Саморобний електронний альтиметр-варіометр з подачею звукових та світлових попереджуючихсигналів
Можна застосовувати в авіаційних видах спорту як додатковий засіб безпеки при:
- Виконанні парашутних стрибків; - польотах на параплані; — польотах на надлегких літальних апаратах
Переваги цього рішення:
- Невелика ціна комплектуючих (1200-1500р в роздріб, при покупці в інтернет-магазинах КНР значно дешевше); - простота складання (можна зібрати за вечір, на макетній платі так взагалі за півгодини); - висока точність вимірювання висоти; - компактність і невелика вага приладу; - відкритий програмний код (можна вносити зміни, змінювати порогові налаштування спрацьовування приладу); — можна використовувати як модуль для вимірювання атмосферного тиску (по СОМ — порту постійно передається відносна висота, вертикальна швидкість та атмосферний тиск). - Живлення як від автономного джерела постійного струму (6-20V) так і по Mini-B USB - шнуру.
Передісторія створення:
AltVar+, як я його назвав, був створений на основі цього проекту у вигляді варіометра – пищалки. Прототип зібрав на макетній платі. На ній було всього два значних компоненти: - плата мікроконтролера Arduino Nano V3 - датчик тиску Gy-68
Прилад реагував писком на підйоми-спуски, але ніякої індикації. Тому довелося доопрацювати програму.
Тепер плата транслювала значення висоти та вертикальної швидкості на СОМ-порт комп'ютера. Захотілося більшої автономності і я додав 4-цифровий 7-сегментний дисплей, уклав плату з датчиком в саморобний корпус, вбудував елемент живлення. На дисплеї вивів значення відносної висоти. Тепер прилад можна було використовувати як для вимірювання відносної висоти, так і високоточний барометр.
Деякий час його так і використовував, т.к. вже буквально через кілька хвилин після включення на ньому було видно тенденцію зміни погоди. Справа в тому, що точність датчика приблизно -+0,17 м. Зміна атмосферного тиску на десяту частку мм рт. стовпа змінює показ приладу більш ніж на метр.
Друзі та знайомі парашутисти знали, що в мене з'явилася така саморобка. Вони ж і спонукали мене на наступний крок, запропонувавши на його основі зібрати сигналізатор висоти - "пищалку". Від виведення індикації на 4-цифровий 7-сегментний дисплей відмовився майже відразу, т.к. якщо повісити їх відразу 2, то цифрових ніжок мені вистачить ледь-ледь, та й ресурси МК код виводу споживав «неміряно». До того ж, при цьому способі індикування є помітний стробоскопічний ефект, що псує зорове сприйняття інформації.
Вивів дані висоти і вертикальної швидкості на LCD - дисплей 1602 (16 знаків, 2 рядки).
Так приладчик підказав, як мені його назвати.
AltVar+ справно показував найменші зміни висоти та вертикальної швидкості.
Для виведення звукового сигналу залишив частину вихідного коду проекту. Тестував його цілодобово безперервно. Працював AltVar+ стійко. Вірніше - не було жодного збою! В автономному варіанті (з 200мА 9V елементом типу "Крони") пропрацював 8 годин без перерви і відключився по живленню.
Програмний код мікроконтролера створив за допомогою компілятора Arduino 1.0.6. У кілька етапів поступово додаючи функціонал.
Алгоритм програми працює просто та прямолінійно:
- Значення висоти та вертикальної швидкості постійно індикуються на LCD-дисплей; — отримані значення висоти та вертикальної швидкості порівнюються з пороговими значеннями, заданим користувачем, та за підсумкамицієї перевірки видаються звукові та світлові сигнали
При включенні приладу індикуються граничні значення висот і швидкостей, задані користувачем. На перший погляд громіздко – зате інформативно!
Зміни можна вносити, змінюючи значення у програмі та після компіляції завантажувати у мікроконтролер. Алгоритм роботи програми побудований таким чином, що перед кожним стрибком потрібно AltVar+ ініціалізувати (вимикати – вмикати). Ми його ніби «зводимо». Для чого це потрібно?
Після «зведення» ми маємо:
- максимально точне значення нульової висоти майданчика; - значення змінних, що відповідають за кількість звукових сигналів, приймають вихідні значення; - економимо заряд акумулятора
Програма, як я вже вказував, створена для парашутистів. "Китайський стиль" написання дозволить розібратися в ній навіть новачкові. Все просто однозначно, як мені здається. Не бачу перешкод адаптувати її для параплана (парамотора) та СЛА.
У цій версії програми задано три висоти для великої вертикальної швидкості:
- Готовності (Ready) - 1 звуковий сигнал (встановив 1000 м); - оповіщення (Alert) - 3 звукових сигналу (800 м); — тривоги (Alarm) – безперервний звуковий сигнал (600 м)
Сигнал буде знятий за зменшення вертикальної швидкості до порогової (встановив – 25 мс)
Ввів ще два інформаційних звукових сигналу: - при досягненні певної висоти (Climb) на борту літального апарату (300 м при вертикальній швидкості більше +1 мс); — при досягненні певної висоти (Baza) при спуску на парашуті (200 м при вертикальній швидкості більше –1 мс, тут висоту спрацьовування обмежив мінімумом 25 метрів тому що на землі після включення AltVar+ можливі різні непередбачені стрибки тиску,що викличе сигнал);
Інформація виводиться у форматі: 1 рядок Alt: * * * * (метри) — (ознака негативної висоти) 2 рядок Var: * *. * (метри за секунду) -V- (зниження) +^+ (підйом) Використовував стандартний знакогенератор компілятора, не русифікував. Тому все англійською.
Крім того, всі звукові сигнали дублювалися світлодіодом.
Підключивши AltVar+ через СОМ-порт, можна за допомогою якого-небудь стороннього пристрою вести запис вертикального профілю польоту. Спочатку цю можливість я використав для налагодження програми та вирішив залишити. Для отримання точного значення атмосферного тиску необхідно внести поправку в змінну коду, зарезервовану для цих цілей. Тоді будуть точні свідчення атмосферного тиску. В іншому, прилад і без цієї поправки забезпечує вимірювання висоти та вертикальної швидкості з досить високою точністю.
Нарощувати функціонал можна й надалі.
Наприклад: - Вимір напруги джерела живлення; - записувати з лог дані за аварійними режимами (такий собі «віртуальний «SyPReS»); - поставити вібродзвінок; -т.д. і т.п. Але поки що зупинився на цьому наборі сигналів.
Складання прототипів для випробувань у «польових умовах».
Спаяв на макетних платах усі компоненти AltVar+
Плату розмістив під LCD-екраном, що, звичайно, не догма. Можна розмістити і поруч із ним. Прилад стане площе, але ширше.
Виготовив із 4-мм пластику корпус для самого приладу та для елемента живлення (9V «Крона»). Обробив стики та кромки, задув із аерозольного балончика. Що сказати ... "Кондово" вийшло.
Можливо, мало компактно. Взагалі, то можна було використовувати маленьку мильницю з прорізаними отворамипід індикацію, вмикач та звуковий роз'єм. Але що вийшло – те вийшло.
Є що тестувати принаймні.
Етапи цього самого тестування видаються такими:
- Стійкість роботи в статичному стані; - перевірка автономності; — «ліфтовий тест» із сильно заниженими пороговими значеннями висот та вертикальних швидкостей; — парашутні стрибки із завищеними (за висотами) порогами спрацьовування приладу
Вважаю, що пройдено вдало.
Були задані:
- Висоти спрацьовування 20=>15=>10 м; - вертикальна швидкість -0.6 мс (на межі чутливості); - висота в наборі 8 м; - висота на спуску 5 м
При проходженні всіх висот AltVar+ «пробліяв» задану кількість разів. І світлодіодом блимав. Після зниження вертикальної швидкості нижче порогового значення - зняв сигнал тривоги. Тобто поводився цілком передбачувано, як я і планував.
Тестуватимемо його і далі.
Зібрати такий прилад за бажання може практично будь-який бажаючий і, використовуючи відкритий програмний код, запрограмувати під свої завдання.
- Плата мікроконтролера Arduino Nano V3 - датчик тиску Gy-68 - LCD - дисплей 1602 - 3,5 мм аудіоріз; - резистори 4к7, 1К, 330 ом; - 5V світлодіод; - елемент живлення «Крона»; -вмикач; - макетна плата з провідниками
- Arduino 1.0.6., підключивши бібліотеки порту, датчика, дисплея та динаміка - фінальний скетч (програма, що завантажується в мікроконтролер)
P.S. Розробив плату, щоб спростити складання AltVar+. Але поки що не виготовляв.
А ще AltVar+ можна використовувати як зелений світлодіодний ліхтарик :)