Raketová telemetrie/sledování polohy: 7 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Tento projekt je určen k protokolování letových dat z modulu senzoru 9 DOF na kartu SD a současnému přenosu jeho polohy GPS prostřednictvím mobilních sítí na server. Tento systém umožňuje nalezení rakety, pokud je přistávací plocha systému mimo LOS.

Krok 1: Seznam dílů

Telemetrický systém:

1x mikrokontrolér ATmega328 (Arduino UNO, Nano)

1x Micro SD Breakout -

1x karta Micro SD - (na velikosti nezáleží ve formátu FAT 16/32) - Amazon Link

1x Gy -86 IMU - Amazon Link

Sledování polohy:

1x mikrokontrolér ATmega328 (Arduino UNO, Nano) (každý systém potřebuje vlastní mikro)

1x SIM800L GSM GPRS modul - Amazon Link

1x SIM karta (musí mít datový tarif) - https://ting.com/ (ting pouze poplatky za to, co používáte)

1x GPS modul NEO 6M - Amazon LInk

Obecné díly:

1x lipo baterie 3,7 V

1x 3,7-5v krokový převodník (pokud nevytvoříte desku plošných spojů)

1x Raspberry pi nebo jakýkoli počítač, který může hostovat php server

-Přístup k 3D tiskárně

-BOM pro PCB je uveden v tabulce

-Gerberové jsou na repo githubu -https://github.com/karagenit/maps-gps

Krok 2: Subsystém 1: Sledování polohy

Testování:

Jakmile budete mít součásti systému (NEO-6M GPS, Sim800L) v ruce, budete muset nezávisle otestovat funkčnost systémů, aby vás při integraci systémů nebolí hlava při pokusu zjistit, co nefunguje.

Testování GPS:

Chcete-li otestovat přijímač GPS, můžete buď použít software poskytovaný společností Ublox (U-Center Software)

nebo testovací skica propojená v github repo (test GPS)

1. Chcete-li otestovat software U-center, jednoduše připojte přijímač GPS přes USB a vyberte komunikační port v U-centru. Poté by měl systém automaticky začít sledovat vaši polohu.

2. Chcete-li testovat pomocí mikrořadiče, nahrajte testovací skicu GPS na arduino prostřednictvím IDE. Poté připojte 5V a GND na označené piny na přijímači k arduino a GPS RX pin k digitálnímu 3 a TX pin k digitálnímu 4 na arduinu. Nakonec otevřete sériový monitor na IDE arduino a nastavte přenosovou rychlost na 9600 a ověřte správnost přijatých souřadnic.

Poznámka: Vizuálním identifikátorem satelitního zámku na modulu NEO-6M je, že každých několik sekund bliká červená LED dioda, která indikuje připojení.

Testování SIM800L:

K otestování mobilního modulu budete potřebovat SIM kartu zaregistrovanou s aktivním datovým tarifem, doporučuji Ting, protože účtují pouze za to, co používáte místo měsíčního datového tarifu.

Cílem modulu Sim je odeslat požadavek HTTP GET na server s umístěním, které přijímá přijímač GPS.

1. Chcete -li otestovat modul buňky, vložte do modulu simcard zkoseným koncem směrem ven

2. Připojte sim modul k GND a zdroji 3,7-4,2v, nepoužívejte 5v !!!! modul nemůže pracovat na 5V. Připojte modul Sim RX k Analog 2 a TX k Analog 3 na Arduinu

3. Nahrajte náčrt sériového průchodu z github, abyste mohli odesílat příkazy do modulu buňky.

4. postupujte podle tohoto tutoriálu nebo si stáhněte zkušební verzi AT Command Tester a otestujte funkčnost HTTP GET

Implementace:

Jakmile ověříte, že oba systémy fungují nezávisle, můžete přejít k nahrání celého náčrtu na github mikrokontroléru. můžete otevřít sériový monitor na 9600 baudů a ověřit, že systém odesílá data na webový server.

*nezapomeňte změnit IP a port serveru na svůj vlastní a ujistěte se, že najdete APN pro poskytovatele buněk, kterého používáte.

Přejít na další krok, kde jsme nastavili server

Krok 3: Nastavení serveru

Chcete -li nastavit server tak, aby zobrazoval polohu rakety, použil jsem jako hostitele malinový pi, ale můžete použít jakýkoli počítač.

Postupujte podle tohoto návodu k nastavení lightphp na RPI a poté zkopírujte soubory php z github do složky/var/www/html vašeho RPI. Poté stačí použít příkaz

sudo service lighttpd force-reload

znovu načíst server.

Nezapomeňte přesměrovat porty přidružené k serveru na vašem routeru, abyste měli přístup k datům vzdáleně. Na rpi by to měl být port 80 a externí port může být libovolné číslo.

Je dobré nastavit statickou IP pro RPI, aby porty, které předáváte, vždy směřovaly na adresu RPI.

Krok 4: Subsystém 2: Protokolování telemetrie

Program telemetrie běží na samostatném mikrokontroléru ze systému sledování polohy. Toto rozhodnutí bylo učiněno kvůli omezení paměti na ATmega328, které brání tomu, aby oba programy mohly běžet na jednom systému. Další volba mikrokontroléru s vylepšenými specifikacemi by mohla tento problém vyřešit a umožnit použití jednoho centrálního procesoru, ale chtěl jsem použít součásti, které jsem měl po ruce, pro snadné použití.

Funkce: Tento program je založen na jiném příkladu, který jsem zde našel online.

• Program nativně čte relativní nadmořskou výšku (údaj o nadmořské výšce vynulovaný při spuštění), teplotu, tlak, zrychlení ve směru X (budete muset změnit směr čtení zrychlení na základě fyzické orientace senzoru) a časové razítko (v milisekundách)).
• Aby se zabránilo zaznamenávání dat, zatímco sedíte na odpalovací rampě a plýtváte úložným prostorem, systém začne zapisovat data až poté, co detekuje změnu nadmořské výšky (konfigurovatelné v programu), a přestane zapisovat data, jakmile zjistí, že se raketa vrátila do své původní polohy nebo po uplynutí doby letu 5 minut.
• Systém bude indikovat, že je zapnutý, a zapisovat data pomocí jediné kontrolky LED.

Testování:

Chcete -li systém otestovat, nejprve připojte rozbitou kartu SD

SD karta Arduino

Pin 4 ---------------- CS

Pin 11 -------------- DI

Pin 13 -------------- SCK

Pin 12 -------------- DO

Nyní připojte GY-86 k systému přes I^2C

Arduino GY-86

Pin A4 -------------- SDA

Pin A5 -------------- SCL

Pin 2 ---------------- INTA

Na kartě SD vytvořte v hlavním adresáři soubor s názvem datalog.txt, kam bude systém zapisovat data.

Před nahráním skici Data_Logger.ino do mikrokontroléru změňte hodnotu ALT_THRESHOLD na 0, aby systém ignoroval nadmořskou výšku pro testování. Po odeslání otevřete výstup sériového monitoru na 9600 baudů a zobrazte výstup systému. Zajistěte, aby se systém mohl připojit ke snímači a aby se data zapisovala na kartu SD. Odpojte systém a vložte kartu SD do počítače, abyste ověřili, že na kartu byla zapsána data.

Krok 5: Integrace systému

Po ověření, že každá část systému funguje ve stejné konfiguraci jako na hlavní desce plošných spojů, je čas vše spojit a připravit se na spuštění! Zahrnul jsem soubory Gerbers a EAGLE pro PCB a schéma do githubu. budete muset nahrát gerbery výrobci, jako je OSH park nebo JLC, aby je nechali vyrobit. Tyto desky jsou dvě vrstvy a jsou dostatečně malé, aby se vešly do většiny výrobců levných desek o rozměrech 10 cm x 10 cm.

Jakmile budete mít desky zpět z výroby, je čas pájet na desku všechny součásti, které najdete v tabulce a seznamu dílů.

Programování:

Poté, co je vše pájeno, budete muset nahrát programy do dvou mikrokontrolérů. Abych ušetřil místo na desce, nezahrnoval jsem žádnou funkci USB, ale ponechal jsem přerušené ICSP a sériové porty, takže můžete stále nahrávat a sledovat program.

• Chcete -li nahrát program, postupujte podle tohoto návodu k použití desky Arduino jako programátoru. Nahrajte SimGpsTransmitter.ino na port ICSP_GPS a Data_Logger.ino na port ICSP_DL (Port ICSP na desce plošných spojů má stejné rozložení, jaké se nachází na standardních deskách Arduino UNO).

• Jakmile jsou nahrány všechny programy, můžete zařízení napájet ze vstupu baterie 3,7-4,2V a pomocí 4 kontrolek ověřit, že systém funguje.

  • První dvě kontrolky 5V_Ok a VBATT_OK indikují, že baterie a kolejnice 5v jsou napájeny.
  • Třetí kontrolka DL_OK bude blikat každou 1 sekundu, což znamená, že je protokolování telemetrie aktivní.
  • Poslední kontrolka SIM_Transmit se rozsvítí, jakmile jsou mobilní a GPS moduly připojeny a data jsou odesílána na server.

Krok 6: Příloha

Raketa, kolem které navrhuji tento projekt, má vnitřní průměr 29 mm, aby byla chráněna elektronika a umožnila montáž sestavě do válcového těla rakety, vyrobil jsem jednoduché dvoudílné 3d tištěné pouzdro, které je sešroubováno a má zobrazovací porty pro kontrolky. Soubory STL pro tisk a původní soubory.ipt jsou v úložišti github. Nemodeloval jsem to, protože jsem si nebyl jistý baterií, kterou bych v té době použil, ale ručně jsem vytvořil vybrání pro 120 mAh baterii, aby seděla v jedné rovině se spodní částí pouzdra. Odhaduje se, že tato baterie poskytuje ~ 45min maximální dobu provozu systému při spotřebě energie ~ 200mA (To závisí na využití procesoru a spotřebě energie pro přenos dat, SIM800L je citován tak, aby během komunikace čerpal více než 2A v dávkách).

Krok 7: Závěr

Tento projekt byl docela přímočarou implementací dvou samostatných systémů, protože jsem právě používal diskrétní moduly nalezené na Amazonu, celková integrace systému je trochu nevýrazná, protože celková velikost projektu je na to, co dělá, poměrně velká. Když se podíváme na nabídky některých výrobců, využití SIP zahrnující mobilní i GPS by výrazně zmenšilo celkovou velikost balíčku.

Jsem si jistý, že po více letových zkouškách budu muset provést nějaké úpravy programu a určitě aktualizuji repo Github o jakékoli změny.

Doufám, že se vám tento projekt líbil, v případě jakýchkoli dotazů mě neváhejte kontaktovat.