Diri - den aktiverade heliumballongen: 6 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

I denna instruktionsbok kommer jag att leda dig genom processen att skapa en autonom heliumballong som dokumenterar utrymmet. Ta en titt på videon:

Ballongen och höljet är självtillverkade, elektroniken består av en arduino pro mini, tre motorer med rekvisita, ultraljudssensorer för hinderdetektering, gyroskop för stabilisering och en GoPro-kamera för att ta bilder/videor.

Detta är stegen:

1. Skaffa materialet

2. Skapa ballongen

3. Gör ett fodral till elektroniken och fäst den på ballongen

4. Lägg till elektroniken

5. Koden!

6. Några utmaningar när man arbetar med heliumballonger

Denna instruktion är baserad på ett forskningsprojekt av Diana Nowacka (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) och David Kirk (https://openlab.ncl.ac.uk/people/ndk37/ - [email protected]) - publicerad på Ubicomp -konferensen 2015 (https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM). Ett särskilt tack till Nils Hammerla (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected]) för hans hjälp.

Maila oss gärna om du har några frågor eller feedback!

Steg 1: Material

Material för ballongen

2 x Mylar filtar (sök efter "mylar rescue filt", ska vara lätt att hitta och kostar bara några pund)

1 x Mylar ballong

Verktyg

1 x plattång (minst 200 ° C)

För höljet

2 x Balsaträslister

en laserskärare eller en skapande skalpell

1 träpinne på ca. 50 cm längd (för att fästa motorerna)

Lite lim, jag gillar verkligen Epoxy

De elektroniska komponenterna

Arduino pro mini (kan också vara nano antar jag eller något lika litet)

2 x H-broar

3 x motorer med rekvisita (från t.ex. små fyrhjulingar)

GoPro Hero (perfekt WiFi -kompatibel)

Gyro + Accelerometer - ITG3200/ADXL345 (jag fick den här:

3 x ultraljudssensorer - ultraljudsavståndsmätare - LV -MaxSonar -EZ0 (den här bra

Steg 2: Gör ballongen

Att göra ballongen

Beroende på hur mycket saker du vill fästa på ballongen måste du noggrant välja storleken på ballongen. Eftersom det är svårt att få ballonger över 90 cm, bestämde jag mig för att göra en egen av Mylar. Du kan välja vilken form du vill, men jag räknade med att en sfärisk ballong blir lättare. En ballong med en diameter på 130 cm kan bära runt 360 g.

OBS Hur mycket en heliumballong kan bära beror också på din plats höjd (havsnivå), eftersom heliumets lyftkapacitet beror på dess egen densitet och luftens densitet.

Vad ska man göra:

Ta två ark Mylar -filt och skär ut en cirkel på 130 cm från varje.

Uppvärmning av mylar gör den mycket ömtålig och tunn. Därför kommer vi att använda den extra tjocka mylaren från en normal mylarballong för gränsen.

Klipp ut små remsor, cirka 5 cm x 10 cm (2 tum x 4 tum) ur din tjocka Mylarballong. Helst ska de vara något bredare än ditt strykjärn.

Lägg de två cirklarna ovanpå varandra, linda de tjocka remsorna runt gränsen och tryck ihop dem med hårrätaren. Vanligtvis, efter redan 5 sekunder, smälter Mylar. Jag klämde fast hårrätaren med ett gummiband och lät det i detta tillstånd i 30-60 sekunder. På så sätt kan du vara ganska säker på att Mylar smälter överallt och det finns inga luckor. Njut av denna procedur för hela ballongens omkrets (detta tar ungefär för alltid), bortsett från en sektion, där du måste lämna ett gap för att kunna fylla ballongen. Eftersom du inte riktigt vill ha en slät öppning till ballongen, bör du använda öppningen av det tjocka mylarkuvertet, som har en enkelriktad öppning som enkelt tillåter fyllning.

Nu är du klar med ditt kuvert!

Nästa listiga sak kommer att vara höljet. Det mest rekommenderade materialet är balsaträ på grund av dess låga vikt.

Steg 3: Gör fallet

Balsaträ är det perfekta materialet för ett hölje, eftersom det ser snyggt ut och är väldigt mycket lätt! Det har dock en nackdel, den är inte extremt robust. Jag lyckades inte bryta för många fall, det är ganska tillförlitligt, det behöver bara vara lite försiktigt. Det enklaste sättet att hantera balsa är att skära den med en skalpell.

Var bara kreativ och se vad du gillar! Jag experimenterade med många olika former, och levande gångjärn ser väldigt coola ut (se https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu… Du kan också välja standardboxen, det spelar ingen roll, så länge du kan placera allt inuti och fästa pluggen till motorerna.

Jag bestämde mig för att böja balsaträsremsan till en båge. Du kan göra det genom att ta en stor rund skål med nykokt vatten och långsamt böja remsan inuti det. Om du lägger ett tungt föremål som en mugg ovanpå och lämnar det i 1-2 timmar i vattnet bör balsan böja fint. när det är böjt, ta ut det och låt det torka (Tyvärr har jag inga bilder på det, jag var nog för lat för att ta några). Skär två halvcirklar ur balsaträet för sidorna.

Du kan bara limma pluggen på fodralet med Epoxy. Se till att motorerna vetter framåt, så är de starkast. För upp/ner -motorn, gör två små hål i botten av lådan, fäst motorn på två pluggar och sätt dem genom hålen. Att lägga till en annan tallrik och sätta igenom det också gör den mycket stabilare (se bild med elektroniken).

Steg 4: Electonics

Komponenterna

Jag tänkte att det skulle vara häftigt att ha en ballong som tar bilder och filmer. Jag ville också ha lite hinderdetektering och stabilisering.

Därför lade jag till tre ultraljudssensorer (1); två för att upptäcka allt längst fram och vänster och ett för att mäta avståndet till taket. Jag har inte haft problem med störningar (även om det nämns i databladet, då måste du använda kedjor, se https://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf Det enda viktiga var att sensorerna måste peka tillräckligt isär, kottarna får inte överlappa varandra eftersom ekolodet som kommer från sensorerna stör varandra. Det får en sensor att upptäcka ett hinder när det i själva verket bara är ytterligare en sensor som avger ljud för att göra sitt jobb.

Gyrsokopet (2) stabiliserar rörelsen efter svängning. Viktigt är (till skillnad från vad som visas på bilden där allt bara kastas in i höljet), att du valde en axel (i mitt fall var det Z) och justera det så mycket som möjligt så att det är parallellt med marken. Så rotation av ballongen kommer att resultera i att gyroskopmätningen ändras endast på Z-värdet. Uppenbarligen kan du använda lite fin matte annars, men det här fungerade bra för mig. Jag fastnade bara sensorn på balsaträskivan och det var redan tillräckligt för att få det att fungera.

GoPro (3) är utmärkt för fjärrinitiering av bilder och slutligen H-Bridges (L293D) för motorerna+rekvisita (4). H-Bridge: s kraftledningar måste anslutas direkt till batteriet, gå inte över arduinoen eftersom motorerna producerar mycket buller! Detta kan göra avläsningarna från sensorerna oanvändbara. Men kom ihåg att ansluta marken för H-broarna till arduino. Dessutom måste H-Bridges vara anslutna till PMW-stift för att fungera korrekt.

Om du är modig kan du ta isär en Mini-USB-kabel och lägga till GoPro över USB-kontakten till din krets genom att ansluta + till VCC på din adruino och marken. På så sätt kan du ta ut batteriet på GoPro och du sparar en hel del vikt! Detta kommer dock att resultera i kortare drifttid. Eftersom ballongen inte behöver någon batterikraft för att hänga med i luften, håller batteriet (3,7 V, 1000mAh bra) cirka 2 timmar med enstaka bilder. Konstigt nog kan samma batterier från olika företag ha olika vikter, så försök att få ett med så mycket mAh som möjligt men som också är lättast.

Anslut (komponent -> Arduino)

Ultraljudssensorer

Power+Ground -> Arduino VCC och Ground

BW -> A0, A1, A3 (kommer inte ihåg varför jag hoppade över A2, förmodligen ingen anledning)

Gyro+accelerometer

Power+Ground -> Arduino VCC och Ground

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

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

H-bro

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

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

Pin 2 -> Arduino Pin 11

Stift 3 -> Motor 1.a

Stift 6 -> Motor 1.b

Pin 7 -> Arduino Pin 10

(samma sak för den andra H-bron med motor 2+3)

Därefter koden!

Steg 5: Programmering

Snabb genomgång

UPPSTART

Initiera alla PIN -koder och sensorer

SLINGA

• För det första, om ballongen inte rörde sig på ett tag, gör den en rörelse framåt (ingen rörelse är tråkig),

  randommove = 1, kommer att kontrollera det i slutet av slingan

• Kontrollera sedan om höjden fortfarande är ok (KeepHeight ()) och eventuellt gå upp eller ner, jag ställer den till 1 m under taket
• Om det finns något närmare än 150 cm än det är ett hinder att undvika, så initiera vändningen
• om båda sensorerna upptäcker något på framsidan ska ballongen gå bakåt
• efter att ha vänt, för att undvika att driva, motstyrning med motorerna för att behålla orienteringen och inte rotera längre
• Slutligen kör framåtrörelsen och använd Gyro för att hålla rak medan du flyger i 5 sekunder

Jag är ganska säker på att det finns bättre sätt att uppnå dessa saker, meddela mig om du har ett förslag!

Steg 6: Slutanteckningar

Det finns några saker du behöver veta om heliumballonger, här är

UTMANINGAR När du arbetar med heliumballonger

Även om jag älskar min Diris, är heliumballonger långt ifrån perfekta. Den första utmaningen är att skaffa en ballong som har rätt storlek för att lyfta alla komponenter. Volymen på en ballong avgör hur mycket helium den kan hålla, vilket är proportionellt mot den uppåtgående kraften. Detta begränsar avsevärt valet av komponenter. Den största begränsningen är batteriet; ju lättare det är, desto kortare kommer det att hålla. För att kunna bära åtminstone mikrokontrollern, ett batteri och några motorer, behöver en heliumballong en minsta diameter på 90 cm.

För det andra är ballonger fyllda med helium mycket känsliga för luftflöde och temperaturförändringar i rummet. Eftersom heliumballonger alltid driver (dvs det finns inget sätt att vara helt stilla) påverkas de starkt av eventuella luftströmmar och drag. Jag har inte särskilt bra erfarenheter av att använda mina ballonger i luftkonditionerade rum.

För det tredje, eftersom förskjutning av en heliumballong består av att ändra trögheten genom att aktivera propellerna för att skapa en dragkraft, går några sekunder mellan initialiseringen av en rörelse och den faktiska lägesändringen. Som ett resultat kan ballongen inte reagera så bra på yttre påverkan och det är också mycket utmanande att snabbt undvika hinder.

Slutligen, eftersom helium är lättare än luft, släpper det långsamt ut från alla typer av höljen. Som en konsekvens måste ballongen fyllas på dagligen eller varannan dag beroende på hur lufttätt höljet är. Det kan också vara ganska utmanande att fylla en ballong med rätt mängd helium för att få den att flyta helt, det vill säga varken tappa eller stiga i höjd. Det är lämpligt att fylla ballongen så att den är för lätt och balansera den med en extra vikt, som lätt kan tas av igen.