Diri - Balon Helium yang Digerakkan: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:58

Dalam Instruksi ini saya akan memandu Anda melalui proses pembuatan balon helium otonom yang mendokumentasikan ruang. Lihat videonya:

Balon dan casingnya dibuat sendiri, elektroniknya terdiri dari arduino pro mini, tiga motor dengan alat peraga, sensor ultra-sonik untuk deteksi rintangan, giroskop untuk stabilisasi, dan kamera GoPro untuk mengambil gambar/video.

Ini adalah langkah-langkahnya:

1. Dapatkan bahannya

2. Buat balon

3. Buat kasing untuk barang elektronik dan tempelkan ke balon

4. Tambahkan elektronik

5. Kode!

6. Beberapa tantangan saat bekerja dengan balon helium

Instruksi ini didasarkan pada proyek penelitian oleh Diana Nowacka (https://openlab.ncl.ac.uk/people/diana/ - [email protected]) dan David Kirk (https://openlab.ncl.ac.uk/people/ndk37/ - [email protected]) - diterbitkan pada konferensi Ubicomp 2015 (https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2750858.2805825&coll=DL&dl=ACM). Terima kasih khusus ditujukan kepada Nils Hammerla (https://openlab.ncl.ac.uk/people/nnh25/ - [email protected]) atas bantuannya.

Jangan ragu untuk mengirim email kepada kami jika Anda memiliki pertanyaan atau umpan balik!

Langkah 1: Bahan

Bahan untuk balon

2 x Selimut Mylar (cari "selimut penyelamat mylar", seharusnya mudah ditemukan dan harganya hanya beberapa kilogram)

1 x balon Mylar

Peralatan

1 x pelurus rambut (setidaknya 200 °C)

Untuk Casingnya

2 x strip kayu Balsa

pemotong laser atau pisau bedah kerajinan

1 pasak kayu ca. Panjang 50cm (untuk memasang motor)

Beberapa lem, saya sangat suka Epoxy

Komponen elektronik

Arduino pro mini (bisa jadi nano juga saya kira atau sesuatu yang sama kecilnya)

2 x H-Jembatan

3 x motor dengan alat peraga (dari misalnya quadcopters kecil)

GoPro Hero (idealnya mampu WiFi)

Gyro + Accelerometer - ITG3200/ADXL345 (Saya mendapatkan yang ini:

3 x Sensor ultrasonik - Pencari Jangkauan Ultrasonik - LV-MaxSonar-EZ0 (yang ini bagus

Langkah 2: Membuat Balon

Membuat balon

Bergantung pada seberapa banyak barang yang ingin Anda tempelkan ke balon, Anda harus hati-hati memilih ukuran balon. Karena balon dengan ukuran lebih dari 90 cm (~30 inci) sulit didapat, saya memutuskan untuk membuat balon sendiri dari Mylar. Anda dapat memilih bentuk apa pun yang Anda inginkan, tetapi saya rasa balon berbentuk bola akan lebih mudah diputar. Sebuah balon dengan diameter 130 cm dapat membawa sekitar 360 g.

NB Berapa banyak balon helium yang dapat dibawa juga tergantung pada ketinggian lokasi Anda (permukaan laut), karena kemampuan mengangkat helium bergantung pada densitasnya sendiri dan densitas udara.

Apa yang harus dilakukan:

Ambil dua lembar Mylar Blanket dan potong lingkaran masing-masing 130 cm (~ 51 inci).

Memanaskan mylar membuatnya sangat rapuh dan tipis. Oleh karena itu kita akan menggunakan mylar tebal tambahan dari balon mylar normal untuk perbatasan.

Gunting potongan kecil, sekitar 5 cm x 10 cm (2 inci x 4 inci) dari balon Mylar Anda yang tebal. Idealnya, mereka harus sedikit lebih lebar dari setrika pelurus Anda.

Letakkan dua lingkaran di atas satu sama lain, bungkus strip tebal di sekitar perbatasan dan tekan bersama-sama dengan pelurus rambut. Biasanya, setelah 5 detik Mylar mencair. Saya menjepit pelurus rambut dengan karet gelang dan membiarkannya dalam keadaan ini selama 30-60 detik. Dengan cara ini Anda bisa yakin, bahwa Mylar meleleh di mana-mana dan tidak ada celah. Nikmati prosedur ini untuk seluruh keliling balon (ini memakan waktu kira-kira selamanya), selain dari satu bagian, di mana Anda harus meninggalkan celah untuk dapat mengisi balon. Karena Anda tidak benar-benar ingin memiliki bukaan polos pada balon, Anda harus menggunakan bukaan amplop mylar tebal, yang memiliki bukaan satu arah yang memudahkan pengisian.

Sekarang Anda sudah selesai dengan amplop Anda!

Hal licik berikutnya adalah casingnya. Bahan yang paling disarankan adalah kayu balsa, karena bobotnya yang ringan.

Langkah 3: Membuat Kasus

Kayu balsa adalah bahan yang sempurna untuk casing, karena terlihat bagus dan sangat ringan! Itu datang dengan satu kelemahan, itu tidak terlalu kuat. Saya berhasil tidak memecahkan terlalu banyak kasus, ini cukup andal, hanya perlu sedikit kehati-hatian. Cara termudah untuk menangani balsa adalah dengan memotongnya dengan pisau bedah.

Jadilah kreatif dan lihat apa yang Anda suka! Saya bereksperimen dengan berbagai bentuk, dan engsel hidup terlihat sangat keren (lihat https://www.instructables.com/id/Laser-cut-enclosu… Anda juga dapat menggunakan kotak standar, tidak masalah, selama Anda dapat menempatkan semuanya di dalam dan memasang pasak untuk motor.

Saya memutuskan untuk menekuk strip kayu balsa menjadi busur. Anda dapat melakukannya dengan mengambil semangkuk besar air yang baru direbus dan perlahan-lahan menekuk strip di dalamnya. Jika Anda meletakkan benda berat seperti cangkir di atasnya dan membiarkannya selama 1-2 jam di dalam air, balsa akan menekuk dengan baik. setelah ditekuk, keluarkan dan biarkan kering (Maaf saya tidak punya fotonya, mungkin saya terlalu malas untuk mengambilnya). Potong dua setengah lingkaran dari kayu balsa untuk sisinya.

Anda bisa merekatkan dowel ke kasing dengan Epoxy. Pastikan motor menghadap ke depan, dengan begitu mereka paling kuat. Untuk motor atas/bawah, buat dua lubang kecil di bagian bawah kotak, pasang motor ke dua pasak dan masukkan melalui lubang tersebut. Menambahkan pelat lain dan memasukkannya juga membuatnya jauh lebih stabil (lihat gambar dengan elektronik).

Langkah 4: Elektronik

Komponen

Saya pikir itu akan keren untuk memiliki balon yang mengambil gambar dan video. Saya juga menginginkan beberapa deteksi rintangan dan stabilisasi.

Oleh karena itu saya menambahkan tiga sensor ultra sonik (1); dua untuk mendeteksi segala sesuatu di kiri dan kanan depan dan satu untuk mengukur jarak ke langit-langit. Saya tidak punya masalah dengan gangguan (meskipun disebutkan dalam lembar data, maka Anda perlu menggunakan rantai lihat https://www.maxbotix.com/documents/LV-MaxSonar-EZ_Datasheet.pdf Satu-satunya hal yang penting adalah itu sensor harus terpisah cukup jauh, kerucut tidak boleh tumpang tindih karena sonar yang berasal dari sensor saling mengganggu. Itu membuat sensor mendeteksi hambatan padahal sebenarnya itu hanyalah suara tembakan sensor untuk melakukan tugasnya.

Girsokop (2) menstabilkan gerakan setelah berputar. Penting adalah (tidak seperti yang ditunjukkan pada Gambar di mana semuanya hanya dilemparkan ke dalam casing), bahwa Anda memilih satu sumbu (dalam kasus saya itu Z) dan sejajarkan sebanyak mungkin sehingga sejajar dengan tanah. Jadi rotasi balon akan menghasilkan perubahan pengukuran giroskop pada nilai Z saja. Jelas Anda dapat menggunakan beberapa matematika mewah sebaliknya, tetapi ini bekerja dengan baik untuk saya. Saya hanya menempelkan sensor ke papan kayu balsa dan itu sudah cukup untuk membuatnya bekerja.

GoPro (3) sangat bagus untuk menginisialisasi gambar dari jarak jauh dan terakhir H-Bridges (L293D) untuk motor+alat peraga (4). Saluran listrik H-Bridge harus terhubung langsung ke baterai, jangan melewati arduino karena motor menghasilkan banyak suara! Hal ini dapat membuat pembacaan dari sensor tidak dapat digunakan. Tapi ingat untuk menghubungkan ground H-Bridge ke arduino. Selanjutnya, H-Bridge harus terhubung ke Pin PMW agar berfungsi dengan baik.

Jika Anda berani, Anda dapat memisahkan kabel Mini-USB dan menambahkan GoPro melalui konektor USB ke sirkuit Anda dengan menghubungkan + ke VCC pada adruino dan ground Anda. Dengan begitu Anda dapat mengeluarkan baterai GoPro dan menghemat cukup banyak berat! Ini akan menghasilkan waktu pengoperasian yang lebih sedikit. Karena balon tidak memerlukan daya baterai untuk tetap berada di udara, baterai (3,7 V, 1000mAh bagus) bertahan sekitar 2 jam dengan pengambilan gambar sesekali. Anehnya baterai yang sama dari perusahaan yang berbeda dapat memiliki bobot yang berbeda, jadi cobalah untuk mendapatkan baterai dengan mAh sebanyak mungkin tetapi juga paling ringan.

Hubungkan (Komponen -> Arduino)

Sensor Ultrasonik

Power+Ground -> Arduino VCC dan Ground

BW -> A0, A1, A3 (tidak ingat mengapa saya melewatkan A2, mungkin tidak ada alasan)

Gyro + Akselerometer

Power+Ground -> Arduino VCC dan Ground

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

SCL (Pin di atas SDA) -> Arduino SCL (A5)

H-Jembatan

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

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

Pin 2 -> Pin Arduino 11

Pin 3 -> Motor 1.a

Pin 6 -> Motor 1.b

Pin 7 -> Pin Arduino 10

(Sama berlaku untuk H-Bridge lainnya dengan Motor 2+3)

Selanjutnya kode!

Langkah 5: Pemrograman

Panduan Cepat

MEMPERSIAPKAN

Inisialisasi semua PIN dan sensor

LINGKARAN

• Pertama, jika balon tidak bergerak untuk sementara waktu, itu membuat gerakan maju (tidak ada gerakan yang membosankan),

  randommove = 1, akan memeriksanya di akhir loop

• Kemudian periksa apakah ketinggiannya masih ok (KeepHeight()) dan berpotensi naik atau turun, saya set ke 1m di bawah langit-langit
• Jika ada sesuatu yang lebih dekat dari 150cm daripada rintangan yang harus dihindari, maka inisialisasikan putaran
• jika kedua sensor mendeteksi sesuatu di depan, balon akan mundur
• setelah berputar, untuk menghindari drifting, countersteer dengan motor untuk menjaga orientasi dan tidak berputar lagi
• Terakhir lakukan gerakan maju dan gunakan Gyro untuk tetap lurus saat terbang selama 5 detik

Saya cukup yakin ada cara yang lebih baik untuk mencapai hal-hal ini, jika Anda memiliki saran, beri tahu saya!

Langkah 6: Catatan Akhir

Ada beberapa hal yang perlu Anda ketahui tentang balon helium, berikut ini:

TANTANGAN KETIKA BEKERJA DENGAN BALON HELIUM

Meskipun saya mencintai Diris saya, balon helium jauh dari sempurna. Tantangan pertama adalah mendapatkan balon yang ukurannya pas untuk mengangkat semua komponen. Volume balon menentukan berapa banyak helium yang dapat ditampungnya, yang sebanding dengan gaya ke atas. Ini secara signifikan membatasi pilihan komponen. Kendala terbesar adalah baterai; semakin ringan, semakin pendek akan bertahan. Untuk dapat membawa minimal mikrokontroler, baterai dan beberapa motor, balon helium membutuhkan diameter minimal 90cm.

Kedua, balon berisi helium sangat sensitif terhadap aliran udara dan perubahan suhu di dalam ruangan. Seperti balon helium selalu melayang (yaitu tidak ada cara untuk benar-benar diam), mereka sangat dipengaruhi oleh arus udara dan angin. Saya tidak memiliki pengalaman yang sangat baik dengan menggunakan balon saya di kamar ber-AC.

Ketiga, karena memindahkan balon helium terdiri dari mengubah inersia dengan menggerakkan baling-baling untuk menciptakan daya dorong, beberapa detik berlalu antara inisialisasi gerakan dan perubahan posisi yang sebenarnya. Akibatnya, balon tidak dapat bereaksi terhadap pengaruh luar dengan baik dan juga sangat menantang untuk menghindari rintangan dengan cepat.

Akhirnya, karena helium lebih ringan daripada udara, helium keluar secara perlahan dari selubung apa pun. Akibatnya balon harus diisi ulang setiap hari atau setiap hari tergantung seberapa kedap udara casingnya. Mengisi balon dengan jumlah helium yang tepat juga cukup menantang untuk membuatnya mengambang penuh, yaitu tidak jatuh atau naik tingginya. Disarankan untuk mengisi balon sehingga terlalu ringan dan menyeimbangkannya dengan beban tambahan, yang dapat dilepas kembali dengan mudah.