Diri - Khinh khí cầu Heli được kích hoạt: 6 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:36

Trong cuốn sách có thể hướng dẫn này, tôi sẽ hướng dẫn bạn quy trình tạo ra khí cầu helium tự động ghi lại không gian. Mời các bạn xem video:

Khí cầu và vỏ được tự sản xuất, thiết bị điện tử bao gồm một arduino pro mini, ba động cơ với đạo cụ, cảm biến siêu âm để phát hiện chướng ngại vật, con quay hồi chuyển để ổn định và một camera GoPro để chụp ảnh / quay phim.

Đây là các bước:

1. Nhận tài liệu

2. Tạo khinh khí cầu

3. Làm vỏ cho thiết bị điện tử và gắn nó vào quả bóng bay

4. Thêm các thiết bị điện tử

5. Mật mã!

6. Một số thách thức khi làm việc với bóng bay khí heli

Tài liệu hướng dẫn này dựa trên dự án nghiên cứu của Diana Nowacka (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) và David Kirk (https://openlab.ncl.ac.uk / people / ndk37 / - [email protected]) - được xuất bản tại hội nghị Ubicomp 2015 (https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM). Xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới Nils Hammerla (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected]) vì sự giúp đỡ của anh ấy.

Vui lòng gửi email cho chúng tôi nếu bạn có bất kỳ câu hỏi hoặc phản hồi nào!

Bước 1: Vật liệu

Vật liệu cho khinh khí cầu

2 x chăn Mylar (tìm kiếm "chăn cứu hộ mylar", dễ tìm và chỉ tốn vài bảng Anh)

1 x Mylar ballon

Công cụ

1 x Máy duỗi tóc (ít nhất 200 ° C)

Đối với vỏ bọc

2 x dải gỗ Balsa

một máy cắt laser hoặc một con dao thủ công

1 chốt gỗ mắc ca. Chiều dài 50cm (để gắn động cơ)

Một số keo, tôi thực sự thích Epoxy

Các thành phần điện tử

Arduino pro mini (tôi đoán cũng có thể là nano hoặc thứ gì đó nhỏ tương đương)

2 x Cầu H

3 x động cơ với đạo cụ (từ ví dụ: quadcopters nhỏ)

GoPro Hero (lý tưởng nhất là có khả năng WiFi)

Gia tốc kế con quay hồi chuyển + - ITG3200 / ADXL345 (Tôi nhận được cái này:

3 x Cảm biến siêu âm - Máy tìm phạm vi siêu âm - LV-MaxSonar-EZ0 (cái này tốt

Bước 2: Làm khinh khí cầu

Làm bong bóng

Tùy thuộc vào lượng đồ bạn muốn gắn vào khinh khí cầu mà bạn phải cẩn thận lựa chọn kích thước của quả bóng bay. Vì rất khó lấy những quả bóng bay có kích thước trên 90 cm (~ 30 inch), nên tôi đã quyết định tự làm một chiếc từ Mylar. Bạn có thể chọn bất kỳ hình dạng nào bạn muốn, nhưng tôi nghĩ rằng một quả bóng hình cầu sẽ dễ dàng xoay chuyển hơn. Một quả bóng có đường kính 130 cm có thể mang khối lượng 360 g.

NB Một quả bóng khí heli có thể chở bao nhiêu cũng phụ thuộc vào độ cao vị trí của bạn (mực nước biển), vì khả năng nâng của khí Heli phụ thuộc vào khối lượng riêng của nó và khối lượng riêng của không khí.

Phải làm gì:

Lấy hai tấm Mylar Blanket và cắt một hình tròn 130 cm (~ 51 in.) Trên mỗi tấm.

Làm nóng mylar làm cho nó trở nên rất mỏng manh và dễ vỡ. Vì vậy, chúng tôi sẽ sử dụng mylar dày, bổ sung từ một quả bóng mylar bình thường cho đường viền.

Cắt các dải nhỏ, khoảng 5 cm x 10 cm (2 inch x 4 inch) từ quả bóng Mylar dày của bạn. Tốt nhất, chúng nên rộng hơn một chút so với bàn là duỗi thẳng của bạn.

Đặt hai hình tròn chồng lên nhau, quấn các dải dày xung quanh đường viền và dùng máy duỗi tóc ép chúng lại. Thông thường, sau 5 giây Mylar tan chảy. Tôi kẹp máy duỗi tóc bằng dây chun và để ở trạng thái này trong 30-60 giây. Bằng cách này, bạn có thể khá chắc chắn rằng Mylar tan chảy toàn bộ và không có khoảng trống. Hãy tận hưởng quy trình này cho toàn bộ chu vi của quả bóng bay (điều này mất khoảng vĩnh viễn), ngoại trừ một phần, nơi bạn phải để lại một khoảng trống để có thể lấp đầy quả bóng bay. Vì bạn không thực sự muốn có một lỗ mở trơn cho quả bóng bay, bạn nên sử dụng cách mở của phong bì mylar dày, có lỗ mở một chiều dễ dàng cho phép lấp đầy.

Bây giờ bạn đã hoàn thành với phong bì của mình!

Điều xảo quyệt tiếp theo sẽ là vỏ bọc. Vật liệu được khuyến khích nhất là gỗ balsa, vì trọng lượng nhẹ của nó.

Bước 3: Làm vỏ máy

Gỗ balsa là vật liệu hoàn hảo để làm vỏ, vì nó trông đẹp và rất nhẹ! Tuy nhiên, điều đó đi kèm với một nhược điểm, nó không phải là cực kỳ mạnh mẽ. Tôi đã quản lý để phá vỡ quá nhiều trường hợp, nó là khá đáng tin cậy, nó chỉ cần một chút cẩn thận. Cách dễ nhất để xử lý balsa là cắt nó bằng dao mổ.

Chỉ cần sáng tạo và xem những gì bạn thích! Tôi đã thử nghiệm với nhiều hình dạng khác nhau và bản lề sống trông rất tuyệt (xem https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu… Bạn cũng có thể chọn hộp tiêu chuẩn, nó không thực sự quan trọng, miễn là bạn có thể đặt mọi thứ vào bên trong và gắn chốt cho động cơ.

Tôi quyết định uốn dải gỗ balsa thành hình vòng cung. Bạn có thể làm điều đó bằng cách lấy một bát to tròn chứa nước mới đun sôi và từ từ uốn dải bên trong của nó. Nếu bạn đặt một vật nặng như cốc lên trên và để nó trong nước 1-2 giờ, balsa sẽ uốn cong đẹp mắt. Khi nó bị uốn cong, hãy lấy nó ra và để khô (Xin lỗi vì tôi không có bất kỳ hình ảnh nào về điều đó, có lẽ tôi đã quá lười để chụp một số). Cắt hai nửa hình tròn từ gỗ balsa cho các bên.

Bạn có thể chỉ cần dán chốt vào vỏ bằng Epoxy. Đảm bảo rằng các động cơ hướng về phía trước, theo cách đó chúng là mạnh nhất. Đối với động cơ lên / xuống, hãy đục hai lỗ nhỏ ở dưới cùng của hộp, gắn động cơ vào hai chốt và đưa chúng qua các lỗ. Thêm một tấm khác và đặt qua tấm đó cũng làm cho nó ổn định hơn nhiều (xem hình ảnh với các thiết bị điện tử).

Bước 4: Điện tử

Các thành phần

Tôi nghĩ rằng sẽ thật tuyệt nếu có một quả bóng bay chụp ảnh và quay phim. Tôi cũng muốn phát hiện chướng ngại vật và ổn định.

Do đó, tôi đã thêm ba cảm biến siêu âm (1); hai để phát hiện mọi thứ ở phía trước bên trái và bên phải và một để đo khoảng cách tới trần nhà. Tôi không gặp vấn đề với sự can thiệp (mặc dù nó được đề cập trong bảng dữ liệu, sau đó bạn cần sử dụng chuỗi xem https://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf Điều quan trọng duy nhất là các cảm biến phải hướng ra đủ xa nhau, các hình nón không được chồng lên nhau vì sóng siêu âm đến từ các cảm biến gây nhiễu lẫn nhau. Điều đó khiến cảm biến phát hiện chướng ngại vật trong khi thực tế đó chỉ là một cảm biến khác phát ra âm thanh để thực hiện công việc đó.

Con quay hồi chuyển (2) ổn định chuyển động sau khi quay. Điều quan trọng là (không giống như trong Hình nơi mọi thứ chỉ được ném vào trong vỏ), bạn đã chọn một trục (trong trường hợp của tôi là Z) và căn chỉnh nó càng nhiều càng tốt để nó song song với mặt đất. Vì vậy chuyển động quay của quả bóng sẽ dẫn đến việc đo con quay hồi chuyển chỉ thay đổi trên giá trị Z. Rõ ràng là bạn có thể sử dụng một số phép toán ưa thích khác, nhưng điều này rất hiệu quả đối với tôi. Tôi chỉ cần gắn cảm biến vào tấm gỗ balsa và điều đó đã đủ để làm cho nó hoạt động.

GoPro (3) rất tuyệt vời để khởi tạo ảnh từ xa và cuối cùng là Cầu H (L293D) cho động cơ + đạo cụ (4). Đường dây điện của H-Bridge phải được kết nối trực tiếp với pin, đừng đi qua arduino vì động cơ tạo ra rất nhiều tiếng ồn! Điều này có thể làm cho các kết quả đọc từ các cảm biến không thể sử dụng được. Nhưng hãy nhớ kết nối mặt đất của H-Bridge với arduino. Hơn nữa, Cầu H phải được kết nối với Chân PMW để hoạt động bình thường.

Nếu dũng cảm, bạn có thể tháo cáp Mini-USB ra và thêm GoPro qua đầu nối USB vào mạch của mình bằng cách kết nối + với VCC trên adruino và mặt đất. Bằng cách đó, bạn có thể lấy hết pin của GoPro và tiết kiệm được kha khá trọng lượng! Điều này sẽ dẫn đến thời gian hoạt động ít hơn. Vì quả bóng bay không cần bất kỳ nguồn pin nào để theo kịp trong không khí, pin (3,7 V, 1000mAh là tốt) kéo dài khoảng 2 giờ với việc chụp ảnh không thường xuyên. Điều kỳ lạ là cùng một loại pin từ các công ty khác nhau có thể có trọng lượng khác nhau, vì vậy hãy cố gắng mua một viên có mAh càng nhiều càng tốt nhưng cũng nhẹ nhất.

Kết nối (Thành phần -> Arduino)

Cảm biến siêu âm

Nguồn + Mặt đất -> Arduino VCC và Mặt đất

BW -> A0, A1, A3 (không nhớ tại sao tôi bỏ qua A2, có lẽ không có lý do)

Con quay hồi chuyển + Gia tốc kế

Nguồn + Mặt đất -> Arduino VCC và Mặt đất

SDA (Ghim qua GND) -> Arduino SDA (A4)

SCL (Ghim qua SDA) -> Arduino SCL (A5)

Cầu H

Chân 4, 5, 12, 13 -> Arduino GND

Chân 1, 8, 9, 16 -> Arduino RAW

Chân 2 -> Chân 11 của Arduino

Chân 3 -> Động cơ 1.a

Chân 6 -> Động cơ 1.b

Chân 7 -> Chân 10 của Arduino

(Tương tự đối với Cầu H khác với Động cơ 2 + 3)

Tiếp theo mã!

Bước 5: Lập trình

Hướng dẫn nhanh

CÀI ĐẶT

Khởi tạo tất cả các mã PIN và các cảm biến

VÒNG

• Đầu tiên, nếu quả bóng bay không di chuyển trong một thời gian, nó sẽ chuyển động về phía trước (không chuyển động nào là nhàm chán),

  randommove = 1, sẽ kiểm tra điều đó ở cuối vòng lặp

• Sau đó kiểm tra xem chiều cao vẫn ổn (KeepHeight ()) và có khả năng tăng hoặc giảm, tôi đặt nó là 1m dưới trần nhà
• Nếu có vật gì đó gần hơn 150cm so với chướng ngại vật cần tránh, vì vậy hãy bắt đầu rẽ
• nếu cả hai cảm biến phát hiện thứ gì đó ở phía trước, quả bóng bay sẽ quay ngược lại
• sau khi quay, để tránh bị trôi, đối tác với các động cơ để giữ hướng và không quay nữa
• Cuối cùng thực hiện chuyển động về phía trước và sử dụng Con quay hồi chuyển để giữ thẳng trong khi bay trong 5 giây

Tôi khá chắc rằng có nhiều cách tốt hơn để đạt được những điều này, nếu bạn có gợi ý, hãy cho tôi biết!

Bước 6: Ghi chú cuối cùng

Có một số điều bạn cần biết về bóng bay heli, đây là

THÁCH THỨC KHI LÀM VIỆC VỚI BÓNG ĐÁ HELIUM

Mặc dù tôi yêu Diris của mình, nhưng bóng bay heli vẫn còn lâu mới hoàn hảo. Thử thách đầu tiên là lấy một quả bóng bay có kích thước phù hợp để nâng tất cả các thành phần. Thể tích của một quả bóng bay quyết định lượng khí heli mà nó có thể chứa được, tỷ lệ với lực hướng lên. Điều này hạn chế đáng kể sự lựa chọn của các thành phần. Hạn chế lớn nhất là pin; càng nhẹ thì tuổi thọ càng ngắn. Để có thể mang theo ít nhất bộ vi điều khiển, pin và một số động cơ, khinh khí cầu cần có đường kính tối thiểu là 90cm.

Thứ hai, bóng bay chứa đầy khí heli rất nhạy cảm với bất kỳ sự thay đổi nào của luồng không khí và nhiệt độ trong phòng. Khi bóng bay heli luôn trôi (nghĩa là không có cách nào để hoàn toàn đứng yên), chúng bị ảnh hưởng mạnh bởi bất kỳ luồng không khí và gió lùa nào. Tôi không có trải nghiệm tốt khi sử dụng bóng bay trong phòng máy lạnh.

Thứ ba, bởi vì việc dịch chuyển một quả bóng khí heli bao gồm việc thay đổi quán tính bằng cách kích hoạt các cánh quạt để tạo ra lực đẩy, một vài giây trôi qua giữa thời điểm bắt đầu chuyển động và thay đổi vị trí thực tế. Do đó, khinh khí cầu không thể phản ứng tốt với các tác động bên ngoài và việc nhanh chóng tránh chướng ngại vật cũng rất khó khăn.

Cuối cùng, vì heli nhẹ hơn không khí nên nó thoát ra từ từ từ bất kỳ loại vỏ nào. Do đó, quả bóng bay phải được bơm lại hàng ngày hoặc cách ngày tùy thuộc vào mức độ chống thấm khí của vỏ. Cũng có thể khá khó khăn khi đổ đầy một lượng khí heli vào một quả bóng bay để làm cho nó nổi hoàn toàn, tức là không rơi xuống cũng như không tăng độ cao. Nên đổ đầy bóng sao cho quá nhẹ và cân bằng với trọng lượng bổ sung, có thể dễ dàng cất cánh trở lại.