Càpsula SSTV per a globus d’alta altitud: 11 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Aquest projecte va néixer després del globus ServetI l’estiu del 2017 amb la idea d’enviar imatges en temps real des de l’Estratosfera a la Terra. Les imatges que vam fer es van emmagatzemar a la memòria del rpi i, després, es van enviar gràcies a convertir-les en un senyal d'àudio. Les imatges s’han d’enviar cada 'x' a l'estació de control. També es va suggerir que aquestes imatges proporcionarien dades com la temperatura o l’altitud, així com una identificació perquè qualsevol persona que rebés la imatge pogués saber de què es tracta.

En resum, un Rpi-z pren imatges i recull els valors del sensor (temperatura i humitat). Aquests valors s’emmagatzemen en un fitxer CSV i més endavant, el podem utilitzar per fer alguns gràfics. La càpsula envia imatges SSTV mitjançant forma analògica a través de la ràdio. És el mateix sistema que utilitza la ISS (Estació Espacial Internacional), però les nostres imatges tenen menys resolució. Gràcies a això, triga menys temps a enviar la imatge.

Pas 1: coses que necessitem

-El cervell Pi-Zero: https://shop.pimoroni.com/products/raspberry-pi-ze… 10 $ -Rellotge:

Rtc DS3231

-Sensor de temperatura i sensor de pressió baromètrica: BMP180-Mòdul de ràdio: DRA818V

Només alguns components:

-10UF CAPACITADOR ELECTROLÍTIC x2

-0.033UF CAPACITADOR CERÀMIC MONOLÍTIC x2

-150 OHM RESISTOR x2

-270 OHM RESISTOR x2

-600 OHM TRANSFORMADOR ÀUDIO x1

-1N4007 díode x1

-100uF CAPACITADOR ELECTROLÍTIC

-10nf CAPACITADOR CERÀMIC MONOLÍTIC x1-10K RESISTOR x3

-1K RESISTOR x2

-56nH INDUCTOR x2 * -68nH INDUCTOR x1 * -20pf CAPACITADOR CERÀMIC MONOLÍTIC x2 *

-36pf CAPACITADOR CERÀMIC MONOLÍTIC x2 *

* Components recomanats, la càpsula pot funcionar sense ells

Pas 2: Pi-Zero

Rpi Zero Necessitem instal·lar Raspbian amb entorn gràfic, accedint al menú raspi-config habilitarem la interfície de la càmera, I2C i Serial. Per descomptat, la interfície gràfica no és obligatòria, però la faig servir per provar el sistema. Gràcies a WS4E, perquè explica una solució per a SSTV sobre RPID. Baixeu la carpeta SSTV al nostre dipòsit i arrossegueu-la al directori "/ home / pi". El codi principal s'anomena sstv.sh, quan s'iniciarà el codi, permetrà la comunicació amb la ràdio. mòdul i sensor bmp180, també prendrà fotografies i la convertirà en àudio per transmetre-la per sistema de ràdio en àudio.

Podeu provar el sistema fent servir directament un cable d’àudio de 3,5 mm a un mascle o fent servir mòduls de ràdio i altres dispositius per rebre dades com SDR o qualsevol walkie-talkie amb una aplicació Android Robot36.

Pas 3: Dispositius

RTC i les unitats BMP180 es poden muntar juntes en un PCB, gràcies a això poden compartir la mateixa interfície de subministrament i comunicació. Per configurar aquests mòduls, podeu seguir les instruccions de les pàgines següents, que m’han ajudat. Instal·leu i configureu bmp180 Instal·leu i configureu el mòdul RTC

Pas 4: Configuració de la càmera

Al nostre projecte podríem utilitzar qualsevol càmera, però preferim utilitzar la raspi-cam v2 per pes, qualitat i mida. Al nostre script fem servir l’aplicació Fswebcam per fer fotografies i posar informació sobre el nom, la data i els valors del sensor mitjançant OSD (dades a la pantalla). Per a la detecció correcta de la càmera pel nostre programari, necessitem veure aquestes instruccions.

Pas 5: sortida d'àudio

Rpi-zero no té sortida d’àudio analògica directa, això requereix afegir una petita targeta d’àudio per USB o crear un circuit senzill que generi l’àudio a través de dos ports GPIO PWM. Vam provar la primera solució amb targeta d'àudio USB, però es reiniciava cada vegada que es posava la ràdio a TX (Stranger Things). Al final, hem utilitzat la sortida d’àudio mitjançant el pin PWM. Amb diversos components, podeu crear un filtre per obtenir un millor àudio.

Hem muntat el circuit complet amb dos canals, àudio L i R, però només en necessiteu un. A més, i com podeu veure a les imatges i l’esquema, hem afegit un transformador d’àudio de 600 ohms com a aïllament galvànic. El transformador és opcional, però hem preferit utilitzar-lo per evitar interferències.

Pas 6: mòdul de ràdio VHF

El mòdul utilitzat va ser el DRA818V. La comunicació amb el mòdul es fa a través del port sèrie, de manera que l’hem d’habilitar als pins GPIO. A les darreres versions de RPI hi ha un problema en fer-ho perquè RPI té un mòdul Bluetooth que utilitza els mateixos pins. Al final, he trobat una solució per fer-ho a l'enllaç.

Gràcies a uart podem establir la comunicació amb el mòdul per assignar transmissions de radiofreqüència, recepció (recordeu que és un transceptor), així com altres funcions d’especificitats. En el nostre cas, només fem servir el mòdul com a transmissor i sempre a la mateixa freqüència. Gràcies a un pin GPIO, activarà el mòdul de ràdio PTT (Push to talk) quan vulguem enviar la imatge.

Un detall molt important d'aquest dispositiu és que no es tolera el subministrament de 5 V i ho diem per … "experiència". Per tant, podem veure a l’esquema que hi ha un díode típic 1N4007 per reduir la tensió a 4,3V. També fem servir un petit transistor per activar la funció PTT. La potència del mòdul es pot establir a 1w o 500mw. Podeu trobar més informació sobre aquest mòdul al full de dades.

Pas 7: Antena

És un component important de la càpsula. L'antena envia senyals de ràdio a l'estació base. En altres càpsules hem provat amb antena da lambda. Tot i això, per tal de garantir una bona cobertura, dissenyem una nova antena anomenada Turnstile (dipol creuat). Per construir aquesta antena, cal un tros de cable de 75 ohm i 2 metres de tub d'alumini de 6 mm de diàmetre. Podeu trobar els càlculs i un disseny 3D de la peça que subjecta el dipol a la part inferior de la càpsula. Vam provar la cobertura de l’antena abans del llançament i, finalment, va enviar imatges de més de 30 km amb èxit.

-Valors per calcular les dimensions de l'antena (amb els nostres materials)

Freqüència de SSTV a Espanya: 145.500 Mhz Relació de velocitat d'alumini: 95% Relació de velocitat del cable de 75 ohm: 78%

Pas 8: font d'alimentació

No podeu enviar cap bateria alcalina a l’estratosfera, baixant fins a -40 ° C i només deixen de funcionar. Tot i que aïlleu la vostra càrrega útil, voleu utilitzar bateries de liti d’un sol ús que funcionin bé a baixes temperatures.

Si utilitzeu un convertidor de CC i CC, un regulador de caiguda ultra baix, podeu treure més temps de vol del vostre paquet de potència

Utilitzem un watímetre per mesurar el consum elèctric i, per tant, calcular quantes hores podria funcionar. Vam comprar el mòdul i el vam muntar en una caixa petita, ràpidament ens vam enamorar d’aquest dispositiu.

Utilitzem un paquet de 6 piles de liti AA i aquest descens.

Pas 9: dissenyar la càpsula

Utilitzem "escuma" per construir una càpsula lleugera i aïllant. El fabriquem amb CNC a Lab´s Cesar. Amb un tallador i cura, introduïm tots els components al seu interior. Hem embolicat la càpsula grisa amb una manta tèrmica (com els satèl·lits reals;))

Pas 10: el dia del llançament

Vam llançar el globus el 2018-02-25 a Agon, una ciutat prop de Saragossa, el llançament va ser a les 9:30 i el temps de vol era de 4 hores, amb una alçada màxima de 31, 400 metres i una temperatura exterior mínima de - 48º Celsius. En total, el globus va recórrer uns 200 km. Vam poder continuar el seu viatge gràcies a una altra càpsula Aprs i al servei de www.aprs.fi

La trajectòria es va calcular gràcies al servei www.predict.habhub.org amb gran èxit, tal com es pot veure al mapa amb les línies vermelles i grogues.

Altitud màxima: 31, 400 metres Velocitat màxima de descens registrada: 210 km / h Velocitat de baixada registrada del terminal: 7 m / s Temperatura mínima registrada a l'aire lliure: -48ºC a 14, 000 metres d'alçada

Vam fer la càpsula SSTV, però aquest projecte no s’hauria pogut fer sense l’ajut dels altres col·laboradors: Nacho, Kike, Juampe, Alejandro, Fran i més voluntaris.

Pas 11: Resultat sorprenent

Gràcies a Enrique tenim un vídeo resum del vol on podeu veure tot el procés de llançament. Sens dubte, el millor regal després d’un treball dur

Primer premi al Space Challenge