tải bản phác thảo kiểm tra GPS lên arduino thông qua IDE. Sau đó kết nối 5V và GND với các chân có nhãn trên bộ thu vào arduino và chân GPS RX vào chân số 3 và chân TX với chân số 4 trên arduino. Cuối cùng mở màn hình nối tiếp trên arduino IDE và đặt tốc độ truyền là 9600 và xác minh tọa độ nhận được là chính xác.

Lưu ý: Đặc điểm nhận dạng trực quan của khóa vệ tinh trên mô-đun NEO-6M là chỉ báo đèn led màu đỏ sẽ nhấp nháy vài giây một lần để cho biết có kết nối.

Thử nghiệm SIM800L:

Để kiểm tra mô-đun di động, bạn sẽ cần phải có thẻ sim được đăng ký với gói dữ liệu đang hoạt động, tôi khuyên bạn nên Ting vì họ chỉ tính phí cho những gì bạn sử dụng thay vì gói dữ liệu hàng tháng.

Mục tiêu của mô-đun Sim là gửi một yêu cầu HTTP GET đến máy chủ với vị trí được nhận bởi bộ thu GPS.

1. Để kiểm tra mô-đun di động, hãy lắp simcard vào mô-đun với đầu vát hướng ra ngoài

2. Kết nối mô-đun sim với GND và nguồn 3.7-4.2v, không sử dụng 5v !!!! mô-đun không có khả năng chạy ở 5v. Kết nối mô-đun Sim RX với Analog 2 và TX với Analog 3 trên Arduino

3. Tải lên bản phác thảo truyền qua nối tiếp từ github để có thể gửi lệnh đến mô-đun ô.

4. làm theo hướng dẫn này hoặc tải xuống bản dùng thử AT Command Tester để kiểm tra chức năng HTTP GET

Thực hiện:

Khi bạn đã xác minh rằng cả hai hệ thống đều hoạt động độc lập, bạn có thể chuyển sang tải bản phác thảo đầy đủ lên github của bộ vi điều khiển. bạn có thể mở màn hình nối tiếp ở 9600 baud để xác minh rằng hệ thống đang gửi dữ liệu đến máy chủ web.

* Đừng quên thay đổi ip máy chủ và cổng của riêng bạn và đảm bảo tìm APN cho nhà cung cấp dịch vụ di động bạn đang sử dụng.

Chuyển sang bước tiếp theo nơi chúng tôi thiết lập máy chủ

Bước 3: Thiết lập máy chủ

Để thiết lập một máy chủ hiển thị vị trí của tên lửa, tôi đã sử dụng một máy chủ quả mâm xôi pi, nhưng bạn có thể sử dụng bất kỳ máy tính nào.

Làm theo hướng dẫn này về cách thiết lập lightphp trên RPI và sau đó sao chép các tệp php từ github vào thư mục / var / www / html trong RPI của bạn. Sau khi chỉ cần sử dụng lệnh

sudo service lighttpd buộc tải lại

để tải lại máy chủ.

Đảm bảo chuyển tiếp các cổng được liên kết với máy chủ trên bộ định tuyến của bạn để bạn có thể truy cập dữ liệu từ xa. Trên rpi, nó phải là cổng 80 và cổng bên ngoài có thể là một số tùy ý.

Bạn nên đặt ip tĩnh cho RPI để các cổng bạn chuyển tiếp luôn hướng tới địa chỉ của RPI.

Bước 4: Hệ thống con 2: Ghi nhật ký đo từ xa

Chương trình đo từ xa chạy trên một bộ vi điều khiển riêng biệt với hệ thống theo dõi vị trí. Quyết định này được đưa ra do giới hạn bộ nhớ trên ATmega328 ngăn cả hai chương trình có thể chạy trên một hệ thống. Một sự lựa chọn khác về bộ vi điều khiển với các thông số kỹ thuật nâng cao có thể giải quyết vấn đề này và cho phép sử dụng một bộ xử lý trung tâm, nhưng tôi muốn sử dụng các bộ phận tôi có trong tay để dễ sử dụng.

Tính năng: Chương trình này dựa trên một ví dụ khác mà tôi tìm thấy trực tuyến ở đây.

• Chương trình đọc nguyên bản độ cao tương đối (đọc độ cao bằng 0 khi khởi động), nhiệt độ, áp suất, gia tốc theo hướng X (bạn sẽ cần thay đổi hướng đọc gia tốc dựa trên hướng vật lý của cảm biến) và dấu thời gian (tính bằng mili giây).
• Để ngăn dữ liệu bị ghi khi đang ngồi trên bệ phóng và lãng phí không gian lưu trữ, hệ thống sẽ chỉ bắt đầu ghi dữ liệu khi phát hiện ra sự thay đổi độ cao (có thể định cấu hình trong chương trình) và sẽ ngừng ghi dữ liệu khi phát hiện tên lửa đã trở về trạng thái ban đầu. độ cao hoặc sau khi thời gian bay 5 phút trôi qua.
• Hệ thống sẽ cho biết rằng nó đã được bật nguồn và ghi dữ liệu thông qua một đèn LED chỉ báo duy nhất.

Thử nghiệm:

Để kiểm tra hệ thống, trước tiên hãy kết nối đầu ra của thẻ SD

Thẻ SD Arduino

Pin 4 ---------------- CS

Pin 11 -------------- DI

Pin 13 -------------- SCK

Pin 12 -------------- LÀM

Bây giờ kết nối GY-86 với hệ thống qua I ^ 2C

Arduino GY-86

Ghim A4 -------------- SDA

Pin A5 -------------- SCL

Pin 2 ---------------- INTA

Trên thẻ SD, hãy tạo một tệp trong thư mục chính có tên datalog.txt, đây là nơi hệ thống sẽ ghi dữ liệu vào.

Trước khi tải bản phác thảo Data_Logger.ino lên bộ vi điều khiển, hãy thay đổi giá trị của ALT_THRESHOLD thành 0 để hệ thống sẽ bỏ qua độ cao để kiểm tra. Sau khi tải lên, mở màn hình nối tiếp ở 9600 baud để xem đầu ra của hệ thống. Đảm bảo rằng hệ thống có thể kết nối với cảm biến và dữ liệu đang được ghi vào thẻ SD. Rút phích cắm hệ thống và lắp thẻ SD vào máy tính của bạn để xác minh rằng dữ liệu đã được ghi trên thẻ.

Bước 5: Tích hợp hệ thống

Sau khi xác minh rằng mỗi phần của hệ thống hoạt động trong cùng một cấu hình được sử dụng trên PCB chính, đã đến lúc tập hợp tất cả lại với nhau và sẵn sàng khởi chạy! Tôi đã bao gồm các tệp Gerbers và EAGLE cho PCB và sơ đồ trong github. bạn sẽ cần phải tải chuột nhảy lên một nhà sản xuất như OSH park hoặc JLC để họ sản xuất. Những tấm bảng này có hai lớp và đủ nhỏ để phù hợp với hầu hết các nhà sản xuất loại 10cmx10cm cho bảng giá rẻ.

Sau khi bạn có bo mạch trở lại từ thời điểm sản xuất, hãy hàn tất cả các thành phần được tìm thấy trong bảng tính và danh sách các bộ phận lên bo mạch.

Lập trình:

Sau khi mọi thứ được hàn, bạn sẽ cần tải các chương trình lên hai bộ vi điều khiển. Để tiết kiệm dung lượng bo mạch, tôi đã không bao gồm bất kỳ chức năng USB nào nhưng vẫn để hở ICSP và cổng nối tiếp để bạn vẫn có thể tải lên và theo dõi chương trình.

• Để tải lên chương trình, hãy làm theo hướng dẫn này về cách sử dụng bảng Arduino như một lập trình viên. Tải lên SimGpsTransmitter.ino vào cổng ICSP_GPS và Data_Logger.ino vào cổng ICSP_DL (Cổng ICSP trên PCB có bố cục giống như những gì được tìm thấy trên bảng Arduino UNO tiêu chuẩn).

• Sau khi tất cả các chương trình được tải lên, bạn có thể cấp nguồn cho thiết bị từ đầu vào pin với 3.7-4.2V và sử dụng 4 đèn báo để xác minh hệ thống đang hoạt động.

  • Hai đèn 5V_Ok và VBATT_OK đầu tiên báo pin và ray 5v đã được cấp nguồn.
  • Đèn thứ ba DL_OK sẽ nhấp nháy sau mỗi 1 giây để cho biết rằng ghi nhật ký đo từ xa đang hoạt động.
  • Đèn SIM_Transmit cuối cùng sẽ bật khi mô-đun di động và GPS được kết nối và dữ liệu đang được gửi đến máy chủ.

Bước 6: Bao vây

Tên lửa mà tôi đang thiết kế dự án này xung quanh có đường kính trong là 29mm, để bảo vệ thiết bị điện tử và cho phép lắp ráp vừa vặn bên trong thân hình trụ của tên lửa, tôi đã làm một hộp in 3d đơn giản hai phần được bắt vít với nhau và có các cổng xem đèn báo. Tệp STL để in và tệp.ipt gốc nằm trong repo github. Tôi không làm mô hình này vì tôi không chắc chắn về loại pin mà tôi sẽ sử dụng vào thời điểm đó, nhưng tôi đã tự tạo một hốc để pin 120 mAh nằm ngang với đáy vỏ máy. Pin này được ước tính cung cấp thời gian chạy tối đa ~ 45 phút cho hệ thống ở mức tiêu thụ điện năng ~ 200mA (Điều này phụ thuộc vào việc sử dụng bộ xử lý và tiêu thụ điện năng để truyền dữ liệu, SIM800L được trích dẫn để rút ra 2A trong các lần liên lạc).

Bước 7: Kết luận

Dự án này là một triển khai khá đơn giản của hai hệ thống riêng biệt, vì tôi chỉ đang sử dụng các mô-đun rời rạc được tìm thấy trên Amazon, việc tích hợp hệ thống tổng thể hơi mờ nhạt vì kích thước tổng thể của dự án khá lớn so với những gì nó thực hiện. Xem xét các dịch vụ từ một số nhà sản xuất, việc sử dụng SIP bao gồm cả di động và GPS sẽ làm giảm đáng kể kích thước gói tổng thể.

Tôi chắc chắn rằng sau khi thử nghiệm chuyến bay nhiều hơn, tôi sẽ phải thực hiện một số sửa đổi đối với chương trình và chắc chắn sẽ cập nhật repo Github với bất kỳ thay đổi nào.

Hy vọng bạn thích dự án này, vui lòng liên hệ với tôi về bất kỳ câu hỏi nào bạn có thể có.