Controlador de llançament de coets model Overkill: 9 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Com a part d’un enorme projecte de models de coets, necessitava un controlador. Però, com tots els meus projectes, no podia limitar-me als conceptes bàsics i fer un controlador portàtil d’un sol botó que només llancés un model coet, no, vaig haver d’exagerar-me i fer-ho tan complicat i per sobre com puc. pensar en. Tenia idees per fer-ho encara més, però aquestes idees quedaven una mica fora del pressupost per a un estudiant de 16 anys.

Després de moltes investigacions i planificació, no vaig poder trobar cap tipus de recursos per als "controladors de coets maletí", ja que no són exactament un element comú, així que vaig haver de dissenyar el meu propi des de zero. La part principal de tot el meu projecte, el coet en si, està fabricat amb fibra de carboni i sembla bastant dolent, així que volia continuar aquest tema fins al controlador i la plataforma de llançament d’acer (actualment incompleta).

Però, què fa aquest controlador? Per què ho vas fer?

Bé, el meu model de coet no és exactament un coet típic amb aletes i una plataforma de llançament bàsica amb un carril de guia. En canvi, el coet s’omple d’electrònica personalitzada i equips de control de vectors d’empenta. El control del vector d’impulsió, o TVC, consisteix a moure el motor a l’interior del coet per dirigir-ne l’empenta i, per tant, dirigir el coet cap a la seva trajectòria adequada. Tanmateix, això implica una guia GPS, que és ILEGAL. Per tant, el meu coet utilitza TVC per mantenir el coet molt estable en posició vertical amb un giroscopi a l’ordinador de vol, sense equip GPS. L’estabilització activa és legal, la guia no.

De tota manera, durant aquesta llarga introducció encara no he explicat què fa el controlador. La plataforma de llançament, com he dit anteriorment, no és només un suport amb un carril de guia, sinó un sistema complex ple d’electrònica i de peces mecàniques, com una plataforma de llançament real. Inclou un pistó pneumàtic per retreure la part posterior forta, pinces que subjecten la base dels coets i la part superior del cos i moltes altres coses que explicaré millor en futurs vídeos de YouTube.

El controlador no només envia tots els senyals sense fils per controlar els sistemes de llançament i llançament del coet, sinó que també em permet ajustar la configuració del llançament. Tant si s’està llançant com si només s’està mantenint premut al coixinet per un foc estàtic del motor. Tinc o no activat o no el sistema pneumàtic retràctil d’esquena forta. El coet té impulsors laterals com es veu al Falcon Heavy. O he de provar la connexió sense fils entre el controlador i la plataforma de llançament. Totes aquestes són només algunes de les funcions que pot fer aquest controlador.

Nota ràpida: no són les etiquetes finals, ja que actualment no tinc accés al meu tallador de vinil Roland GX-24 habitual. Tampoc tinc la bateria encara, faré servir un cotxe / avió RC estàndard LiPo, de 11,1 V i uns 2500 mAh.

Abans de començar amb les instruccions pas a pas sobre com ho vaig fer, m'agradaria deixar clar a tothom que un controlador com aquest es pot utilitzar per a moltes coses més que per llançar coets en funció de per a què ho feu. Podria controlar un rover sense fils, controlar un helicòpter / dron RC, adaptar-lo a un ordinador portàtil o a un sistema de jocs. La vostra imaginació és realment el límit. Si voleu construir aquest controlador, també us recomanaria que dissenyéssiu el vostre propi esquema, canvieu el disseny i tot el vostre propi programari. Feu-lo realment TEU.

Actualització

Aquí teniu el nou vídeo de YouTube sobre el controlador.

Subministraments

Com que sóc a Austràlia, les meves parts i enllaços probablement seran diferents de les vostres, així que us recomanaria fer la vostra pròpia investigació. Tinc una llista completa de peces PDF de tot el que he utilitzat aquí. També us recomano utilitzar les vostres pròpies peces per personalitzar el controlador segons el que necessiteu / voleu que faci.

La llista de peces bàsiques:

• Un cas d’alguna mena
• Panell acrílic
• Botons i interruptors
• Pantalla LCD, lectura de tensió
• Filament PLA
• Vinil de fibra de carboni 3D
• Un mòdul d'àudio i altaveu (si voleu que parli)

He mantingut les eines bàsiques, podeu utilitzar el que tingueu:

• Dremel amb fulla de tall
• Trepant
• Soldador
• Encenedor de cigarrets (per a tubs termorretractables)
• Tornavís
• Alicates de nas punxegudes
• Rascador (per aplicar adhesius i embolcalls de vinil)
• Ganivet Stanley (per tallar acrílic)

Pas 1: Introducció

Què vull que faci el meu controlador? Quins botons / commutadors i funcions necessita? Com vull que es vegi? Quin és el pressupost? Totes aquestes són les preguntes necessàries per fer-se abans de començar a abordar aquesta tasca. Comenceu doncs, aconseguint un bloc de notes i escrivint idees. També ajuda a investigar sobre els controladors existents, és possible que només trobeu aquesta idea daurada.

Haureu de pensar en totes les funcions que ha de realitzar el controlador i en quin tipus de botons / commutadors necessitareu. En el meu cas, això controlava diverses parts d’una plataforma de llançament i llançava un coet. Per tant, necessitava interruptors per a la configuració, una manera d’iniciar la seqüència de llançament, codis de seguretat per assegurar-me que ningú més pugui llançar el coet i altres coses menors.

El meu gran botó d’aturada d’emergència era absolutament essencial per a la meva forma de controlador. El controlador inicia una seqüència de compte enrere de 15 segons durant la qual la plataforma de llançament es prepara per llançar el coet. En qualsevol moment durant aquests 15 segons es podria produir algun tipus de perill, el gran botó vermell talla tota la potència del controlador, impedint que arribin cap senyal sense fils cap a la plataforma de llançament i assegurant que el coet NO POU llançar-se.

També necessito una manera de controlar una llum giratòria externa de 12V, l'Arduino només pot emetre un senyal de 5V, de manera que es va utilitzar un MOSFET per a aquesta tasca. També es va utilitzar un MOSFET per crear un circuit per encendre el motor del coet amb una connexió per cable al controlador. Si alguna cosa no funciona el dia del llançament amb el control sense fils, puc connectar l’encesor que porta al controlador per llançar el coet.

Un cop sabeu què ha de fer el vostre controlador, és hora de crear el diagrama de circuits de tots els components i esbrinar com els definireu al tauler principal …

Pas 2: Disseny i cablejat

Un bon disseny de components és essencial per a la versatilitat i la facilitat d’ús, així com l’estètica, que sincerament és l’únic que m’importa. Això explica per què l’antena es troba davant del botó d’aturada d’emergència? Vaig trobar aquest disseny obtenint l’escuma original de la caixa i movent-hi els components fins que vaig quedar content amb l’aspecte que tenia. La resta d’espai obert al centre és per a alguns adhesius elegants, però, com he dit anteriorment, no tinc accés a un tallador de vinil ara mateix, així que tinc al meu costat l’adhesiu del logotip del projecte.

Un cop hàgiu dissenyat aquest disseny, marqueu les taques dels components al tauler acrílic, juntament amb les dimensions del forat i les dimensions del contorn del tauler, que es tallaran al següent pas. He utilitzat acrílic de 3 mm.

Un cop hàgiu conegut tots els components que necessiteu i cap a on van, haureu de crear alguna forma d’esquema o taula on vagin totes les connexions. Aquí teniu la meva taula de pins i el meu esquema. No copieu els meus documents, ja que els meus components seran diferents dels vostres i, per tant, les connexions seran diferents, però us convindrà que utilitzeu els meus com a guia de forma gratuïta. L’esquema s’ha fet només per a aquest manual d’instruccions, ja que només he utilitzat la taula de pins per fer el controlador, per tant l’esquema té pressa i pot tenir errors. Si voleu una còpia del fitxer Fritzing, envieu-me un missatge a qualsevol dels meus comptes de xarxes socials i us l’enviaré per correu electrònic de nou gratuïtament.

Quan planifiqueu el cablejat, haureu de tenir en compte quants pins teniu al vostre Arduino (us recomano un Arduino Mega o un Arduino Mega Pro). També haureu d’investigar els vostres components i veure si hi ha pins específics, per exemple, podeu tenir components SPI o I2C que necessitin pins específics. Un cop trobeu els pins exactes que necessiten certs components, podeu emplenar els pins digitals i analògics restants amb altres entrades i sortides com ara interruptors, botons, LEDs, brunzidors i MOSFET.

Tots els documents estan disponibles al meu lloc web descarat:

Un cop finalitzada tota aquesta planificació, us dedicareu a les coses divertides …

Pas 3: tallar

És hora de tallar el panell acrílic principal i després tallar tots els forats dels components. Vés amb compte, estàs a punt de fer un enorme embolic. Assegureu-vos que heu marcat tots els talls i assegureu-vos que siguin correctes. Podeu retallar més material, però no el podreu tornar a afegir un cop hagi desaparegut … bé, no molt bé de totes maneres! Vaig cometre un error en tallar el panell principal, no vaig marcar prou la línia amb el ganivet Stanley i em va treure massa material quan el vaig trencar; per sort, es va tapar fàcilment fent un buit per aixecar el panell.

Per tallar la forma del tauler principal, vaig agafar una regla d’acer al llarg de les línies de la vora i vaig arrossegar i el ganivet Stanley per la línia fins que vaig estar aproximadament a la meitat del panell, això va trigar molt de temps. Després vaig fixar l’acrílic a una taula amb la línia de tall a la vora de la taula i la part que vull sobre la taula. El bit que va lliurar la vora es va trencar fàcilment amb una mica de força, però va deixar algunes vores estancades. Vaig fer servir un martell per netejar aproximadament aquestes vores i, a continuació, un Dremel amb una mica de poliment per deixar-les llises. El meu estoig té cantonades rodones, de manera que vaig haver d’arrodonir les cantonades de l’acrílic amb el Dremel, amb una punta de tall per començar i acabar amb una mica de poliment.

Un cop tingueu l'esquema del tauler, podeu utilitzar una combinació d'una fulla de tall Dremel i un trepant per tallar tots els forats del tauler. Es van fer cercles grans amb molts petits talls de Dremel, es van tallar rectangles i quadrats amb el Dremel i es van perforar petits forats. Tots aquests forats es poden netejar després amb una llima, paper de vidre i una broca Dremel.

És hora de netejar qualsevol esquerda o aresta amb l’embolcall de vinil …

Pas 4: embolcall i muntatge

Vaig comprar un embolcall de vinil de fibra de carboni molt barat a eBay per cobrir tot el panell, la fibra de carboni real seria massa cara i molt desordenada, però ho vaig considerar. Talla un tros de vinil una mica més gran que el panell, ja sigui de carboni, fusta ?, negre brillant o potser només voldràs pintar-lo! Depèn de les vostres preferències. A continuació, retireu amb cura una petita quantitat de la coberta adhesiva i comenceu a aplicar-la al tauler. Assegureu-vos que utilitzeu un racó per eliminar les bombolles a mesura que avanceu. Col·loqueu el vinil amb cura i emboliqueu-lo bé a les vores. En funció de la qualitat del vostre vinil, és possible que hàgiu d'afegir una mica de cola addicional. Si sou súper exigent, és possible que també vulgueu suavitzar lleugerament el vinil amb un assecador de cabells o una pistola de calor per obtenir cantonades súper suaus.

Un cop fet això, és hora de tallar qualsevol vinil que cobreixi els forats dels components. Aneu amb compte de no embolicar el vostre bell treball de vinil.

Ara podeu muntar tots els components als seus llocs. Els components poden necessitar femelles, cargols, cola / epoxi o ajustament per fricció. En general, la majoria dels components funcionen prou fàcilment. El meu mòdul transceptor de llarg abast NRF24 estava assegut en un angle al forat, de manera que vaig afegir una rentadora i la va redreçar molt bé. Aquesta part s’havia de mantenir amb epoxi, de manera que ràpidament en vaig barrejar una, FORA!

Necessitava un lloc per emmagatzemar l'antena NRF24 quan la caixa estava tancada, així que per evitar perdre-la vaig decidir fer un clip imprès en 3D que es cargolés al tauler. Aquest clip està disponible a Thingiverse aquí.

Amb el panell complet (a part de qualsevol etiqueta que vulgueu afegir), és hora de capgirar-lo i començar el cablejat …

Pas 5: soldadura i cablejat

Cadascun dels meus cables es solden als components i després es van dirigir a l'Arduino, on es connecten amb pins de capçalera masculins. Vaig haver de fabricar aquests cables a mida, tallant els endolls dels cables de pont, soldant-los a una longitud adequada de filferro i després aïllant-los amb tubs termorretractables. Abans de començar a soldar, munteu el microcontrolador a la part posterior del tauler per poder planificar la longitud del cable en conseqüència. Us recomano fer que els vostres cables siguin més llargs que els que necessiten, això us ajudarà a organitzar-los ordenadament quan estigui acabat. És possible que també tingueu components petits com resistències, terminals de cargol i MOSFET per soldar-los en alguna placa de perf.

Quan els cables estiguin soldats, podeu connectar-los a tots els pins d'Arduino i, a continuació, fer servir cordons per intentar que tot sigui més net. Aquest procés triga molt de temps, però val la pena i és molt satisfactori.

L'altaveu de la carcassa impresa en 3D és per a una futura actualització que consisteix a reproduir fitxers.wav i fer que el controlador parli / reprodueixi sons.

Tot aquest procés em va portar durant dos dies seguits, ja que fer cables personalitzats i aïllar totes les connexions requereix molt de temps. Simplement poseu música, agafeu alguns aperitius i comenceu a soldar. Assegureu-vos que el vostre esquema sigui a prop.

Amb tot el cablejat complet, és hora que el PROGRAMARI …

Pas 6: programari

Actualment tinc programari bàsic per obtenir tota la configuració i acceptar codis de seguretat, però el meu programari està incomplet ja que la plataforma de llançament no està acabada. Editaré aquesta secció i afegiré tot el meu programari i una explicació al finalitzar.

El programari de tothom serà diferent en funció del que farà el vostre controlador. És en aquest moment que el controlador comença a cobrar vida. Us recomano investigar com programar cadascun dels components i dissenyar el programari amb un diagrama de flux. Podeu veure el meu diagrama de flux del programari de configuració aquí, encara que encara no tinc un diagrama de flux per al meu programari de seqüència de llançament.

La forma més senzilla d’abordar grans quantitats de programari és planificar-lo. Com més ho planifiqueu, més fàcil serà. Comenceu per connectar notes i avanceu cap a un diagrama de diagrama de flux final que mostri tot el que ha de fer el controlador i com es navega pel sistema. El meu mostra el que es mostra a la pantalla LCD, així com la manera d’arribar entre seccions. Un cop hàgiu dissenyat el vostre programari i hàgiu sabut programar cada component, preneu un cafè i feu-ho tot el que pugueu en una nit. Feu-ho durant un parell de nits i es farà abans de saber-ho. Els fòrums i el lloc web Arduino es convertiran en el vostre millor amic durant aquestes poques nits.

El meu consell més important, això us salvarà la vida. Quan configureu els botons / commutadors com a entrades, heu d'utilitzar aquest fragment de codi: pinMode (6, INPUT_PULLUP);

Si no afegiu "_PULLUP", els botons / commutadors rebotaran i no funcionaran. Vaig aprendre-ho de la manera més dura i vaig dedicar 5 hores de treball addicional només a això abans d’adonar-me del meu simple error.

Al final del vostre programari, l'haureu penjat almenys 100 vegades per fer-ne proves, però encara hi ha més proves per fer …

Pas 7: proves

Proves, proves, proves. La clau per fer que qualsevol projecte sigui perfecte i funcioni com cal. Si alguna cosa no funciona, haureu de rastrejar el problema, possiblement substituir components, tornar a fer cables o, en el millor dels casos, canviar una mica de codi. Cap projecte no funcionarà mai perfectament. Simplement persisteix fins que estigui acabat i funcioni sense problemes.

Un cop funcioni perfectament, ja el podreu utilitzar. En el meu cas, llançar coets …

Pas 8: llançament

Tots esperàveu algunes fotos o vídeos de bon llançament. Ho sento per fer-ho, però el primer llançament encara té un mínim de 3 mesos de descans. Necessito fer la plataforma de llançament i finalitzar totes les parts de tot el projecte. Actualment tinc 6 mesos i treballo cada dia des que vaig començar. És un projecte absolutament enorme!

Actualment estic treballant en un gran vídeo sobre com he creat el controlador, el que es fa i algunes demostracions. Esperem que estigui disponible a YouTube d’aquí a una setmana.

Dit això, podeu seguir el meu progrés fins al primer llançament i per tots els errors inicials i la posada a punt. Estic treballant en molts vídeos de YouTube sobre el projecte i publico constantment a twitter i Instagram. Hi ha alguns grans vídeos de YouTube sobre el propi coet, la plataforma de llançament i, per descomptat, els llançaments. Aquí teniu tots els meus comptes …

YouTube:

Twitter:

Instagram:

Thingiverse:

El meu lloc web Dodgy:

Vols un adhesiu?

Pas 9: un pas més enllà !?

Com he dit anteriorment, encara no he acabat. Encara necessito obtenir la bateria, muntar-la i fer les etiquetes finals.

Tot i això, he tingut moltes altres idees sobre com fer aquest pas més enllà.

• Ordinador Raspberry Pi amb pantalla incorporada a la tapa de la caixa
• Endolls de plàtan per al llançament de còpia de seguretat per cable
• Antena externa en un trípode
• La bateria es carrega amb un endoll al tauler principal
• Programació amb endoll al tauler principal
• Panell de fibra de carboni real
• Suports darrere del tauler per deixar de doblegar-se

Disculpeu la manca de fotos de progrés. Em van agafar al telèfon, ja que no pensava agafar-ne molts.

Espero que això us inspiri a fer el vostre. M'encantaria veure el teu treball …