Kapsula SSTV pre balóny vo vysokej nadmorskej výške: 11 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Tento projekt sa narodil po balóne ServetI v lete 2017 s myšlienkou odosielať obrázky v reálnom čase zo Stratosféry na Zem. Obrázky, ktoré sme urobili, boli uložené do pamäte rpi a potom boli odoslané vďaka konverzii na zvukový signál. Obrázky by sa mali odosielať vždy 'x' na riadiacu stanicu. Tiež sa navrhlo, aby tieto obrázky poskytovali údaje, ako je teplota alebo nadmorská výška, a tiež identifikáciu, aby ktokoľvek, kto dostane obrázok, vedel, o čo ide.

Stručne povedané, Rpi-z fotografuje a zhromažďuje hodnoty senzora (teplota a vlhkosť). Tieto hodnoty sú uložené v súbore CSV a neskôr ich môžeme použiť na grafiku. Kapsula odosiela obrázky SSTV v analógovom formáte prostredníctvom rádia. Je to ten istý systém, ktorý používa ISS (Medzinárodná vesmírna stanica), ale naše obrázky majú menšie rozlíšenie. Vďaka nemu odoslanie obrázku zaberie menej času.

Krok 1: Veci, ktoré potrebujeme

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

RTC DS3231

-Snímač teploty a barometrického tlaku: BMP180-Rádiový modul: DRA818V

Len niekoľko komponentov:

-10UF ELEKTROLYTICKÝ KAPACITOR x2

-0,033UF MONOLITICKÝ KERAMICKÝ KAPACITOR x2

-150 OHM REZISTOR x2

-270 OHM REZISTOR x2

-600 OHM ZVUKOVÝ TRANSFORMÁTOR x1

-1N4007 dióda x1

-100uF ELEKTROLYTICKÝ KAPACITOR

-10nF MONOLITICKÝ KERAMICKÝ KAPACITOR x1-10K odpory x3

-1K odpory x2

-56nH INDUKTOR x2*-68nH INDUKTOR x1*-20pf MONOLITICKÝ KERAMICKÝ KAPACITOR x2*

-36pf MONOLITICKÝ KERAMICKÝ KAPACITOR x2*

*Odporúčané komponenty, kapsula môže fungovať bez nich

Krok 2: Pi-Zero

Rpi Zero Potrebujeme nainštalovať Raspbian s grafickým prostredím. V ponuke raspi-config povolíme rozhranie fotoaparátu, I2C a Serial. Grafické rozhranie samozrejme nie je povinné, ale používam ho na testovanie systému. Vďaka WS4E, pretože vysvetľuje riešenie pre SSTV cez RPID Stiahnite si priečinok SSTV do nášho úložiska a presuňte ho do svojho adresára "/home/pi" hlavný kód sa nazýva sstv.sh, kedy začne kód, umožní komunikáciu s rádiom modul a snímač bmp180 tiež nasnímajú obrázky a prevedú ich na zvuk, aby ho mohli prenášať rádiovým systémom na zvuk.

Môžete si vyskúšať systém pomocou priameho zvukového kábla 3,5 mm na samec alebo samec alebo pomocou modulu rádia a iného zariadenia na príjem údajov, ako je napríklad vysielačka SDR, akékoľvek vysielačky s aplikáciou Android Robot36.

Krok 3: Zariadenia

Jednotky RTC a BMP180 je možné namontovať spoločne na dosku plošných spojov, vďaka čomu môžu zdieľať rovnaké napájacie a komunikačné rozhranie. Pri konfigurácii týchto modulov môžete postupovať podľa pokynov na nasledujúcich stránkach, ktoré mi pomohli. Nainštalujte a nakonfigurujte bmp180 Nainštalujte a nakonfigurujte modul RTC

Krok 4: Nastavenia fotoaparátu

V našom projekte sme mohli použiť akýkoľvek fotoaparát, ale dávame prednosť použitiu raspi-cam v2 podľa hmotnosti, kvality a veľkosti. V našom skripte používame aplikáciu Fswebcam na fotografovanie a vkladanie informácií o názve, dátume a hodnotách senzorov prostredníctvom OSD (údaje na obrazovke). Na správnu detekciu kamery pomocou nášho softvéru potrebujeme tieto pokyny.

Krok 5: Audio výstup

Rpi-zero nemá priamy analógový zvukový výstup, preto je potrebné pridať malú zvukovú kartu cez USB alebo vytvoriť jednoduchý obvod, ktorý generuje zvuk prostredníctvom dvoch portov PWM GPIO. Skúsili sme prvé riešenie so zvukovou kartou USB, ale toto sa reštartovalo zakaždým, keď bolo rádio zaradené do TX (Stranger Things). Na konci sme použili zvukový výstup cez pin PWM. S niekoľkými komponentmi môžete vytvoriť filter a získať lepší zvuk.

Zostavili sme kompletný obvod s dvoma kanálmi, L a R audio, ale potrebujete iba jeden. Navyše, a ako vidíte na obrázkoch a schéme, sme pridali 600 ohmový zvukový transformátor ako galvanická izolácia. Transformátor je voliteľný, ale radšej sme ho použili, aby sme sa vyhli rušeniu.

Krok 6: Rádiový modul VHF

Použitý modul bol DRA818V. Komunikácia s modulom prebieha prostredníctvom sériového portu, preto ho musíme povoliť v kolíkoch GPIO. V posledných verziách RPI je problém to urobiť, pretože RPI má modul Bluetooth, ktorý používa rovnaké piny. Na konci som v odkaze našiel riešenie, ako to urobiť.

Vďaka uartu môžeme nadviazať komunikáciu s modulom a priradiť rádiofrekvenčný prenos, príjem (pamätajte, že je to transceiver) a ďalšie funkcie špecifík. V našom prípade modul používame iba ako vysielač a vždy na rovnakej frekvencii. Vďaka kolíku GPIO aktivuje rádiový modul PTT (Push to talk), keď budeme chcieť odoslať obrázok.

Veľmi dôležitým detailom tohto zariadenia je, že netoleruje napájanie 5 V a hovoríme to podľa … „skúsenosti“. Na schéme teda vidíme, že existuje typická dióda 1N4007 na zníženie napätia na 4,3V. Na aktiváciu funkcie PTT používame aj malý tranzistor. Výkon modulu je možné nastaviť na 1w alebo 500mw. Viac informácií o tomto module nájdete v technickom liste.

Krok 7: Anténa

Je to dôležitá súčasť kapsuly. Anténa vysiela rádiové signály do základňovej stanice. V iných kapsulách sme testovali s ¼ lambda anténou. Aby sme však zaistili dobré pokrytie, navrhujeme novú anténu s názvom Turnstile (krížený dipól). Na stavbu tejto antény potrebujete kus kábla 75 ohmov a 2 metre hliníkovej trubice s priemerom 6 mm. Výpočty a 3D návrh dielu, ktorý drží dipól, nájdete v spodnej časti kapsuly. Pred štartom sme testovali pokrytie antény a nakoniec úspešne odoslal obrázky na 30 km.

-Hodnoty na výpočet rozmerov antény (s našimi materiálmi)

Frekvencia SSTV v Španielsku: 145 500 Mhz Pomer rýchlosti hliníka: 95%Pomer rýchlosti 75 ohmového kábla: 78%

Krok 8: Napájanie

Alkalickú batériu nemôžete poslať do stratosféry až na -40 ° C a prestanú fungovať. Napriek tomu, že izolujete svoje užitočné zaťaženie, chcete použiť jednorazové lítiové batérie, ktoré dobre fungujú pri nízkych teplotách.

Ak použijete konvertor jednosmerného prúdu na jednosmerný prúd, môžete zo svojho zdroja vyžmýkať viac času letu

Wattmetrom meriame elektrickú spotrebu a tým vypočítame, koľko hodín by mohla fungovať. Kúpili sme modul a namontovali ho do malej škatule. Do tohto zariadenia sme sa rýchlo zamilovali.

Používame 6 balení lítiových batérií AA a toto zníženie.

Krok 9: Navrhnite kapsulu

Na výrobu ľahkej a izolujúcej kapsuly používame „penu“. Vyrábame ho s CNC v Lab´s Cesar. S frézou a starostlivosťou sme predstavili všetky komponenty v ňom. Sivú kapsulu sme zabalili do tepelnej prikrývky (Rovnako ako skutočné satelity;))

Krok 10: Deň spustenia

Balón sme vypustili 25. februára 2018 v Agone, meste blízko Zaragozy, štart bol o 9:30 a čas letu bol 4 hodiny s maximálnou výškou 31 400 metrov a minimálnou vonkajšou teplotou - 48 ° Celzia. Celkovo balón prešiel asi 200 km. Mohli sme pokračovať v ceste vďaka ďalšej kapsule Aprs a službe www.aprs.fi

Dráha bola vypočítaná vďaka službe www.predict.habhub.org s veľkým úspechom, ako je vidieť na mape s červenou a žltou čiarou.

Maximálna nadmorská výška: 31 400 metrov Maximálna zaznamenaná rýchlosť klesania: 210 km / h Registrovaná koncová rýchlosť zostupu: 7 m / s Registrovaná vonkajšia minimálna teplota: -48 ° C až 14 000 metrov vysoká

Vyrobili sme kapsulu SSTV, ale tento projekt by nebolo možné uskutočniť bez pomoci ďalších spolupracovníkov: Nacho, Kike, Juampe, Alejandro, Fran a ďalších dobrovoľníkov.

Krok 11: Úžasný výsledok

Vďaka Enriquovi máme súhrnné video z letu, kde môžete vidieť celý proces spustenia. Bezpochyby najlepší darček po tvrdej práci

Prvá cena vo vesmírnej výzve