Diri - задействаният балон с хелий: 6 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:54

В тази инструкция ще ви преведа през процеса на създаване на автономен балон с хелий, който документира пространството. Вижте видеото:

Балонът и корпусът са самостоятелно изработени, електрониката включва arduino pro mini, три двигателя с подпори, ултразвукови сензори за откриване на препятствия, жироскоп за стабилизиране и GoPro камера за правене на снимки/видеоклипове.

Това са стъпките:

1. Вземете материалите

2. Създайте балона

3. Направете кутия за електрониката и я прикрепете към балона

4. Добавете електрониката

5. Кодът!

6. Някои предизвикателства при работа с балони с хелий

Тези инструкции се основават на изследователски проект на Даяна Новака (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) и Дейвид Кърк (https://openlab.ncl.ac.uk/people/ndk37/ - [email protected]) - публикувано на конференцията в Ubicomp 2015 (https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM). Специално благодаря на Нилс Хамерла (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected]) за помощта.

Не се колебайте да ни пишете, ако имате въпроси или обратна връзка!

Стъпка 1: Материали

Материали за балона

2 x одеяла от милар (търсене на "спасително одеяло от милар", трябва да бъде лесно за намиране и струва само няколко паунда)

1 х Mylar балон

Инструменти

1 х преса за коса (поне 200 ° C)

За корпуса

2 x дървени ленти Balsa

лазерен нож или изработен скалпел

1 дървен дюбел с ок. 50 см дължина (за закрепване на двигателите)

Малко лепило, много харесвам епоксидна смола

Електронните компоненти

Arduino pro mini (може да е и нано, предполагам или нещо също толкова малко)

2 x H-мостове

3 x двигатели с подпори (например от малки квадрокоптери)

GoPro Hero (в идеалния случай с възможност за WiFi)

Жироскоп + акселерометър - ITG3200/ADXL345 (Взех този:

3 x ултразвукови сензора - ултразвуков далекомер - LV -MaxSonar -EZ0 (този добър

Стъпка 2: Направете балона

Изработване на балон

В зависимост от това колко неща искате да прикачите към балона, трябва внимателно да изберете размера на балона. Тъй като балони с размер 90 см (~ 30 инча) са трудни за получаване, реших да направя свой собствен от Mylar. Можете да изберете каквато форма искате, но сметнах, че сферичен балон ще се обърне по -лесно. Балон с диаметър 130 cm може да носи около 360 g.

NB: Колко хелиев балон може да носи също зависи от височината на вашето местоположение (морското равнище), тъй като способностите за повдигане на хелия зависят от собствената му плътност и плътността на въздуха.

Какво да правя:

Вземете два листа одеяло Mylar и изрежете кръг от 130 см (~ 51 инча) от всеки.

Загряването на милара го прави много крехък и тънък. Затова ще използваме допълнителния, дебел милар от нормален балон с милар за границата.

Изрежете малки ленти, около 5 cm x 10 cm (2 инча x 4 инча) от дебелия си балон Mylar. В идеалния случай те трябва да са малко по -широки от ютията за изправяне.

Поставете двата кръга един върху друг, увийте дебелите ленти около границата и ги притиснете заедно с пресата за коса. Обикновено след вече 5 секунди Mylar се топи. Затегнах пресата за коса с гумена лента и я оставих в това състояние за 30-60 секунди. По този начин можете да бъдете доста сигурни, че Mylar се топи навсякъде и няма празнини. Насладете се на тази процедура за цялата обиколка на балона (това отнема приблизително завинаги), с изключение на една секция, където трябва да оставите празнина, за да можете да запълните балона. Тъй като всъщност не искате да имате обикновен отвор към балона, трябва да използвате отвора на дебелия плик от милар, който има еднопосочен отвор, който лесно позволява пълнене.

Сега сте готови с плика си!

Следващото хитро нещо ще бъде корпусът. Най -препоръчителният материал е балса, поради ниското си тегло.

Стъпка 3: Изграждане на случая

Дървото от балса е идеалният материал за обшивката, тъй като изглежда хубаво и е много много леко! Това обаче има един недостатък, не е изключително здрав. Успях да не счупя твърде много случаи, той е доста надежден, просто се нуждае от малко предпазливост. Най -лесният начин да се справите с балса е да я отрежете със скалпел.

Просто бъдете креативни и вижте какво харесвате! Експериментирах с много различни форми и живите панти изглеждат много готини (вижте https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu… Можете също така просто да отидете на стандартната кутия, няма значение, стига да можете да поставите всичко вътре и да прикрепите дюбела за двигателите.

Реших да огъна дървената лента от балса до дъга. Можете да направите това, като вземете голяма кръгла купа с прясно преварена вода и бавно огънете лентата вътре в нея. Ако поставите отгоре тежък предмет като халба и го оставите за 1-2 часа във водата, балсата трябва да се огъне добре. след като се огъне, извадете го и го оставете да изсъхне (Съжалявам, че нямам такива снимки, вероятно бях твърде мързелив, за да направя някои). Изрежете два полукръга от балса за страните.

Можете просто да залепите дюбела към кутията с епоксидна смола. Уверете се, че двигателите са обърнати напред, така че те са най -здравите. За двигателя нагоре/надолу направете два малки отвора в долната част на кутията, прикрепете двигателя към два дюбела и ги поставете през отворите. Добавянето на друга плоча и поставянето през нея също я прави много по -стабилна (вижте снимката с електрониката).

Стъпка 4: Електрониката

Компонентите

Мислех, че би било страхотно да имаш балон, който прави снимки и видеоклипове. Исках и известно откриване и стабилизиране на препятствия.

Затова добавих три ултразвукови сензора (1); две за откриване на всичко отпред отляво и отдясно и една за измерване на разстоянието до тавана. Не съм имал проблеми с намесата (въпреки че е споменато в информационния лист, тогава трябва да използвате веригиране вижте https://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf Единственото важно нещо беше, че сензорите трябва да са достатъчно раздалечени, конусите не трябва да се припокриват, тъй като сонарът, идващ от сензорите, наистина се намесват помежду си.

Жирсокопът (2) стабилизира движението след завъртане. Важното е (за разлика от показаното на снимката, където всичко е просто хвърлено в корпуса), че сте избрали една ос (в моя случай беше Z) и я подравнете възможно най -много, така че да е успоредна на земята. Така че завъртането на балона ще доведе до промяна в измерването на жироскопа само на Z-стойността. Очевидно можете да използвате някаква фантазия по друг начин, но това работи чудесно за мен. Просто залепих сензора към дъската от балса и това вече беше достатъчно, за да работи.

GoPro (3) е чудесен за дистанционно инициализиране на снимки и накрая H-Bridges (L293D) за двигатели+подпори (4). Захранващите линии на H-Bridge трябва да бъдат свързани директно към батерията, не преминавайте през arduino, защото двигателите произвеждат много шум! Това може да направи показанията от сензорите неизползваеми. Но не забравяйте да свържете земята на H-мостовете към arduino. Освен това, H-мостовете трябва да бъдат свързани към PMW щифтове, за да работят правилно.

Ако сте смели, можете да отделите Mini-USB кабел и да добавите GoPro през USB конектора към вашата верига, като свържете + към VCC на вашия adruino и земята. По този начин можете да извадите батерията на GoPro и да спестите доста тегло! Това обаче ще доведе до по -малко време за работа. Тъй като балонът не се нуждае от захранване от батерията, за да поддържа въздуха, батерията (3.7 V, 1000mAh е добра) издържа около 2 часа с периодично правене на снимки. Странно едни и същи батерии от различни компании могат да имат различно тегло, затова се опитайте да вземете такава с възможно най -много mAh, но и най -леката.

Свързване (компонент -> Arduino)

Ултразвукови сензори

Power+Ground -> Arduino VCC и Ground

BW -> A0, A1, A3 (не помня защо пропуснах A2, вероятно няма причина)

Жироскоп+акселерометър

Power+Ground -> Arduino VCC и Ground

SDA (Pin над GND) -> Arduino SDA (A4)

SCL (Pin над SDA) -> Arduino SCL (A5)

H-мост

Пин 4, 5, 12, 13 -> Arduino GND

Пин 1, 8, 9, 16 -> Arduino RAW

Pin 2 -> Arduino Pin 11

Щифт 3 -> Двигател 1.a

ПИН 6 -> Двигател 1.b

Pin 7 -> Arduino Pin 10

(същото важи и за другия H-мост с мотор 2+3)

След това кодът!

Стъпка 5: Програмиране

Бързо преминаване

НАСТРОЙВАМ

Инициализирайте всички ПИН кодове и сензорите

LOOP

• Първо, ако балонът не се е движил известно време, той прави движение напред (нито едно движение не е скучно),

  randommove = 1, ще провери това в края на цикъла

• След това проверете дали височината все още е наред (KeepHeight ()) и потенциално да се качва нагоре или надолу, зададох го на 1 м под тавана
• Ако има нещо по -близо от 150 см, това е пречка, която трябва да се избегне, така че инициализирайте завъртането
• ако и двата сензора открият нещо отпред, балонът трябва да се върне назад
• след завъртане, за да се избегне дрейф, контрауправлявайте с двигателите, за да запазите ориентацията и да не се въртите повече
• Накрая изпълнете движението напред и използвайте жироскопа, за да се държите прави, докато летите за 5 секунди

Сигурен съм, че има по -добри начини да постигнете тези неща, ако имате предложение, моля, уведомете ме!

Стъпка 6: Заключителни бележки

Ето няколко неща, които трябва да знаете за балоните с хелий, ето ги

Предизвикателства при работа с хелиеви балони

Въпреки че обичам моя Diris, балоните с хелий далеч не са перфектни. Първото предизвикателство е да се получи балон, който има правилния размер, за да повдигне всички компоненти. Обемът на балона определя колко хелий може да побере, което е пропорционално на възходящата сила. Това значително ограничава избора на компоненти. Най -голямото ограничение е батерията; колкото по -лека е, толкова по -кратка ще издържи. За да може да носи поне микроконтролера, батерията и някои двигатели, хелиевият балон се нуждае от минимален диаметър 90 см.

Второ, балоните, напълнени с хелий, са много чувствителни към всякакви въздушни потоци и температурни промени в помещението. Тъй като балоните с хелий винаги се носят (т.е. няма начин да бъдат напълно неподвижни), те са силно засегнати от въздушни течения и течения. Нямам много добър опит с използването на балоните си в климатизирани стаи.

Трето, тъй като изместването на балон с хелий се състои в промяна на инерцията чрез задействане на витлата, за да се създаде тяга, минават няколко секунди между инициализирането на движение и действителната промяна в позицията. В резултат на това балонът не може да реагира толкова добре на външни влияния и също така е много предизвикателно бързо да се избегнат препятствията.

И накрая, тъй като хелият е по -лек от въздуха, той излиза бавно от всякакъв вид обвивка. В резултат на това балонът трябва да се зарежда всеки ден или през ден в зависимост от това колко е въздухонепроницаем корпусът. Също така може да бъде доста предизвикателно да напълните балон с точното количество хелий, за да го направите напълно плаващ, т.е. нито да падате, нито да се издигате на височина. Препоръчително е да напълните балона, така че да е твърде лек и да го уравновесите с допълнително тегло, което може лесно да се свали отново.