Капсула SSTV для высотных воздушных шаров: 11 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Этот проект родился после воздушного шара ServetI летом 2017 года с идеей отправки изображений в реальном времени из Стратосферы на Землю. Снимки, которые мы сделали, были сохранены в памяти rpi, а затем они были отправлены благодаря преобразованию в аудиосигнал. Изображения должны отправляться каждые «x» на станцию управления. Было также высказано предположение, что эти изображения будут содержать такие данные, как температура или высота, а также идентификационные данные, чтобы любой, кто получит изображение, мог знать, о чем оно.

Таким образом, Rpi-z снимает изображения и собирает значения датчика (температура и влажность). Эти значения хранятся в файле CSV, и позже мы можем использовать его для создания графики. Капсула передает изображения SSTV в аналоговой форме по радио. Это та же система, что и на МКС (Международной космической станции), но наши изображения имеют меньшее разрешение. Благодаря этому на отправку изображения уходит меньше времени.

Шаг 1. Вещи, которые нам нужны

-Мозг Пи-Зеро: https://shop.pimoroni.com/products/raspberry-pi-ze… 10 $ -Часы:

РТС DS3231

-Датчик температуры и барометрического давления: BMP180-Радиомодуль: DRA818V

Просто несколько компонентов:

-10 мкФ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР x2

-0,033 мкФ МОНОЛИТНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР x2

-150 ОМ РЕЗИСТОР x2

-270 ОМ РЕЗИСТОР x2

-600 ОМ АУДИО ТРАНСФОРМАТОР x1

-1N4007 диод х1

-100 мкФ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР

-10nf МОНОЛИТНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР x1-10K РЕЗИСТОР x3

РЕЗИСТОР -1K x2

-56nH ИНДУКТОР x2 * -68nH ИНДУКТОР x1 * -20pf МОНОЛИТНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР x2 *

-36pf МОНОЛИТНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР x2 *

* Рекомендуемые компоненты, капсула может работать без них

Шаг 2: Пи-ноль

Rpi Zero Нам нужно установить Raspbian с графической средой, зайдя в меню raspi-config, мы включим интерфейс камеры, I2C и последовательный порт. Конечно, графический интерфейс не является обязательным, но я использую его для тестирования системы. Благодаря WS4E, поскольку он объясняет решение для SSTV через RPID, загрузите папку SSTV в нашем репозитории и перетащите ее в свой каталог «/ home / pi», основной код называется sstv.sh, когда запускается код, он разрешает связь с радио модуль и датчик bmp180, также будут делать снимки и преобразовывать их в аудио для передачи по радиосистеме в аудио.

Вы можете попробовать систему, используя прямой аудиокабель от штекера к штекеру 3,5 мм или используя модуль радио и другое устройство для получения данных, таких как SDR, или любой рации с приложением Android Robot36.

Шаг 3. Устройства

Блоки RTC и BMP180 могут быть установлены вместе на печатной плате, благодаря чему они могут использовать один и тот же интерфейс питания и связи. Чтобы настроить эти модули, следуйте инструкциям на следующих страницах, которые мне помогли. Установить и настроить bmp180. Установить и настроить модуль RTC.

Шаг 4: Настройки камеры

В нашем проекте мы могли использовать любую камеру, но мы предпочитаем использовать raspi-cam v2 по весу, качеству и размеру. В нашем скрипте мы используем приложение Fswebcam, чтобы делать снимки и помещать информацию об имени, дате и значениях датчиков через OSD (данные на экране). Для правильного обнаружения камеры нашим программным обеспечением нам нужны эти инструкции.

Шаг 5: Аудиовыход

Rpi-zero не имеет прямого аналогового аудиовыхода, для этого требуется добавить небольшую звуковую карту через USB или создать простую схему, которая генерирует звук через два порта PWM GPIO. Мы попробовали первое решение с аудиокартой USB, но оно перезапускалось каждый раз, когда радио было подключено к TX (Stranger Things). В конце мы использовали аудиовыход через вывод PWM. С помощью нескольких компонентов вы можете создать фильтр для получения лучшего звука.

Мы собрали полную схему с двумя каналами, левым и правым звуком, но вам нужен только один. Кроме того, как вы можете видеть на рисунках и схеме, мы добавили звуковой трансформатор на 600 Ом, например, гальваническую изоляцию. Трансформатор не является обязательным, но мы предпочли его использовать, чтобы избежать помех.

Шаг 6: Радиомодуль VHF

Используемый модуль - DRA818V. Связь с модулем осуществляется через последовательный порт, поэтому мы должны включить его на выводах GPIO. В последних версиях RPI с этим возникла проблема, потому что RPI имеет модуль Bluetooth, который использует те же контакты. В конце концов, я нашел решение сделать это по ссылке.

Благодаря uart мы можем установить связь с модулем, чтобы назначить радиочастотную передачу, прием (помните, что это трансивер), а также другие специфические функции. В нашем случае мы используем модуль только как передатчик и всегда на одной и той же частоте. Благодаря контакту GPIO он активирует радиомодуль PTT (Push to Talk), когда мы захотим отправить изображение.

Очень важной деталью этого устройства является то, что он не допускает питания 5В, и мы говорим об этом… «на собственном опыте». Итак, мы видим на схеме типичный диод 1N4007 для понижения напряжения до 4,3В. Мы также используем небольшой транзистор для активации функции PTT. Мощность модуля может быть установлена на 1 Вт или 500 МВт. Вы можете найти дополнительную информацию об этом модуле в таблице данных.

Шаг 7: Антенна

Это важный компонент капсулы. Антенна отправляет радиосигналы на базовую станцию. В других капсулах мы тестировали с лямбда-антенной. Однако, чтобы обеспечить хорошее покрытие, мы разработали новую антенну под названием Turnstile (скрещенный диполь). Чтобы построить эту антенну, вам понадобится кусок кабеля 75 Ом и 2 метра алюминиевой трубки диаметром 6 мм. Вы можете найти расчеты и 3D-дизайн детали, которая удерживает диполь в нижней части капсулы. Мы проверили покрытие антенны перед запуском, и, наконец, она успешно отправила изображения на расстояние более 30 км.

-Значения для расчета габаритов антенны (с нашими материалами)

Частота SSTV в Испании: 145,500 МГц Коэффициент скорости алюминия: 95% Коэффициент скорости кабеля 75 Ом: 78%

Шаг 8: Источник питания

Вы не можете отправить щелочную батарею в стратосферу, она нагревается до -40 ° C, и она просто перестает работать. Даже если вы изолируете свою полезную нагрузку, вы хотите использовать одноразовые литиевые батареи, они хорошо работают при низких температурах.

Если вы используете преобразователь постоянного тока и стабилизатор со сверхнизким падением напряжения, вы можете выжать больше времени полета из своего блока питания.

Мы используем ватиметр для измерения потребления электроэнергии и, таким образом, рассчитываем, сколько часов он может проработать. Купили модуль и установили в небольшую коробку, быстро полюбили это устройство.

Мы используем 6 литиевых батареек АА и этот понижающий.

Шаг 9: Дизайн капсулы

Мы используем «пену» для создания легкой и изолирующей капсулы. Мы делаем его с помощью ЧПУ в Lab´s Cesar. С резаком и осторожностью мы внедрили все компоненты внутри него. Обернули серую капсулу термоодеялом (как у настоящих спутников;))

Шаг 10: день запуска

Мы запустили воздушный шар 25.02.2018 в Агоне, городке недалеко от Сарагосы, запуск состоялся в 9:30, время полета составляло 4 часа, максимальная высота - 31,400 метра, минимальная температура наружного воздуха - 48º. Цельсия. Всего шар пролетел около 200 км. Мы смогли продолжить свой путь благодаря еще одной капсуле Aprs и сервису www.aprs.fi

Траектория была рассчитана с большим успехом благодаря сервису www.predict.habhub.org, что видно на карте с красной и желтой линиями.

Максимальная высота: 31 400 метров. Максимальная зарегистрированная скорость спуска: 210 км / ч. Зарегистрированная конечная скорость спуска: 7 м / с. Зарегистрированная минимальная температура наружного воздуха: от -48ºC до 14 000 метров в высоту.

Мы сделали капсулу SSTV, но этот проект не мог бы быть реализован без помощи других сотрудников: Начо, Кике, Джуампе, Алехандро, Фрэн и других добровольцев.

Шаг 11: потрясающий результат

Благодаря Энрике у нас есть сводное видео полета, на котором вы можете увидеть весь процесс запуска. Без сомнения лучший подарок после тяжелой работы

Первый приз в космическом испытании