SSTV Capsule สำหรับบอลลูนระดับความสูง: 11 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

โครงการนี้เกิดขึ้นหลังจากบอลลูน ServetI ในฤดูร้อนปี 2017 โดยมีแนวคิดในการส่งภาพแบบเรียลไทม์จากสตราโตสเฟียร์มายังโลก รูปภาพที่เราถ่ายนั้นถูกเก็บไว้ในหน่วยความจำของ rpi และหลังจากนั้น รูปภาพเหล่านั้นก็ถูกส่งไปเนื่องจากถูกแปลงเป็นสัญญาณเสียง ควรส่งรูปภาพทุก ๆ 'x' ไปยังสถานีควบคุม นอกจากนี้ยังแนะนำว่าภาพเหล่านี้จะให้ข้อมูลเช่นอุณหภูมิหรือความสูงตลอดจนการระบุตัวตนเพื่อให้ใครก็ตามที่ได้รับภาพสามารถรู้ว่ามันเกี่ยวกับอะไร

โดยสรุป Rpi-z ถ่ายภาพและรวบรวมค่าของเซ็นเซอร์ (อุณหภูมิและความชื้น) ค่าเหล่านี้ถูกเก็บไว้ในไฟล์ CSV และต่อมา เราสามารถใช้มันเพื่อทำกราฟิกได้ แคปซูลส่งภาพ SSTV โดยใช้รูปแบบแอนะล็อกผ่านวิทยุ เป็นระบบเดียวกับที่สถานีอวกาศนานาชาติใช้ แต่ภาพของเรามีความละเอียดน้อยกว่า ด้วยเหตุนี้จึงใช้เวลาน้อยลงในการส่งภาพ

ขั้นตอนที่ 1: สิ่งที่เราต้องการ

-สมอง Pi-Zero: https://shop.pimoroni.com/products/raspberry-pi-ze… 10$-Clock:

Rtc DS3231

-เซ็นเซอร์อุณหภูมิและเซ็นเซอร์ความดันบรรยากาศ: BMP180-โมดูลวิทยุ:DRA818V

เพียงไม่กี่องค์ประกอบ:

-10UF ตัวเก็บประจุแบบไฟฟ้า x2

-0.033UF ตัวเก็บประจุแบบเซรามิกเดี่ยว x2

-150 โอห์ม ตัวต้านทาน x2

-270 โอห์มตัวต้านทาน x2

-600 OHM ตัวแปลงเสียง x1

-1N4007 ไดโอด x1

-100uF ตัวเก็บประจุแบบไฟฟ้า

-10nf ตัวเก็บประจุแบบเซรามิกเดี่ยว x1-10K ตัวต้านทาน x3

-1K ตัวต้านทาน x2

-56nH INDUCTOR x2*-68nH INDUCTOR x1*-20pf MONOLITHIC CERAMIC CAPACITOR x2*

-36pf ตัวเก็บประจุแบบเซรามิกเดี่ยว x2*

*ส่วนประกอบที่แนะนำ แคปซูลก็ใช้ได้นะ

ขั้นตอนที่ 2: Pi-Zero

Rpi Zero เราต้องติดตั้ง Raspbian ด้วยสภาพแวดล้อมแบบกราฟิก การเข้าถึงเมนู raspi-config เราจะเปิดใช้งานอินเทอร์เฟซของกล้อง I2C และ Serial แน่นอนว่าอินเทอร์เฟซแบบกราฟิกไม่จำเป็น แต่ฉันใช้เพื่อทดสอบระบบ ขอบคุณ WS4E เพราะเขาอธิบายวิธีแก้ปัญหาสำหรับ SSTV ผ่านโฟลเดอร์ RPIDownload SSTV ที่พื้นที่เก็บข้อมูลของเราแล้วลากไปยังไดเรกทอรี "/home/pi" ของคุณ ซึ่งรหัสหลักเรียกว่า sstv.sh เมื่อใดที่รหัสจะเริ่ม มันเปิดใช้งานการสื่อสารด้วยวิทยุ โมดูลและเซ็นเซอร์ bmp180 จะถ่ายภาพและแปลงเป็นเสียงเพื่อส่งสัญญาณผ่านระบบวิทยุเป็นเสียง

คุณสามารถลองใช้ระบบโดยใช้สายสัญญาณเสียงโดยตรงชายกับชาย 3.5 มม. หรือใช้โมดูลวิทยุและอุปกรณ์อื่น ๆ เพื่อรับข้อมูลเช่น SDR หรือเครื่องส่งรับวิทยุทุกคนด้วยแอปพลิเคชัน Android Robot36

ขั้นตอนที่ 3: อุปกรณ์

ยูนิต RTC และ BMP180 สามารถติดตั้งร่วมกันบน pcb ได้ ต้องขอบคุณอุปกรณ์ดังกล่าวที่สามารถใช้อินเทอร์เฟซการจัดหาและการสื่อสารร่วมกันได้ ในการกำหนดค่าโมดูลเหล่านี้สามารถทำตามคำแนะนำในหน้าต่อไปนี้ ซึ่งช่วยฉันได้ ติดตั้งและกำหนดค่า bmp180Install และกำหนดค่าโมดูล RTC

ขั้นตอนที่ 4: การตั้งค่ากล้อง

ในโครงการของเรา เราสามารถใช้กล้องอะไรก็ได้ แต่เราต้องการใช้ raspi-cam v2 ตามน้ำหนัก คุณภาพ และขนาด ในสคริปต์ของเรา เราใช้แอปพลิเคชัน Fswebcam เพื่อถ่ายภาพและใส่ข้อมูลเกี่ยวกับชื่อ วันที่ และค่าเซ็นเซอร์ผ่าน OSD (ข้อมูลบนหน้าจอ) สำหรับการตรวจจับกล้องที่ถูกต้องโดยซอฟต์แวร์ของเรา เราต้องดูคำแนะนำเหล่านี้

ขั้นตอนที่ 5: เอาต์พุตเสียง

Rpi-zero ไม่มีเอาต์พุตเสียงอะนาล็อกโดยตรง ซึ่งจำเป็นต้องเพิ่มการ์ดเสียงขนาดเล็กด้วย USB หรือสร้างวงจรอย่างง่ายที่สร้างเสียงผ่านพอร์ต PWM GPIO สองพอร์ต เราลองใช้วิธีแก้ปัญหาแรกกับการ์ดเสียง USB แต่สิ่งนี้จะเริ่มต้นใหม่ทุกครั้งที่วางวิทยุไว้ที่ TX (Stranger Things) ในตอนท้าย เราใช้เอาต์พุตเสียงผ่านพิน PWM ด้วยองค์ประกอบหลายอย่าง คุณสามารถสร้างตัวกรองเพื่อให้ได้เสียงที่ดีขึ้น

เราประกอบวงจรที่สมบูรณ์ด้วยสองช่องสัญญาณ เสียง L และ R แต่คุณต้องการเพียงช่องเดียว นอกจากนี้ ดังที่คุณเห็นในภาพและโครงร่าง เราได้เพิ่มหม้อแปลงเสียง 600 โอห์ม เช่น ฉนวนไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้าเป็นตัวเลือก แต่เราต้องการใช้เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวน

ขั้นตอนที่ 6: โมดูลวิทยุ VHF

โมดูลที่ใช้คือ DRA818V การสื่อสารกับโมดูลนั้นผ่านพอร์ตอนุกรม ดังนั้นเราต้องเปิดใช้งานในพิน GPIO ในเวอร์ชัน RPI ล่าสุด มีปัญหาในการทำเพราะ RPI มีโมดูล Bluetooth ซึ่งใช้พินเดียวกัน ในตอนท้ายฉันพบวิธีแก้ไขปัญหานี้ในลิงก์

ขอบคุณ uart เราสามารถสร้างการสื่อสารกับโมดูลเพื่อกำหนดการส่งคลื่นความถี่วิทยุ การรับ (จำไว้ว่านั่นคือตัวรับส่งสัญญาณ) รวมถึงฟังก์ชันเฉพาะอื่นๆ ในกรณีของเรา เราใช้โมดูลเป็นเครื่องส่งเท่านั้นและใช้ความถี่เดียวกันเสมอ ขอบคุณพิน GPIO มันจะเปิดใช้งานโมดูลวิทยุ PTT (Push to talk) เมื่อเราต้องการที่จะส่งภาพ

รายละเอียดที่สำคัญมากของอุปกรณ์นี้คือไม่ทนต่อการจ่ายไฟ 5v และเราพูดสิ่งนี้โดย … "ประสบการณ์" ดังนั้นเราจึงสามารถเห็นได้ในแผนภาพว่ามีไดโอดทั่วไป 1N4007 เพื่อลดแรงดันไฟฟ้าลงเหลือ 4.3V เรายังใช้ทรานซิสเตอร์เล็กน้อยเพื่อใช้งานฟังก์ชั่นปตท. พลังของโมดูลสามารถตั้งค่าได้ที่ 1w หรือ 500mw คุณสามารถค้นหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับโมดูลนี้ได้จากแผ่นข้อมูล

ขั้นตอนที่ 7: เสาอากาศ

เป็นส่วนประกอบสำคัญของแคปซูล เสาอากาศส่งสัญญาณวิทยุไปยังสถานีฐาน ในแคปซูลอื่นๆ เราทดสอบด้วยเสาอากาศแลมบ์ดา ¼ อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ครอบคลุมพื้นที่ได้ดี เราจึงออกแบบเสาอากาศใหม่ที่เรียกว่า Turnstile (ไดโพลไขว้) ในการสร้างเสาอากาศนี้ คุณต้องใช้สายเคเบิล 75 โอห์ม และท่ออลูมิเนียมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 6 มม. 2 เมตร คุณสามารถค้นหาการคำนวณและการออกแบบ 3 มิติของชิ้นส่วนที่ยึดไดโพลไว้ที่ด้านล่างของแคปซูล เราทดสอบความครอบคลุมของเสาอากาศก่อนปล่อย และในที่สุดก็ส่งภาพไปได้ไกลกว่า 30 กม.

- ค่าในการคำนวณขนาดของเสาอากาศ (ด้วยวัสดุของเรา)

ความถี่ SSTV ที่สเปน: 145.500 Mhz อัตราส่วนความเร็วของอะลูมิเนียม: 95% อัตราส่วนความเร็วของสายเคเบิล 75 โอห์ม: 78%

ขั้นตอนที่ 8: พาวเวอร์ซัพพลาย

คุณไม่สามารถส่งแบตเตอรี่อัลคาไลน์ขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ได้ อุณหภูมิลดลงถึง -40 องศาเซลเซียส และแบตเตอรี่ก็หยุดทำงาน แม้ว่าคุณจะเป็นฉนวนน้ำหนักบรรทุกของคุณ คุณก็ยังต้องการใช้แบตเตอรี่ลิเธียมแบบใช้แล้วทิ้งซึ่งทำงานได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ

หากคุณใช้ตัวแปลง dc-dc ตัวควบคุมการเลื่อนออกที่ต่ำมาก คุณสามารถเพิ่มเวลาเที่ยวบินจากชุดจ่ายไฟของคุณได้มากขึ้น

เราใช้เครื่องวัดปริมาตรเพื่อวัดปริมาณการใช้ไฟฟ้าและคำนวณว่าสามารถทำงานได้กี่ชั่วโมง เราซื้อโมดูลและติดตั้งในกล่องเล็กๆ เราตกหลุมรักอุปกรณ์นี้อย่างรวดเร็ว

เราใช้แบตเตอรี่ลิเธียม AA จำนวน 6 ก้อนและขั้นตอนที่ลดลงนี้

ขั้นตอนที่ 9: ออกแบบแคปซูล

เราใช้ "โฟม" เพื่อสร้างแคปซูลน้ำหนักเบาและเป็นฉนวน เราสร้างมันขึ้นมาด้วย CNC ที่ Cesar ของ Lab ด้วยหัวกัดและการดูแล เราได้แนะนำส่วนประกอบทั้งหมดที่อยู่ในนั้น เราห่อแคปซูลสีเทาด้วยผ้าห่มกันความร้อน (เหมือนดาวเทียมจริง;))

ขั้นตอนที่ 10: วันเปิดตัว

เราปล่อยบอลลูนเมื่อวันที่ 2018-02-25 ที่เมือง Agon เมืองใกล้เมือง Zaragoza ปล่อยตัวเวลา 9:30 น. และเวลาบิน 4 ชั่วโมง ความสูงสูงสุด 31, 400 เมตร และอุณหภูมิภายนอกขั้นต่ำ - 48º เซลเซียส. รวมบอลลูนเดินทางประมาณ 200 กม. เราสามารถเดินทางต่อไปได้ด้วยแคปซูล Aprs และบริการของ www.aprs.fi

เส้นทางคำนวณด้วยบริการ www.predict.habhub.org ที่ประสบความสำเร็จอย่างมาก ดังที่เห็นในแผนที่ด้วยเส้นสีแดงและสีเหลือง

ระดับความสูงสูงสุด: 31, 400 เมตร ความเร็วสูงสุดที่บันทึกการลง: 210 kph ความเร็วการลงของเทอร์มินัลที่ลงทะเบียน: 7 m / s อุณหภูมิต่ำสุดภายนอกที่ลงทะเบียน: -48ºC ถึง 14,000 เมตร

เราสร้างแคปซูล SSTV แต่โครงการนี้ไม่สามารถทำได้โดยปราศจากความช่วยเหลือจากผู้ร่วมมือคนอื่นๆ ได้แก่ Nacho, Kike, Juampe, Alejandro, Fran และอาสาสมัครอีกมากมาย

ขั้นตอนที่ 11: ผลลัพธ์ที่น่าทึ่ง

ขอบคุณ Enrique เรามีวิดีโอสรุปของเที่ยวบินซึ่งคุณสามารถดูกระบวนการเปิดตัวทั้งหมดได้ ไม่ต้องสงสัยเลยว่าของขวัญที่ดีที่สุดหลังการทำงานหนัก

รางวัลที่หนึ่งในการท้าทายอวกาศ