Bộ ghi dữ liệu khí cầu thời tiết có độ cao tối ưu: 9 bước (có hình ảnh)

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

Ghi lại dữ liệu khinh khí cầu thời tiết độ cao với trình ghi dữ liệu thời tiết khinh khí cầu ở độ cao cao nhất.

Khí cầu thời tiết độ cao, còn được gọi là khinh khí cầu độ cao hoặc HAB, là một khí cầu khổng lồ chứa đầy khí heli. Những quả bóng bay này là một nền tảng, cho phép các thí nghiệm, người thu thập dữ liệu hoặc thực tế là bất cứ thứ gì đi đến không gian gần. Bóng bay thường đạt độ cao 80.000 feet với một số bay trên 100.000 feet. Một hab thường có trọng tải chứa dù, bộ phản xạ radar và một gói hàng. Gói này thường chứa một máy ảnh và một đơn vị GPS được sử dụng để theo dõi và khôi phục khinh khí cầu.

Khi khí cầu tăng độ cao, áp suất giảm. Với áp suất bên ngoài quả bóng ít hơn, quả bóng sẽ nở ra, cuối cùng trở nên lớn đến mức, nó sẽ nổ tung! Sau đó, chiếc dù sẽ trả trọng tải trở lại mặt đất, thường là nhiều dặm tính từ nơi khinh khí cầu được phóng đi.

Trường tôi sử dụng những quả bóng bay này thường xuyên để quay video về độ cong của trái đất. Với sự thay đổi nhiệt độ và áp suất khắc nghiệt, lượng bức xạ lớn và tốc độ gió, rất nhiều dữ liệu thú vị có thể được thu thập từ các chuyến bay này.

Dự án này đã bắt đầu cách đây 4 năm với một cuộc hội thảo về không gian vũ trụ. Buổi hội thảo đóng vai trò như một nguồn cảm hứng. Các đồng nghiệp của tôi quyết định họ muốn tiếp cận không gian. Chạm vào không thể chạm tới. Họ quyết định con đường tiếp cận vũ trụ sẽ là bằng bóng bay thời tiết. Bỏ qua bốn năm sau và chúng tôi đã phóng 16 quả bóng bay. 15 chiếc đã được phục hồi, đây là một kỷ lục rất ấn tượng về việc thu hồi khinh khí cầu thời tiết. Năm nay, tôi bắt đầu học trung học và tham gia đội phóng khinh khí cầu. Khi tôi nhận ra không có dữ liệu nào được ghi lại, tôi bắt đầu thay đổi điều đó. Bộ ghi dữ liệu đầu tiên của tôi là Bộ ghi dữ liệu khí cầu độ cao dễ nhất Arduino. Phiên bản mới này thu thập nhiều dữ liệu hơn, mang lại cho nó danh hiệu tối thượng. Với điều này, độ cao, nhiệt độ, tốc độ gió, tốc độ lên và xuống, vĩ độ, kinh độ, thời gian và ngày tháng được chụp và lưu trữ trên thẻ nhớ microSD. Phiên bản này cũng sử dụng bảng perf để tăng độ bền và giảm rủi ro. Thiết kế được thiết kế để có thể cắm Arduino Nano trên đầu. Dữ liệu được thu thập từ bộ ghi dữ liệu này cho phép chúng tôi, những sinh viên chạm vào rìa của không gian. Chúng ta có thể chạm vào điều không thể chạm tới!

Trình ghi dữ liệu mới này cung cấp nhiều dữ liệu hơn hầu hết các trình ghi nhật ký bong bóng có thể mua được. Nó cũng có thể được xây dựng với giá dưới 80 đô la trong khi một cửa hàng mua một chiếc sẽ khiến bạn mất hơn 200 đô la. Bắt đầu nào!

Bước 1: Bộ phận, Chương trình, Công cụ và Thư viện

Các bộ phận

Arduino - Một Nano là tốt nhất vì nó có thể được gắn trên đầu. Tôi cũng đã sử dụng Arduino Uno với dây gắn nó

Tôi khuyên bạn nên sử dụng Arduino chính hãng vì nhiều bản sao có thể không hoạt động ở nhiệt độ lạnh mà bộ ghi dữ liệu tiếp xúc. Nhiệt độ lạnh nhất được ghi lại trên chuyến bay của chúng tôi là -58 độ F. Với khả năng bảo vệ thời tiết thích hợp và bộ phận làm ấm tay, một bản sao có thể hoạt động.

$ 5- $ 22 (tùy thuộc vào chất lượng)

store.arduino.cc/usa/arduino-nano

Đơn vị GPS - Điều này cung cấp dữ liệu thời gian, ngày tháng, độ cao, xuống, đi lên và tốc độ gió

Tôi rất muốn giới thiệu đơn vị này. Hầu hết các đơn vị GPS không hoạt động trên 60.000 feet. Vì bóng bay ở độ cao cao hơn, chúng không hoạt động. Khi ở chế độ máy bay, thiết bị này hoạt động ở độ sâu 160.000 feet.

store.uputronics.com/?route=product/product&product_id=72

$30

Bộ ghi dữ liệu MicroSD - Cái này chứa thẻ MicroSD và cho phép chúng tôi lưu trữ dữ liệu chúng tôi thu thập

Có rất nhiều loại này trên thị trường và chắc chắn là một số loại rẻ hơn. Tôi đã chọn cái này vì nó nhẹ, Sparkfun có tài liệu tuyệt vời và nó rất dễ sử dụng. Khi được gắn vào chân 0 và 1, hàm Serial.print sẽ ghi vào đó. Nó là dễ dàng!

www.sparkfun.com/products/13712

$15

Cảm biến nhiệt độ - Tôi sử dụng một bộ cảm biến để cung cấp nhiệt độ bên ngoài, nhưng một bộ phận bổ sung có thể dễ dàng được thêm vào để cung cấp nhiệt độ từ bên trong tải trọng

Tôi đã sử dụng cảm biến nhiệt độ tmp36. Cảm biến tương tự này chạy mà không có lệnh trễ. Đơn vị gps không thể hoạt động với độ trễ do đó cảm biến này là lý tưởng. Chưa kể nó rẻ và chỉ yêu cầu một chân analog duy nhất. Ngoài ra, nó hoạt động ở 3,3 volt, đó là toàn bộ mạch chạy trên. Thành phần này về cơ bản là một sự kết hợp hoàn hảo!

www.sparkfun.com/products/10988?_ga=2.172610019.1551218892.1497109594-2078877195.1494480624

$1.50

Điện trở 1k (2x) - Các điện trở này được sử dụng cho các đường nhận của GPS và Bộ ghi dữ liệu MicroSD

Arduino cung cấp 5 volt cho các chân này. Một điện trở 1k giảm điện áp xuống mức an toàn cho các đơn vị này.

www.ebay.com/p/?iid=171673253642&lpid=82&&&ul_noapp=true&chn=ps

75¢

Đèn LED - Đèn này nhấp nháy mỗi khi dữ liệu được thu thập (Tùy chọn)

Arduino và MicroSd cũng nhấp nháy mỗi khi dữ liệu được thu thập. Tuy nhiên, điều này làm cho nó rõ ràng hơn. Các dây trên này cũng có thể được kéo dài để đèn led nhô ra ngoài. Điều này được sử dụng để đảm bảo việc ghi dữ liệu đang diễn ra.

www.ebay.com/itm/200-pcs-3mm-5mm-LED-Light-White-Yellow-Red-Green-Assortment-Kit-for-Arduino-/222107543639

1¢

Bảng Perf - Điều này cho phép một mạch lâu dài hơn và giảm rủi ro vì dây không thể rơi ra. Một breadboard hoặc pcb có thể được sử dụng thay thế

www.amazon.com/dp/B01N3161JP?psc=1

50¢

Đầu nối pin - Tôi sử dụng pin 9v khi ra mắt. Điều này gắn pin vào mạch. Tôi hàn mối nối kết nối của dây nhảy vào chúng để cung cấp kết nối dễ dàng hơn

www.amazon.com/Battery-Connector-Plastic-A…

70¢

Công tắc Micro Toggle - Tôi sử dụng công tắc này để bật thiết bị. Điều này cho phép tôi tiếp tục cắm pin trong khi vẫn tắt hệ thống (Tùy chọn)

Tôi đã vớt được của tôi từ một chiếc đèn mặt trăng. Bất kỳ công tắc vi mô nào cũng sẽ hoạt động.

MicroSwitchLink

20¢

Tiêu đề Nam và Nữ - Sử dụng các tiêu đề này để cho phép các thành phần như GPS và Arduino tách ra khỏi mạch. (Khuyến khích)

www.ebay.com/itm/50x-40-Pin-Male-Header-0-1-2-54mm-Tin-Square-Breadboard-Headers-Strip-USA-/150838019293?hash=item231ea584dd:m: mXokS4Rsf4dLAyh0G8C5RFw

$1

Thẻ MicroSD - Tôi muốn giới thiệu thẻ 4-16 gb. Các bản ghi không chiếm nhiều dung lượng

Trình ghi dữ liệu của tôi chạy từ 6:30 sáng đến 1:30 chiều và chỉ sử dụng 88 kilobyte dung lượng. Đó là ít hơn 1/10 megabyte.

www.amazon.com/gp/product/B004ZIENBA/ref=oh_aui_detailpage_o09_s00?ie=UTF8&psc=1

$7

Powersource - Không gian lạnh nên pin lỏng sẽ đóng băng. Điều này có nghĩa là không có pin kiềm. Pin Lithium hoạt động tốt! Tôi đã sử dụng một pin 9v

www.amazon.com/Odec-9V-RecharABLE-Batter…

$1

Tổng chi phí đến $ 79,66! Máy ghi nhật ký thương mại có giá khoảng 250 đô la, vì vậy hãy coi đây là khoản chiết khấu 68%. Bạn cũng có thể có nhiều mặt hàng này như Arduino, Thẻ Sd, v.v. giúp giảm chi phí. Hãy bắt tay vào việc xây dựng

Các chương trình

Chương trình duy nhất cần thiết là Arduino IDE. Đây là ngôn ngữ Arduino bản địa và được sử dụng để tải lên mã, viết mã và để thử nghiệm. Bạn có thể tải phần mềm miễn phí tại đây:

Thư viện

Chúng tôi sử dụng hai thư viện trong bản phác thảo này. Thư viện NeoGPS được sử dụng để tương tác với đơn vị GPS. Thư viện nối tiếp phần mềm cho phép giao tiếp nối tiếp trên các chân bổ sung. Chúng tôi kết nối với cả bộ ghi dữ liệu GPS và MicroSd bằng cách sử dụng liên lạc nối tiếp.

NeoGPS

SoftwareSerial - Bất kỳ thư viện nối tiếp phần mềm nào cũng có thể được sử dụng. Tôi đã tải xuống cái này rồi nên tôi đã sử dụng nó.

Cần trợ giúp cài đặt thư viện? Đọc phần này:

Công cụ

Sắt hàn - Các tiêu đề sẽ cần được gắn vào nhiều thành phần và một mỏ hàn được sử dụng để gắn các thành phần vào bo mạch và tạo rãnh.

Hàn - Dùng kết hợp với mỏ hàn.

Bước 2: Gắn mạch lại với nhau

Bạn sẽ cần hàn các tiêu đề vào một vài thành phần. Tìm hiểu cách thực hiện điều đó tại đây:

Thực hiện theo sơ đồ breadboard hoặc perf board ở trên. Không gắn mặt đất của cảm biến nhiệt độ vào mặt đất của bộ ghi dữ liệu GPS hoặc microSD vì nó sẽ làm hỏng dữ liệu nhiệt độ của bạn. Nếu bạn đang sử dụng bảng điều khiển hoàn hảo, hãy xem hướng dẫn này về cách tạo bản nhạc. Đây là một kỹ thuật:

Hãy cẩn thận khi gắn các thành phần. Đảm bảo rằng bạn có cực và chân cắm chính xác. Kiểm tra kết nối của bạn hai lần!

Arduino - GPS3.3v --- VCC

GND --- GND

D3 ----- điện trở 1k ----- RX

D4 ------ TX

Arduino - OpenLog

Đặt lại --- GRN

D0 ---- TXD1 ---- Điện trở 1k ---- RX

3.3v ----- VCC

GND ---- GND

GND ---- BLK

Arduino - Cảm biến nhiệt độ - Sử dụng ảnh trên để xác định chân nào là chân nào

3.3v ------ VCC

GND ---- GND (Cái này phải nằm trên chân Arduino của chính nó hoặc được gắn vào GND nguồn điện. Nếu được gắn vào GPS hoặc bộ ghi, nó sẽ làm lệch dữ liệu tạm thời.)

Tín hiệu --- A5

Arduino - LED

D13 ------ + (chân dài hơn)

GND ------ - (chân ngắn hơn)

Arduino - Đầu nối pin

Vin ---- Micro Toggle Switch ---- Tích cực (Đỏ)

GND ----- Tiêu cực (Đen)

Bước 3: Lập trình

Chúng tôi sử dụng hai thư viện trong chương trình này, NeoGPS và SoftwareSerial. Cả hai đều có thể được tải xuống từ trang phần của Tài liệu hướng dẫn này. Khi kết nối GPS vào chương trình Arduino, thư viện TinyGPS thường được sử dụng. Tuy nhiên, tôi không thể làm cho nó hoạt động với GPS mà chúng tôi sử dụng.

Thư viện SoftwareSerial cho phép chúng tôi kết nối hai thiết bị với Arduino thông qua kết nối nối tiếp phần mềm. Cả bộ ghi dữ liệu GPS và MicroSD đều sử dụng điều này. Các thư viện khác cũng có thể làm điều này và sẽ hoạt động với mã. Tôi đã có cái này trên máy tính của mình và nó hoạt động, vì vậy tôi đã sử dụng nó.

Mã dựa trên trình ghi dữ liệu cuối cùng của tôi. Thay đổi chính là việc bổ sung cảm biến nhiệt độ. GPS dựa trên vệ tinh. Điều này có nghĩa là GPS trước tiên phải kết nối với vệ tinh trước khi nó có thể hiển thị dữ liệu. Một khóa bao gồm GPS được kết nối với bốn vệ tinh. Một lưu ý nhanh là GPS càng được kết nối với nhiều vệ tinh thì dữ liệu được cung cấp càng chính xác. Chương trình in số lượng vệ tinh được kết nối trên mỗi dòng dữ liệu. Nó được kết nối với mười hai vệ tinh cho hầu hết chuyến bay của tôi.

Chương trình có thể cần được thay đổi để phù hợp với bạn. Mặc dù tất cả các mã có thể được thay đổi, tôi khuyên bạn nên thay đổi múi giờ, thời gian giữa các lần đọc và đơn vị đo nhiệt độ. Một khinh khí cầu thời tiết điển hình bay trên không trong khoảng hai giờ. GPS nhận dữ liệu từ vệ tinh mỗi giây. Điều này có nghĩa là, nếu chúng ta lưu trữ mỗi phần dữ liệu được gửi đi, chúng ta sẽ có 7, 000 lượt đọc. Bởi vì tôi không quan tâm đến việc vẽ biểu đồ 7, 000 mục nhập dữ liệu, tôi chọn ghi nhật ký mỗi lần đọc thứ 30. Điều này cung cấp cho tôi 240 điểm dữ liệu. Hợp lý hơn một chút của một con số.

Bạn có thể tự hỏi tại sao chúng tôi sử dụng biến i và câu lệnh if để lưu mỗi lần đọc thứ 30 thay vì chỉ sử dụng lệnh delay và đợi 30 giây. Câu trả lời là chỉ số GPS rất tinh vi. Chậm trễ 30 giây có nghĩa là GPS không thu thập được mọi tập dữ liệu và khiến dữ liệu của chúng tôi bị rối tung.

Bạn sẽ cần thay đổi các giá trị này thành giá trị chênh lệch từ Giờ Phối hợp Quốc tế (UTC).

Nếu bạn không biết bạn có thể tìm nó ở đây

const int32_t tĩnh

khu_hours = -8L; // PST

const int32_t tĩnh

khu_mục = 0L; // thường không

Dòng này nên được thay đổi thành tần suất bạn muốn ghi lại một bài đọc. Tôi đặt cho mình một bài đọc cứ sau 30 giây.

nếu (tôi == 30) {

Nếu bạn không sống ở Hoa Kỳ, bạn có thể muốn đo nhiệt độ bằng C. Để làm điều này, hãy bỏ ghi chú dòng này:

// Serial.print ("Độ C"); // bỏ ghi chú nếu bạn muốn c

// Serial.println (độC); // bỏ ghi chú nếu bạn muốn c

Nếu bạn không muốn đọc fahrenheit, hãy bình luận điều này:

Serial.print ("Độ F"); // bình luận nếu bạn không muốn fahrenheit Serial.println (độF); // bình luận nếu bạn không muốn fahrenheit

Mã không được tải lên?

Arduino phải được ngắt kết nối khỏi mạch trong khi mã mới đang được tải lên. Arduino được gửi mã mới qua Giao tiếp nối tiếp trên các chân D0 và D1. Hai chân này cũng là chân được sử dụng cho bộ ghi dữ liệu MicroSd. Điều này có nghĩa là trình ghi dữ liệu MicroSD phải được ngắt kết nối để tải lên mã.

Bước 4: Kiểm tra

Khi tất cả các kết nối được thực hiện và mã được tải lên, đã đến lúc kiểm tra trình ghi dữ liệu của chúng tôi. Để thực hiện việc này, hãy cắm Arduino vào máy tính giống như cách bạn tải mã lên. Đảm bảo cổng nối tiếp là chính xác và sau đó mở Màn hình nối tiếp. Nếu tất cả các kết nối được thực hiện chính xác, điều này sẽ được hiển thị:

NMEAloc. INO: kích thước đối tượng startfix = 31 Kích thước đối tượng NMEAGPS = 84 Đang tìm thiết bị GPS trên SoftwareSerial (RX pin 4, TX pin 3) Trình ghi dữ liệu thời tiết khí cầu độ cao của Aaron Price

Kinh độ thời gian Kinh độ SAT Tốc độ gió Tốc độ gió Cao độ (độ) (độ) hải lý mph cm -------------------------------- -------------------------------------------------- ------------------------------

Nếu GPS được cắm không chính xác, điều này sẽ được hiển thị:

Đặt chế độ bay uBlox: B562624240FFFF63000010270050FA0FA06402C10000000000000016DC * Đọc phản hồi ACK: (FAILED!)

Đảm bảo đèn led nhấp nháy mỗi khi một phần dữ liệu mới đi vào Màn hình nối tiếp. Trình ghi dữ liệu MicroSd cũng sẽ nhấp nháy mỗi khi dữ liệu được ghi.

Bạn sẽ nhận thấy rằng GPS đang gửi cho bạn một dấu hỏi duy nhất. Điều này là do các đơn vị GPS cần thời gian để khởi động và kết nối với vệ tinh. Đơn vị này thường mất khoảng tám phút để bắt đầu gửi cho tôi chuỗi dữ liệu đầy đủ. Trong khoảng năm, nó sẽ bắt đầu gửi cho bạn dữ liệu ngày và giờ, sau đó là một dấu chấm hỏi. Một vài điểm đầu tiên có thể sẽ không chính xác nhưng sau đó nó sẽ hiển thị ngày và giờ chính xác. Nếu bạn không nhận được ngày và giờ của mình, hãy tham khảo mã để đảm bảo đúng múi giờ được sửa. Đọc phần lập trình của Tài liệu hướng dẫn này để tìm hiểu cách thực hiện điều đó.

Cuối cùng, Serial Monitor sẽ hiển thị tất cả dữ liệu. Sao chép và dán vĩ độ và kinh độ và chuẩn bị để bị sốc trước kết quả. Độ chính xác là đáng chú ý!

Kiểm tra dữ liệu nhiệt độ để đảm bảo nó là chính xác. Nếu nhiệt độ đang được đọc dưới dạng một con số hoàn toàn không thực tế (160+), cảm biến nhiệt độ có thể chưa được cắm hoặc cắm không đúng cách. Tham khảo sơ đồ. Nếu kết quả đo nhiệt độ không ổn định hoặc cao hơn mức bình thường (tức là nhiệt độ là 65 độ F và cảm biến báo cáo là 85) thì cảm biến có khả năng chia sẻ chân nối đất với GPS, bộ ghi dữ liệu microSD hoặc cả hai. Cảm biến nhiệt độ phải có chân nối đất riêng hoặc dùng chung chân nối đất với chỉ tiếp đất đầu vào.

Bây giờ bạn cần phải định dạng và xóa thẻ nhớ microSD của mình. Chúng tôi cần một loại tệp fat16 hoặc fat32. Tôi đã làm theo hướng dẫn này của GoPro:

Tiếp theo, kiểm tra mạch điện mà không cần máy tính kèm theo. Cắm thẻ nhớ microSD vào bộ ghi dữ liệu và sử dụng nguồn điện để cung cấp năng lượng cho Arduino. Để nó chạy trong 20 phút sau đó ngắt kết nối nguồn. Rút thẻ nhớ microSD và cắm nó vào máy tính của bạn. Bạn sẽ thấy một tệp cấu hình đã được tạo (điều này chỉ xảy ra khi tệp cấu hình trước đó không được tạo). Mỗi lần Arduino được đặt lại hoặc cắm vào, nó sẽ tạo ra một tệp mới.

Các thư viện và phiên bản mới của Arduino IDE đã được phát hành kể từ khi hình thành dự án này. Do đó, nhiều người dùng đã nhận được thông báo lỗi khó chịu. Người dùng RahilV2 đang gặp sự cố này và đã tìm ra giải pháp

"Tôi đã sửa lỗi ban đầu và đó là do. INO sử dụng tên cổng gps cũ là 'gpsPort' thay vì 'gps_port'. Biểu tượng bộ tiền xử lý cũng đã thay đổi. Tất cả các chương trình mẫu hiện sử dụng 'GPS_PORT_NAME' thay vì ' USING_GPS_PORT '."

Cảm ơn RahilV2!

Bước 5: Bảo vệ thiết bị điện tử

Một lưu ý đối với những người sử dụng perf board, đặt mạch trên bề mặt kim loại sẽ làm chập mạch. Tôi đã sử dụng một ống nhựa xung quanh một số bu lông để treo bảng điều khiển của tôi bên trên một tấm nhựa. Bạn có thể dùng keo nóng dưới đáy, gắn nó vào một số bìa cứng hoặc xốp, hoặc sử dụng một gói không dẫn điện. Bạn có thể in 3d các ống nhựa này để trượt qua bu lông của mình từ đây:

Tôi đã gắn các tiêu đề nữ vào bảng điều khiển có GPS đặt để cho phép GPS dễ dàng ngắt khỏi mạch. Thiết bị GPS rất mỏng manh. Ăng-ten của chip có thể bị gãy và thiết bị nhạy cảm với tĩnh điện. Tôi chưa có bất kỳ đơn vị nào trong số này bị phá vỡ. Tôi cất giữ GPS trong túi chống tĩnh điện đi kèm để giữ cho GPS được bảo vệ.

Cho dù bạn đang sử dụng breadboard hay chỉ dùng dây jumper cho đầu nối pin, tôi khuyên bạn nên sử dụng keo nóng để đảm bảo dây jumper dính vào ổ cắm của chúng. Sẽ là một điều vô cùng nguy hiểm nếu bạn khôi phục quả bóng bay của mình và phát hiện ra nó không ghi nhật ký do dây nhảy bị bung ra.

Máy làm ấm tay được khuyên dùng vì chúng sẽ giữ cho mọi thứ luôn ấm và hoạt động tốt. Tôi thường kéo dài độ dài của các đầu nối pin cho phép tôi cất pin trong một ngăn riêng biệt với các thiết bị điện tử. Tôi đặt máy làm ấm tay trực tiếp vào pin. Mặc dù các thiết bị điện tử có thể hoạt động mà không cần máy làm ấm tay, nhưng tôi khuyên bạn nên sử dụng chúng. Đặt một hoặc hai bàn tay ấm hơn gần thiết bị điện tử, cố định bàn tay ấm hơn để không chạm vào thiết bị điện tử. Nhiệt tỏa ra từ bộ làm ấm tay là đủ để giữ cho các thiết bị điện tử ở tình trạng tốt.

Bước 6: Khởi chạy

Tôi thường cắm bộ ghi dữ liệu vào máy tính của mình khoảng hai mươi phút trước khi chúng tôi định thả quả bóng bay đi. Việc cắm trình ghi nhật ký vào máy tính là không cần thiết. Tôi làm điều này để đảm bảo GPS đang chạy và tôi có khóa vệ tinh. Khi trình ghi đang hiển thị tất cả dữ liệu, tôi bật công tắc chuyển đổi và ngắt kết nối máy tính. Vì mạch điện luôn có nguồn điện nên GPS vẫn nóng và tiếp tục ghi nhật ký bằng khóa vệ tinh. Thao tác này sẽ tạo một tệp mới trên thẻ microSD.

Chúng tôi phóng khinh khí cầu lúc 6:58 sáng. Chúng tôi đã lên kế hoạch phóng sớm hơn nhưng quả khinh khí cầu đầu tiên của chúng tôi đã bị nứt. Chúng tôi đã quên cái ống của mình để gắn quả bóng bay vào bể chứa khí heli. Vì vậy, chúng tôi đã gắn quả bóng bay trực tiếp vào vòi của bình khí heli. Các rung động trên vòi phun làm bong bóng khí cầu. May mắn thay, chúng tôi đã mang theo một quả bóng dự phòng. Chúng tôi đã sử dụng một chiếc vòi vườn đã cắt làm ống ngẫu hứng của mình và nó đã hoạt động!

Gói bao gồm một hộp cơm cách nhiệt. Bộ ghi dữ liệu được đặt bên trong với bộ làm ấm tay. Một lỗ khoét trên hộp cơm đã tạo đường cho máy ảnh vào bên trong hộp cơm trong khi vẫn duy trì tầm nhìn không bị cản trở. Chúng tôi đã sử dụng Phiên GoPro cho lần ra mắt này. Nó đã chụp ảnh của cuộc hành trình! Gắn bên cạnh và trên cùng của hộp cơm trưa là hai thiết bị GPS SPOT. Chúng tôi đã sử dụng những thứ này để theo dõi gói hàng của chúng tôi. Một khe nhỏ được tạo ra ở bên cạnh hộp cơm để cho phép cảm biến nhiệt độ thò ra ngoài, tiếp xúc với không khí bên ngoài.

Bước 7: Phục hồi

Tôi đã sử dụng pin Duracell 9v trong lần ra mắt cuối cùng của mình. Tôi đo điện áp của pin là 9,56 volt trước khi cắm nó vào bộ ghi dữ liệu. Tôi cắm pin vào khoảng 6:30 sáng. Sau khi khinh khí cầu hạ cánh, được thu hồi, lái xe trở lại trường và gói hàng mở ra, lúc đó là 1:30 chiều. Tôi đã mở tải trọng để tìm trình ghi dữ liệu vẫn đang ghi! Sau đó tôi đo điện áp của pin 9v. Khi pin được sử dụng, điện áp sẽ giảm xuống. Pin lúc này ở mức 7,5 vôn. Sau bảy giờ ghi dữ liệu, pin vẫn ở trạng thái tốt.

Khinh khí cầu và gói hàng đã hạ cánh xuống phía nam Ramona trong một hẻm núi nhỏ. Nhóm phục hồi lái xe khoảng một giờ và sau đó đi bộ đường dài còn lại. Cây thường xuân độc và nhiệt độ nóng là một trở ngại, nhưng họ vẫn kiên trì và có thể phục hồi quả bóng bay. Họ trở lại trường và đưa cho tôi gói hàng. Tôi rất ngạc nhiên khi trình ghi dữ liệu vẫn chạy. Điều này khiến tôi lạc quan. Tôi đã rút phích cắm pin và cẩn thận lấy thẻ microSD ra. Sau đó tôi chạy đến máy tính của mình. Đây là phần căng thẳng và thú vị nhất trong cuộc hành trình đối với tôi. Bộ ghi dữ liệu có hoạt động không? Tôi lục tung ba lô của mình để tìm bộ chuyển đổi thẻ SD. Hai chuyến bay cuối cùng, máy ghi nhật ký đã ngừng hoạt động ở độ cao 40, 000 feet vì tôi đã đặt sai GPS ở chế độ máy bay. Đó là cách duy nhất tôi có thể đạt đến độ cao hơn 40, 000 feet là sử dụng bóng bay thời tiết, tôi không biết liệu mã mới của mình có hoạt động hay không.

Tôi đã cắm thẻ nhớ microSD vào máy tính, mở tệp và thấy một nhật ký chứa đầy dữ liệu. Tôi bắt đầu cuộn qua dữ liệu… THÀNH CÔNG !! Nhật ký tiếp tục trong toàn bộ chuyến bay.

Bước 8: Phân tích và Khoa học

Thành ngữ "nhân duyên lần thứ ba" quả đúng như vậy. Chúng tôi đã ghi lại dữ liệu cho toàn bộ chuyến bay! Khí cầu đạt độ cao tối đa 91, 087 feet và nhiệt độ lạnh nhất là -58 độ F.

Dữ liệu của chúng tôi xác nhận và phù hợp với nhiều khoa học đã biết. Ví dụ, đáy của tầng bình lưu là -40 đến -58 độ F trong khi ở đỉnh của chuyến bay, nhiệt độ là -1,75 độ F. Con người sống ở tầng thấp nhất của khí quyển Trái đất, tầng đối lưu. Trong tầng đối lưu, nhiệt độ giảm xuống khi độ cao tăng lên. Ở tầng bình lưu thì ngược lại. Trên thực tế, đỉnh của tầng bình lưu có thể cao hơn 0 độ 5 độ.

Tôi rất ngạc nhiên khi quả bóng bay lên theo kiểu tuyến tính như vậy. Tôi sẽ nghĩ khi bầu không khí loãng đi, tốc độ bay lên của bóng bay sẽ thay đổi. Tuy nhiên, tôi không ngạc nhiên bởi đường cong trong tốc độ lao xuống của khí cầu. Giả thuyết của tôi về việc tại sao quả bóng bay rơi nhanh rồi lại chậm dần đều liên quan đến chiếc dù. Tại apogee, có rất ít không khí nên tôi nghĩ rằng chiếc dù không hiệu quả. Dù sử dụng lực cản của không khí và ma sát để từ từ rơi xuống đất nên nếu có ít không khí thì dù hoạt động không hiệu quả. Khi gói hàng hạ thấp, lực cản không khí tăng lên vì có nhiều áp suất không khí hơn và nhiều không khí hơn. Điều này dẫn đến việc chiếc dù hoạt động hiệu quả hơn và gói hàng giảm xuống chậm hơn.

Do nhiệt độ và tốc độ gió, tôi tuyên bố độ cao tồi tệ nhất để sống là 45, 551 feet. Ở độ cao này, gói hàng đã trải qua một cái lạnh -58 độ F. Nếu điều này là không đủ, gió sẽ thổi 45 dặm một giờ. Trong khi tôi gặp khó khăn khi tìm dữ liệu về ảnh hưởng của gió đối với tản nhiệt ở nhiệt độ này, tôi nhận thấy rằng thời tiết -25 độ F với sức gió 45 dặm một giờ dẫn đến gió giật là -95 độ. Tôi cũng phát hiện ra rằng nhiệt độ -60 độ trong tủ lạnh đóng băng phần thịt tiếp xúc trong 30 giây. Tuy nhiên, đây có lẽ không phải là một điểm nghỉ dưỡng lý tưởng. Như đã thấy trong bức ảnh trên, có một tầm nhìn tuyệt vời từ độ cao này! Tìm hiểu thêm về windchill tại đây: https://www.math.wichita.edu/~richardson/windchill…..

Tôi không thể hiển thị và nghiên cứu dữ liệu này nếu không có sự trợ giúp của chị gái tôi, người đã nhập dữ liệu của tất cả 240 dòng dữ liệu. Đặc quyền của việc có em gái:)

Bước 9: Kết luận

Đây là một thành công nhất định. Chúng tôi đã ghi dữ liệu về độ cao, nhiệt độ, tốc độ gió, tốc độ đi lên, tốc độ xuống, thời gian, ngày, vĩ độ và kinh độ trên toàn bộ chuyến bay. Đây là điều bắt buộc đối với những người bay khinh khí cầu độ cao có kinh nghiệm và những người lần đầu tiên phóng thử!

Sau bốn năm ra mắt khinh khí cầu, cuối cùng, dữ liệu của chúng tôi đã ghi lại toàn bộ chuyến bay. Cuối cùng chúng tôi đã tìm ra bóng bay của chúng tôi bay cao như thế nào. Chúng tôi tiến gần hơn một chút đến việc trải nghiệm không gian. Chúng ta tiến gần hơn một chút đến việc chạm vào điều không thể chạm tới!

Một khía cạnh thú vị khác của trình ghi dữ liệu là tất cả dữ liệu đều được đóng dấu thời gian. Điều này có nghĩa là bạn có thể sắp xếp dữ liệu với các bức ảnh được chụp trên hành trình, cho phép bạn biết độ cao và vị trí chính xác mà mỗi bức ảnh được chụp!

Dự án này rất dễ sao chép và sửa đổi cho các mục đích của riêng bạn. Dễ dàng thêm cảm biến nhiệt độ bổ sung, cảm biến áp suất và độ ẩm, bộ đếm geiger, cơ hội là vô tận. Miễn là cảm biến có thể được sử dụng mà không có độ trễ, nó sẽ hoạt động!

Cảm ơn bạn đã dành thời gian để đọc Hướng dẫn này. Tôi thích trả lời các câu hỏi, trả lời nhận xét cũng như các mẹo và ý tưởng hữu ích, vì vậy hãy ghi lại trong phần nhận xét bên dưới.

Có thể hướng dẫn này cũng nằm trong một số cuộc thi, vui lòng bình chọn nếu bạn thích hoặc học được điều gì đó mới! Chiến thắng giải thưởng cho phép tôi kiếm được các công cụ mới để thực hiện các dự án tốt hơn và tiên tiến hơn

Về nhì trong Thử thách không thể chạm tới

Giải thưởng lớn trong Cuộc thi Khoa học Khám phá năm 2017