قياس الصواريخ عن بعد / تعقب الموقع: 7 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

يهدف هذا المشروع إلى تسجيل بيانات الرحلة من وحدة استشعار 9 DOF إلى بطاقة SD ، ونقل موقع GPS الخاص به في نفس الوقت عبر الشبكات الخلوية إلى الخادم. يسمح هذا النظام بالعثور على الصاروخ إذا كانت منطقة هبوط النظام خارج نطاق LOS.

الخطوة 1: قائمة الأجزاء

نظام القياس عن بعد:

1x ATmega328 متحكم (Arduino UNO ، Nano)

1x Micro SD Breakout -

بطاقة Micro SD 1x - (لا يهم الحجم بتنسيق FAT 16/32) - Amazon Link

1x Gy-86 IMU - Amazon Link

تتبع الموقف:

1x ATmega328 متحكم دقيق (Arduino UNO ، Nano) (يحتاج كل نظام إلى جهاز ميكرو خاص به)

1x Sim800L GSM GPRS Module - Amazon Link

بطاقة SIM 1x (يجب أن يكون لديك خطة بيانات) - https://ting.com/ (رسوم ting فقط لما تستخدمه)

1x NEO 6M GPS Module - Amazon LInk

الأجزاء العامة:

بطارية ليبو 1x 3.7 فولت

1x 3.7-5v محول تصعيد (إذا لم تقم ببناء ثنائي الفينيل متعدد الكلور)

1x Raspberry pi ، أو أي كمبيوتر يمكنه استضافة خادم php

-الوصول إلى طابعة ثلاثية الأبعاد

يتم سرد -BOM لثنائي الفينيل متعدد الكلور في جدول البيانات

-Gerbers في جيثب ريبو -

الخطوة 2: النظام الفرعي 1: تتبع الموقع

اختبارات:

بمجرد حصولك على أجزاء النظام (NEO-6M GPS ، Sim800L) في متناول اليد ، ستحتاج إلى اختبار وظائف الأنظمة بشكل مستقل حتى لا تواجه مشكلة في محاولة اكتشاف ما لا يعمل عند دمج الأنظمة.

اختبار GPS:

لاختبار جهاز استقبال GPS ، يمكنك إما استخدام البرنامج الذي يوفره Ublox (برنامج U-Center)

أو رسم الاختبار المرتبط في جيثب ريبو (اختبار GPS)

1. للاختبار باستخدام برنامج U-center ، ما عليك سوى توصيل مستقبل GPS عبر USB وتحديد منفذ com في U-center ، يجب أن يبدأ النظام تلقائيًا في تتبع موقعك بعد ذلك.

2. للاختبار باستخدام وحدة تحكم دقيقة ، قم بتحميل رسم اختبار GPS إلى Arduino عبر IDE. ثم قم بتوصيل 5V و GND بالمسامير ذات العلامات الموجودة على جهاز الاستقبال بدبوس اردوينو و GPS RX بمنفذ رقمي 3 و TX إلى رقمي 4 على اردوينو. أخيرًا ، افتح الشاشة التسلسلية على arduino IDE واضبط معدل الباود على 9600 وتحقق من صحة الإحداثيات المستلمة.

ملاحظة: المعرف المرئي لقفل القمر الصناعي على وحدة NEO-6M هو أن مؤشر LED الأحمر سيومض كل بضع ثوانٍ للإشارة إلى وجود اتصال.

اختبار SIM800L:

لاختبار الوحدة الخلوية ، ستحتاج إلى أن يكون لديك بطاقة sim مسجلة مع خطة بيانات نشطة ، أوصي بـ Ting لأنها تفرض رسومًا فقط على ما تستخدمه بدلاً من خطة البيانات الشهرية.

الهدف من وحدة Sim هو إرسال طلب HTTP GET إلى الخادم مع الموقع الذي يستقبله مستقبل GPS.

1. لاختبار وحدة الخلية ، أدخل بطاقة simcard في الوحدة مع مواجهة الطرف المشطوب للخارج

2. قم بتوصيل وحدة sim بـ GND ومصدر 3.7-4.2v ، لا تستخدم 5v !!!! الوحدة غير قادرة على العمل عند 5 فولت. قم بتوصيل وحدة Sim RX بـ Analog 2 و TX بـ Analog 3 على Arduino

3. قم بتحميل مخطط التمرير التسلسلي من github لتتمكن من إرسال أوامر إلى وحدة الخلية.

4. اتبع هذا البرنامج التعليمي ، أو قم بتنزيل الإصدار التجريبي من AT Command Tester لاختبار وظيفة HTTP GET

تطبيق:

بمجرد التحقق من أن كلا النظامين يعملان بشكل مستقل ، يمكنك الانتقال إلى تحميل المخطط الكامل إلى وحدة التحكم الدقيقة جيثب. يمكنك فتح الشاشة التسلسلية على 9600 باود للتحقق من أن النظام يرسل البيانات إلى خادم الويب.

* لا تنس تغيير عنوان IP الخاص بالخادم والمنفذ الخاص بك وتأكد من العثور على APN لمزود الخلية الذي تستخدمه.

انتقل إلى الخطوة التالية حيث قمنا بإعداد الخادم

الخطوة 3: إعداد الخادم

لإعداد خادم لعرض موقع الصاروخ ، استخدمت raspberry pi كمضيف ، ولكن يمكنك استخدام أي جهاز كمبيوتر.

اتبع هذا البرنامج التعليمي حول إعداد lightphp على RPI ثم انسخ ملفات php من github إلى مجلد / var / www / html في RPI. بعد مجرد استخدام الأمر

sudo service lighttpd إعادة تحميل القوة

لإعادة تحميل الخادم.

تأكد من إعادة توجيه المنافذ المرتبطة بالخادم على جهاز التوجيه الخاص بك حتى تتمكن من الوصول إلى البيانات عن بُعد. في rpi يجب أن يكون المنفذ 80 ، ويمكن أن يكون المنفذ الخارجي رقمًا عشوائيًا.

من الجيد تعيين عنوان IP ثابت لـ RPI بحيث تشير المنافذ التي تقوم بإعادة توجيهها دائمًا نحو عنوان RPI.

الخطوة 4: النظام الفرعي 2: التسجيل عن بعد

يعمل برنامج القياس عن بعد على متحكم منفصل عن نظام تتبع الموقع. تم اتخاذ هذا القرار بسبب قيود الذاكرة على ATmega328 مما يمنع كلا البرنامجين من العمل على نظام واحد. يمكن أن يؤدي خيار آخر من وحدات التحكم الدقيقة ذات المواصفات المحسّنة إلى حل هذه المشكلة والسماح باستخدام معالج مركزي واحد ، لكنني أردت استخدام الأجزاء المتوفرة لدي لسهولة الاستخدام.

الميزات: يعتمد هذا البرنامج على مثال آخر وجدته عبر الإنترنت هنا.

• يقرأ البرنامج في الأصل الارتفاع النسبي (قراءة الارتفاع صفرية عند بدء التشغيل) ، ودرجة الحرارة ، والضغط ، والتسارع في الاتجاه X (ستحتاج إلى تغيير اتجاه قراءة التسارع بناءً على الاتجاه المادي للمستشعر) ، والطابع الزمني (بالمللي ثانية)).
• لمنع تسجيل البيانات أثناء الجلوس على لوحة التشغيل وإهدار مساحة التخزين ، سيبدأ النظام فقط في كتابة البيانات بمجرد اكتشافه لتغيير الارتفاع (قابل للتكوين في البرنامج) وسيتوقف عن كتابة البيانات بمجرد أن يكتشف أن الصاروخ قد عاد إلى حالته الأصلية الارتفاع ، أو بعد انقضاء زمن الرحلة البالغ 5 دقائق.
• سيشير النظام إلى أنه قيد التشغيل وكتابة البيانات عبر مؤشر LED واحد.

اختبارات:

لاختبار النظام ، قم أولاً بتوصيل كسر بطاقة SD

بطاقة SD من Arduino

دبوس 4 ---------------- CS

دبوس 11 -------------- DI

دبوس 13 -------------- SCK

دبوس 12 -------------- هل

الآن قم بتوصيل GY-86 بالنظام عبر I ^ 2C

اردوينو GY-86

دبوس A4 -------------- SDA

دبوس A5 -------------- SCL

دبوس 2 ---------------- INTA

على بطاقة SD ، أنشئ ملفًا في الدليل الرئيسي باسم datalog.txt ، وهذا هو المكان الذي سيكتب فيه النظام البيانات.

قبل تحميل رسم تخطيطي Data_Logger.ino إلى وحدة التحكم الدقيقة ، قم بتغيير قيمة ALT_THRESHOLD إلى 0 حتى يتجاهل النظام الارتفاع للاختبار. بعد التحميل ، افتح الشاشة التسلسلية على 9600 باود لعرض إخراج النظام. تأكد من أن النظام قادر على الاتصال بجهاز الاستشعار وأن البيانات تتم كتابتها على بطاقة SD. افصل النظام وأدخل بطاقة SD في جهاز الكمبيوتر الخاص بك للتحقق من أن البيانات مكتوبة على البطاقة.

الخطوة 5: تكامل النظام

بعد التحقق من أن كل جزء من النظام يعمل بنفس التكوين المستخدم على لوحة الدوائر المطبوعة الرئيسية ، حان الوقت لتجميعها معًا والاستعداد للإطلاق! لقد قمت بتضمين ملفات Gerbers و EAGLE لـ PCB والتخطيطي في github. سوف تحتاج إلى تحميل الجربرز إلى شركة مصنعة مثل OSH park أو JLC لإنتاجها. هذه الألواح عبارة عن طبقتين وهي صغيرة بما يكفي لتناسب معظم المصنوعات فئة 10 سم × 10 سم للألواح الرخيصة.

بمجرد استعادة اللوحات من التصنيع ، حان الوقت لتلحيم جميع المكونات الموجودة في جدول البيانات وقائمة الأجزاء على اللوحة.

برمجة:

بعد أن يتم لحام كل شيء ، ستحتاج إلى تحميل البرامج على اثنين من وحدات التحكم الدقيقة. لتوفير مساحة اللوحة ، لم أقم بتضمين أي وظيفة USB ولكنني تركت ICSP والمنافذ التسلسلية مفصولة بحيث لا يزال بإمكانك تحميل البرنامج ومراقبته.

• لتحميل البرنامج ، اتبع هذا البرنامج التعليمي حول استخدام لوحة Arduino كمبرمج. قم بتحميل SimGpsTransmitter.ino إلى منفذ ICSP_GPS و Data_Logger.ino إلى منفذ ICSP_DL (منفذ ICSP على PCB هو نفس التصميم الموجود في لوحات Arduino UNO القياسية).

• بمجرد تحميل جميع البرامج ، يمكنك تشغيل الجهاز من مدخل البطارية بقوة 3.7-4.2 فولت واستخدام مصابيح المؤشرات الأربعة للتحقق من عمل النظام.

  • يشير أول مصباحين 5V_Ok و VBATT_OK إلى أن البطارية وقضبان 5 فولت تعمل بالطاقة.
  • سيومض المصباح الثالث DL_OK كل ثانية واحدة للإشارة إلى أن تسجيل القياس عن بُعد نشط.
  • سيتم تشغيل آخر ضوء SIM_Transmit بمجرد توصيل الوحدات الخلوية ووحدات GPS وإرسال البيانات إلى الخادم.

الخطوة 6: الضميمة

يبلغ قطر الصاروخ الذي أقوم بتصميم هذا المشروع حوله 29 مم ، من أجل حماية الإلكترونيات والسماح للتجميع بالتناسب داخل الجسم الأسطواني للصاروخ ، صنعت علبة مطبوعة ثلاثية الأبعاد بسيطة من جزأين مثبتة معًا ومزودة بمسامير منافذ عرض لأضواء المؤشر. ملفات STL للطباعة وملفات.ipt الأصلية موجودة في github repo. لم أقم بنمذجة هذا لأنني لم أكن متأكدًا من البطارية التي كنت سأستخدمها في ذلك الوقت ، لكنني قمت يدويًا بإنشاء استراحة لبطارية 120 مللي أمبير في الساعة لتستقر في الجزء السفلي من العلبة. يُقدر أن هذه البطارية تمنح وقت تشغيل يصل إلى 45 دقيقة تقريبًا للنظام عند استهلاك طاقة يبلغ 200 مللي أمبير تقريبًا (يعتمد هذا على استخدام المعالج وسحب الطاقة لنقل البيانات ، وقد تم اقتباس SIM800L لسحب ما يزيد عن 2 أمبير في رشقات نارية أثناء الاتصال).

الخطوة 7: الخاتمة

كان هذا المشروع تنفيذًا مباشرًا جدًا لنظامين منفصلين ، نظرًا لأنني كنت أستخدم وحدات منفصلة موجودة في Amazon ، فإن التكامل العام للنظام ضعيف بعض الشيء لأن الحجم الإجمالي للمشروع كبير جدًا بالنسبة لما يفعله. بالنظر إلى العروض المقدمة من بعض الشركات المصنعة ، فإن استخدام SIP الذي يتضمن كلاً من الهاتف الخلوي ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من شأنه أن يقلل بشكل كبير من الحجم الكلي للحزمة.

أنا متأكد من أنه بعد إجراء المزيد من اختبارات الطيران ، سيتعين علي إجراء بعض التعديلات على البرنامج وسأحرص على تحديث Github repo مع أي تغييرات.

آمل أن تكون قد استمتعت بهذا المشروع ، فلا تتردد في الاتصال بي بشأن أي أسئلة قد تكون لديكم.