ديري - بالون الهيليوم المشغل: 6 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

في هذا Instructable ، سأوجهك خلال عملية إنشاء بالون هيليوم مستقل يوثق الفضاء. قم بإلقاء نظرة على الفيديو:

البالون والغلاف مصنوعان ذاتيًا ، وتتألف الإلكترونيات من اردوينو برو ميني ، وثلاثة محركات مع دعامات ، وأجهزة استشعار فوق الصوتية لاكتشاف العوائق ، وجيروسكوب لتحقيق الاستقرار ، وكاميرا GoPro لالتقاط الصور / مقاطع الفيديو.

هذه هي الخطوات:

1. الحصول على المواد

2. اصنع البالون

3. اصنع غلافًا للإلكترونيات وأرفقه بالبالون

4. أضف الإلكترونيات

5. الكود!

6. بعض التحديات عند العمل مع بالونات الهيليوم

تستند هذه التعليمات إلى مشروع بحثي من قبل ديانا نوفاكا (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) وديفيد كيرك (https://openlab.ncl.ac.uk / people / ndk37 / - [email protected]) - نُشر في مؤتمر Ubicomp 2015 (https://dl.acm.org/citation.cfm؟id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM). شكر خاص لـ Nils Hammerla (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected]) على مساعدته.

لا تتردد في مراسلتنا عبر البريد الإلكتروني إذا كان لديك أي أسئلة أو تعليقات!

الخطوة 1: المواد

مواد للبالون

2 × بطانيات مايلر (ابحث عن "بطانية إنقاذ مايلر" ، يجب أن يكون من السهل العثور عليها وتكلف بضعة جنيهات فقط)

1 × بالون مايلر

أدوات

1 × مكواة فرد الشعر (200 درجة مئوية على الأقل)

للغلاف

2 × شرائح خشب البلسا

قاطع ليزر أو مشرط صناعة

1 وتد خشبي من كاليفورنيا. طول 50 سم (لربط المحركات)

بعض الغراء ، أنا حقًا أحب الإيبوكسي

المكونات الإلكترونية

اردوينو برو ميني (يمكن أن يكون نانو كما أعتقد أو شيء صغير بنفس القدر)

عدد 2 جسور أفقية

3 محركات مزودة بالدعائم (على سبيل المثال ، طائرات كوادكوبتر صغيرة)

GoPro Hero (مثالي للواي فاي)

مقياس سرعة الدوران + - ITG3200 / ADXL345 (حصلت على هذا:

3 × مستشعرات بالموجات فوق الصوتية - مكتشف المدى بالموجات فوق الصوتية - LV-MaxSonar-EZ0 (هذا واحد جيد

الخطوة الثانية: عمل البالون

صنع البالون

اعتمادًا على مقدار الأشياء التي تريد إرفاقها بالبالون ، يجب عليك اختيار حجم البالون بعناية. نظرًا لأنه من الصعب الحصول على بالونات يزيد حجمها عن 90 سم (~ 30 بوصة) ، فقد قررت صنع واحدة من مايلر. يمكنك اختيار الشكل الذي تريده ، لكنني اعتقدت أن البالون الكروي سوف يتحول بسهولة أكبر. يمكن أن يحمل البالون الذي يبلغ قطره 130 سم حوالي 360 جرامًا.

ملاحظة: يعتمد المقدار الذي يمكن أن يحمله بالون الهيليوم أيضًا على ارتفاع موقعك (مستوى سطح البحر) ، لأن قدرات الرفع للهيليوم تعتمد على كثافته وكثافة الهواء.

ما يجب القيام به:

خذ ورقتين من بطانية مايلر وقطع دائرة من 130 سم (~ 51 بوصة) من كل منهما.

يؤدي تسخين المايلار إلى جعله هشًا ورقيقًا للغاية. لذلك سوف نستخدم المايلار السميك الإضافي من بالون مايلر العادي للحدود.

اقطع شرائط صغيرة ، حوالي 5 سم × 10 سم (2 بوصة × 4 بوصات) من بالون مايلر السميك. من الناحية المثالية ، يجب أن تكون أعرض قليلاً من مكواة الفرد.

ضعي الدائرتين فوق بعضهما البعض ، ولفي الشرائط السميكة حول الحدود واضغطي عليها مع مكواة فرد الشعر. عادة ، بعد 5 ثوان يذوب مايلر. قمت بتثبيت أداة فرد الشعر بشريط مطاطي وتركته في هذه الحالة لمدة 30-60 ثانية. بهذه الطريقة يمكنك أن تكون متأكدًا تمامًا من أن مايلر يذوب في كل مكان ولا توجد فجوات. استمتع بهذا الإجراء للمحيط الكامل للبالون (يستغرق ذلك تقريبًا إلى الأبد) ، بصرف النظر عن قسم واحد ، حيث يتعين عليك ترك فجوة لتتمكن من ملء البالون. نظرًا لأنك لا تريد حقًا فتح فتحة بسيطة للبالون ، فيجب عليك استخدام فتحة مغلف المايلار السميك ، الذي يحتوي على فتحة في اتجاه واحد تسمح بالملء بسهولة.

الآن انتهيت من مظروفك!

الشيء التالي الماكر سيكون الغلاف. أكثر المواد التي يُنصح بها هي خشب البلسا ، بسبب وزنه الخفيف.

الخطوة 3: صنع القضية

خشب البلسا هو المادة المثالية للغلاف ، حيث يبدو لطيفًا وخفيفًا جدًا! هذا يأتي مع عيب واحد ، على الرغم من أنه ليس قويًا للغاية. تمكنت من عدم كسر الكثير من الحالات ، إنها موثوقة للغاية ، تحتاج فقط إلى القليل من الحذر. أسهل طريقة للتعامل مع البلسا هي قصها بمشرط.

فقط كن مبدعا وشاهد ما يعجبك! لقد جربت العديد من الأشكال المختلفة ، والمفصلات الحية تبدو رائعة جدًا (انظر https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu… يمكنك أيضًا الانتقال إلى الصندوق القياسي ، لا يهم حقًا ، طالما يمكنك وضع كل شيء بالداخل وإرفاق وتد للمحركات.

قررت ثني شريط خشب البلسا على شكل قوس. يمكنك القيام بذلك عن طريق أخذ وعاء دائري كبير من الماء المغلي حديثًا وثني الشريط بداخله ببطء. إذا وضعت شيئًا ثقيلًا مثل الكوب في الأعلى وتركته لمدة 1-2 ساعات في الماء ، يجب أن تنحني البلسا جيدًا. بمجرد أن ينحني ، أخرجه واتركه يجف (آسف لأنه ليس لدي أي صور لذلك ، ربما كنت كسولًا جدًا لالتقاط بعض). قطع نصف دائرتين من خشب البلسا للجوانب.

يمكنك فقط لصق وتد على العلبة باستخدام الايبوكسي. تأكد من أن المحركات متجهة إلى الأمام ، وبهذه الطريقة تكون الأقوى. بالنسبة للمحرك لأعلى / لأسفل ، قم بعمل فتحتين صغيرتين في الجزء السفلي من الصندوق ، ثم قم بتوصيل المحرك بمسمارين ثم ضعهما في الفتحات. إن إضافة لوحة أخرى ووضعها من خلال ذلك أيضًا يجعلها أكثر استقرارًا (انظر الصورة مع الإلكترونيات).

الخطوة 4: علم الالكترونيات

المكونات

اعتقدت أنه سيكون من الرائع وجود منطاد يلتقط الصور ومقاطع الفيديو. كنت أرغب أيضًا في اكتشاف العوائق وتثبيتها.

لذلك أضفت ثلاثة مستشعرات فوق صوتية (1) ؛ اثنان لاكتشاف كل شيء في الأمام يمينًا ويسارًا وواحدًا لقياس المسافة إلى السقف. لم أواجه مشكلات في التداخل (على الرغم من أنه مذكور في ورقة البيانات ، فأنت بحاجة إلى استخدام التسلسل ، راجع https://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf الشيء الوحيد المهم هو ذلك يجب أن تكون المستشعرات متباعدة بشكل كافٍ ، ويجب ألا تتداخل المخاريط لأن السونار القادم من المستشعرات يتداخل مع بعضها البعض. وهذا يجعل المستشعر يكتشف عائقًا في حين أنه في الحقيقة مجرد صوت إطلاق مستشعر آخر للقيام بعمله.

يعمل الجيروسكوب (2) على استقرار الحركة بعد الدوران. من المهم (على عكس ما هو موضح في الصورة حيث يتم إلقاء كل شيء في الغلاف) ، أنك اخترت محورًا واحدًا (في حالتي كان Z) وقم بمحاذاة قدر الإمكان بحيث يكون موازيًا للأرض. لذا فإن دوران البالون سينتج عنه تغيير قياس الجيروسكوب على قيمة Z فقط. من الواضح أنه يمكنك استخدام بعض الرياضيات الرائعة بخلاف ذلك ، لكن هذا كان رائعًا بالنسبة لي. لقد قمت للتو بتثبيت المستشعر على لوح خشب البلسا وكان ذلك كافياً بالفعل لجعله يعمل.

يعد GoPro (3) رائعًا لتهيئة الصور عن بُعد وأخيرًا H-Bridges (L293D) للمحركات + الدعائم (4). يجب توصيل خطوط طاقة H-Bridge مباشرة بالبطارية ، ولا تتجاوز اردوينو لأن المحركات تنتج الكثير من الضوضاء! هذا يمكن أن يجعل القراءات من أجهزة الاستشعار غير قابلة للاستخدام. لكن تذكر توصيل أرض H-Bridges بأردوينو. علاوة على ذلك ، يجب توصيل H-Bridges بدبابيس PMW لتعمل بشكل صحيح.

إذا كنت شجاعًا ، فيمكنك فصل كبل USB الصغير وإضافة GoPro عبر موصل USB إلى دائرتك عن طريق توصيل + بـ VCC على adruino والأرض. بهذه الطريقة يمكنك إخراج بطارية GoPro وتوفير بعض الوزن! سيؤدي هذا إلى تقليل وقت التشغيل بالرغم من ذلك. نظرًا لأن البالون لا يحتاج إلى أي طاقة بطارية للبقاء في الهواء ، فإن البطارية (3.7 فولت ، 1000 مللي أمبير في الساعة جيدة) تدوم حوالي ساعتين مع التقاط الصور من حين لآخر. من الغريب أن البطاريات نفسها من شركات مختلفة يمكن أن يكون لها أوزان مختلفة ، لذا حاول الحصول على واحدة بأكبر قدر ممكن من الملي أمبير ولكنها أيضًا الأخف وزناً.

توصيل (مكون -> اردوينو)

مجسات بالموجات فوق الصوتية

Power + Ground -> Arduino VCC والأرضي

BW -> A0، A1، A3 (لا أتذكر سبب تخطي A2 ، ربما بدون سبب)

جيرو + مقياس تسارع

Power + Ground -> Arduino VCC والأرضي

SDA (Pin over GND) -> Arduino SDA (A4)

SCL (Pin over SDA) -> Arduino SCL (A5)

H- الجسر

دبوس 4 ، 5 ، 12 ، 13 -> Arduino GND

دبوس 1 ، 8 ، 9 ، 16 -> Arduino RAW

دبوس 2 -> اردوينو دبوس 11

دبوس 3 -> المحرك 1.a

دبوس 6 -> المحرك 1. ب

دبوس 7 -> اردوينو دبوس 10

(نفس الشيء ينطبق على H-Bridge الآخر بمحرك 2 + 3)

التالي الكود!

الخطوة الخامسة: البرمجة

تجول سريع

اقامة

قم بتهيئة جميع أرقام التعريف الشخصية وأجهزة الاستشعار

حلقة

• أولاً ، إذا لم يتحرك البالون لفترة ، فإنه يقوم بحركة للأمام (لا توجد حركة مملة) ،

  randommove = 1 ، سيتحقق من ذلك في نهاية الحلقة

• ثم تحقق مما إذا كان الارتفاع لا يزال جيدًا (KeepHeight ()) ومن المحتمل أن يرتفع أو ينخفض ، قمت بضبطه على متر واحد تحت السقف
• إذا كان هناك شيء أقرب من 150 سم من العائق الذي يجب تجنبه ، فابدأ بالدوران
• إذا اكتشف كلا المستشعرين شيئًا ما في المقدمة ، يجب أن يرتد البالون للخلف
• بعد الدوران ، لتجنب الانجراف ، استخدم المحركات في الاتجاه المعاكس للحفاظ على الاتجاه وعدم الدوران بعد الآن
• أخيرًا قم بتنفيذ الحركة إلى الأمام واستخدم الجيروسكوب للبقاء مستقيماً أثناء الطيران لمدة 5 ثوانٍ

أنا متأكد من أن هناك طرقًا أفضل لتحقيق هذه الأشياء ، إذا كان لديك اقتراح ، فيرجى إبلاغي بذلك!

الخطوة 6: الملاحظات النهائية

هناك بعض الأشياء التي تحتاج لمعرفتها حول بالونات الهيليوم ، هنا

التحديات عند العمل باستخدام بالونات الهيليوم

على الرغم من أنني أحب Diris الخاص بي ، إلا أن بالونات الهيليوم بعيدة كل البعد عن الكمال. التحدي الأول هو الحصول على بالون بحجم مناسب لرفع جميع المكونات. يحدد حجم البالون مقدار الهيليوم الذي يمكنه حمله ، والذي يتناسب مع القوة الصاعدة. هذا يقيد بشكل كبير اختيار المكونات. أكبر قيد هو البطارية ؛ أخف وزنا ، أقصر سوف تستمر. لكي تتمكن من حمل متحكم وبطارية وبعض المحركات على الأقل ، يحتاج بالون الهيليوم إلى قطر لا يقل عن 90 سم.

ثانيًا ، البالونات المملوءة بالهيليوم حساسة جدًا لأي تغيرات في تدفق الهواء ودرجة الحرارة في الغرفة. نظرًا لأن بالونات الهيليوم تنجرف دائمًا (أي لا توجد طريقة للبقاء ثابتة تمامًا) ، فإنها تتأثر بشدة بأي تيارات هوائية ومسودات. ليس لدي تجارب جيدة جدًا في استخدام بالوناتي في الغرف المكيفة.

ثالثًا ، نظرًا لأن إزاحة بالون الهيليوم يتكون من تغيير القصور الذاتي عن طريق تشغيل المراوح لإنشاء قوة دفع ، فإن بضع ثوانٍ تمر بين بدء الحركة والتغيير الفعلي في الموضع. نتيجة لذلك ، لا يمكن للبالون أن يتفاعل مع التأثيرات الخارجية بشكل جيد ، كما أنه من الصعب للغاية تجنب العقبات بسرعة.

أخيرًا ، نظرًا لأن الهليوم أخف من الهواء ، فإنه يهرب ببطء من أي نوع من الغلاف. نتيجة لذلك ، يجب إعادة تعبئة البالون يوميًا أو كل يومين اعتمادًا على مدى مقاومة الغلاف الجوي للهواء. قد يكون من الصعب أيضًا ملء بالون بالكمية المناسبة من الهيليوم لجعله يطفو بالكامل ، أي لا يسقط ولا يرتفع في الارتفاع. يُنصح بملء البالون بحيث يكون خفيفًا جدًا وموازنته بوزن إضافي يمكن خلعه مرة أخرى بسهولة.