Diri - de geactiveerde heliumballon - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

In deze Instructable zal ik je door het proces leiden van het maken van een autonome heliumballon die de ruimte documenteert. Bekijk de video:

De ballon en de behuizing zijn zelfgemaakt, de elektronica bestaat uit een arduino pro mini, drie motoren met props, ultrasone sensoren voor obstakeldetectie, gyroscoop voor stabilisatie en een GoPro-camera om foto's/video's te maken.

Dit zijn de stappen:

1. Verkrijg de materialen

2. Maak de ballon

3. Maak een hoes voor de elektronica en bevestig deze aan de ballon

4. Voeg de elektronica toe

5. De code!

6. Enkele uitdagingen bij het werken met heliumballonnen

Deze instructables is gebaseerd op een onderzoeksproject van Diana Nowacka (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) en David Kirk (https://openlab.ncl.ac.uk/people/ndk37/ - [email protected]) - gepubliceerd op de Ubicomp-conferentie 2015 (https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM). Een speciaal woord van dank gaat uit naar Nils Hammerla (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected]) voor zijn hulp.

Voel je vrij om ons te mailen als je vragen of feedback hebt!

Stap 1: Materialen

Materialen voor de ballon

2 x Mylar-dekens (zoek op "mylar-reddingsdeken", zou gemakkelijk te vinden moeten zijn en kost slechts een paar pond)

1 x Mylar-ballon

Gereedschap

1 x Stijltang (minimaal 200 °C)

voor de behuizing

2 x Balsahout strips

een lasercutter of een knutselscalpel

1 houten deuvel van ca. 50cm lengte (om de motoren te bevestigen)

Wat lijm, ik hou echt van epoxy

De elektronische componenten

Arduino pro mini (kan ook nano zijn denk ik of iets even kleins)

2 x H-bruggen

3 x motoren met props (van bijv. kleine quadcopters)

GoPro Hero (idealiter geschikt voor wifi)

Gyro + versnellingsmeter - ITG3200/ADXL345 (ik heb deze:

3 x Ultrasone sensoren - Ultrasone afstandsmeter - LV-MaxSonar-EZ0 (deze is goed

Stap 2: De ballon maken

De ballon maken

Afhankelijk van hoeveel spullen je aan de ballon wilt bevestigen, moet je zorgvuldig de maat van de ballon kiezen. Omdat ballonnen groter dan 90 cm (~30 in.) moeilijk te krijgen zijn, besloot ik er zelf een te maken van Mylar. Je kunt elke vorm kiezen die je wilt, maar ik dacht dat een bolvormige ballon gemakkelijker zal draaien. Een ballon met een diameter van 130 cm kan ongeveer 360 g dragen.

NB Hoeveel een heliumballon kan dragen, hangt ook af van de hoogte (zeeniveau) van uw locatie, omdat het hefvermogen van de helium afhankelijk is van zijn eigen dichtheid en de dichtheid van lucht.

Wat te doen:

Neem twee vellen Mylar-deken en knip uit elk een cirkel van 130 cm (~ 51 in.)

Door de mylar op te warmen, wordt deze erg kwetsbaar en dun. Daarom gebruiken we de extra, dikke mylar van een normale mylar-ballon voor de rand.

Knip kleine reepjes van ongeveer 5 cm x 10 cm (2 inch x 4 inch) uit je dikke Mylar-ballon. Idealiter zouden ze iets breder moeten zijn dan je stijltang.

Leg de twee cirkels op elkaar, wikkel de dikke stroken om de rand en druk ze samen met de stijltang. Meestal smelt de Mylar al na 5 seconden. Ik klemde de stijltang vast met een rubberen band en liet hem 30-60 seconden in deze staat staan. Op deze manier kunt u er vrij zeker van zijn dat de Mylar overal smelt en dat er geen gaten zijn. Geniet van deze procedure voor de hele omtrek van de ballon (dit duurt ongeveer een eeuwigheid), behalve een gedeelte, waar je een opening moet laten om de ballon te kunnen vullen. Omdat u niet echt een gewone opening naar de ballon wilt, moet u de opening van de dikke mylar-envelop gebruiken, die een eenrichtingsopening heeft die gemakkelijk kan worden gevuld.

Nu ben je klaar met je envelop!

Het volgende sluwe ding zal de behuizing zijn. Het meest aan te raden materiaal is balsahout, vanwege het lichte gewicht.

Stap 3: De zaak maken

Balsahout is het perfecte materiaal voor een omkasting, want het ziet er mooi uit en is heel erg licht! Dat heeft echter één nadeel, het is niet extreem robuust. Het is me gelukt om niet te veel gevallen te breken, het is behoorlijk betrouwbaar, het heeft alleen een beetje voorzichtigheid nodig. De gemakkelijkste manier om balsa te hanteren is om het met een scalpel te snijden.

Wees gewoon creatief en kijk wat je leuk vindt! Ik heb geëxperimenteerd met veel verschillende vormen, en levende scharnieren zien er erg cool uit (zie https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu… Je kunt ook gewoon voor de standaarddoos gaan, het maakt niet echt uit, zolang je alles erin kunt plaatsen en de plug voor de motoren kunt bevestigen.

Ik besloot de balsahouten strook tot een boog te buigen. Dat doe je door een grote ronde kom met vers gekookt water te nemen en de strook erin langzaam om te buigen. Als je een zwaar voorwerp zoals een mok erop zet en deze 1-2 uur in het water laat liggen, moet de balsa mooi buigen. als het eenmaal gebogen is, haal je het eruit en laat je het drogen (sorry dat ik daar geen foto's van heb, ik was waarschijnlijk te lui om wat te nemen). Snijd voor de zijkanten twee halve cirkels uit het balsahout.

Je kunt de plug gewoon op de behuizing lijmen met Epoxy. Zorg ervoor dat de motoren naar voren gericht zijn, zo zijn ze het sterkst. Maak voor de op/neer-motor twee kleine gaatjes aan de onderkant van de doos, bevestig de motor aan twee pluggen en steek ze door de gaten. Door nog een plaat toe te voegen en die er ook doorheen te steken is hij veel stabieler (zie foto met de elektronica).

Stap 4: De elektronica

De onderdelen

Ik dacht dat het cool zou zijn om een ballon te hebben die foto's en video's maakt. Ik wilde ook wat obstakeldetectie en stabilisatie.

Daarom heb ik drie ultrasone sensoren (1) toegevoegd; twee om links en rechts vooraan alles te detecteren en één om de afstand tot het plafond te meten. Ik heb geen problemen gehad met interferentie (hoewel het wordt vermeld in de datasheet, dan moet je chaining gebruiken zie https://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf Het enige belangrijke was dat de sensoren moeten voldoende uit elkaar wijzen, de kegels mogen elkaar niet overlappen omdat de sonar die van de sensoren komt, elkaar hinderen, waardoor een sensor een obstakel detecteert terwijl het in feite gewoon een andere sensor is die geluid afvuurt om zijn werk te doen.

De gyrsocope (2) stabiliseert de beweging na het draaien. Belangrijk is (in tegenstelling tot de afbeelding waar alles gewoon in de behuizing wordt gegooid), dat je één as hebt gekozen (in mijn geval was dat Z) en deze zo veel mogelijk uitlijnt, zodat deze evenwijdig aan de grond is. Dus rotatie van de ballon zal resulteren in een verandering van de gyroscoop meting op alleen de Z-waarde. Natuurlijk kun je anders wat mooie wiskunde gebruiken, maar dit werkte prima voor mij. Ik heb de sensor gewoon op het balsahouten bord geplakt en dat was al genoeg om het te laten werken.

De GoPro (3) is geweldig voor het op afstand initialiseren van foto's en tot slot de H-Bridges (L293D) voor de motoren + rekwisieten (4). De stroomkabels van de H-Bridge moeten rechtstreeks op de batterij worden aangesloten, ga niet over de arduino omdat de motoren veel lawaai produceren! Hierdoor kunnen de meetwaarden van de sensoren onbruikbaar worden. Maar vergeet niet om de grond van de H-bruggen met de arduino te verbinden. Verder moeten H-Bridges worden aangesloten op PMW Pins om goed te kunnen werken.

Als je dapper bent, kun je een mini-USB-kabel uit elkaar halen en de GoPro via de USB-connector aan je circuit toevoegen door + aan te sluiten op VCC op je adruino en de grond. Zo haal je de accu van de GoPro eruit en bespaar je flink wat gewicht! Dit resulteert echter in minder bedrijfstijd. Omdat de ballon geen batterijvermogen nodig heeft om in de lucht te blijven, gaat de batterij (3,7 V, 1000 mAh is goed) ongeveer 2 uur mee, met af en toe foto's maken. Vreemd genoeg kunnen dezelfde batterijen van verschillende bedrijven verschillende gewichten hebben, dus probeer er een te krijgen met zoveel mogelijk mAh, maar die ook het lichtst is.

Verbinden (Component -> Arduino)

Ultrasone sensoren

Power+Ground -> Arduino VCC en Ground

BW -> A0, A1, A3 (weet niet meer waarom ik A2 heb overgeslagen, waarschijnlijk geen reden)

Gyroscoop + versnellingsmeter

Power+Ground -> Arduino VCC en Ground

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

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

H-brug

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

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

Pin 2 -> Arduino Pin 11

Pin 3 -> Motor 1.a

Pin 6 -> Motor 1.b

Pin 7 -> Arduino Pin 10

(hetzelfde geldt voor de andere H-Brug met Motor 2+3)

Vervolgens de code!

Stap 5: Programmeren

Snelle uitleg

OPSTELLING

Initialiseer alle pincodes en de sensoren

LUS

• Ten eerste, als de ballon een tijdje niet bewoog, maakt hij een voorwaartse beweging (geen enkele beweging is saai),

  randommove = 1, controleert dat aan het einde van de lus

• Controleer vervolgens of de hoogte nog steeds goed is (KeepHeight()) en ga eventueel omhoog of omlaag, ik stel het in op 1m onder het plafond
• Als er iets dichterbij is dan 150 cm dan is het een obstakel om te vermijden, dus initialiseer het draaien
• als beide sensoren iets aan de voorkant detecteren, gaat de ballon achteruit
• na het draaien, om afdrijven te voorkomen, tegensturen met de motoren om de oriëntatie te behouden en niet meer te roteren
• Voer tot slot de voorwaartse beweging uit en gebruik de Gyro om tijdens het vliegen 5 seconden recht te blijven

Ik ben er vrij zeker van dat er betere manieren zijn om deze dingen te bereiken, als je een suggestie hebt, laat het me dan weten!

Stap 6: Laatste opmerkingen

Er zijn een paar dingen die u moet weten over heliumballonnen, hier zijn:

UITDAGINGEN BIJ HET WERKEN MET HELIUMBALLONS

Hoewel ik dol ben op mijn Diris, zijn heliumballonnen verre van perfect. De eerste uitdaging is om een ballon te krijgen die de juiste maat heeft om alle onderdelen op te tillen. Het volume van een ballon bepaalt hoeveel helium hij kan bevatten, wat evenredig is met de opwaartse kracht. Dit beperkt de keuze van componenten aanzienlijk. De grootste beperking is de batterij; hoe lichter het is, hoe korter het zal duren. Om in ieder geval de microcontroller, een batterij en enkele motoren te kunnen vervoeren, heeft een heliumballon een minimale diameter van 90 cm nodig.

Ten tweede zijn ballonnen gevuld met helium erg gevoelig voor eventuele luchtstroom- en temperatuurveranderingen in de kamer. Omdat heliumballonnen altijd drijven (d.w.z. er is geen manier om helemaal stil te zijn), worden ze sterk beïnvloed door luchtstromingen en tocht. Ik heb niet erg goede ervaringen met het gebruik van mijn ballonnen in kamers met airconditioning.

Ten derde, omdat het verplaatsen van een heliumballon bestaat uit het veranderen van de traagheid door de propellers in werking te stellen om een stuwkracht te creëren, verstrijken er enkele seconden tussen de initialisatie van een beweging en de daadwerkelijke verandering van positie. Hierdoor kan de ballon niet zo goed reageren op invloeden van buitenaf en is het ook erg uitdagend om snel obstakels te ontwijken.

Ten slotte, aangezien helium lichter is dan lucht, ontsnapt het langzaam uit elk soort omhulsel. Als gevolg hiervan moet de ballon dagelijks of om de dag worden bijgevuld, afhankelijk van hoe luchtdicht de behuizing is. Het kan ook een hele uitdaging zijn om een ballon te vullen met de juiste hoeveelheid helium om hem volledig te laten zweven, d.w.z. niet dalend of stijgend. Het is aan te raden de ballon zo te vullen dat deze te licht is en uit te balanceren met een extra gewicht, dat er gemakkelijk weer af kan.