كبسولة SSTV للبالونات عالية الارتفاع: 11 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

ولد هذا المشروع بعد بالون ServetI في صيف عام 2017 بفكرة إرسال الصور في الوقت الفعلي من طبقة الستراتوسفير إلى الأرض. تم تخزين الصور التي التقطناها في ذاكرة rpi وبعد ذلك ، تم إرسالها بفضل تحويلها إلى إشارة صوتية. يجب إرسال الصور كل مرة "x" إلى محطة التحكم. واقترح أيضًا أن توفر هذه الصور بيانات مثل درجة الحرارة أو الارتفاع ، بالإضافة إلى تحديد هوية حتى يتمكن أي شخص يتلقى الصورة من معرفة ما تدور حوله.

باختصار ، يأخذ Rpi-z الصور ويجمع قيم المستشعر (درجة الحرارة والرطوبة). يتم تخزين هذه القيم في ملف CSV ولاحقًا ، يمكننا استخدامها لعمل بعض الرسومات. ترسل الكبسولة صور SSTV باستخدام النموذج التناظري عبر الراديو. إنه نفس النظام الذي تستخدمه محطة الفضاء الدولية (ISS) ، لكن صورنا أقل دقة. بفضل ذلك ، يستغرق إرسال الصورة وقتًا أقل.

الخطوة 1: الأشياء التي نحتاجها

- الدماغ Pi-Zero: https://shop.pimoroni.com/products/raspberry-pi-ze… 10 دولار - الساعة:

جهاز Rtc DS3231

- مستشعر درجة حرارة المستشعر ومستشعر الضغط الجوي: وحدة راديو BMP180: DRA818V

فقط عدد قليل من المكونات:

-10 فائق التوهج مكثف كهربائي x2

-0.033 فائق التوهج مكثف خزفي أحادي x2.0 فائق التوهج

-150 أوم مقاوم × 2

-270 أوم المقاوم x2

-محول صوت 600 أوم × 1

-1N4007 الصمام الثنائي x1

-100 فائق التوهج مكثف كهربائي

-10nf مكثف سيراميك أحادي x1-10 كيلو مقاوم x3

-1K المقاوم x2

-56nH INDUCTOR x2 * -68nH INDUCTOR x1 * -20pf أحادي مكثف سيراميك x2 *

-36pf مكثف سيراميك أحادي x2 *

* المكونات الموصى بها ، يمكن للكبسولة العمل بدونها

الخطوة 2: Pi-Zero

Rpi Zero نحتاج إلى تثبيت Raspbian مع بيئة رسومية ، والوصول إلى قائمة raspi-config ، سنعمل على تمكين واجهة الكاميرا ، I2C و Serial. بالطبع الواجهة الرسومية ليست إلزامية ولكني أستخدمها لاختبار النظام. بفضل WS4E ، لأنه شرح حلًا لـ SSTV عبر RPID قم بتنزيل مجلد SSTV في مستودعنا واسحبه إلى دليل "/ home / pi" ، يُطلق على الكود الرئيسي اسم sstv.sh ، ومتى سيبدأ الرمز ، فإنه يتيح الاتصال بالراديو الوحدة النمطية ومستشعر bmp180 ، ستلتقط أيضًا الصور وتحويلها إلى صوت لتحويلها عن طريق نظام الراديو إلى صوت.

يمكنك تجربة النظام باستخدام كابل صوتي مباشر ذكر إلى ذكر 3.5 ملم أو باستخدام وحدة راديو وجهاز آخر لتلقي البيانات مثل SDR أو أي جهاز اتصال لاسلكي مع تطبيق android Robot36.

الخطوة 3: الأجهزة

يمكن تركيب وحدات RTC و BMP180 معًا على ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، بفضل ذلك يمكنهم مشاركة نفس واجهة العرض والاتصال. لتكوين هذه الوحدات ، يمكن اتباع التعليمات الواردة في الصفحات التالية ، والتي ساعدتني. تثبيت وتكوين bmp180 تثبيت وتكوين وحدة RTC

الخطوة 4: إعدادات الكاميرا

في مشروعنا ، يمكننا استخدام أي كاميرا ولكننا نفضل استخدام raspi-cam v2 من حيث الوزن والجودة والحجم. في البرنامج النصي الخاص بنا ، نستخدم تطبيق Fswebcam لالتقاط الصور ووضع معلومات حول الاسم والتاريخ وقيم المستشعر من خلال OSD (بيانات الشاشة). للكشف الصحيح عن الكاميرا بواسطة برنامجنا ، نحتاج إلى الاطلاع على هذه التعليمات.

الخطوة 5: إخراج الصوت

لا يحتوي Rpi-zero على إخراج صوت تناظري مباشر ، وهذا يتطلب إضافة بطاقة صوت صغيرة بواسطة USB أو إنشاء دائرة بسيطة تولد الصوت من خلال منفذي PWM GPIO. لقد جربنا الحل الأول باستخدام بطاقة صوت USB ولكن تمت إعادة تشغيل هذا في كل مرة يتم فيها وضع الراديو على TX (Stranger Things). في النهاية ، استخدمنا إخراج الصوت من خلال دبوس PWM. باستخدام العديد من المكونات ، يمكنك إنشاء مرشح للحصول على صوت أفضل.

قمنا بتجميع الدائرة الكاملة بقناتين ، صوت L و R لكنك تحتاج فقط إلى واحدة. علاوة على ذلك ، وكما ترون في الصور والمخطط ، قمنا بإضافة محول صوت 600 أوم مثل العزل الجلفاني. المحول اختياري لكننا فضلنا استخدامه لتجنب التداخل.

الخطوة 6: وحدة الراديو VHF

الوحدة المستخدمة كانت DRA818V. يتم الاتصال بالوحدة من خلال المنفذ التسلسلي لذا يجب علينا تمكينه في دبابيس GPIO. في إصدارات RPI الأخيرة ، توجد مشكلة في القيام بذلك لأن RPI يحتوي على وحدة Bluetooth تستخدم نفس المسامير. في النهاية ، وجدت حلاً لعمل ذلك في الرابط.

بفضل uart ، يمكننا إنشاء اتصال مع الوحدة لتعيين إرسال التردد اللاسلكي والاستقبال (تذكر أنه جهاز الإرسال والاستقبال) بالإضافة إلى وظائف الخصائص الأخرى. في حالتنا ، نستخدم الوحدة فقط كجهاز إرسال ودائمًا على نفس التردد. بفضل دبوس GPIO ، سيتم تنشيط وحدة راديو PTT (اضغط لتتحدث) عندما نرغب في إرسال الصورة.

من التفاصيل المهمة جدًا لهذا الجهاز أنه لا يتسامح مع تزويد 5 فولت ونقول هذا من خلال … "تجربة". لذلك يمكننا أن نرى في المخطط أن هناك ديود نموذجي 1N4007 لتقليل الجهد إلى 4.3 فولت. نستخدم أيضًا ترانزستورًا صغيرًا لتنشيط وظيفة الضغط والتحدث PTT. يمكن ضبط طاقة الوحدة على 1 واط أو 500 ميجا واط. يمكنك العثور على مزيد من المعلومات حول هذه الوحدة في ورقة البيانات.

الخطوة 7: الهوائي

إنه عنصر مهم في الكبسولة. يرسل الهوائي إشارات الراديو إلى المحطة الأساسية. اختبرناها في كبسولات أخرى باستخدام هوائي lambda. ومع ذلك ، من أجل ضمان تغطية جيدة ، قمنا بتصميم هوائي جديد يسمى Turnstile (ثنائي القطب المتقاطع). لبناء هذا الهوائي ، تحتاج إلى قطعة من الكابلات بقطر 75 أوم و 2 متر من أنبوب الألمنيوم بقطر 6 مم. يمكنك العثور على الحسابات والتصميم ثلاثي الأبعاد للقطعة التي تحمل ثنائي القطب في قاع الكبسولة. اختبرنا تغطية الهوائي قبل الإطلاق وأخيرًا أرسلنا صورًا تزيد مساحتها عن 30 كم بنجاح.

- قيم لحساب أبعاد الهوائي (بموادنا)

Frecuency لـ SSTV في إسبانيا: 145.500 ميجاهرتز نسبة سرعة الألومنيوم: 95٪ نسبة سرعة 75 أوم كبل: 78٪

الخطوة 8: مزود الطاقة

لا يمكنك إرسال بطارية قلوية إلى طبقة الستراتوسفير ، فهي تنخفض إلى -40 درجة مئوية وتتوقف عن العمل. على الرغم من أنك ستعزل حمولتك ، فأنت تريد استخدام بطاريات الليثيوم التي يمكن التخلص منها ، إلا أنها تعمل جيدًا في درجات حرارة منخفضة.

إذا كنت تستخدم محول تيار مستمر تيار مستمر ، منظم تسرب منخفض للغاية ، فيمكنك استخلاص المزيد من وقت الرحلة من حزمة الطاقة الخاصة بك

نستخدم مقياس الماء لقياس استهلاك الكهرباء وبالتالي حساب عدد الساعات التي يمكن أن تعمل. اشترينا الوحدة وقمنا بتركيبها في صندوق صغير ، وسرعان ما وقعنا في حب هذا الجهاز.

نستخدم 6 عبوات من بطاريات الليثيوم AA وهذا التنحي.

الخطوة 9: تصميم الكبسولة

نستخدم "الرغوة" لبناء كبسولة خفيفة الوزن وعازلة. نحن نصنعها باستخدام CNC في Lab´s Cesar. مع القاطع والعناية ، كنا نقدم جميع المكونات بداخلها. قمنا بلف الكبسولة الرمادية ببطانية حرارية (مثل الأقمار الصناعية الحقيقية ؛))

الخطوة 10: يوم الإطلاق

أطلقنا المنطاد بتاريخ 2018-02-25 في بلدة أغون القريبة من سرقسطة ، وكان الإطلاق الساعة 9:30 وكان زمن الرحلة 4 ساعات ، وبارتفاع أقصى 31 و 400 متر ودرجة حرارة خارجية لا تقل عن 48 درجة مئوية. درجة مئوية. في المجموع ، سافر البالون حوالي 200 كيلومتر. تمكنا من مواصلة رحلتها بفضل كبسولة Aprs أخرى وخدمة www.aprs.fi

تم حساب المسار بفضل خدمة www.predict.habhub.org بنجاح كبير ، كما يتضح من الخريطة بالخطوط الحمراء والصفراء.

أقصى ارتفاع: 31 ، 400 متر السرعة القصوى المسجلة للهبوط: 210 كم / ساعة سرعة النزول النهائي المسجلة: 7 م / ث درجة الحرارة الدنيا المسجلة في الهواء الطلق: -48 درجة مئوية إلى 14000 متر ارتفاع

لقد صنعنا كبسولة SSTV ولكن هذا المشروع لم يكن ليتم بدون مساعدة المتعاونين الآخرين: Nacho و Kike و Juampe و Alejandro و Fran والمزيد من المتطوعين.

الخطوة 11: نتيجة مذهلة

بفضل Enrique ، لدينا ملخص فيديو للرحلة حيث يمكنك مشاهدة عملية الإطلاق بأكملها. بلا شك أفضل هدية بعد العمل الشاق

الجائزة الأولى في تحدي الفضاء