Kapsuła SSTV dla balonów na dużych wysokościach: 11 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Ten projekt zrodził się po balonie ServetI latem 2017 roku z ideą wysyłania obrazów w czasie rzeczywistym ze Stratosfery na Ziemię. Zrobione przez nas obrazy były zapisywane w pamięci RPI, a następnie wysyłane w celu przetworzenia na sygnał audio. Obrazy powinny być wysyłane co „x” do stacji kontrolnej. Sugerowano również, że obrazy te będą dostarczać danych takich jak temperatura czy wysokość, a także identyfikacji, aby każdy, kto otrzyma zdjęcie, mógł wiedzieć, o co chodzi.

Podsumowując, Rpi-z robi zdjęcia i zbiera wartości czujnika (temperatura i wilgotność). Wartości te są przechowywane w pliku CSV, a później możemy go użyć do wykonania grafiki. Kapsuła wysyła przez radio obrazy SSTV w formie analogowej. Jest to ten sam system, którego używa ISS (Międzynarodowa Stacja Kosmiczna), ale nasze obrazy mają mniejszą rozdzielczość. Dzięki temu przesłanie obrazu zajmuje mniej czasu.

Krok 1: Rzeczy, których potrzebujemy

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

RTC DS3231

-Czujnik temperatury i ciśnienia barometrycznego: BMP180-Moduł radiowy:DRA818V

Tylko kilka elementów:

-10UF KONDENSATOR ELEKTROLITYCZNY x2

-0,033UF MONOLITYCZNY POJEMNIK CERAMICZNY x2

-Rezystor 150 omów x2

Rezystor -270 omów x2

-600 omów TRANSFORMATOR AUDIO x1

-1N4007 dioda x1

-100uF KONDENSATOR ELEKTROLITYCZNY

-10nf KONDENSATOR CERAMICZNY MONOLITYCZNY x1-10K REZYSTOR x3

-1K REZYSTOR x2

-56nH INDUKTORY x2*-68nH INDUKTORY x1*-20pf MONOLITYCZNE KONDENSATORY CERAMICZNE x2*

-36pf MONOLITYCZNY POJEMNIK CERAMICZNY x2*

* Zalecane składniki, kapsułka może bez nich działać

Krok 2: Pi-Zero

Rpi Zero Musimy zainstalować Raspbian ze środowiskiem graficznym, uzyskując dostęp do menu raspi-config włączymy interfejs kamery, I2C i Serial. Oczywiście interfejs graficzny nie jest obowiązkowy, ale używam go do testowania systemu. Dzięki WS4E, bo wyjaśnia rozwiązanie dla SSTV przez RPIDPobierz folder SSTV z naszego repozytorium i przeciągnij go do swojego katalogu "/home/pi" główny kod nazywa się sstv.sh, gdy uruchomi się kod, umożliwi komunikację z radiem moduł i czujnik bmp180, również zrobi zdjęcia i przekonwertuje go na dźwięk, aby przesłać przez system radiowy na dźwięk.

Możesz wypróbować system używając bezpośrednio kabla audio męski na męski 3.5mm lub używając modułu radia i innego urządzenia do odbioru danych, takiego jak SDR lub dowolnego walkie-talkie z aplikacją Android Robot36.

Krok 3: Urządzenia

Jednostki RTC i BMP180 mogą być montowane razem na płytce drukowanej, dzięki czemu mogą korzystać z tego samego interfejsu zasilania i komunikacji. Aby skonfigurować te moduły możesz postępować zgodnie z instrukcjami na kolejnych stronach, które mi pomogły. Zainstaluj i skonfiguruj bmp180Zainstaluj i skonfiguruj moduł RTC

Krok 4: Ustawienia aparatu

W naszym projekcie możemy użyć dowolnej kamery, ale wolimy używać raspi-cam v2 pod względem wagi, jakości i rozmiaru. W naszym skrypcie używamy aplikacji Fswebcam do robienia zdjęć i umieszczania informacji o nazwie, dacie i wartościach czujnika przez OSD (dane na ekranie). Aby prawidłowo wykryć kamerę przez nasze oprogramowanie, musimy zapoznać się z tymi instrukcjami.

Krok 5: Wyjście audio

Rpi-zero nie ma bezpośredniego analogowego wyjścia audio, wymaga to dodania małej karty dźwiękowej przez USB lub stworzenia prostego obwodu, który generuje dźwięk przez dwa porty PWM GPIO. Wypróbowaliśmy pierwsze rozwiązanie z kartą dźwiękową USB, ale to było restartowane za każdym razem, gdy radio było przełączane na TX (Stranger Things). Na koniec wykorzystaliśmy wyjście audio przez pin PWM. Dzięki kilku komponentom możesz stworzyć filtr, aby uzyskać lepszy dźwięk.

Zmontowaliśmy cały obwód z dwoma kanałami audio L i R, ale potrzebujesz tylko jednego. Ponadto, jak widać na zdjęciach i schemacie, dodaliśmy transformator audio 600 omów jak izolacja galwaniczna. Transformator jest opcjonalny, ale woleliśmy go używać, aby uniknąć zakłóceń.

Krok 6: Moduł radiowy VHF

Zastosowanym modułem był DRA818V. Komunikacja z modułem odbywa się przez port szeregowy, dlatego musimy ją włączyć w pinach GPIO. W ostatnich wersjach RPI jest z tym problem, ponieważ RPI ma moduł Bluetooth, który wykorzystuje te same piny. Na koniec znalazłem rozwiązanie aby to zrobić w linku.

Dzięki uart możemy nawiązać komunikację z modułem w celu przypisania funkcji nadawania częstotliwości radiowej, odbioru (pamiętaj, że jest to transceiver) oraz innych specyficznych funkcji. W naszym przypadku używamy modułu tylko jako nadajnika i zawsze na tej samej częstotliwości. Dzięki pinowi GPIO aktywuje moduł radiowy PTT (Push to talk), gdy będziemy chcieli wysłać zdjęcie.

Bardzo ważnym szczegółem tego urządzenia jest to, że nie toleruje zasilania 5V i mówimy to przez … „doświadczenie”. Widzimy więc na schemacie, że jest typowa dioda 1N4007 do obniżenia napięcia do 4,3V. Używamy również małego tranzystora do aktywacji funkcji PTT. Moc modułu można ustawić na 1w lub 500mw. Więcej informacji o tym module można znaleźć w arkuszu danych.

Krok 7: Antena

To ważny składnik kapsułki. Antena wysyła sygnały radiowe do stacji bazowej. W innych kapsułach testowaliśmy z anteną ¼ lambda. Aby jednak zapewnić dobry zasięg, projektujemy nową antenę o nazwie Turnstile (dipol skrzyżowany). Do zbudowania tej anteny potrzebny jest kawałek kabla 75 omów i 2 metry aluminiowej rurki o średnicy 6mm. Możesz znaleźć obliczenia i projekt 3D elementu, który trzyma dipol na dnie kapsuły. Przed startem przetestowaliśmy zasięg anteny i ostatecznie udało nam się wysłać obrazy na odległość ponad 30 km.

-Wartości do obliczenia wymiarów anteny (z naszych materiałów)

Częstotliwość SSTV w Hiszpanii: 145.500 Mhz Wskaźnik prędkości aluminium: 95% Wskaźnik prędkości kabla 75 omów: 78%

Krok 8: Zasilanie

Nie możesz wysłać baterii alkalicznej do stratosfery, temperatura spada do -40'C i po prostu przestają działać. Nawet jeśli zaizolujesz swój ładunek, chcesz używać jednorazowych baterii litowych, działają one dobrze w niskich temperaturach.

Jeśli używasz konwertera DC-DC, regulatora o bardzo niskim spadku, możesz wycisnąć więcej czasu lotu ze swojego power-packa

Używamy wodomierza do mierzenia zużycia energii elektrycznej i obliczania w ten sposób, ile godzin może pracować. Kupiliśmy moduł i zamontowaliśmy w małym pudełku, szybko zakochaliśmy się w tym urządzeniu.

Używamy 6 paczek baterii litowej AA i to obniżanie.

Krok 9: Zaprojektuj kapsułę

Używamy "pianki" do budowy lekkiej i izolującej kapsuły. Robimy to za pomocą CNC w Lab's Cesar. Z nożem i starannością wprowadziliśmy do niego wszystkie komponenty. Szarą kapsułę owinęliśmy kocem termicznym (Jak prawdziwe satelity;))

Krok 10: Dzień premiery

Balon zwodowaliśmy 25.02.2018 r. w miejscowości Agon niedaleko Saragossy, start o 9:30, czas lotu 4 godziny, maksymalna wysokość 31 400 metrów i minimalna temperatura zewnętrzna -48º Celsjusz. W sumie balon przebył około 200km. Udało nam się kontynuować jego podróż dzięki kolejnej kapsułce Aprs i serwisowi www.aprs.fi

Trajektoria została obliczona dzięki serwisowi www.predict.habhub.org z dużym sukcesem, co widać na mapie z czerwonymi i żółtymi liniami.

Maksymalna wysokość: 31 400 metrów Maksymalna zarejestrowana prędkość schodzenia: 210 km/h Zarejestrowana prędkość końcowa schodzenia: 7 m/s Zarejestrowana minimalna temperatura na zewnątrz: -48ºC do 14 000 metrów wysokości

Stworzyliśmy kapsułę SSTV, ale ten projekt nie mógłby zostać zrealizowany bez pomocy innych współpracowników: Nacho, Kike, Juampe, Alejandro, Fran i innych wolontariuszy.

Krok 11: Niesamowity rezultat

Dzięki Enrique mamy film podsumowujący lot, na którym można zobaczyć cały proces wodowania. Bez wątpienia najlepszy prezent po ciężkiej pracy

Pierwsza nagroda w kosmicznym wyzwaniu