TechCan w budowie

[domi10052]

Jak pewnie wiecie niedawno pojawił się na Forbocie wpis o naszej drużynie. Na wstępie bardzo chcielibyśmy podziękować wszystkim, którzy zdecydowali się wesprzeć nasz projekt. W niezwykłym tempie, bo w zaledwie trzy dni uzbieraliście ponad 1000 złotych, co jest dwa razy większą kwotą od tej, którą początkowo zakładaliśmy! W tym worklogu dowiecie się nad czym pracuje nasz zespół. Chcielibyśmy także zaprosić Was do prezentowania własnych pomysłów jak byście wykonali pewne elementy.

Szkieletem CanSat-a będą dwa połączone ze sobą krążki wykonane w technologii druku 3D. Na dolnym zamieściliśmy  trzymania na baterie Li-ion i pręty. Na górnym krążku znajdują się trzymania skrzydeł, części czujników i oczywiście prętów.

Na górnym krążku znajdują się trzymania skrzydeł, części czujników i oczywiście prętów.

 

Obydwie części zamierzamy połączyć ze sobą prętami węglowymi, jednak chcemy zrobić to tak aby łatwo było rozłączyć jedno od drugiego, czyli przyklejanie na stałe z obu stron nie wchodzi w grę. Wpadliśmy na pomysł stworzenia takich „zatyczek”, które przytrzymywałyby pręty do dołu, natomiast góra byłaby przymocowana na stałe. 

Największym wyzwaniem są automatycznie rozkładane skrzydła, ponieważ nie mamy dość miejsca aby zastosować po prostu pięć serw modelarskich. Aktualnie chyba jedynym rozwiązaniem są sprężyny, które będą pchać skrzydła do góry, natomiast na czas lotu rakietą były by one w jakiś sposób zablokowane. Chętnie przyjmiemy pomysły jak można taki efekt osiągnąć. Może ktoś z Was miał już do czynienia z takimi układami?

Łopatki zostaną zamocowane w wewnętrznej części obudowy co zmniejszy ryzyko oderwania się ich od reszty CanSata. Zaokrąglony kształt pozwoli na złożenie się skrzydełek w taki sposób, aby zabierały jak najmniej miejsca wewnątrz. Niestety naszą największą jest ich niewielka powierzchnia, która może nie być wystarczająco duża spowolnić ważące 350g  urządzenie do i tak sporej prędkości określonej w regulaminie konkursu: (8-11 m/s).

Zgodnie z zamysłem zamierzamy mierzyć sześć parametrów:

• Przybliżone stężenie tlenu
• Przybliżone stężenie metanu
• Temperaturę
• Wilgotność powietrza
• Promieniowanie UV
• Ciśnienie powietrza

Do mierzenia temperatury i wilgotności powietrza zdecydowaliśmy się wykorzystać popularny czujnik DHT11, z którego podłączeniem i odczytaniem wyników nie mieliśmy zbytnich problemów.

Do UV wybraliśmy standardowy czujnik od firmy Waveshare , który pozwoli oszacować szkodliwość promieniowania w danym miejscu. Ciśnienie będziemy mierzyć czujnikiem BMP 280. Obydwa czujniki udało się podłączyć bez przeszkód.

 Za mierzenie tlenu będzie odpowiedzialny czujnik firmy Grove, jednak nie jest on dostępny w Polsce, więc musimy jeszcze poczekać.

Aktualnie nie udało nam się jeszcze wyciągnąć sensownych wyników z czujnika metanu -  Figaro TGS2611. Po wprowadzeniu obliczeń niestety pojawiają się dziwne wyniki zamiast ppm. Przesyłamy kod a dokumentację można pobrać tutaj. Dobrany rezystor to 1,2 kOhm.

#define MethaneResistor 1200
void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(9600);
}
void loop() {
  float VRL, RS, Result;
  // put your main code here, to run repeatedly:
  VRL = analogRead(A0);
  VRL = VRL *(5.0/1024.0);
  Serial.print("VRL = ");
  Serial.println(VRL);
  RS = ((5-VRL)/VRL)* MethaneResistor;
  Result = RS/68;
  Serial.println("Wynik = ");
  Serial.println(Result);
  delay(500);
} 

To już wszystko co mamy na dziś do przekazania, dziękujemy za zainteresowanie projektem i liczymy na Wasze pomysły. Zdajemy sobie sprawę, że dla niektórych grupa na Facebooku będzie wygodniejsza niż forum, dlatego zapraszamy tam wszystkich zainteresowanych pomocą przy projekcie, którzy nie są wstanie śledzić Forbota.  

Tradycyjnie zapraszamy do śledzenia dalszych postępów 😉 

Edytowano Grudzień 22, 2018 przez Treker
Poprawiłem formatowanie.

[marek1707]

Łopatki śmigła odchylajcie o więcj niż 90 stopni, tzn. tak by były skierowane lekko do góry, np. 15-20 stopni od poziomu. To bardzo poprawi stabilność obotów całej puszki. Bez tego grozi wam znaczna precesja, bo punkt przyłożenia siły hamującej (czyli wysokość tarczy śmigła) będzie niewiele wyżej niż COG. Sprężynki otwierające łopatki nie muszą się bardzo starać a specjalnego mechanizmu nie potrzebujecie. Zapewnijcie tylko by puszka była samostabilna w locie pionowym (może lekko zaokrąglony spód plus niski COG (ogniwa połóżcie na podłodze) ) oraz zróbcie szczeliny/rowki od spodu takie by napływające z dołu powietrze samo dostało się pod łopatki i je otworzyło. Potem, gdy "pojazd" zacznie się obracać siła odśrodkowa będzie utrzymywać śmigło w stanie otwartym. Popatrzcie jak działają składane śmigła modelarskie. Każdy szanujący się motoszybowiec to ma. Tam po wyłączeniu napędu trzeba specjalnie silnik hamować prądem by stanął, bo obracające się śmigło jest napędzane opływem powietrza i nie chce się złożyć dopóki "siłą" nie zahamujesz wału silnika. U was będzie łatwiej, bo przecież podparcie jest z drugiej strony i śmigło nie ma szans samo się złożyć w locie. Wystarczy zatem lekko odchylić łopatki od puszki a reszta zrobi się sama.

Czujnik UV musi patrzeć do góry bo podczas obrotów będziecie mieć znaczne wahania odczytów w zależności czy widzi gwiazdę macierzystą danej planety czy nie. Z drugiej strony, przy szybkim próbkowaniu można z tego wycisnąć nie tylko natężenie (szczytowe i minimalne) UV, ale także prędkość obrotową.

Czujnik ciśnienia jest bardzo wrażliwy na ciśnienia dynamiczne pojawiające się w ruchu. Mają z tym problemy wszyscy robiący wariometry do modeli szybowców i rakiet. Poczytajcie do czego modelarze doszli w tym temacie (chowanie czujnika w zakamarkach kadłuba, pianki, wata itp). Jeśli umieścicie czujnik w złym miejscu będzie pokazywał kompletne bzdury, bo ciśnienia powstające w czasie lotu w pobliżu przedmiotów są często wielokrotnie większe niż statyczne ciśnienie atmosferyczne.

Czujniki gazów są bardzo wolne. Czasem czas reakcji rzędu minuty jest zupełnie normalny, a 10s to już jakiś ścigacz. Jaki przewidujecie czas lotu tego czegoś? Poza tym często czujniki te wymagają wstępnego wygrzewania (jakieś godziny?) po długim nieużywaniu. No i generalnie mają piecyk do podgrzewania zjadający mnóstwo prądu. Jeśli już wybraliście konkretne elementy to podawajcie linki do typów i danych katalogowych albo chcociaż pełne nazwy i stronę sklepu. To nie dziecinna bajka na dobranooc tylko techniczny opis projektu. Jak mamy zgłaszać uwagi gdy dostajemy papkę w rodzaju: 

1 godzinę temu, domi10052 napisał:

czujnik firmy Grove

Czujnikii DHT są do kitu. To delikatne elementy przeznaczone do zabawy w pokoju, do kontroli klimatyzacji gdzie zawsze masz 15-25 stopni i 30-60% RH. Degradują się od dużej wilgotności >80% i potem już zawsze pokazują głupoty, nawet wygrzewanie nie pomaga. Weźcie coś lepszego i niestety droższego. Mam dobre doświadczenia z SHT21/31. Generalnie czujnik temperatury/wilgotności musi być umieszczony z dala od elektronikinajlepeij na delikatnym wsporniku lub malutkim PCB, które szybko będą "nabywać" temperaturę otoczenia i jednocześnie będą odizolowane od przewodzonej (przez obudowę, słupki, kabelki) i promieniowanej energii z elektroniki.

Ogniwa tak zamocowane będą zginane jako walce pod wpływem siły odśrodkowej a najwyższy punkt zewnętrznego podparcia będzie wgniatał delikatną obudowę akumulatora. Ja bym podwyższył zewnętrzną scianę na całą wysokość ogniwa i dał jeszcze wzdłuż niego jakąś piankę by naciskało całą swoją powierzchnią boczną.

Może jakiś czujnik wylądowania? Temperatury i/lub koloru podłoża? Położenia po upadku?

Coś o antenach? Łączność? Telemetria?

[domi10052]

Dziękujemy za te wszystkie informacje będą one szalenie przydatne przy dalszej realizacji projektu!

A teraz po kolei:

3 godziny temu, marek1707 napisał:

ogniwa połóżcie na podłodze

Niestety wysokość ogniw to 6,5 cm, a maksymalna dopuszczalna średnia CanSata to 6,6 cm, więc śmigła, aby się poprawnie zamknąć musiłayby mieć 1mm grubości, więc chyba trochę za mało.

3 godziny temu, marek1707 napisał:

Czujnik UV musi patrzeć do góry

Tak zamierzaliśmy zrobić - na zdjęciach nie pokazaliśmy góry górnej części 😉

3 godziny temu, marek1707 napisał:

jaki przewidujecie czas lotu tego czegoś?

Zostanie on zrzucony z 3km nad ziemią czyli przy prędkości 11 m/s będzie to około 273s. Czas nagrzewania przed nie powinien być problemem - odpali się urządzenie odpowiednio wcześniej przed startem.

3 godziny temu, marek1707 napisał:

Jak mamy zgłaszać uwagi gdy dostajemy papkę w rodzaju

Faktycznie nasze niedopatrzenie, przepraszamy - tak więc podajemy czujniki:

• Tlen: Grove-Gas_Sensor-O2
• Metan: FIGARO TGS2611
• UV: Waveshare UV Sensor
• Ciśnienie: BMP280

Co do DHT11, faktycznie wymienimy go na SHT 21/31

3 godziny temu, marek1707 napisał:

Może jakiś czujnik wylądowania? Temperatury i/lub koloru podłoża? Położenia po upadku?

Dobry pomysł, są jakieś które by Pan polecił?

3 godziny temu, marek1707 napisał:

Coś o antenach? Łączność? Telemetria?

Tutaj stawialiśmy, na wbudowane w Arduino moduły radiowe SX1278. Dokładniejsze szczegóły o samej płytce można znaleźć tutaj.

Jeśli chodzi o same rady tj pianka zabezpieczjąca bateria czy system rozkładania skrzydeł i wiele innych z chęcią je zastosujemy, są dla nas niezwykle cenne! 

Dziękujemy!

[marek1707]

Wiem, że macie ograniczone zasoby - tak ludzkie jaki czasowe czy finansowe, ale tym bardziej nie zakładajcie, że wszystko pójdzie jak sobie to narysowaliście w komputerze. Szczególnie jeśli chodzi o mechanikę i aerodynamikę.

11m/s to bardzo szybko, zderzenie z twardym podłożem rozłoży wam każdy sztywny element na trociny. Spróbujcie jak wygląda w praktyce: policzie wysokość spadku swobodnego zaniedbując opór powietrza, zróbcie pudełko/karton o masie i wymiarach mniej więcej odpowiadających projektowi puszki i zrzućcie to na glebę z jakiegoś mostu czy z okna. Do środka włożcie jakieś testowane elementy, np. mocowania ogniw czy elektroniki obciążone jakimiś makietami masy. Można się zdziwić.

Ustalcie jaki powinien być optymalny kształt puszki i położenie COG by niezleżnie od sposobu rzucenia, np. po przebyciu 20-50 metrów w locie swobodnym ustawiała się dnem do dołu. Od tego trzeba zacząć. Dopiero potem składane łopaty i faza transient, dopiero gdy już macie pracujące śmigło nad głową, można myśleć o elektronice.

Spróbujcie, zanim jeszcze powstanie pierwszy wydruk 3D zrobić model tego latacza z tektury czy blachy z puszek od konserw. Obciążcie to tak jaką masę AUW planujecie pamiętając o docelowym położeniu środka cięzkości - to bardzo ważne. Zamontujcie do tego łopaty, gotowe można wziąć właśnie ze śmigieł modelarskich, np. 14 czy 16 cali to już kawał śmigła:

https://sklep.modelarnia.pl/index.php?d=szukaj&szukaj=folding&pg=2

https://www.emodel.pl/lopaty-smigla-skladanego-14x10-p-1377.html

https://www.rc4max.com/smigla_skladane_do_samolotow_i_motoszybowcow,2418,0.html

Kupcie dwa komplety, prosty zawias i potrzebny już tylko wysoki budynek. Jeśli poprawnie będzie lecieć i rozkładać się z 50m to i z 3km da radę. Możecie też eksperymentować z łopatami wycinanymi i profilowanymi z cienkiej blachy np. alu 0.6-1.0mm. Musicie koniecznie ustalić prawidłową i stabilną konfigurację aerodynamiczną do lotu początkowego, momentu rozłożenia wirnika i potem podczas obracania. Maksymalna wysokość COG, odchylenie łopatek do góry, skok śmigła, kształt łopat - tego nie zaprojektujecie w ciemno na kompie, trzeba będzie wielokrotnie wjechać windą na 20 piętro..

Podsumowując: proponuję zaplanowanie testów samej platformy, bez elektroniki, jakiegokolwiek zasilania czy łączności. Działanie mechanizmu i stabilny lot jest absolutnie kluczowy dla całej reszty projektu a można to zrobić zanim w ogóle programista usiądzie i nastuka pierwszy ekran kodu. Oddelegujcie do tego osobnego człowieka, najlepiej z jakimś zacięciem i doświadczeniem modelarskim (szybowce, rakiety). Dobrze jest rozumieć co tam się dzieje.

No i powidzenia, trzymam kciuki 🙂

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Treker (Damian Szymański)]

@domi10052, dzięki za workloga - na pewno będzie to ciekawy temat, szczególnie, że już @marek1707 się zaangażował 😉

PS Poprawiłem trochę formatowanie Twoich postów - nie ma co tak na siłę wyrównywać zdjęć do lewej i prawej, bo później na telefonach ciężko czyta się takie posty. Najlepiej zostawiaj obrazki normalnie, bez ustawienia do żadnej ze stron 😉

[Jamik]

Jeżeli chodzi o akumulatory, to przejście na rozmiar 14500 pozwoliłby, jak radzi marek1707, położyć je na dnie. Nawet obok siebie. Może warto to rozważyć, o ile pojemność byłaby wystarczająca. Im niżej środek ciężkości, tym stabilniejszy lot.

[domi10052]

Pomysł dobry, jednak będzie wymagał przeliczenia wszystkiego, bo jak @marek1707 napisał czujniki gazów dużo prądu biorą. 

[Jamik]

Zależy jak długo muszą działać. Czujnik metanu który wybraliście bierze do podgrzewania około 56mA. Więc on nie jest raczej problemem. Niestety nie widzę nigdzie specyfikacji czujnika tlenu.

[domi10052]

2 minuty temu, Jamik napisał:

Niestety nie widzę nigdzie specyfikacji czujnika tlenu.

Też szukaliśmy i nie znaleźliśmy ;/. A działać to musi ok 6 godzin, chociaż można by było wtedy odciąć zasilanie od czujników... i pozostawić sam buzzer, który ułatwiałby namierzenie urządzenia. Samych pomiarów to ok 3 minut.

[Jamik]

Trochę więcej samozaparcia w poszukiwaniach 😉 .

http://wiki.seeedstudio.com/Grove-Gas_Sensor-O2/

Na dole macie datasheet. Wygląda, że ten czujnik niewiele prądu pobiera. Ale jest uwaga, że potrzebuje 20-30 minut na rozgrzanie, bo inaczej zafałszuje wyniki.

[domi10052]

Widzieliśmy to, ale raczej zakładka "Sensitivity" nie uwzględnia poboru heatera. Co do mniejszych baterii jest szansa, że się uda. Są jakieś ogniwa,  z których pan korzysta, poleca?

[Jamik]

Niech mnie ktoś poprawi, jeśli się mylę. Czy nie jest to czujnik elektrochemiczy w którym reakcje chemiczne wytwarzają prąd proporcjonalny do stężenia tlenu? Czyli innymi słowy, sam czujnik nie potrzebuje zasilania? Dobrze zrozumiałem zasadę jego działania?

A jeśli chodzi o ogniwa, to są tu bardziej kompetentni ode mnie i lepiej ich rad posłuchać. Ja używam zwykle NiMH, bo są bezpieczne, tanie, ogólnodostępne i można je używać też w sprzęcie powszechnego użytku. Tam gdzie zależy mi na masie stosuję Li Ion 14500 z wbudowanymi zabezpieczeniami. W jednym projekcie, gdzie bardzo zależało mi na masie i wydajności prądowej użyłem pakietu LiPol. Ale trzeba ich pilnować, bo nie lubią pełnego rozładowania, o przedziurawieniu nie wspominając 😉 .

[marek1707]

Ten czujnik koncentracji tlenu nie ma piecyka 🙂 Posiada tylko dwa piny z celi pomiarowej podłączane do wzmacniacza a właściwie przetwornika prąd-napięcie. Jest on konieczny bo sygnałem wyjściowym jest prąd, ale jak rozumiem moduł Grove zawiera już potrzebny stopień i wyjście jest napięciowe wprost do ADC.

Niepokoją:

1. Nieznana zależność od ciśnienia - piszą, że pożądane warunki to "atmosfera standardowa +/- 10%" czyli 1010hPa +/- 100hPa. Na wysokości 3km macie na Ziemi tylko ok. 700hPa. Warto znać tzw. wzór barometryczny - daje niezłe przybliżenie.

2. Brak pokazanej krzywej wpływów skrośnych na jakieś przykładowe inne gazy np. jak czujnik reaguje na ozon.

3. Konieczność wygrzania przez 48h przed rozpoczęciem używania (co to znaczy?), ale nie wiadomo w jakich warunkach (temperatura, wilgotność).

4. Błąd na schemacie wzmcniacza. Miejmy nadzieję, że konstruktorzy Grove nie spapugowali tego układu na głupa z datasheet tylko puknęli się w głowę i poprawili co nieco.

5. Jak zwykle w otoczeniu elektrochemicznych lub organicznych czujników gazów trzeba bardzo uważać z lutowaniem, rozuszczalnikami itp. W zasadzie wszelkie przeróbki elektroniki i mechaniki pokładowej (lutowanie, wiercenie, szlifowanie) trzeba wykonywać przy wyjętych i wyniesionych z pokoju czujnikach więc koniecznie musicie przewidzieć możliwość ich łatwego demontażu. Nie wiem jak rozumieć ostatnie zdanie z rozdziału "Application Notes: "To preheat over 48hs before using and soldering forbidden". To wygląda na jakieś automatyczne tłumaczenie z chińskiego na angielski..

Cieszą:

1. Czas reakcji 15s jest niezły.

2. Brak ogrzewania - zerowy pobór prądu nie licząc wzmacniacza.

3. Mała czułość na zmiany wilgotności.

4. Szeroki zakres temperatur pracy, od -20 stopni. Ile spodziewacie się na 3km w czasie testów?

Jeśłi robicie jakies zakupy elementów, nigdy  nie kupujcie jednej sztuki czegokolwiek. W czasie prób wszystko się może zdarzyć a delikatne elementy padają bardzo łatwo.

[domi10052]

Dziękujemy za tak dogłębną analizę czujnika! Jak do nas dojdzie damy znać jak to z nim jest 😉  Teraz już wiemy na co uważać. 

Edytowano Grudzień 23, 2018 przez domi10052

[domi10052]

Dzień dobry! Dawno nie pisaliśmy o naszym projekcie, a dzieje się wiele!

Zaczniemy od zmian, które nastąpiły w naszym projekcie a najważniejszą z nich jest niestety rezygnacja ze "śmigieł" - już tłumaczymy dlaczego:

• Na całość konkursu mamy niecałe pół roku, natomiast na pełną pracę nad projektem mamy raptem kilka miesięcy (wcześniej projektowanie, koncepcja i oczywiście zbieranie środków)
• Wymiary CanSat-a są ściśle określone i znaszych szacunków wynikło, że gdyby śmigła zajmowały całą możliwą powierzchnię boczną to i tak nie byłyby w stanie wystarczająco wychamować ważącego 350g urządzenia (przynajmniej bez własnego napędu, co zmieniało by bardziej konstrukcję w śmigłowiec 😉 )
• Naszym głównym celem jest dostać się na finały ( aby nasz CanSat mógł polecieć i zostać w praktyce przetestowany ), a nam trudno by było udowodnić niezawodność tego systemu biorąc pod uwagę tak niewielką ilość czasu.

Ponieważ zmiana systemu lądowania (wykorzystamy sprawdzony spadochron ☹️) wiązała się z przebudową konstrukcji postanowiliśmy zrekompensować to wprowadzeniem modułowości. CanSat będzie zaprojektowany tak, aby w każdym momencie i w błyskawiczny sposób można było zmienić zestaw czujników na inny. Poniższy film prezentuje nową konstrukcję:

https://youtu.be/vI5U646fehg

Jak na razie wszystko idzie zgodnie z naszym planem:

Wydrukowaliśmy już większość elementów i teraz stanęliśmy przed kolejnymi dwoma problemami konstrukcyjnumi:

Musimy przymocować czujnik do wydruku 3D - są otwory w PCB czujnika, jednak nie możemy się przwiercić przez caly moduł aby z drugiej strony dać nakrętkę, bo wyjdziemy poza dozwolone wymiary - może jakoś przyklejić?

Drugim problemem jest jak skutecznie zamocować w obudowie "wkład z czujnikami", aby można było go łatwo wyjąć,a jednocześnie podczas lotu (co najważniejsze szarpnięcia po rozłożeniu spadochronu) grzecznie siedział w środku. 

Jako bonus zamieszczamy nasz spadochron, który został wykonany z wyjątkowo wytrzymałego.... worka na śmieci!

Testy zostały zakończone pomyslnie:

• CanSat spadał z odpowiednią prędkością
• Spadochron przeżył (gorzej z puszką gips-karton, której grubość ściany wynosiła ok 1mm)

Dziękujemy za Wasze wsparcie, które wierzcie lub nie, jest niesamowitą motywacją dla nas!

TechCan Team