Diri - aktywowany balon z helem: 6 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

W tej instrukcji przeprowadzę Cię przez proces tworzenia autonomicznego balonu z helem, który dokumentuje przestrzeń. Obejrzyj wideo:

Balon i obudowa są wykonane samodzielnie, elektronika składa się z arduino pro mini, trzech silników z rekwizytami, czujników ultradźwiękowych do wykrywania przeszkód, żyroskopu do stabilizacji i kamery GoPro do robienia zdjęć/filmów.

Oto kroki:

1. Zdobądź materiały

2. Stwórz balon

3. Zrób obudowę na elektronikę i przymocuj ją do balonu

4. Dodaj elektronikę

5. Kod!

6. Niektóre wyzwania podczas pracy z balonami z helem

Ta instrukcja jest oparta na projekcie badawczym Diany Nowackiej (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) i Davida Kirka (https://openlab.ncl.ac.uk/people/ndk37/ - [email protected]) - opublikowane na konferencji Ubicomp 2015 (https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM). Specjalne podziękowania kierujemy do Nilsa Hammerli (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected]) za jego pomoc.

Jeśli masz jakieś pytania lub uwagi, napisz do nas!

Krok 1: Materiały

Materiały na balon

2 x koce mylarowe (wyszukaj „koc ratunkowy z mylaru”, powinno być łatwe do znalezienia i kosztuje tylko kilka funtów)

1 x balon z mylaru;

Narzędzia

1 x Prostownica do włosów (min. 200 °C)

Do obudowy

2 x listwy z drewna Balsa

wycinarka laserowa lub skalpel rzemieślniczy

1 drewniany kołek ok. długość 50cm (do mocowania silników)

Trochę kleju, bardzo lubię Epoxy

Komponenty elektroniczne

Arduino pro mini (chyba też może być nano lub coś równie małego)

2 x mostki H

3 x silniki ze śmigłami (np. z małych quadkopterów)

GoPro Hero (idealnie obsługujący Wi-Fi)

Żyroskop + Akcelerometr - ITG3200/ADXL345 (mam ten:

3 x czujniki ultradźwiękowe - Ultradźwiękowy dalmierz - LV-MaxSonar-EZ0 (ten dobry

Krok 2: Tworzenie balonu

Robienie balonu

W zależności od tego, ile rzeczy chcesz dołączyć do balonu, musisz starannie wybrać rozmiar balonu. Ponieważ balony o rozmiarze ponad 90 cm (~30 cali) są trudne do zdobycia, postanowiłem zrobić własny z Mylaru. Możesz wybrać dowolny kształt, ale uważam, że kulisty balon stanie się łatwiejszy. Balon o średnicy 130 cm może unieść około 360 g.

NB To, ile balon z helem może przenosić, zależy również od wysokości Twojej lokalizacji (poziomu morza), ponieważ możliwości podnoszenia helu zależą od jego własnej gęstości i gęstości powietrza.

Co robić:

Weź dwa arkusze Mylar Blanket i wytnij z każdego okrąg o długości 130 cm (~ 51 cali).

Podgrzanie mylaru sprawia, że jest on bardzo delikatny i cienki. Dlatego do obramowania użyjemy dodatkowego, grubego mylaru z normalnego balonu mylarowego.

Wytnij małe paski o wymiarach około 5 cm x 10 cm (2 cale x 4 cale) z grubego balonu Mylar. Idealnie powinny być nieco szersze niż prostownica.

Połóż dwa kółka jeden na drugim, owiń grube paski wokół krawędzi i ściśnij je prostownicą do włosów. Zwykle już po 5 sekundach Mylar topi się. Zacisnąłem prostownicę do włosów gumką i pozostawiłem w tym stanie na 30-60 sekund. W ten sposób możesz być pewien, że Mylar topi się na całym ciele i nie ma żadnych przerw. Korzystaj z tej procedury na całym obwodzie balonu (trwa to w przybliżeniu w nieskończoność), z wyjątkiem jednej sekcji, w której musisz zostawić lukę, aby móc napełnić balon. Ponieważ nie chcesz mieć zwykłego otworu na balon, powinieneś użyć otworu w grubej kopercie z mylaru, która ma jednokierunkowy otwór, który ułatwia napełnianie.

Teraz skończyłeś z kopertą!

Następną sprytną rzeczą będzie obudowa. Najbardziej zalecanym materiałem jest drewno balsa, ze względu na jego niewielką wagę.

Krok 3: Tworzenie sprawy

Drewno balsy jest idealnym materiałem na obudowę, ponieważ ładnie wygląda i jest bardzo lekkie! Ma to jednak jedną wadę, nie jest zbyt wytrzymały. Udało mi się nie zepsuć zbyt wielu przypadków, jest dość niezawodny, wymaga tylko odrobiny ostrożności. Najłatwiejszym sposobem obchodzenia się z balsą jest przecięcie jej skalpelem.

Po prostu bądź kreatywny i zobacz, co lubisz! Eksperymentowałem z wieloma różnymi kształtami, a żywe zawiasy wyglądają bardzo fajnie (patrz https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu… Możesz też po prostu wybrać standardowe pudełko, to naprawdę nie ma znaczenia, tak długo, jak wszystko można umieścić w środku i zamocować kołek do silników.

Postanowiłem wygiąć listwę z balsy w łuk. Możesz to zrobić, biorąc dużą okrągłą miskę świeżo przegotowanej wody i powoli zginając w niej pasek. Jeśli położysz na wierzchu ciężki przedmiot, taki jak kubek i zostawisz go na 1-2 godziny w wodzie, balsa powinna się ładnie wygiąć. jak się zgięcie, wyjmij go i pozwól mu wyschnąć (przepraszam, że nie mam żadnych zdjęć tego, prawdopodobnie byłem zbyt leniwy, żeby zrobić). Z balsy wyciąć dwa półokręgi na boki.

Możesz po prostu przykleić kołek do obudowy za pomocą żywicy epoksydowej. Upewnij się, że silniki są skierowane do przodu, w ten sposób są najsilniejsze. W przypadku silnika góra/dół wykonaj dwa małe otwory na dole pudełka, przymocuj silnik do dwóch kołków i przełóż je przez otwory. Dodanie kolejnej płytki i przełożenie jej również sprawia, że jest znacznie stabilniejsza (patrz zdjęcie z elektroniką).

Krok 4: Elektronika

Części

Pomyślałem, że fajnie byłoby mieć balon, który robi zdjęcia i filmy. Chciałem też trochę wykrywania przeszkód i stabilizacji.

Dlatego dodałem trzy czujniki ultradźwiękowe (1); dwa do wykrywania wszystkiego z przodu po lewej i prawej stronie oraz jeden do pomiaru odległości do sufitu. Nie miałem problemów z zakłóceniami (chociaż jest to wymienione w karcie katalogowej, wtedy trzeba użyć wiązania łańcuszkowego patrz https://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf Jedyne ważne było to, że czujniki muszą być odpowiednio od siebie oddalone, stożki nie mogą na siebie nachodzić, ponieważ sonar pochodzący z czujników zakłócają się nawzajem. To sprawia, że czujnik wykrywa przeszkodę, podczas gdy w rzeczywistości jest to po prostu inny czujnik emitujący dźwięk, aby wykonać swoje zadanie.

Żyroskop (2) stabilizuje ruch po skręcie. Ważne jest (w przeciwieństwie do pokazanego na Zdjęciu, gdzie wszystko jest po prostu wrzucane do obudowy), aby wybrać jedną oś (w moim przypadku była to Z) i wyrównać ją tak bardzo, jak to możliwe, aby była równoległa do podłoża. Tak więc obrót balonu spowoduje zmianę pomiaru żyroskopu tylko na wartości Z. Oczywiście możesz użyć jakiejś wymyślnej matematyki w inny sposób, ale to działało dla mnie świetnie. Właśnie przykleiłem czujnik do deski z balsy i to już wystarczyło, żeby zadziałał.

GoPro (3) doskonale nadaje się do zdalnej inicjalizacji zdjęć i wreszcie mostków H (L293D) dla silników + rekwizytów (4). Linie zasilające H-Bridge muszą być podłączone bezpośrednio do akumulatora, nie przechodź przez arduino, ponieważ silniki wytwarzają dużo hałasu! Może to spowodować, że odczyty z czujników będą bezużyteczne. Pamiętaj jednak, aby podłączyć masę mostków H do arduino. Ponadto mostki H muszą być podłączone do pinów PMW, aby działały prawidłowo.

Jeśli jesteś odważny, możesz rozebrać kabel Mini-USB i dodać GoPro przez złącze USB do obwodu, podłączając + do VCC na swoim adruino i do masy. W ten sposób możesz wyjąć baterię GoPro i zaoszczędzić sporo wagi! Spowoduje to jednak skrócenie czasu pracy. Ponieważ balon nie potrzebuje baterii, aby utrzymać się w powietrzu, bateria (3,7 V, 1000 mAh jest dobra) wystarcza na około 2 godziny przy okazjonalnym robieniu zdjęć. O dziwo, te same akumulatory różnych firm mogą mieć różną wagę, więc postaraj się o taką, która ma jak najwięcej mAh, ale jest też najlżejsza.

Połącz (komponent -> Arduino)

Czujniki ultradźwiękowe

Zasilanie + uziemienie -> Arduino VCC i uziemienie

BW -> A0, A1, A3 (nie pamiętam dlaczego pominąłem A2, chyba bez powodu)

Żyroskop + Akcelerometr

Zasilanie + uziemienie -> Arduino VCC i uziemienie

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

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

Mostek H

Pin 4, 5, 12, 13 -> Arduino GND

Pin 1, 8, 9, 16 -> Arduino RAW

Pin 2 -> Pin Arduino 11

Pin 3 -> Silnik 1.a

Pin 6 -> Silnik 1.b

Pin 7 -> Pin Arduino 10

(to samo dotyczy drugiego mostka H z silnikiem 2+3)

Dalej kod!

Krok 5: Programowanie

Szybki przewodnik

USTAWIAĆ

Zainicjuj wszystkie kody PIN i czujniki

PĘTLA

• Po pierwsze, jeśli balon nie poruszał się przez chwilę, wykonuje ruch do przodu (żaden ruch nie jest nudny),

  randommove = 1, sprawdzi to na końcu pętli

• Następnie sprawdź czy wysokość nadal jest ok (KeepHeight()) i ewentualnie idź w górę lub w dół, ustawiłem ją na 1m pod sufitem
• Jeśli coś znajduje się bliżej niż 150 cm, niż jest to przeszkoda, której należy ominąć, zainicjuj skręcanie
• jeśli oba czujniki wykryją coś z przodu, balon poleci do tyłu
• po skręcie, aby uniknąć dryfowania, kontrsteruj silnikami, aby zachować orientację i już się nie obracać
• Na koniec wykonaj ruch do przodu i użyj żyroskopu, aby utrzymać się prosto podczas lotu przez 5 sekund

Jestem prawie pewien, że są lepsze sposoby na osiągnięcie tych celów, jeśli masz sugestię, daj mi znać!

Krok 6: Uwagi końcowe

Jest kilka rzeczy, które musisz wiedzieć o balonach z helem, oto

WYZWANIA W PRACY Z BALONAMI Z HELEM

Chociaż kocham mojego Dirisa, balony z helem są dalekie od ideału. Pierwszym wyzwaniem jest zdobycie balonu, który ma odpowiedni rozmiar, aby unieść wszystkie elementy. Objętość balonu określa, ile helu może pomieścić, co jest proporcjonalne do siły skierowanej w górę. To znacznie ogranicza wybór komponentów. Największym ograniczeniem jest bateria; im jest lżejszy, tym krócej wytrzyma. Aby móc przenosić przynajmniej mikrokontroler, baterię i niektóre silniki, balon z helem musi mieć minimalną średnicę 90 cm.

Po drugie, balony wypełnione helem są bardzo wrażliwe na wszelkie zmiany przepływu powietrza i temperatury w pomieszczeniu. Ponieważ balony wypełnione helem zawsze dryfują (tj. nie ma możliwości, aby być całkowicie nieruchomym), są one silnie podatne na wszelkie prądy powietrza i przeciągi. Nie mam zbyt dobrych doświadczeń z używaniem balonów w klimatyzowanych pomieszczeniach.

Po trzecie, ponieważ przemieszczenie balonu wypełnionego helem polega na zmianie bezwładności poprzez uruchomienie śmigieł w celu wytworzenia ciągu, między zainicjowaniem ruchu a rzeczywistą zmianą położenia mija kilka sekund. W rezultacie balon nie może tak dobrze reagować na wpływy zewnętrzne, a szybkie omijanie przeszkód jest również bardzo trudne.

Wreszcie, ponieważ hel jest lżejszy od powietrza, powoli ucieka z każdego rodzaju obudowy. W konsekwencji balon musi być uzupełniany codziennie lub co drugi dzień, w zależności od stopnia szczelności obudowy. Wypełnienie balonu odpowiednią ilością helu może być również dość trudne, aby był w pełni unoszący się w powietrzu, tj. ani nie spadał, ani nie unosił się na wysokość. Wskazane jest napełnienie balonika tak, aby był zbyt lekki i zrównoważenie go dodatkowym ciężarem, który można łatwo zdjąć.