เครื่องบันทึกข้อมูลบอลลูนอากาศบนระดับความสูงขั้นสูงสุด: 9 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

บันทึกข้อมูลบอลลูนสภาพอากาศระดับความสูงสูงด้วยเครื่องบันทึกข้อมูลบอลลูนสภาพอากาศระดับความสูงสูงสุด

บอลลูนสภาพอากาศระดับความสูงสูง หรือที่เรียกว่าบอลลูนระดับความสูงหรือ HAB เป็นบอลลูนขนาดใหญ่ที่เต็มไปด้วยฮีเลียม ลูกโป่งเหล่านี้เป็นแพลตฟอร์มที่ช่วยให้การทดลอง ตัวรวบรวมข้อมูล หรือสิ่งใดๆ ในทางปฏิบัติสามารถไปยังอวกาศได้ ลูกโป่งมักจะสูงถึง 80,000 ฟุต และบางบอลลูนก็สูงถึง 100,000 ฟุต โดยทั่วไปแล้ว hab จะมีน้ำหนักบรรทุกที่มีร่มชูชีพ ตัวสะท้อนแสงเรดาร์ และแพ็คเกจ แพคเกจนี้มักประกอบด้วยกล้องและหน่วย GPS ที่ใช้ในการติดตามและกู้คืนบอลลูน

เมื่อบอลลูนขึ้นสูง ความดันจะลดลง ด้วยแรงกดนอกบอลลูนที่น้อยลง บอลลูนจะขยายออก และในที่สุดก็มีขนาดใหญ่มาก จึงปรากฏขึ้น! ร่มชูชีพจะส่งน้ำหนักบรรทุกกลับคืนสู่พื้น ซึ่งมักจะอยู่ห่างจากจุดปล่อยบอลลูนหลายไมล์

โรงเรียนของฉันใช้ลูกโป่งเหล่านี้เป็นประจำเพื่อจับภาพวิดีโอความโค้งของโลก ด้วยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความดันที่รุนแรง การแผ่รังสีปริมาณมาก และความเร็วลม ทำให้สามารถบันทึกข้อมูลที่น่าสนใจมากมายจากเที่ยวบินเหล่านี้

โครงการนี้เริ่มต้นเมื่อสี่ปีที่แล้วด้วยการสัมมนาเชิงเสวนาเกี่ยวกับอวกาศ การสัมมนาทำหน้าที่เป็นแรงบันดาลใจ เพื่อนของฉันตัดสินใจว่าพวกเขาต้องการเข้าถึงอวกาศ สัมผัสที่แตะต้องไม่ได้ พวกเขาตัดสินใจว่าวิธีที่จะไปถึงอวกาศจะใช้บอลลูนตรวจอากาศ ข้ามไปข้างหน้าสี่ปีต่อมาและเราได้เปิดตัวลูกโป่ง 16 ลูก พบแล้ว 15 ราย ซึ่งเป็นสถิติที่น่าประทับใจมากในการดึงบอลลูนตรวจอากาศ ปีนี้ฉันเริ่มเรียนมัธยมปลายและเข้าร่วมทีมปล่อยบอลลูนตรวจอากาศ เมื่อฉันรู้ว่าไม่มีการบันทึกข้อมูล ฉันจึงตั้งใจที่จะเปลี่ยนแปลงสิ่งนั้น เครื่องบันทึกข้อมูลเครื่องแรกของฉันคือ Arduino High Altitude Balloon Data Logger ที่ง่ายที่สุด เวอร์ชันใหม่นี้เก็บข้อมูลได้มากขึ้น ทำให้ได้รับชื่อ Ultimate ด้วยเหตุนี้ ระดับความสูง อุณหภูมิ ความเร็วลม อัตราการขึ้นและลง ละติจูด ลองจิจูด เวลา และวันที่จะถูกบันทึกและจัดเก็บไว้ในการ์ด microSD เวอร์ชันนี้ยังใช้บอร์ดที่สมบูรณ์แบบเพื่อเพิ่มความทนทานและลดความเสี่ยง การออกแบบทำขึ้นเพื่อให้สามารถเสียบ Arduino Nano ที่ด้านบนได้ ข้อมูลที่เก็บรวบรวมจากเครื่องบันทึกข้อมูลนี้ช่วยให้เรา นักเรียนได้สัมผัสถึงขอบของพื้นที่ เราสัมผัสสิ่งที่ไม่มีใครแตะต้องได้!

เครื่องบันทึกข้อมูลใหม่นี้ให้ข้อมูลมากกว่าเครื่องบันทึกแบบบอลลูนส่วนใหญ่ที่สามารถซื้อได้ นอกจากนี้ยังสามารถสร้างได้น้อยกว่า 80 เหรียญในขณะที่ร้านค้าที่ซื้อจะมีราคาสูงกว่า 200 เหรียญ มาเริ่มกันเลย!

ขั้นตอนที่ 1: ชิ้นส่วน โปรแกรม เครื่องมือ และไลบรารี

อะไหล่

Arduino - นาโนดีที่สุดเพราะสามารถเสียบไว้ด้านบนได้ ฉันเคยใช้ Arduino Uno กับสายไฟด้วย

ฉันขอแนะนำให้คุณใช้ Arduino ของแท้เพราะโคลนจำนวนมากอาจไม่ทำงานที่อุณหภูมิเย็นจัดที่เครื่องบันทึกข้อมูลสัมผัส อุณหภูมิที่หนาวที่สุดที่บันทึกไว้ในเที่ยวบินของเราคือ -58 ฟาเรนไฮต์ ด้วยการป้องกันสภาพอากาศที่เหมาะสมและเครื่องอุ่นมือ โคลนสามารถทำงานได้

$5-$22 (ขึ้นอยู่กับคุณภาพ)

store.arduino.cc/usa/arduino-nano

หน่วย GPS - ให้ข้อมูลเวลา วันที่ ความสูง การลง การขึ้น และความเร็วลม

ฉันขอแนะนำหน่วยนี้ หน่วย GPS ส่วนใหญ่ไม่ทำงานเกิน 60,000 ฟุต เนื่องจากบอลลูนระดับความสูงสูงขึ้น บอลลูนเหล่านั้นจึงไม่ทำงาน เมื่ออยู่ในโหมดเครื่องบิน หน่วยนี้ทำงานได้ถึง 160,000 ฟุต

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

$30

MicroSD Data Logger - นี้ถือการ์ด MicroSD และช่วยให้เราจัดเก็บข้อมูลที่เรารวบรวม

มีมากมายในตลาดและราคาถูกกว่าแน่นอน ฉันเลือกสิ่งนี้เพราะมันมีน้ำหนักเบา Sparkfun มีเอกสารประกอบที่ยอดเยี่ยมและใช้งานง่ายมาก เมื่อต่อกับพิน 0 และ 1 ฟังก์ชัน Serial.print จะเขียนลงไป ง่ายมาก!

www.sparkfun.com/products/13712

$15

เซ็นเซอร์อุณหภูมิ - ฉันใช้เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิภายนอก แต่สามารถเพิ่มอุณหภูมิจากภายในเพย์โหลดได้อย่างง่ายดาย

ฉันใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิ tmp36 เซ็นเซอร์แอนะล็อกนี้ทำงานโดยไม่มีคำสั่งหน่วงเวลา หน่วย gps ไม่สามารถทำงานได้โดยมีความล่าช้า ดังนั้นเซ็นเซอร์นี้จึงเหมาะอย่างยิ่ง ไม่ต้องพูดถึงว่าราคาถูกและต้องใช้พินอะนาล็อกเพียงอันเดียว นอกจากนี้ยังทำงานที่ 3.3 โวลต์ซึ่งเป็นสิ่งที่วงจรทั้งหมดทำงาน ส่วนประกอบนี้เป็นคู่ที่สมบูรณ์แบบโดยพื้นฐานแล้ว!

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

$1.50

ตัวต้านทาน 1k (2x) - ใช้สำหรับสายรับสัญญาณของเครื่องบันทึกข้อมูล GPS และ MicroSD

Arduino ให้ 5 โวลต์กับพินเหล่านี้ ตัวต้านทาน 1k จะลดแรงดันไฟฟ้าลงสู่ระดับที่ปลอดภัยสำหรับหน่วยเหล่านี้

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

75¢

LED - จะกะพริบทุกครั้งที่มีการรวบรวมข้อมูล (ไม่บังคับ)

Arduino และ MicroSd จะกะพริบทุกครั้งที่มีการรวบรวมข้อมูลเช่นกัน อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ทำให้ชัดเจนยิ่งขึ้น สายไฟบนนี้สามารถขยายได้เช่นกันเพื่อให้ไฟ LED ยื่นออกมา ใช้เพื่อให้แน่ใจว่ามีการบันทึกข้อมูล

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

1¢

Perf Board - ช่วยให้วงจรถาวรมากขึ้นและลดความเสี่ยงเนื่องจากสายไฟไม่สามารถหลุดออกได้ สามารถใช้เขียงหั่นขนมหรือ pcb แทนได้

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

50¢

ขั้วต่อแบตเตอรี่ - ฉันใช้แบตเตอรี่ขนาด 9 โวลต์ในการเปิดใช้ สิ่งนี้ติดแบตเตอรี่เข้ากับวงจร ฉันประสานข้อต่อของสายจัมเปอร์เข้ากับสิ่งเหล่านี้เพื่อให้เชื่อมต่อได้ง่ายขึ้น

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

70¢

Micro Toggle Switch - ฉันใช้สิ่งนี้เพื่อเปิดเครื่อง วิธีนี้ช่วยให้ฉันสามารถเสียบแบตเตอรี่ไว้ในขณะที่ยังปิดระบบอยู่ (ไม่บังคับ)

ฉันกอบกู้เหมืองจากตะเกียงพระจันทร์ ไมโครสวิตช์จะทำงาน

MicroSwitchLink

20¢

ส่วนหัวชายและหญิง - ใช้สิ่งเหล่านี้เพื่อให้ส่วนประกอบต่างๆ เช่น GPS และ Arduino แยกออกจากวงจร (ที่แนะนำ)

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

การ์ด MicroSD - ฉันอยากจะแนะนำการ์ดขนาด 4-16 กิกะไบต์ บันทึกไม่ใช้พื้นที่มาก

เครื่องบันทึกข้อมูลของฉันทำงานตั้งแต่ 6:30 น. ถึง 13:30 น. และใช้พื้นที่เพียง 88 กิโลไบต์ นั่นน้อยกว่า 1/10 ของเมกะไบต์

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

$7

แหล่งพลังงาน - อวกาศเย็น ดังนั้นแบตเตอรี่ของเหลวจะหยุดนิ่ง ซึ่งหมายความว่าไม่มีแบตเตอรี่อัลคาไลน์ แบตเตอรี่ลิเธียมใช้งานได้ดี! ฉันใช้แบตเตอรี่ 9v

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

$1

ค่าใช้จ่ายทั้งหมดมาอยู่ที่ $79.66! คนตัดไม้เชิงพาณิชย์มีราคาประมาณ 250 ดอลลาร์ ดังนั้นให้พิจารณาว่านี่เป็นส่วนลด 68% คุณอาจมีรายการเหล่านี้มากมาย เช่น Arduino, Sd Card ฯลฯ ซึ่งช่วยลดต้นทุน ไปสร้างกันเลย

โปรแกรม

โปรแกรมเดียวที่จำเป็นคือ Arduino IDE นี่คือภาษา Arduino ดั้งเดิมและใช้เพื่ออัปโหลดโค้ด เขียนโค้ด และสำหรับการทดสอบ คุณสามารถดาวน์โหลดซอฟต์แวร์ได้ฟรีที่นี่:

ห้องสมุด

เราใช้สองไลบรารีในร่างนี้ ไลบรารี NeoGPS ใช้เพื่อโต้ตอบกับหน่วย GPS ไลบรารีซีเรียลของซอฟต์แวร์ช่วยให้สามารถสื่อสารแบบอนุกรมบนพินเพิ่มเติมได้ เราเชื่อมต่อกับทั้งเครื่องบันทึกข้อมูล GPS และ MicroSd โดยใช้การสื่อสารแบบอนุกรม

NeoGPS

SoftwareSerial - สามารถใช้ไลบรารีซีเรียลของซอฟต์แวร์ใดก็ได้ ฉันมีอันนี้ดาวน์โหลดดังนั้นฉันจึงใช้มัน

ต้องการความช่วยเหลือในการติดตั้งไลบรารี่หรือไม่? อ่านเรื่องนี้:

เครื่องมือ

หัวแร้ง - หัวแร้งจะต้องต่อเข้ากับส่วนประกอบหลายๆ ส่วน และใช้หัวแร้งเพื่อยึดส่วนประกอบเข้ากับบอร์ดแบบเพอร์ฟต์และสร้างแทร็ก

ประสาน - ใช้ร่วมกับหัวแร้ง

ขั้นตอนที่ 2: การรวมวงจรเข้าด้วยกัน

คุณจะต้องประสานส่วนหัวเข้ากับส่วนประกอบบางอย่าง เรียนรู้วิธีทำได้ที่นี่:

ทำตามแผนผังบอร์ดหรือบอร์ด perf ด้านบน อย่าแนบกราวด์ของเซ็นเซอร์อุณหภูมิกับกราวด์ของ GPS หรือเครื่องบันทึกข้อมูล microSD เพราะจะทำให้ข้อมูลอุณหภูมิของคุณเสียหาย หากคุณกำลังใช้บอร์ดที่สมบูรณ์แบบ ดูบทช่วยสอนนี้เกี่ยวกับวิธีสร้างแทร็ก นี่คือเทคนิคหนึ่ง

ระวังเมื่อติดส่วนประกอบ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณมีขั้วและหมุดที่ถูกต้อง ตรวจสอบการเชื่อมต่อของคุณสองครั้ง!

Arduino - GPS3.3v --- VCC

GND --- GND

D3 ----- ตัวต้านทาน 1k ----- RX

D4 ------ TX

Arduino -- OpenLog

รีเซ็ต --- GRN

D0 ---- TXD1 ---- ตัวต้านทาน 1k ---- RX

3.3v ----- VCC

GND ---- GND

GND ---- BLK

Arduino - Temp Sensor - ใช้รูปภาพด้านบนเพื่อระบุว่าขาไหนคือขา

3.3v ------ VCC

GND ---- GND (ควรอยู่บนขา Arduino ของตัวเองหรือต่อกับแหล่งจ่ายไฟ GND หากต่อกับ GPS หรือตัวบันทึก ข้อมูลอุณหภูมิจะบิดเบือน)

สัญญาณ --- A5

Arduino -- LED

D13 ------ + (ขายาว)

GND ------ - (ขาสั้น)

Arduino - ขั้วต่อแบตเตอรี่

Vin ---- ไมโครสวิตช์สลับ ---- บวก (สีแดง)

GND ----- เนกาทีฟ (สีดำ)

ขั้นตอนที่ 3: การเขียนโปรแกรม

เราใช้สองไลบรารีในโปรแกรมนี้คือ NeoGPS และ SoftwareSerial สามารถดาวน์โหลดได้จากหน้าชิ้นส่วนของคำแนะนำนี้ เมื่อเชื่อมต่อ GPS เข้ากับโปรแกรม Arduino โดยปกติแล้วจะใช้ไลบรารี TinyGPS อย่างไรก็ตาม ฉันไม่สามารถใช้งานได้กับ GPS ที่เราใช้

ไลบรารี SoftwareSerial ช่วยให้เราเชื่อมต่ออุปกรณ์สองเครื่องกับ Arduino ผ่านการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของซอฟต์แวร์ ทั้งเครื่องบันทึกข้อมูล GPS และ MicroSD ใช้สิ่งนี้ ไลบรารีอื่นสามารถทำได้เช่นกันและควรทำงานกับโค้ด ฉันมีเครื่องนี้อยู่แล้วในคอมพิวเตอร์และใช้งานได้ ดังนั้นฉันจึงใช้มัน

รหัสนี้อ้างอิงจากเครื่องบันทึกข้อมูลล่าสุดของฉัน การเปลี่ยนแปลงหลักคือการเพิ่มเซ็นเซอร์อุณหภูมิ GPS อิงจากดาวเทียม ซึ่งหมายความว่า GPS ต้องเชื่อมต่อกับดาวเทียมก่อนจึงจะสามารถแสดงข้อมูลได้ ล็อคประกอบด้วย GPS ที่เชื่อมต่อกับดาวเทียมสี่ดวง หมายเหตุโดยย่อว่ายิ่งเชื่อมต่อดาวเทียมกับ GPS มากเท่าใด ข้อมูลที่ได้รับก็จะยิ่งแม่นยำมากขึ้นเท่านั้น โปรแกรมจะพิมพ์จำนวนดาวเทียมที่เชื่อมต่อกับข้อมูลแต่ละบรรทัด มันเชื่อมต่อกับดาวเทียมสิบสองดวงสำหรับเที่ยวบินส่วนใหญ่ของฉัน

อาจต้องเปลี่ยนโปรแกรมเพื่อให้ใช้งานได้ แม้ว่าโค้ดทั้งหมดจะสามารถแก้ไขได้ แต่ขอแนะนำให้เปลี่ยนเขตเวลา เวลาระหว่างการอ่าน และหน่วยวัดอุณหภูมิ บอลลูนอากาศทั่วไปจะลอยอยู่ในอากาศประมาณสองชั่วโมง GPS รับข้อมูลจากดาวเทียมทุกวินาที ซึ่งหมายความว่า หากเราจัดเก็บข้อมูลทุกชิ้นที่ส่ง เราจะมีการอ่านค่า 7,000 ครั้ง เนื่องจากฉันไม่มีความสนใจในการสร้างกราฟรายการข้อมูล 7,000 รายการ ฉันจึงเลือกที่จะบันทึกการอ่านทุกๆ 30 ครั้ง สิ่งนี้ให้จุดข้อมูล 240 จุดแก่ฉัน ตัวเลขที่สมเหตุสมผลกว่าเล็กน้อย

คุณอาจสงสัยว่าเหตุใดเราจึงใช้ตัวแปร i และคำสั่ง if เพื่อบันทึกการอ่านทุกๆ 30 ครั้ง แทนที่จะใช้เพียงคำสั่งล่าช้าและรอ 30 วินาที คำตอบคือ การอ่านค่า GPS นั้นละเอียดอ่อนมาก การหน่วงเวลา 30 วินาทีหมายความว่า GPS ไม่ได้จับทุกชุดข้อมูลและทำให้ข้อมูลของเรายุ่งเหยิง

คุณจะต้องเปลี่ยนค่าเหล่านี้เป็นค่าออฟเซ็ตจาก Coordinated Universal Time (UTC)

หากคุณไม่รู้จักของคุณ คุณสามารถค้นหาได้ที่นี่

ค่าคงที่ int32_t

zone_hours = -8L; // PST

ค่าคงที่ int32_t

zone_minutes = 0L; // มักจะเป็นศูนย์

บรรทัดนี้ควรเปลี่ยนเป็นความถี่ที่คุณต้องการบันทึกการอ่าน ฉันตั้งค่าของฉันสำหรับการอ่านทุก ๆ 30 วินาที

ถ้า (i == 30) {

หากคุณไม่ได้อาศัยอยู่ในสหรัฐอเมริกา คุณอาจต้องการวัดอุณหภูมิเป็นเซลเซียส เมื่อต้องการทำสิ่งนี้ ให้ uncomment บรรทัดนี้:

// Serial.print("องศา C"); // uncomment ถ้าคุณต้องการเซลเซียส

// Serial.println(degreesC); // uncomment ถ้าคุณต้องการเซลเซียส

หากคุณไม่ต้องการอ่านฟาเรนไฮต์ ให้แสดงความคิดเห็นดังนี้:

Serial.print("องศา F"); // แสดงความคิดเห็นหากคุณไม่ต้องการฟาเรนไฮต์ Serial.println(degreesF); //คอมเม้นถ้าไม่อยากฟาเรนไฮต์

รหัสไม่อัปโหลด?

Arduino ต้องถูกตัดการเชื่อมต่อจากวงจรในขณะที่กำลังอัปโหลดรหัสใหม่ Arduino ถูกส่งรหัสใหม่ผ่าน Serial Communication บนพิน D0 และ D1 หมุดทั้งสองนี้เป็นหมุดที่ใช้สำหรับเครื่องบันทึกข้อมูล MicroSd ซึ่งหมายความว่าต้องตัดการเชื่อมต่อเครื่องบันทึกข้อมูล MicroSD เพื่ออัปโหลดรหัส

ขั้นตอนที่ 4: การทดสอบ

เมื่อทำการเชื่อมต่อทั้งหมดและอัปโหลดรหัสแล้ว ก็ถึงเวลาทดสอบเครื่องบันทึกข้อมูลของเรา ในการดำเนินการนี้ ให้เสียบ Arduino เข้ากับคอมพิวเตอร์ในลักษณะเดียวกับที่คุณจะอัปโหลดโค้ด ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพอร์ตอนุกรมถูกต้อง จากนั้นเปิด Serial Monitor หากทำการเชื่อมต่อทั้งหมดอย่างถูกต้อง สิ่งนี้จะแสดง:

NMEAloc. INO: startfix ขนาดวัตถุ = 31 ขนาดวัตถุ NMEAGPS = 84 กำลังค้นหาอุปกรณ์ GPS บน SoftwareSerial (RX pin 4, TX pin 3) High Altitude Weather Balloon Data Logger โดย Aaron Price

เวลา ละติจูด ลองจิจูด SAT ความเร็วลม ความเร็วลม ระดับความสูง (องศา) (องศา) นอต mph cm -------------------------------- -------------------------------------------------- ------------------------------

หากเสียบ GPS ไม่ถูกต้อง สิ่งนี้จะแสดงขึ้น:

การตั้งค่าโหมดการบิน uBlox: B562624240FFFF63000010270050FA0FA06402C10000000000000016DC * การอ่านการตอบสนอง ACK: (ล้มเหลว!)

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไฟ LED กะพริบทุกครั้งที่มีข้อมูลใหม่เข้าสู่ Serial Monitor เครื่องบันทึกข้อมูล MicroSd จะกะพริบทุกครั้งที่บันทึกข้อมูล

คุณจะสังเกตเห็นว่า GPS กำลังส่งเครื่องหมายคำถามเดียวมาให้คุณ เนื่องจากหน่วย GPS ใช้เวลาในการเริ่มต้นและเชื่อมต่อกับดาวเทียม หน่วยนี้มักใช้เวลาประมาณแปดนาทีในการเริ่มส่งข้อมูลทั้งหมดให้ฉัน ภายในเวลาประมาณห้าวัน ระบบจะเริ่มส่งข้อมูลวันที่และเวลาให้คุณตามด้วยเครื่องหมายคำถาม สองสามจุดแรกอาจไม่ถูกต้อง แต่จะแสดงวันที่และเวลาที่ถูกต้อง หากคุณไม่ได้รับวันที่และเวลาของคุณ โปรดดูรหัสเพื่อให้แน่ใจว่าเขตเวลาที่ถูกต้องได้รับการแก้ไข อ่านส่วนการเขียนโปรแกรมของคำแนะนำนี้เพื่อเรียนรู้วิธีการทำเช่นนั้น

ในที่สุด Serial Monitor จะแสดงข้อมูลทั้งหมด คัดลอกและวางละติจูดและลองจิจูดและเตรียมตกใจกับผลลัพธ์ ความแม่นยำนั้นน่าทึ่งมาก!

ตรวจสอบข้อมูลอุณหภูมิเพื่อให้แน่ใจว่าถูกต้อง หากอุณหภูมิกำลังอ่านเป็นตัวเลขที่ไม่สมจริงอย่างไม่มีการลด (160+) แสดงว่าไม่ได้เสียบปลั๊กหรือเสียบเซ็นเซอร์อุณหภูมิอย่างไม่ถูกต้อง อ้างถึงแผนผัง หากการอ่านอุณหภูมิมีความผันผวนหรือสูงกว่าที่ควรจะเป็น (เช่น อุณหภูมิ 65 องศาฟาเรนไฮต์และเซ็นเซอร์รายงานว่าเป็น 85) แสดงว่าเซ็นเซอร์อาจใช้หมุดกราวด์ร่วมกับ GPS, เครื่องบันทึกข้อมูล microSD หรือทั้งสองอย่าง เซ็นเซอร์อุณหภูมิควรมีพินกราวด์ของตัวเองหรือใช้พินกราวด์ร่วมกับกราวด์อินพุตเท่านั้น

ตอนนี้คุณต้องฟอร์แมตและล้างการ์ด microSD ของคุณ เราต้องการไฟล์ประเภท fat16 หรือ fat32 ฉันทำตามบทช่วยสอนนี้โดย GoPro:

ต่อไป ทดสอบวงจรโดยไม่ต้องต่อคอมพิวเตอร์ เสียบการ์ด microSD ลงในเครื่องบันทึกข้อมูลและใช้แหล่งพลังงานเพื่อให้พลังงาน Arduino ปล่อยให้มันทำงานเป็นเวลายี่สิบนาทีแล้วถอดสายไฟ ถอดการ์ด microSD และเสียบเข้ากับคอมพิวเตอร์ของคุณ คุณควรเห็นไฟล์กำหนดค่าถูกสร้างขึ้น (จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อไม่ได้สร้างไฟล์กำหนดค่าก่อนหน้า) ทุกครั้งที่รีเซ็ตหรือเสียบ Arduino จะสร้างไฟล์ใหม่

ไลบรารีและเวอร์ชันใหม่ของ Arduino IDE ได้รับการเผยแพร่ตั้งแต่มีแนวคิดของโครงการนี้ ด้วยเหตุนี้ ผู้ใช้หลายคนจึงได้รับข้อความแสดงข้อผิดพลาดที่น่ารังเกียจ ผู้ใช้ RahilV2 ประสบปัญหานี้และพบวิธีแก้ไข

"ฉันได้แก้ไขข้อผิดพลาดเริ่มต้นแล้วและเป็นเพราะ. INO ใช้ชื่อพอร์ต gps เก่าซึ่งก็คือ 'gpsPort' แทนที่จะเป็น 'gps_port' สัญลักษณ์ตัวประมวลผลล่วงหน้าก็เปลี่ยนไปด้วย ตอนนี้โปรแกรมตัวอย่างทั้งหมดใช้ 'GPS_PORT_NAME' แทน ' USING_GPS_PORT'"

ขอบคุณ RahilV2!

ขั้นตอนที่ 5: การปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

หมายเหตุถึงผู้ที่ใช้บอร์ด perf การวางวงจรบนพื้นผิวโลหะจะทำให้วงจรลัดวงจร ฉันใช้ท่อพลาสติกรอบสลักเกลียวเพื่อแขวนบอร์ดที่สมบูรณ์แบบไว้เหนือแผ่นพลาสติก คุณสามารถติดกาวด้านล่าง ติดกระดาษแข็งหรือโฟม หรือใช้บรรจุภัณฑ์ที่ไม่นำไฟฟ้า คุณสามารถพิมพ์ 3 มิติท่อพลาสติกเหล่านี้เพื่อเลื่อนสลักเกลียวของคุณได้จากที่นี่:

ฉันแนบส่วนหัวของเพศหญิงเข้ากับบอร์ดที่สมบูรณ์แบบซึ่ง GPS ตั้งอยู่เพื่อให้ GPS หลุดออกจากวงจรได้อย่างง่ายดาย หน่วย GPS มีความเปราะบาง เสาอากาศแบบชิปสามารถแตกได้และตัวเครื่องไวต่อไฟฟ้าสถิต ฉันไม่ได้มีหน่วยใด ๆ เหล่านี้แตก ฉันเก็บ GPS ไว้ในกระเป๋าที่มีฉนวนป้องกันไฟฟ้าสถิตซึ่งมีไว้เพื่อให้ GPS ได้รับการปกป้อง

ไม่ว่าคุณจะใช้เขียงหั่นขนมหรือเพียงแค่สายจัมเปอร์สำหรับขั้วต่อแบตเตอรี่ ฉันขอแนะนำให้ใช้กาวร้อนเพื่อให้แน่ใจว่าสายจัมเปอร์ติดอยู่ในซ็อกเก็ต คงจะเป็นเรื่องแย่สำหรับคุณที่จะกู้บอลลูนกลับคืนมาและพบว่ามันไม่ได้ล็อกเพราะว่าสายจัมเปอร์หลุดออกมา

ขอแนะนำให้ใช้เครื่องอุ่นมือเพราะจะทำให้ทุกอย่างอุ่นและทำงานได้ ฉันมักจะขยายความยาวของขั้วต่อแบตเตอรี่เพื่อให้ฉันสามารถเก็บแบตเตอรี่ในช่องแยกต่างหากจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ฉันวางเครื่องอุ่นมือลงบนแบตเตอรี่โดยตรง แม้ว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องใช้เครื่องอุ่นมือ แต่ฉันขอแนะนำให้ใช้ วางเครื่องอุ่นมือไว้ใกล้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ยึดเครื่องอุ่นมือไว้เพื่อไม่ให้สัมผัสกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ความร้อนที่แผ่ออกมาจากเครื่องอุ่นมือก็เพียงพอแล้วในการรักษาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ให้อยู่ในสภาพดี

ขั้นตอนที่ 6: เปิดตัว

ฉันมักจะเสียบเครื่องบันทึกข้อมูลเข้ากับคอมพิวเตอร์ของฉันประมาณยี่สิบนาทีก่อนที่เราจะปล่อยบอลลูน ไม่จำเป็นต้องเสียบตัวล็อกเกอร์เข้ากับคอมพิวเตอร์ ฉันทำเช่นนี้เพื่อให้แน่ใจว่า GPS กำลังทำงานและฉันมีระบบล็อคดาวเทียม เมื่อตัวตัดไม้แสดงข้อมูลทั้งหมดแล้ว ฉันจะพลิกสวิตช์สลับและตัดการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ เนื่องจากวงจรมีแหล่งพลังงานอยู่เสมอ GPS จึงยังคงร้อนและยังคงบันทึกอย่างต่อเนื่องด้วยการล็อคดาวเทียม สิ่งนี้จะสร้างไฟล์ใหม่บนการ์ด microSD

เราปล่อยบอลลูนเวลา 6.58 น. เราวางแผนที่จะเปิดตัวก่อนหน้านี้ แต่บอลลูนแรกของเราเกิดการฉีกขาด เราลืมท่อของเราที่จะติดบอลลูนเข้ากับถังฮีเลียม ดังนั้นเราจึงติดบอลลูนเข้ากับหัวฉีดของถังฮีเลียมโดยตรง การสั่นสะเทือนของหัวฉีดทำให้เกิดการฉีกขาดในบอลลูน โชคดีที่เราเอาบอลลูนสำรองมาด้วย เราใช้สายยางสำหรับทำสวนเป็นท่อแบบชั่วคราวและได้ผล!

แพคเกจประกอบด้วยกล่องอาหารกลางวันหุ้มฉนวน เครื่องบันทึกข้อมูลนั่งข้างในพร้อมกับเครื่องอุ่นมือ รูในกล่องอาหารกลางวันช่วยให้กล้องอยู่ในกล่องอาหารกลางวันโดยที่ยังคงมุมมองที่ไม่มีอะไรมาบดบังเราใช้ GoPro Session สำหรับการเปิดตัวครั้งนี้ ได้ถ่ายรูปการเดินทาง! ที่ด้านข้างและด้านบนของกล่องอาหารกลางวันมีหน่วย GPS SPOT สองหน่วย เราใช้สิ่งเหล่านี้เพื่อติดตามพัสดุของเรา ช่องเล็กๆ ถูกทำขึ้นที่ด้านข้างของกล่องอาหารกลางวันเพื่อให้เซ็นเซอร์อุณหภูมิยื่นออกมา โดยเผยให้เห็นอากาศภายนอก

ขั้นตอนที่ 7: การกู้คืน

ฉันใช้แบตเตอรี่ Duracell 9v ในการเปิดตัวครั้งล่าสุด ฉันวัดแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่เป็น 9.56 โวลต์ก่อนเสียบเข้ากับเครื่องบันทึกข้อมูล ฉันเสียบปลั๊กแบตเตอรี่เวลาประมาณ 6.30 น. หลังจากบอลลูนลงจอด ฟื้นแล้ว ขับกลับโรงเรียน เปิดหีบห่อแล้ว เวลา 13.30 น. ฉันเปิดเพย์โหลดเพื่อค้นหาว่าตัวบันทึกข้อมูลยังคงบันทึกอยู่! จากนั้นฉันวัดแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ 9v เมื่อใช้แบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้าจะลดลง ตอนนี้แบตเตอรี่อยู่ที่ 7.5 โวลต์ หลังจากบันทึกข้อมูลได้เจ็ดชั่วโมง แบตเตอรี่ก็ยังอยู่ในสภาพที่ดี

บอลลูนและหีบห่อตกลงไปทางใต้ของราโมนาในหุบเขาเล็กๆ ทีมพักฟื้นขับรถไปประมาณ 1 ชั่วโมงแล้วเดินขึ้นไปตามทางที่เหลือ ไม้เลื้อยพิษและอุณหภูมิที่ร้อนจัดเป็นอุปสรรค แต่พวกเขาก็ยังอดทนและสามารถกู้บอลลูนกลับคืนมาได้ พวกเขากลับมาที่โรงเรียนและยื่นพัสดุให้ฉัน ฉันรู้สึกประหลาดใจที่เครื่องบันทึกข้อมูลยังคงทำงานอยู่ สิ่งนี้ทำให้ฉันมองโลกในแง่ดี ฉันถอดแบตเตอรี่ออกและดึงการ์ด microSD ออกอย่างระมัดระวัง จากนั้นฉันก็วิ่งไปที่คอมพิวเตอร์ของฉัน นี่เป็นส่วนที่น่าตื่นเต้นและน่าตื่นเต้นที่สุดของการเดินทางสำหรับฉัน เครื่องบันทึกข้อมูลทำงานหรือไม่ ฉันค้นกระเป๋าเป้สะพายหลังเพื่อหาอะแดปเตอร์การ์ด SD สองเที่ยวบินสุดท้ายที่คนตัดไม้หยุดทำงานที่ 40,000 ฟุต เพราะฉันตั้ง GPS ไว้ในโหมดเครื่องบินอย่างไม่ถูกต้อง เนื่องจากวิธีเดียวที่ฉันสามารถเข้าถึงความสูงได้มากกว่า 40,000 ฟุตคือการใช้บอลลูนตรวจอากาศ ฉันไม่รู้ว่ารหัสใหม่ของฉันจะได้ผลหรือไม่

ฉันเสียบการ์ด microSD เข้ากับคอมพิวเตอร์ เปิดไฟล์ และเห็นบันทึกที่เต็มไปด้วยข้อมูล ฉันเริ่มเลื่อนดูข้อมูล… สำเร็จ!! บันทึกดำเนินต่อไปตลอดเที่ยวบิน

ขั้นตอนที่ 8: การวิเคราะห์และวิทยาศาสตร์

นิพจน์ "สามเท่าของเสน่ห์" เป็นจริง เราบันทึกข้อมูลสำหรับเที่ยวบินทั้งหมด! บอลลูนขึ้นไปถึงระดับความสูงสูงสุด 91, 087 ฟุต และอุณหภูมิที่เย็นที่สุดอยู่ที่ -58 องศาฟาเรนไฮต์

ข้อมูลของเรายืนยันและสอดคล้องกับวิทยาศาสตร์ที่เป็นที่รู้จักมากมาย ตัวอย่างเช่น ด้านล่างของสตราโตสเฟียร์อยู่ที่ -40 ถึง -58 องศาฟาเรนไฮต์ ขณะที่อยู่ที่จุดสูงสุดของเที่ยวบิน อุณหภูมิอยู่ที่ -1.75 องศาฟาเรนไฮต์ มนุษย์อาศัยอยู่ในชั้นบรรยากาศชั้นต่ำสุดของโลกที่เรียกว่าโทรโพสเฟียร์ ในชั้นโทรโพสเฟียร์ อุณหภูมิจะลดลงเมื่อความสูงเพิ่มขึ้น สิ่งที่ตรงกันข้ามคือความจริงในสตราโตสเฟียร์ อันที่จริงยอดสตราโตสเฟียร์อาจสูงกว่าศูนย์ห้าองศา

ฉันรู้สึกประหลาดใจที่บอลลูนลอยขึ้นไปในลักษณะเชิงเส้น ฉันคิดว่าเมื่อบรรยากาศบางลง ความเร็วในการขึ้นบอลลูนก็จะเปลี่ยนไป อย่างไรก็ตาม ฉันไม่แปลกใจเลยที่เส้นโค้งในความเร็วที่ตกลงมาของบอลลูน สมมติฐานของฉันว่าทำไมบอลลูนตกลงมาอย่างรวดเร็วแล้วค่อย ๆ ช้าลงนั้นเกี่ยวข้องกับร่มชูชีพ ที่จุดสุดยอดมีอากาศน้อยมากที่ฉันคิดว่าร่มชูชีพไม่มีประสิทธิภาพ ร่มชูชีพใช้แรงต้านของอากาศและแรงเสียดทานค่อยๆ ตกลงสู่พื้น ดังนั้นหากมีอากาศเพียงเล็กน้อย ร่มชูชีพก็ไม่มีประสิทธิภาพ เมื่อบรรจุภัณฑ์ลดต่ำลง แรงต้านของอากาศจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากมีแรงดันอากาศและอากาศมากขึ้น ส่งผลให้ร่มชูชีพมีประสิทธิภาพมากขึ้นและแพ็คเกจลดลงช้าลง

เนื่องจากอุณหภูมิและความเร็วลม ฉันจึงประกาศว่าระดับความสูงที่แย่ที่สุดที่จะอยู่คือ 45, 551 ฟุต ที่ระดับความสูงนี้ พัสดุมีอากาศหนาวเย็น -58 องศาฟาเรนไฮต์ หากยังไม่พอ ลมก็พัดแรงถึง 45 ไมล์ต่อชั่วโมง ในขณะที่ฉันมีปัญหาในการหาข้อมูลผลกระทบของลมที่มีต่อความหนาวเย็นจากลมที่อุณหภูมินี้ ฉันพบว่าสภาพอากาศ -25 องศาฟาเรนไฮต์ที่มีลมความเร็ว 45 ไมล์ต่อชั่วโมงทำให้เกิดความหนาวเย็นจากลมที่ -95 องศา ฉันยังค้นพบว่าอุณหภูมิลมหนาวที่ -60 องศาทำให้เนื้อสัมผัสแข็งใน 30 วินาที อย่างไรก็ตาม นี่อาจไม่ใช่จุดพักผ่อนในอุดมคติ ดังที่เห็นในภาพด้านบน มีวิวที่ยอดเยี่ยมจากระดับความสูงนี้! เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ windchill ที่นี่:

ฉันไม่สามารถแสดงและศึกษาข้อมูลนี้ได้หากไม่ได้รับความช่วยเหลือจากพี่สาวที่ทำการป้อนข้อมูลทั้งหมด 240 บรรทัด ข้อดีของการมีน้อง:)

ขั้นตอนที่ 9: สรุป

นี่คือความสำเร็จที่แน่นอน เราบันทึกข้อมูลความสูง อุณหภูมิ ความเร็วลม อัตราการขึ้น อัตราการลง เวลา วันที่ ละติจูด และลองจิจูดในเที่ยวบินทั้งหมด นี่เป็นสิ่งที่ต้องมีสำหรับนักเล่นบอลลูนบนที่สูงและนักยิงปืนกลครั้งแรก!

หลังจากปล่อยบอลลูนมาสี่ปี ในที่สุดเราก็บันทึกข้อมูลเที่ยวบินทั้งหมด ในที่สุดเราก็พบว่าลูกโป่งของเราบินได้สูงแค่ไหน เราเข้าใกล้พื้นที่มากขึ้นอีกนิด เราเข้าใกล้สิ่งที่ไม่มีใครแตะต้องได้มากขึ้น!

อีกแง่มุมที่ยอดเยี่ยมของ Data Logger คือข้อมูลทั้งหมดมีการประทับเวลา ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถจัดเรียงข้อมูลกับภาพถ่ายที่ถ่ายระหว่างการเดินทาง ซึ่งช่วยให้คุณทราบระดับความสูงและตำแหน่งที่แน่นอนในการถ่ายภาพแต่ละภาพ!

โครงการนี้ง่ายต่อการทำซ้ำและปรับเปลี่ยนเพื่อวัตถุประสงค์ของคุณเอง เพิ่มเซ็นเซอร์อุณหภูมิ เซ็นเซอร์ความดันและความชื้น ตัวนับ geiger ได้อย่างง่ายดาย โอกาสไม่มีที่สิ้นสุด ตราบใดที่เซ็นเซอร์สามารถใช้งานได้โดยไม่ชักช้าก็ควรทำงาน!

ขอบคุณที่สละเวลาอ่านคำแนะนำนี้ ฉันสนุกกับการตอบคำถาม การตอบกลับความคิดเห็น และเคล็ดลับและแนวคิดที่เป็นประโยชน์ ดังนั้นโปรดทิ้งในส่วนความคิดเห็นด้านล่าง

คำแนะนำนี้ยังอยู่ในการแข่งขันบางรายการ โปรดโหวตหากคุณชอบหรือเรียนรู้สิ่งใหม่! การได้รับรางวัลทำให้ฉันได้รับเครื่องมือใหม่ๆ เพื่อสร้างโครงการที่ดีและก้าวหน้ายิ่งขึ้น

วิ่งขึ้นในความท้าทายที่ไม่มีใครแตะต้อง

รางวัลใหญ่ในการประกวด Explore Science Contest 2017