SSTV-capsule voor ballonnen op grote hoogte - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Dit project ontstond na de ServetI-ballon in de zomer van 2017 met het idee om in realtime beelden van de stratosfeer naar de aarde te sturen. De foto's die we maakten werden opgeslagen in het geheugen van de rpi en werden daarna verzonden om te worden omgezet in een audiosignaal. Afbeeldingen moeten elke 'x' keer naar het controlestation worden gestuurd. Er werd ook gesuggereerd dat deze afbeeldingen gegevens zouden verschaffen zoals temperatuur of hoogte, evenals een identificatie, zodat iedereen die de afbeelding zou ontvangen, zou kunnen weten waar het over gaat.

Samengevat, een Rpi-z maakt beelden en verzamelt de waarden van de sensor (temperatuur en vochtigheid). Deze waarden worden opgeslagen in een CSV-bestand en later kunnen we het gebruiken om wat afbeeldingen te maken. De capsule stuurt SSTV-beelden in analoge vorm via de radio. Het is hetzelfde systeem dat wordt gebruikt door het ISS (International Space Station), maar onze afbeeldingen hebben een lagere resolutie. Hierdoor kost het minder tijd om de afbeelding te verzenden.

Stap 1: Dingen die we nodig hebben

-Het brein Pi-Zero: https://shop.pimoroni.com/products/raspberry-pi-ze… 10$-Clock:

Rtc DS3231

-Sensor temp en luchtdruksensor: BMP180-Radio module:DRA818V

Slechts een paar componenten:

-10UF ELEKTROLYTISCHE CONDENSATOR x2

-0.033UF MONOLITHISCHE KERAMISCHE CONDENSATOR x2

-150 OHM WEERSTAND x2

-270 OHM WEERSTAND x2

-600 OHM AUDIOTRANSFORMATOR x1

-1N4007-diode x1

-100uF ELEKTROLYTISCHE CONDENSATOR

-10nf MONOLITHISCHE KERAMISCHE CONDENSATOR x1-10K WEERSTAND x3

-1K WEERSTAND x2

-56nH INDUCTOR x2*-68nH INDUCTOR x1*-20pf MONOLITHISCHE KERAMISCHE CONDENSATOR x2*

-36pf MONOLITHISCHE KERAMISCHE CONDENSATOR x2*

*Aanbevolen componenten, de capsule kan zonder ze werken

Stap 2: Pi-Zero

Rpi Zero We moeten Raspbian installeren met een grafische omgeving, toegang tot het menu raspi-config zullen we de camera-interface, I2C en Serial inschakelen. Natuurlijk is de grafische interface niet verplicht, maar ik gebruik deze om het systeem te testen. Dankzij WS4E, omdat hij een oplossing voor SSTV over RPI uitlegt. Download de SSTV-map in onze repository en sleep deze naar uw "/home/pi"-directory. De hoofdcode heet sstv.sh, wanneer de code wordt gestart, maakt het communicatie met radio mogelijk module en bmp180-sensor, zullen ook foto's maken en deze omzetten in audio om deze via een radiosysteem naar audio te verzenden.

U kunt het systeem proberen met behulp van een rechtstreekse audiokabel van mannelijk naar mannelijk 3,5 mm of met behulp van een radiomodule en een ander apparaat om de gegevens te ontvangen, zoals SDR of een walkietalkie voor iedereen met een Android Robot36-toepassing.

Stap 3: Apparaten

RTC en de BMP180-units kunnen samen op een printplaat worden gemonteerd, waardoor ze dezelfde voedings- en communicatie-interface kunnen delen. Om deze modules te configureren, kunt u de instructies op de volgende pagina's volgen, wat mij heeft geholpen. Installeer en configureer bmp180Installeer en configureer de RTC-module

Stap 4: Camera-instellingen

In ons project zouden we elke camera kunnen gebruiken, maar we geven de voorkeur aan de raspi-cam v2 qua gewicht, kwaliteit en grootte. In ons script gebruiken we de Fswebcam-applicatie om foto's te maken en informatie over naam, datum en sensorwaarden via OSD (on screen data) te plaatsen. Voor de juiste detectie van de camera door onze software hebben we deze instructies nodig.

Stap 5: Audio-uitgang

Rpi-zero heeft geen directe analoge audio-uitgang, dit vereist het toevoegen van een kleine geluidskaart via USB of het creëren van een eenvoudig circuit dat de audio genereert via twee PWM GPIO-poorten. We hebben de eerste oplossing geprobeerd met een USB-geluidskaart, maar deze startte elke keer opnieuw op als de radio naar TX (Stranger Things) werd gezet. Aan het einde gebruikten we de audio-uitgang via de PWM-pin. Met verschillende componenten kunt u een filter maken om een betere audio te krijgen.

We hebben het complete circuit samengesteld met twee kanalen, L- en R-audio, maar je hebt er maar één nodig. Bovendien, en zoals je op de foto's en het schema kunt zien, hebben we een 600 ohm audiotransformator zoals galvanische isolatie toegevoegd. De transformator is optioneel, maar we gaven er de voorkeur aan om deze te gebruiken om interferentie te voorkomen.

Stap 6: Radiomodule VHF

De gebruikte module was de DRA818V. De communicatie met de module verloopt via de seriële poort, dus we moeten deze inschakelen in de GPIO-pinnen. In de laatste RPI-versies is er een probleem om dit te doen omdat RPI een Bluetooth-module heeft die dezelfde pinnen gebruikt. Uiteindelijk heb ik een oplossing gevonden om dit in de link te maken.

Dankzij de uart kunnen we communicatie met de module tot stand brengen om radiofrequentietransmissie, ontvangst (onthoud dat dit een transceiver is) en andere specifieke functies toe te wijzen. In ons geval gebruiken we de module alleen als zender en altijd op dezelfde frequentie. Dankzij een GPIO-pin activeert het de PTT-radiomodule (Push to talk) wanneer we de foto willen verzenden.

Een heel belangrijk detail van dit apparaat is dat het geen 5v voeding tolereert en we zeggen dit door …"ervaring". We kunnen dus in het schema zien dat er een typische diode 1N4007 is om de spanning te verlagen tot 4,3V. We gebruiken ook een kleine transistor om de PTT-functie te activeren. Het modulevermogen kan worden ingesteld op 1w of 500mw. Meer informatie over deze module vindt u op de datasheet.

Stap 7: antenne

Het is een belangrijk onderdeel van de capsule. De antenne zendt radiosignalen naar het basisstation. In andere capsules hebben we getest met een ¼ lambda-antenne. Om echter een goede dekking te garanderen, ontwerpen we een nieuwe antenne genaamd Turnstile (gekruiste dipool). Om deze antenne te bouwen heb je een stuk kabel van 75 ohm nodig en 2 meter aluminium buis van 6mm diameter. U vindt de berekeningen en een 3D-ontwerp van het stuk dat de dipool in de bodem van de capsule houdt. We hebben de dekking van de antenne vóór de lancering getest en tot slot heeft hij met succes beelden over 30 km verzonden.

-Waarden om de afmetingen van de antenne te berekenen (met onze materialen)

Frequentie van SSTV in Spanje: 145.500 Mhz Snelheidsverhouding van aluminium: 95% Snelheidsverhouding van 75 ohm kabel: 78%

Stap 8: Voeding

Je kunt een alkalinebatterij niet de stratosfeer in sturen, het wordt -40 °C en ze stoppen gewoon met werken. Hoewel je je lading isoleert, wil je lithiumbatterijen voor eenmalig gebruik gebruiken, ze werken goed bij lage temperaturen.

Als je een dc-dc-converter en een ultra-low drop-out-regelaar gebruikt, kun je meer vliegtijd uit je power-pack wringen

We gebruiken een watimeter om het elektriciteitsverbruik te meten en zo te berekenen hoeveel uur het zou kunnen werken. We kochten de module en gemonteerd in een kleine doos, we werden snel verliefd op dit apparaat.

We gebruiken een 6-pack AA-lithiumbatterij en deze step-down.

Stap 9: Ontwerpcapsule

We gebruiken "foam" om een lichtgewicht en isolerende capsule te bouwen. We maken het met CNC bij Lab's Cesar. Met een snijplotter en zorg hebben we alle componenten erin geïntroduceerd. We hebben de grijze capsule omwikkeld met een thermische deken (zoals de echte satellieten;))

Stap 10: De lanceringsdag

We lanceerden de ballon op 25-02-2018 in Agon, een stad in de buurt van Zaragoza, de lancering was om 9.30 uur en de vliegtijd was 4 uur, met een maximale hoogte van 31.400 meter en een minimale buitentemperatuur van - 48º Celsius. In totaal heeft de ballon ongeveer 200 km afgelegd. We konden zijn reis voortzetten dankzij een andere Aprs-capsule en de service van www.aprs.fi

Het traject is dankzij de dienst www.predict.habhub.org met groot succes berekend, zoals te zien is op de kaart met de rode en gele lijnen.

Maximale hoogte: 31.400 meter Maximale snelheid geregistreerde afdaling: 210 km/u Geregistreerde daalsnelheid van de terminal: 7 m / s Geregistreerde minimum buitentemperatuur: -48ºC tot 14.000 meter hoog

We hebben de SSTV-capsule gemaakt, maar dit project had niet kunnen worden uitgevoerd zonder de hulp van de andere medewerkers: Nacho, Kike, Juampe, Alejandro, Fran en meer vrijwilligers.

Stap 11: Geweldig resultaat

Dankzij Enrique hebben we een samenvattende video van de vlucht waar je het hele lanceringsproces kunt zien. Zonder twijfel het beste cadeau na hard werken

Eerste prijs in de Space Challenge