Sensoren und Kamera

Von links nach rechts: Dennis, Fabian, Benjamin, Ted

Das Projekt-Team stellt sich vor:

 

Wir Dennis, Fabian, Benjamin und Ted sind Auszubildende als Elektroniker für Automatisiereungstechnik an der Ferdinand-von-Steinbeis-Schule in Tuttlingen. Wir bilden das Team, welches sich um die Überwachungs-, Steuerungs- und Regeltechnik für das Projekt Stratosphärenballon 2017/18 kümmern wird. Unsere Aufgabe besteht darin, Sensoren wie z.B. für Temperatur, Luftdruck und Feuchtigkeit mit Hilfe einer CPU so einzusetzen, um später eine Auswertung machen zu können. Es geht also um die spannende Frage, wie und in welchem Ausmaß sich die bekannten Zustände auf der Erde dann in 30.000 m Höhe verändern werden.

Neben der digitalen Auswertung werden wir auch dafür sorgen, dass das Ganze visuell aufgezeichnet wird. Dieses werden wir mit einer Kamera realisieren, welche die gesamte Fahrt aufzeichnet.

Damit nach der Fahrt noch alles digital aufgezeichnet bleibt und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgerufen werden kann, werden wir uns ebenso auch um ein Speichermedium kümmern, welches die gesammelten Daten aufzeichnen und speichern soll.

 

Wir sind nun Teil eines Ganzen bei denen viele Hände mithelfen werden. Wir freuen uns sehr darauf und sind gespannt, zusammen mit unseren Teammitgliedern, welche die anderen Teilaufgaben des Projektes betreuen, das Projekt Stratosphärenballon gemeinsam zu planen, umzusetzen und schließlich zu einem erfolgreichen Abschluss zu bringen! 

Projektdokumentation:

November 2017

  • Besprechung der ersten Schritte und Vorgehensweisen.
  • Auseinandersetzung mit dem Thema Stratosphärenballon.
  • Ideen werden gesammelt und aufgeschrieben.
  • Recherche und Analyse über die Komplexität des Projektes. Klärung auf Fragen über das Internet. 
  • Sammeln und zusammentragen von Informationen über die benötigten Bauteile, welche für das Projekt benötigt werden.
  • Besprechung über benötigte Betriebsmittel:

                      1. welche Betriebsmittel machen Sinn (Aufbau, Grösse, Leistung,...).

                      2. welche Betriebsmittel machen keinen Sinn,

                          sind unnötig oder hinderlich für das Projekt.

  • Zusammenstellung einer kleinen Liste mit Auswahl mehrer Bauteile um  die Auswahl untereinander vergleichen und später eine Entscheidung treffen zu können (Recherche im Internet über verschiedene Anbieter). 

 

Dezember 2017

  • Offene Diskussionsrunde über Festlegung der Bauteile.
  • Festlegung auf Bauteile und Betriebsmittel:

                    1. Arduino Uno Rev. 3 Microcontroller Board

                        --> CPU.

                   

                    2. Sain Smart Wide Angle Fish-Eye Camera Lenses

                         --> insgesamt werden 2 Kameras benötigt:

                                Eine für die Aufnahmen an der Seitenwand und eine weitere mit

                                Blickrichtung zum Ballon hinauf.

                   

                     3. Adafruit Thermocouple Amplifier( MAX31855) breakout board

                         (MAX6675 upgrade) 

                          --> Temperatursensor für Temperaturen zwischen -200°C und ca.

                                +1350°C. Tatsächlich herrschen in der Stratosphäre nur ca. 0°C.

                                 Trotzdem haben wir uns bewusst dafür entschieden falls

                                 Temperaturschwankungen auftreten sollten die so nicht

                                  vorhersehbar sind, damit diese ebenso aufgezeichnet werden

                                  können).

 

                      4. DHT22/AM2302 Digital Temperatur- und Feuchtigkeitssensor mit  

                          Draht-Wire

                          --> Hauptsächlich zur Messung zur Luftfeuchtigkeit. 

                     

                       5. UCRONICS-MS5611-01BA03-Sensor-Athmospheric-Pressure                       

                            --> Luftdrucksensor mit einem Bereich bis zu 10 hPa / 0,01bar

 

  • Übergabe zur Bestellung des zu benötigten Materials, an die verantwortliche Lehrkraft. 

 

--- !! HAPPY NEW YEAR !! ---

Januar 2018

    • Änderung der bestellten Komponenten. Aus praktischen Gründen hat Arduino viele Komponenten als einheitlichen Bausatz mit integriert, somit wird das     Arduino Uno Rev. 3 Microcontroller Board mit einem Aufbausatz         Arduino Lucky Shield ergänzt. Dieses Set beinhaltet einen Luftdruck-, einen Feuchtigkeits- und einen Luftdrucksensor. Lediglich die bestellte Kamera      Sain Smart Wide Angle Fish-Eye Camera Lenses wurde wie besprochen zusätzlich bestellt.
    • Endlich sind die bestellten Komponenten da! :-) 
    • Herunterladen der Arduinosoftware
    • Installation der Anwedersoftware
    • Programmiersprache des Arduino erlernen (C / C++): Aufbau und Struktur von Arduino Eingabebefehle, Parametereingabe,....

 

 

Februar 2018

  • Festlegen der nun bevorstehenden Aufgabenverteilung
  • Üben mit einigen Programmbeisbielen um die Anwendersoftware von Arduino zu verstehen.
  • Erste Schritte beim programmieren des Temperatursensors 

Alles in Verbindung... Mensch, Computer, Arduino!

Kommunikation nicht nur auf digitaler Ebene... 

März 2018

  • Programmierung des Temperatur- und des Feuchtigkeitssenors. Suchen einer Problemlösung bei der Parameterausgabe der Anzeige... Werte werden nicht korrekt angezeigt
  • Verbindung der Kamera bereitet noch Probleme, ein entsprechender Adapter für die Kamera ist ein grosses Problem um diese mit dem Arduino zu verbinden.
  • Wir haben uns darauf geeignet die Kamera gegen ein anderes Modell auszutauschen. 

April 2018

  • Die neue Kamera wurde geliefert! Sie ist unabhängig von Arduino und kann daher flexibel eingesetzt werden. Nun sind die Anzahl der Bilder in einer gewissen Zeit einstellbar.  Man kann ebenso Videos aufnehmen um das ganze eindrucksvoller zu gestalten. 
  • Die Problemfindung für den Temperatur- und Feuchtigkeitssensor bleibt weiterhin bestehen. Auf der Suche im Internet bin ich auf zahlreiche  Ergebnisse gestoßen. Leider verlaufen diese alle mehr oder weniger ins Leere. Allerdings konnte ich ein paar gute Informationen herausziehen, welche dann hoffentlich zur Problemfindung führen werden. Kurz vor den Pfingstferien wird noch einen 10kOhm Widerstand von der Schule mitgenommen um nach den Ferien einen "heissen" Tipp aus einem Suchergebnis weiter zu verfolgen.

-- !! PFINGSTFERIEN !! --

Mai 2018

Konflikt mit dem Arduino-Programm und Windows 10, beim Hochladen des Sketches:                                                                                                                                                 Fehlermeldung: 

"Exit Status 1 - Fehler beim kompilieren für das board arduino/genuino uno" 

    1. Sichern der Daten auf einem USB-Stick
    2. Deinstallation des Arduino-Programmes
    3. Löschen der dazugehörigen Daten und Bibliotheken von Arduino im Dokumenten Ordner
    4. Neue Installation des Arduino-Programmes
    5. Neues Anlegen der Arduino-Bibliothek und herunterladen des dazugehörigen Datensatzes zum Betreiben des Temperatur- und Feuchtigkeitssensors
  • Verbinden des Arduino-Uno und dem Temperatur- und Feuchtigkeitssensors über ein Steckbrett. Hier die Aufschlüsselung der Belegung des Temperatur- und Feuchtigkeitssensors:
      1. GND - Ground
      2. VCC - 5V
      3. SIG - Kontaktdraht 
      4. NC  - wird nicht verdrahtet

                 ⤵️

      • GND wir direkt auf den Pin "Ground" des Arduino Uno´s gelegt. 
      • 10kOhm wird zwischen "+" und einer Belegungsleiste des Steckbrettes verdrahtet
      • VCC wird auf der Belegungsleiste des Steckbrettes nach dem 10kOhm Widerstand verdrahtet
      • 1 Verbindungsleitung wird vom "+" des Steckbrettes auf den Pin "5V" des Arduino Uno verdrahtet
      • 1 Verbindungsleitung wird  zwischen der Belegungsleiste (hinter des 10kOhm Widerstands und dem VCC des Temperatur- und Feuchtigkeitssensors) und dem Pin "A0" (analoger Ausgang) des Arduino Uno verdrahtet

 

  • Nun wird der Arduino mit dem PC über ein USB Eingag verbunden. Der Sketch wird hochgeladen. 

 

DUCHBRUCH!

 

Sämtliche Fehlermeldungen sind verschwunden und das Arduino-Programm zeigt über einen Seriellen Monitor die gewünschten Daten an:

 

Um sicher zu gehen,

dass die Temperatur sich auch verändert,

geht´s ab in den Gewölbekeller, wo es deutlich kühler ist!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      😃

 

 Geschafft!!

Und jetzt geht es mit viel Optimismus weiter

an die Programmierung des Luftdrucksensors...

 

AUF ZUM ENDSPURT!!

Juni 2018

  • Nach einiger Überlegung wurde beschlossen den Austausch des Feuchtigkeits- und Temperatursensors vorzunehmen. Das Arduino Lucky-Shield beinhaltet diese Komponenten ebenfalls und ist zusätzlich mit dem Luftdrucksensor ausgestattet. Somit ergibt sich daraus einen weniger hoher Verdrahtungsaufwand und Vereinfachung des Arduino-Sketch Nun heisst es das bereits erworbene Wissen nochmal neu umzusetzenUmschreiben des Arduino-Programmes.
  • Herunterladen von diversen Bibliotheken, welche dafür benötigt werden.
  • Einbinden des Luftdrucksensor´s in das Programm. 

 

Kurz vor Ende des Monats können wir stolz berichten, dass das ganze Programm fehlerfrei funktioniert

 

🙌🏼

  • Wir benötigen noch unbedingt Steckverbindungen für den Arduino, da diese nur provisorisch als Testverbindung zwar gehen, aber einer Belastung nicht standhalten! Deswegen werden diese umgehend bestellt...ausserdem wird noch ein weiteres Board für den Arduino bestellt um den gesamte Datenauswertung speichern zu können, da die benötigten Pins  der bereits vorhandenen SD-Karten Schnittstelle von der Gruppe für Bordfunk und Stromversorgung bereits alle belegt waren. Dazu wird noch eine SD-Karte bestellt.
  • Nun wird es in der letzen Phase darum gehen das bereits bestehende Programm für die Sensoren so umzuschreiben, dass die gewonnenen Daten von den Sensoren auf die SD-Karte übertragen werden.

Hier mal ein Blick in das innere der Flugbox!

 

 

Wir haben eine Verbindung zur Aussenwelt geschaffen, um die Feuchtigkeit und die Temperatur besser messen zu können, ohne die empfindliche Elektronik zu beeinflussen!

Die Watte dient als Puffer dazwischen um auftretende Feuchtigkeit weitgehendst zu binden. 

...hier eine Aufnahme von Außen!

 

 

Der Trichter ist das Bindeglied zwischen Aussenwelt und dem Innenleben der Flugbox. Er schützt durch seine Form den direkten Einfluss von Wasser ... ausserdem wird durch die entstehende Rotation der Flugbox in der Luft, das Wasser wieder nach aussen verdrängt.

Die Kamera  Sain Smart Wide Angle Fish-Eye Camera Lenses, wurde durch die Wasserdichte Kamera Novotek SJ6000 HD-Aktion-Kamera (in "schreiendem" Pink) ersetzt. Vorteil: Sie funktioniert unabhängig von der internen Stromversorgung und kann ohne Probleme an der Unterseite der Flugbox angebracht werden. Somit kann eine weites Panorama der Umgebung aufgenommen werden ohne Sichtbeeinträchtigung, da Sie freihängend ist. Die Zeit kann individuell eingestellt werden und ist selbstauslösend... zudem hat man die Wahl, ob man Bilder oder Videos machen möchte! 

 

...ausserdem ist die Farbe gut erkennbar!

                           😁

Juli 2018

So langsam bereiten sich alle Gruppenmitglieder

auf das grosse Ereignis vor,

welches anfangs des kommenden Schuljahres, planmäßig stattfinden soll!

 

                 

          🎈

                              📦

 

 

 

 

 

 

 

Die Bestellten Steckverbindungen sind da!

Auch das SD-Karten Shield von Arduino ist bereits zusammen mit der SD-Karte angekommen... hier sieht man nun unser elektronisches "Sandwich":

 

Oben   :    Lucky-Shield

Mitte    :    SD-Card-Shield

Unten  :    Arduino UNO

 

  • Das bereits bestehende Programm wurde um die Funktion der Datenübertragung und Speicherfähigkeit auf der SD-Karte erweitert und nach ein paar versuchen, und einer Flasche Wasser später, stand das Programm dann!
  • Das Programm lässt sich, nachdem man dieses auf den Arduino hochgeladen hat, über den RESET-Knopf manuell starten. 

 

Hier, ein kleiner Ausschnitt der aufgezeichneten Daten eines Versuches:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Die Daten werden auf der SD-Karte gespeichert.

Das Programm sieht vor, bei einem Neustart des Programmes über den Reset-Knopf, einen neuen Ordner anzulegen und den alten davor zu löschen. Somit gibt es keinen unnötigen Datenmüll!

 

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Der Ordner wurde passender Weise

auf den Namen

"BALLON"

festgelegt.

 

 

 

 

 

 

Auslesen der

SD-Karte mit einem separaten Lesegerät! 

Da die Steckverbindungen des Arduino's sehr locker sind und diese einer grösseren Zugbelastung (z.B. durch Rotation oder Erschütterung) nicht standhalten, wurde beschlossen die Enden einer Steckverbindung dicker nachzulöten um so ein zufälliges herausrutschen der Steckverbindung zu erschweren!

Hier: Zuhause in der hauseigenen Werkstatt...

                                  ⤵️

Nach der erfolgreichen Zugprobe, ging es erneut an den Rechner um nochmal die letze Prüfung zu machen, ob alles noch so funktioniert wie zuvor!

                                   

 

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Alles funktioniert so,

wie es sein muss!!

 

 

    🤩

 


-- SOMMERFERIEN !! --

-- 3. Ausbildungsjahr !! --

September 2018

Da unsere Gruppe soweit auf dem aktuellen Stand der Vorgaben ist. Verteilen sich unsere Gruppenmitglieder auf andere Gruppenteilbereiche, um diese zu unterstützen um das Projekt voran zu treiben!

Dezember 2018

Kurz vor den Weihnachtsferien planen wir am 18.12.2018 einen Probelauf, indem wir alle Komponenten auf Herz und Nieren prüfen, ob sie auch alle problemlos zusammenarbeiten!