Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Europejski lider sprzedaży techniki i elektroniki.
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Prosty układ do śledzenia balonu wysokościowego

ghost666 11 Sty 2018 00:17 2964 4
  • Prosty układ do śledzenia balonu wysokościowego
    W poniższym materiale przedstawiona jest konstrukcja niedrogiego i prostego modułu do śledzenia pozycji balonu wysokościowego z wykorzystaniem sieci LoRa. Tracker zasilany jest z pomocą dwóch litowych baterii AAA, co wystarcza do działania nadajnika przez około 25 dni. Przez połowę tego czasu system będzie nadawał dane o swoim położeniu.

    Interfejs LoRa (od Long Range - daleki zasięg) to sieć dedykowana do komunikacji na długim zasięgu z wykorzystaniem minimalnej mocy. Nadajniki sieci LoRa zużywają bardzo mało mocy, dzięki czemu idealnie nadają się do aplikacji takich jak ta, czy też rozproszonych sensorów zasilanych z baterii itp. Ogromny zasię LoRa sprawia, że możliwe jest zbieranie danych z sensorów czy śledzenie balona na naprawdę duże odległości.

    Opisywany poniżej tracker dedykowany jest do najmniejszych balonów, klasy Pico. Tracker przesyłać będzie przez około 25 dni swoją pozycję; odległość działania wynosi od 250 km do nawet 450 kilometrów. W Wielkiej Brytanii LoRa działa w pasmie amatorskim 434 MHz. Nadajnik ma moc zaledwie 10 mW.

    Do zestawienia prezentowanego urządzenia potrzebować będziemy następujących modułów:

    * moduł Arduino Pro Mini 3,3 V 8 Mhz,
    * moduł Dorji DRF1278F lub Hope RFM98,
    * 2 x litowa bateria AAA,
    * moduł GPS Ublox MAX8Q,
    * płytki drukowane dla trackera i modułu GPS,
    * listwy kołkowe 2,54 mm i 1,27 mm,
    * druciki, kabelki
    * struna od gitary (autor wykorzystał Ernie Ball Custom Gauge 13)

    Nadawana transmisja FSK RTTY typowo odbierana jest przez albo radio definiowane programowo (SDR) dołączone do np. komputera albo przez dedykowany odbiornik krótkofalarski lub skaner. Odbiornik LoRa jest znacznie prostszy - do jego zestawienia wystarczy moduł Arduino z mikrokontrolerem ATmega2560 i shield DRF1278F lub RFM98 dołączony do niego. Tracker może nie tylko nadawać informacje, ale także odbierać komendy. Dzięki temu wszystkie kluczowe ustawienia nadajnika śledzącego, takie jak częstotliwość pracy, ustawienia interfejsu LoRa, RTTY, tryb oszczędzania zasilania itp mogą być zmieniane zdalnie w niemalże dowolnym momencie.

    W układzie zastosować trzeba kilka sztuczek, zwłaszcza w oprogramowaniu, aby możliwy był pomiar napięcia zasilania i temperatury układu bez konieczności dołączania dodatkowych układów scalonych do mikrokontrolera. Jeśli nie chcemy oprogramowywać tego rodzaju zaawansowanych funkcji, to możemy podłączyć do układu zewnętrzny sensor np. BME280 lub BMP280 działające poprzez I²C, co umożliwi nam pomiar warunków otoczenia. Możliwe jest oczywiście uzupełnienie systemu o dowolne inne sensory, jakie odczytywać będzie Arduino i wysyłać zebrane dane do nas poprzez sieć LoRa. Oczywiście, wszystko kosztem prądu z baterii i długości działania systemu na zamontowanym w balonie zasilaniu.





    Jako że tracker dedykowany jest do pracy w bardzo małych balonach, zasilanie musi być proste i lekkie. Dlatego też autor zdecydował się zasilać system z dwóch ogniw AAA, co daje razem 3 V. Aby było to możliwe, musimy usunąć z modułu Arduini Mini Pro stabilizator napięcia. Dodatkowo, aby nie marnować prądu w naszym systemie, usuwamy także dwie diody LED, jakie znajdują się na płytce Arduini Mini Pro.

    Stabilizator najprościej jest usunąć, wykorzystując do tego ostry skalpel, do odcięcia nóżek. Potem wystarczy odlutować je pojedynczo lub zewrzeć odpowiednie, pozostałe wyprowadzenia, by prąd popłynął do mikrokontrolera bezpośrednio z baterii.

    Prosty układ do śledzenia balonu wysokościowego


    Usunięcie diod LED może być już trudniejsze. Najprościej jest odlutować opornik ograniczający prąd diody, przez co przez LEDa nie będzie płynął żaden prąd. Oprócz tego opornika usunąć trzeba także oporniki przy stabilizatorze - jest tam dzielnik napięcia, który konfigurował stabilizator napięcia do pracy z napięciem wyjściowym 3,3 V. Wystarczy grotem lutownicy przesunąć opornik, starając się grzać oba pola. Na zdjęciach pokazano pozycje elementów, które należy usunąć.

    Prosty układ do śledzenia balonu wysokościowego


    Ponadto trzeba przeprogramować sam układ, a dokładniej mówiąc fusebity, konfigurując detektor zapadów zasilania (brown-out). Domyślna konfiguracja (0x05) oznacza wykrycie zapadów poniżej 2,7 V - to dobre ustawienie, gdy zasila się układ ze stabilizatora 3,3 V, ale przy zasilaniu z baterii to trochę za mało. Przestawić to należy na wartość 0x06, czyli 1,8 V. Wykorzystać do tego można dowolny programator do procesorów AVR. W internecie jest dużo informacji o tym, jak przestawiać bity konfiguracyjne w Arduino.

    Następnie wlutować możemy goldpiny do potrzebnych nam modułów. Piny o rastrze 2,54 mm lutujemy do Arduini Pro Mini, a mniejsze, o rozstawie 1,27 mm do modułu DRF1278F. Pozwoli nam to połączyć oba układy w jeden moduł na dedykowanej płytce drukowanej. Na tym etapie nie lutujemy jeszcze do siebie modułów.

    Prosty układ do śledzenia balonu wysokościowegoProsty układ do śledzenia balonu wysokościowegoProsty układ do śledzenia balonu wysokościowego


    Do Arduino musimy następnie przylutować kątowe piny do programatora. Po zakończeniu lutowania wszystkiego na obu płytkach powinniśmy pokryć dolne strony tych płytek lakierem lub innym środkiem zabezpieczającym je przed wilgocią. Następnie wlutować możemy na miejsce Arduino Mini Pro i dolutować do niego kabelki prowadzące do baterii, jak pokazano na zdjęciu. Finalnie instalujemy moduł radiowy DRF1278F.

    Prosty układ do śledzenia balonu wysokościowegoProsty układ do śledzenia balonu wysokościowego


    Następnie w tworzonym systemie instalujemy moduł GPS. Autor wybrał moduł od Ublox. Podłączamy go do pinów na płytce. Jeśli nie chcemy samodzielnie instalować modułu GPS etc możemy podłączyć gotowy moduł GPS od Uputronics.

    Prosty układ do śledzenia balonu wysokościowego


    Aby wykonać antenę do GPS, potrzebujemy dwóch kawałków struny gitarowej: jednego o długości ¼ fali, czyli 9,5 centymetra, a drugiego o długości ¾ fali, czyli 14,25 cm. Krótszy kawałek przewdziewamy przez dwa otwory przygotowane w PCB, a po drugiej stronie płytki montujemy dłuższą antenę. Wszystko tak jak pokazano na poniższych zdjęciach.

    Prosty układ do śledzenia balonu wysokościowego


    Zamiast prostej drutowej anteny do GPSa zastosować możemy scaloną antenę, na przykład JTI 1575AT43A40, ale zmniejszy to poziom sygnału w module, co przełoży się na większe zużycie prądu przez GPS.

    Najprostszą antenę do LoRa wykonujemy z 17,3 cm struny gitarowej, które wlutowujemy w moduł DRF1278F - to jedna czwarta długości fali 434 MHz. Do tego musimy wlutować w otworki po bokach promiennik o długości ¾ fali - 34,6 cm.

    Prosty układ do śledzenia balonu wysokościowego


    Do układu podłączamy teraz adapter CH340G do programowania przez USB. Układ ten musi być w trybie 3,3 V, aby poprawnie działać. Należy koniecznie pamiętać, aby nie podłączać do urządzenia w tym samym czasie adaptera do programowania przez USB i baterii. Tak samo nigdy nie można uruchamiać trackera bez wlutowanych anten, gdyż zakończyć się to może uszkodzeniem nadajnika.

    Prosty układ do śledzenia balonu wysokościowego


    Odbiornik

    Rolę odbiornika pełni Arduini ATMEGA2560 pracujące w trybie 3,3 V, do którego podłączono shield RFM98. Jak widać na zdjęciach - taki system nie wymaga zbyt wiele montażu. Ten sam shield zastosować można też z modułem Arduino Uno, który także działa przy 3,3 V, jakiego wymaga RFM98.

    Czerwony i czarny kabel to wyjście z odbiornika, które podłączamy do komputera poprzez kartę dźwiękową. Sygnał LoRa odbierany przez urządzenie przesyłany jest następnie jako sygnał AFSK RTTY o prędkości 1200 bodów. Komputer z oprogramowaniem np. FLDIGI w wersji HAB, jest w stanie bez problemu odebrać te dane, a następnie wysłać poprzez internet do np. portalu Spacenear w celu śledzenia pozycji naszego balona.

    Prosty układ do śledzenia balonu wysokościowego


    Jeśli chcemy, aby nasz tracker był odrobinę mniejszy i lżejszy, to goldpiny zastąpić możemy np. cienkimi drucikami wlutowanymi w oba moduły. Na czas lutowania poszczególne płytki drukowane oddzielić możemy nawet kawałkiem kartonu.

    Skonstruowany przez nas tracker może być wykorzystany także jako jako odbiornik - wystarczy dolutować złącze SMA i dodać elementy pozwalające na pobieranie sygnału AFSK do FLDIGI, jak pokazano poniżej. Taki system najprościej jest zasilać poprzez kabel do programowania z CH340G.

    Prosty układ do śledzenia balonu wysokościowego


    Na płytkach drukowanych pozostawione jest miejsce na dodatkowe elementy, takie jak kondensatory filtrujące dla nadajnika o modułu GPS.

    Moduł GPS zastąpić można innym, z wyjściem szeregowym. Moduł LoRa wykorzystany w układzie zastąpić można innym - RFM98. Dostępna jest płytka z pinami o rastrze 2 mm, dostosowanym do tego właśnie modułu.

    Źródło: http://www.loratracker.uk/?p=30


    Fajne!
  • #2 13 Sty 2018 18:20
    yogi009
    Poziom 41  

    Czytam ten opis i dochodzę do wniosku, że jeśli osoba dokonująca takiej zmiany w elektronice potrafi zmodyfikować fusebity, to potrafi tym bardziej wylutować rezystor SMD i układ w obudowie SOT-223. Do pierwszej operacji wystarczy stary, rozklepany i lekko "wcięty" pilniczkiem grot do lutownicy kolbowej (najlepiej wymienny). Przykładamy do obu pad'ów i element schodzi wzorcowo. Oczywiście elementów SMD tej wielkości nie planujemy "odzyskiwać". Obudowę SOT-223 odlutujemy używając dwóch prostych lutownic kolbowych. To dla tych, co zaczynają. Ci bardziej zaawansowani mają wprawę z gorącym powietrzem, albo dedykowane groty do takich operacji. Skalpel zostawmy medykom.

  • #3 14 Sty 2018 07:55
    pier
    Poziom 23  

    yogi009 napisał:
    Czytam ten opis i dochodzę do wniosku, że jeśli osoba dokonująca takiej zmiany w elektronice potrafi zmodyfikować fusebity, to potrafi tym bardziej wylutować rezystor SMD i układ w obudowie SOT-223. Do pierwszej operacji wystarczy stary, rozklepany i lekko "wcięty" pilniczkiem grot do lutownicy kolbowej (najlepiej wymienny). Przykładamy do obu pad'ów i element schodzi wzorcowo. Oczywiście elementów SMD tej wielkości nie planujemy "odzyskiwać". Obudowę SOT-223 odlutujemy używając dwóch prostych lutownic kolbowych. To dla tych, co zaczynają. Ci bardziej zaawansowani mają wprawę z gorącym powietrzem, albo dedykowane groty do takich operacji. Skalpel zostawmy medykom.


    E tam tam bez przesady z tymi specjalnymi grotami.
    Jeden i drugi element spokojnie odlutuje jedną lutownicą kolbową.

  • #4 14 Sty 2018 11:12
    yogi009
    Poziom 41  
  • #5 17 Sty 2018 17:32
    Tremolo
    Poziom 43  

    434MHz przy mocy 10mW? Teoretycznie głowice, które mam w podobnej mocy dają 100-150 metrów na dobrych antenach. Z tego co też pamiętam anteny na 434MHz mają długość 168mm (te o budowie drutowej). Zastosowanie w przemyśle. Nie potrzeba tzw. współczynnika skrócenia?

TME logo Szukaj w ofercie
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
TME Logo