[DIY или Сделай сам, Космонавтика, Научно-популярное, Программирование микроконтроллеров] Per aspera ad astra, или как я строил ракету. Часть 2. Собираем альтиметр на STM32 и BMP280
Автор
Сообщение
news_bot ®
Стаж: 6 лет 3 месяца
Сообщений: 27286
Всем привет!
В предыдущей части я остановился на том, что мои ракеты удачно взлетели и приземлились, а на одной даже был установлен альтиметр. В этой статье я и расскажу о том как сделать простой высотомер на основе STM32 Nucleo L031K6 и датчика давления BMP 280 , который к тому же хранит все данные во Flash памяти.
Выбор железа
Основные требования к альтиметру:
- Высокая скорость считывания высоты, так как ракета в апогее находится не слишком долго, а я хотел узнать именно максимальную высоту;
- Низкое энергопотребление, чтобы не ставить большой аккумулятор;
- Небольшие размеры всей конструкции.
Исходя из них в качестве микроконтроллера взял STM32 Nucleo L031K6 (высокая скорость работы, низкое потребление тока, малый размер). Высоту решил измерять с помощью барометра BMP280 (те же резоны, что и у МК). Также добавил кнопку, при нажатии которой начиналась запись высоты. Ну и питала всю электронику батарейка CR2032, подключенная через адаптер. В итоге получилась такая схема:
Использованные модули
SPL
STM32 Nucleo L031K6
BMP280
Адаптер для CR2032
Разработка кода
Код вы можете найти на моем гитхабе. Пины STM32 были сконфигурированы в CubeMX под IAR. Для работы с BMP280 использовал вот эту библиотеку, добавил в нее функцию расчета высоты над уровнем моря с помощью барометрической формулы и инициализацию датчика с нужными мне параметрами частоты считывания, фильтрации и тд. Так как я хотел измерить высоту полета относительно земли, мне нужно было сначала вычислить высоту над уровнем моря в моей местности, взять ее за «ноль» и относительно нее измерять высоту полета. Частота измерений равнялась 10 Гц.
Запись во Flash память происходила следующим образом так:
Организация памяти в STM32 L031K6
SPL
- Для всех измерений выделил 8 Кбайт с 0x08006000 по 0x08007FFF адреса
- На одно измерение выделил 2 байта
- Во Flash записывал по 4 байта, то есть сразу два измерения
- Максимальное количество измерений — 4096, этого хватало на запись примерно 7-ми минут полета
- Высоту записывал в сантиметрах для большей точности
А происходила запись следующим образом:
- Если итератор записи четный, то в переменную с данными для записи во Flash сохраняем текущую высоту в младшую половину слова;
- Если итератор записи нечетный, то в переменную с данными для записи во Flash добавляем текущую высоту в старшую половину слова и сохраняем эту переменную в ячейку Flash
В итоге алгоритм работы программы следующий:
- После включения 5 секунд ждем нажатия кнопки для старта измерений высоты.
- Если кнопка не была нажата, то зажигаем встроенный светодиод и начинаем передачу по UART данных о высоте, записанных во Flash памяти
- Если кнопка была нажата, то два раза моргаем встроенным светодиодом и вычисляем высоту местности.
- После вычисления «нуля» два раза моргаем встроенным светодиодом и записываем во Flash-память высоту ракеты над землей.
- Когда выполнили передачу по UART или завершили измерения высоты, бесконечно моргаем встроенным светодиодом;
- Ждем пока нас найдут люди и выключат.
При питании STM’ки от CR2032 через пин 3.3V обнаружил, что код не работает. Проблема была в том, что при подаче питания через эту ногу необходимо было отпаять SB9 (расположен рядом с выводами RX и TX на обратной стороне МК) иначе плата постоянно перезагружалась.
Теперь необходимо было проверить точность работы альтиметра. Взяв рулетку, я стал поднимать альтиметр на разные высоты и смотреть, что он измеряет. Результаты тестов лежат в соответствующей папке на гитхабе. В текстовых файлах — сырые данные с STM’ки, а в Excel’евских таблицах находятся красивые графики всех тестов. Точность соответствовала заявленной — ± 10см. Следует помнить, что высоту я измерял в сантиметрах, поэтому в таблице такие большие числа.
Сборка альтиметра
Так как во время приземления ракета может сильно ударится о землю, необходимо было хорошо зафиксировать всю электронику, чтобы при тряске не отваливались проводки, или, того хуже, сами модули. Альтиметр разместил в головном обтекателе (места там было достаточно, и стабильности за счет смещения центра тяжести к головному обтекателю прибавилось) в 3D-печатном креплении. STM’ка стояла вертикально, BMP280 контактами вверх и под крепление приклеил адаптер для CR2032. Из-за того, что он не помещался в корпус ракеты, пришлось немного сточить контакты минуса. Рядом с контактами в боковой стенке 3D-печатного крепления проточил вертикальную канавку, чтобы протянуть через нее минус от CR2032, а под плюсом просверлил отверстие и пустил провод через него. Думал крепить альтиметр к головному обтекателю с помощью самореза, поэтому в корпусе есть отверстие, но потом от этой идеи отказался.
Модель крепления, напечатанного на 3D-принтере
Собранный блок альтиметра
SPL
Вид сверху
Вид снизу
Кнопку приклеил рядом с BMP280, установил остальные модули в свои места, припаял все провода и замотал все синей изолентой залил для надежности термоклеем.
В обтекатель ракеты альтиметр плотно вставлялся. Для того, чтобы он никуда не отлетел после удара, протянул через отверстие в креплении резинку, соединяющую корпус ракеты и обтекатель.
Собранный альтиметр. Вид спереди
Вид сзади. Видна резинка, соединяющая альтиметр с ракетой
Альтиметр был готов! Теперь предстояло его испытать, а это значит, что я снова отправился на полигон!
Запуск альтиметра и результаты измерений
К сожалению первый запуск был с неисправными двигателями, о которых я писал в прошлой статье.
В итоге график получился таким:
По горизонтали — номер измерения. Каждые 10 измерений — 1 секунда. По вертикали — высота в сантиметрах
Ракета взлетела на 15м, затем устремилась в землю. После прохождения апогея через 1 секунду началась какая-то аномалия: после значения 12м почему-то показания упали до -8м. Это произошло в момент второго запуска двигателя (которого не должно было быть), так что не исключаю, что неисправный двигатель как-то повлиял на альтиметр. Во всех остальных тестах он работал отлично, так что это была проблема явно не в электронике. В общем, те испытания альтиметра были успешными лишь наполовину, так как во вторую половину полета произошла аномалия. Сам график вы можете найти на гитхабе, он называется rocket_flight_fall_test.
После ремонта ракеты я снова отправился на полигон и в этот раз испытания прошли успешно. Полет был отличным, показания альтиметра были стабильными и соответствовали полету. График полета получился вот такой:
По горизонтали — номер измерения. Каждые 10 измерений — 1 секунда. По вертикали — высота в сантиметрах
Ракета поднялась на 150м и успешно приземлилась. Таким образом это испытание было полностью успешным. Я удостоверился в том, что альтиметр работает и приступил к разработке новой бортовой аппаратуры.
Заключение
В итоге, я полностью собрал компактный альтиметр, который помещается в небольшую модель ракеты. Испытания прошли успешно, электроника пережила взлет и посадку и измерила высоту полета. На этом проект разработки альтиметра я закончил, возможно в будущем использую его в одной из ракет, потому что знать высоту полета иногда очень полезно (например, если вы запускаете ракеты ради достижения максимальной или какой-нибудь определенной высоты). Сейчас, как я уже говорил, я занимаюсь разработкой бортовой камеры с радиопередатчиком, потому что ракету с такой серьезной электроникой я терять не намерен.
Спасибо за внимание!
===========
Источник:
habr.com
===========
Похожие новости:
- [C, Программирование микроконтроллеров, 3D-принтеры] Прошивка для фотополимерного LCD 3D-принтера своими руками. Часть 3
- [Научно-популярное, Мозг, Здоровье, Будущее здесь] Как мы Neuralink рецензировали
- [Социальные сети и сообщества, Лайфхаки для гиков, Здоровье, Научно-популярное] Социальные сети управляют вами, но есть способы дать им отпор (перевод)
- [DIY или Сделай сам] Автоматический вечный календарь с подсветкой (перевод)
- [Занимательные задачки, Математика, Учебный процесс в IT, Научно-популярное] Международная математическая олимпиада 2020 (решаем в комментах)
- [Космонавтика, Научно-популярное] Как выглядит сейчас космодром «Морской старт»
- [Математика, Научно-популярное, Физика] Стивен Вольфрам: кажется, мы близки к пониманию фундаментальной теории физики, и она прекрасна (перевод)
- [Научно-популярное, Энергия и элементы питания, Физика] Ядерный реактор для чайников: замыкание топливного цикла в двухкомпонентной ядерной энергетике
- [Научно-популярное, Читальный зал, Будущее здесь] Крауд-перевод книги “Мир после капитала” Альберта Венгера (часть 1/7) (перевод)
- [3D-принтеры, C, Программирование микроконтроллеров] Прошивка для фотополимерного LCD 3D-принтера своими руками. Часть 2
Теги для поиска: #_diy_ili_sdelaj_sam (DIY или Сделай сам), #_kosmonavtika (Космонавтика), #_nauchnopopuljarnoe (Научно-популярное), #_programmirovanie_mikrokontrollerov (Программирование микроконтроллеров), #_raketomodelirovanie (ракетомоделирование), #_raketostroenie (ракетостроение), #_mikrokontrollery_stm (микроконтроллеры stm), #_stm32l031k6, #_altimetr (альтиметр), #_bmp280, #_diy_ili_sdelaj_sam (
DIY или Сделай сам
), #_kosmonavtika (
Космонавтика
), #_nauchnopopuljarnoe (
Научно-популярное
), #_programmirovanie_mikrokontrollerov (
Программирование микроконтроллеров
)
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 13-Май 08:08
Часовой пояс: UTC + 5
| Автор | Сообщение |
|---|---|
|
news_bot ®
Стаж: 6 лет 3 месяца |
|
 Всем привет! В предыдущей части я остановился на том, что мои ракеты удачно взлетели и приземлились, а на одной даже был установлен альтиметр. В этой статье я и расскажу о том как сделать простой высотомер на основе STM32 Nucleo L031K6 и датчика давления BMP 280 , который к тому же хранит все данные во Flash памяти. Выбор железа Основные требования к альтиметру:
Исходя из них в качестве микроконтроллера взял STM32 Nucleo L031K6 (высокая скорость работы, низкое потребление тока, малый размер). Высоту решил измерять с помощью барометра BMP280 (те же резоны, что и у МК). Также добавил кнопку, при нажатии которой начиналась запись высоты. Ну и питала всю электронику батарейка CR2032, подключенная через адаптер. В итоге получилась такая схема:  Использованные модулиSPL STM32 Nucleo L031K6  BMP280  Адаптер для CR2032 Разработка кода Код вы можете найти на моем гитхабе. Пины STM32 были сконфигурированы в CubeMX под IAR. Для работы с BMP280 использовал вот эту библиотеку, добавил в нее функцию расчета высоты над уровнем моря с помощью барометрической формулы и инициализацию датчика с нужными мне параметрами частоты считывания, фильтрации и тд. Так как я хотел измерить высоту полета относительно земли, мне нужно было сначала вычислить высоту над уровнем моря в моей местности, взять ее за «ноль» и относительно нее измерять высоту полета. Частота измерений равнялась 10 Гц. Запись во Flash память происходила следующим образом так: Организация памяти в STM32 L031K6SPL
А происходила запись следующим образом:
В итоге алгоритм работы программы следующий:
При питании STM’ки от CR2032 через пин 3.3V обнаружил, что код не работает. Проблема была в том, что при подаче питания через эту ногу необходимо было отпаять SB9 (расположен рядом с выводами RX и TX на обратной стороне МК) иначе плата постоянно перезагружалась. Теперь необходимо было проверить точность работы альтиметра. Взяв рулетку, я стал поднимать альтиметр на разные высоты и смотреть, что он измеряет. Результаты тестов лежат в соответствующей папке на гитхабе. В текстовых файлах — сырые данные с STM’ки, а в Excel’евских таблицах находятся красивые графики всех тестов. Точность соответствовала заявленной — ± 10см. Следует помнить, что высоту я измерял в сантиметрах, поэтому в таблице такие большие числа. Сборка альтиметра Так как во время приземления ракета может сильно ударится о землю, необходимо было хорошо зафиксировать всю электронику, чтобы при тряске не отваливались проводки, или, того хуже, сами модули. Альтиметр разместил в головном обтекателе (места там было достаточно, и стабильности за счет смещения центра тяжести к головному обтекателю прибавилось) в 3D-печатном креплении. STM’ка стояла вертикально, BMP280 контактами вверх и под крепление приклеил адаптер для CR2032. Из-за того, что он не помещался в корпус ракеты, пришлось немного сточить контакты минуса. Рядом с контактами в боковой стенке 3D-печатного крепления проточил вертикальную канавку, чтобы протянуть через нее минус от CR2032, а под плюсом просверлил отверстие и пустил провод через него. Думал крепить альтиметр к головному обтекателю с помощью самореза, поэтому в корпусе есть отверстие, но потом от этой идеи отказался.  Модель крепления, напечатанного на 3D-принтере Собранный блок альтиметраSPL Вид сверху  Вид снизу Кнопку приклеил рядом с BMP280, установил остальные модули в свои места, припаял все провода и замотал все синей изолентой залил для надежности термоклеем. В обтекатель ракеты альтиметр плотно вставлялся. Для того, чтобы он никуда не отлетел после удара, протянул через отверстие в креплении резинку, соединяющую корпус ракеты и обтекатель.  Собранный альтиметр. Вид спереди  Вид сзади. Видна резинка, соединяющая альтиметр с ракетой Альтиметр был готов! Теперь предстояло его испытать, а это значит, что я снова отправился на полигон! Запуск альтиметра и результаты измерений К сожалению первый запуск был с неисправными двигателями, о которых я писал в прошлой статье. В итоге график получился таким:  По горизонтали — номер измерения. Каждые 10 измерений — 1 секунда. По вертикали — высота в сантиметрах Ракета взлетела на 15м, затем устремилась в землю. После прохождения апогея через 1 секунду началась какая-то аномалия: после значения 12м почему-то показания упали до -8м. Это произошло в момент второго запуска двигателя (которого не должно было быть), так что не исключаю, что неисправный двигатель как-то повлиял на альтиметр. Во всех остальных тестах он работал отлично, так что это была проблема явно не в электронике. В общем, те испытания альтиметра были успешными лишь наполовину, так как во вторую половину полета произошла аномалия. Сам график вы можете найти на гитхабе, он называется rocket_flight_fall_test. После ремонта ракеты я снова отправился на полигон и в этот раз испытания прошли успешно. Полет был отличным, показания альтиметра были стабильными и соответствовали полету. График полета получился вот такой:  По горизонтали — номер измерения. Каждые 10 измерений — 1 секунда. По вертикали — высота в сантиметрах Ракета поднялась на 150м и успешно приземлилась. Таким образом это испытание было полностью успешным. Я удостоверился в том, что альтиметр работает и приступил к разработке новой бортовой аппаратуры. Заключение В итоге, я полностью собрал компактный альтиметр, который помещается в небольшую модель ракеты. Испытания прошли успешно, электроника пережила взлет и посадку и измерила высоту полета. На этом проект разработки альтиметра я закончил, возможно в будущем использую его в одной из ракет, потому что знать высоту полета иногда очень полезно (например, если вы запускаете ракеты ради достижения максимальной или какой-нибудь определенной высоты). Сейчас, как я уже говорил, я занимаюсь разработкой бортовой камеры с радиопередатчиком, потому что ракету с такой серьезной электроникой я терять не намерен. Спасибо за внимание! =========== Источник: habr.com =========== Похожие новости:
DIY или Сделай сам ), #_kosmonavtika ( Космонавтика ), #_nauchnopopuljarnoe ( Научно-популярное ), #_programmirovanie_mikrokontrollerov ( Программирование микроконтроллеров ) |
|
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 13-Май 08:08
Часовой пояс: UTC + 5