第1步：原則

因此，在構(gòu)建這樣的設(shè)備時(shí)，有許多變化和選擇，但每個(gè)跟蹤器都需要一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)電源。大多數(shù)跟蹤器可能包含這些組件：

- 太陽能電池板

- 電池（脂肪或超級電容器）

- 處理器/微控制器

- GPS模塊

- 傳感器/s（溫度，濕度，壓力，紫外線，太陽輻射。..。..）

- 發(fā)射器（433MHz，LoRa，WSPR，APRS，LoRaWAN，銥）

如您所見，您可以使用許多傳感器和變送器。你使用什么傳感器取決于你。它并不重要，但最常見的是溫度和壓力傳感器。但是，選擇發(fā)射器要困難得多。每種技術(shù)都有一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。我不會在這里分解，因?yàn)檫@是一個(gè)很長的討論。重要的是我選擇了LoRaWAN并且我認(rèn)為它是最好的（因?yàn)槲疫€沒有機(jī)會測試其他人）。我知道LoRaWAN可能是最好的報(bào)道。

第2步：需要的部分

所以，你需要這些這個(gè)項(xiàng)目的事情：

Adafruit羽毛32u4 RFM95

Ublox MAX M8Q（最后我們沒有使用它）

BME280溫度/濕度/壓力傳感器

2xSupercapacitor 4.7F 2.7V

輸出電壓為5V的太陽能電池板

自定義PCB

如果您自己啟動，您還需要：

至少0.1立方米的氦氣（搜索：“15個(gè)氣球的氦氣罐”）在當(dāng)?shù)刭徺I

Qualatex 36“自密封鋁箔氣囊

預(yù)計(jì)項(xiàng)目成本：80歐元（僅限跟蹤器）/100歐元（包括氣球和氦氣）

第3步：推薦工具

這些工具可以派上用場：

剝線器

烙鐵

SMD烙鐵

鉗子

螺絲刀

膠槍

萬用表

顯微鏡

熱風(fēng)槍

您還需要焊膏。

第4步：Adafruit羽毛32U4

我們很難為氣球選擇合適的微控制器。 Adafruit Feather最適合這份工作。它符合所有要求的標(biāo)準(zhǔn)：

1）它具有所有必需的引腳：SDA/SCL，RX/TX，數(shù)字，模擬

2）它具有RFM95 LoRa發(fā)送器。

3）它很輕巧。它的質(zhì)量僅為5.5g。

4）在睡眠模式下（僅30uA）它具有非常低的功耗。

因此，我們認(rèn)為Adafruit羽毛是最佳微控制器。

步驟5：PCB設(shè)計(jì)與制造

我真的很抱歉我會告訴你的。我們需要制作定制PCB。這將是艱難和令人沮喪的，但這是必要的，所以讓我們開始吧。另外，要正確理解以下文本，您應(yīng)該閱讀Instructables這個(gè)非常棒的PCB設(shè)計(jì)類。

因此，首先您需要制作原理圖。我在Autodesk的EAGLE PCB設(shè)計(jì)軟件中制作了原理圖和電路板。它是免費(fèi)的，所以請下載它！

這是我第一次設(shè)計(jì)PCB，我可以告訴你，這一切都是為了讓Eagle接口掛起來。我在6個(gè)小時(shí)內(nèi)設(shè)計(jì)了我的第一塊板子，但是我的第二塊板子花了不到一個(gè)小時(shí)。這是結(jié)果。我會說一個(gè)非常好的原理圖和一塊板。

準(zhǔn)備好電路板文件后，需要?jiǎng)?chuàng)建gerber文件并將其發(fā)送給制造商。我從jlcpcb.com訂購了我的主板，但你可以選擇你喜歡的任何其他制造商。我將PCB厚度設(shè)置為0.8mm而不是標(biāo)準(zhǔn)的1.6mm，因?yàn)殡娐钒逍枰茌p。您可以在屏幕截圖中查看我對JLC PCB的設(shè)置。

如果您不想下載Eagle，可以下載“Ferdinand 1.0.zip”并將其上傳到JLC PCB。

當(dāng)您訂購PCB時(shí)，只需坐在椅子上舒適地等待兩周，然后再到達(dá)。然后我們可以繼續(xù)。

注意：您可以注意到原理圖與實(shí)際電路板略有不同。那是因?yàn)槲易⒁獾铰鉈ME280 IC難以焊接，因此我更改了原理圖以進(jìn)行突破。

步驟6：SMD焊接

另一個(gè)令人遺憾的消息：SMD焊接并不容易?，F(xiàn)在真的，它很難受。愿主與你同在。但本教程應(yīng)該有所幫助。您可以使用烙鐵和焊錫芯，焊膏和熱風(fēng)槍進(jìn)行焊接。這些方法對我來說都不夠方便。但是你應(yīng)該在一小時(shí)內(nèi)完成。

根據(jù)PCB上的絲印或原理圖放置組件。

步驟7：焊接

SMD焊接完成后，其余的焊接工作基本上是小菜一碟。幾乎。你可能以前焊過了，我希望你再次焊接。你只需要焊接Adafruit羽毛，天線，太陽能電池板和超級電容器。我會說非常簡單。

根據(jù)PCB上的絲印或原理圖放置組件。

步驟8：完成跟蹤器

這是完整跟蹤器的外觀。奇怪的。尼斯。有趣。這些是我馬上想到的話?，F(xiàn)在你只需要刷新代碼并測試它是否正常工作。

步驟9：TTN設(shè)置

物聯(lián)網(wǎng)是以全球城市為中心的社區(qū)LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)。超過6887個(gè)網(wǎng)關(guān)（接收器）啟動并運(yùn)行它是世界上最大的全球物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。它使用LoRa（長距離）通信協(xié)議，通常頻率為868（歐洲，俄羅斯）或915MHz（美國，印度）。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在城市中發(fā)送短消息的應(yīng)用最為廣泛。您最多只能發(fā)送51個(gè)字節(jié)，但您可以輕松獲得2km到15km的范圍。這對于簡單的傳感器或其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來說是理想的選擇。最重要的是，它是免費(fèi)的。

現(xiàn)在，2-15肯定是不夠的，但如果你達(dá)到更高的地位，你應(yīng)該有更好的聯(lián)系。我們的氣球會非常高。在海平面以上10公里處，我們應(yīng)該從100公里處獲得連接。一位朋友在空中飛行了31公里的LoRa，他在450公里外開了一個(gè)地方。所以，這是非常合理的。

設(shè)置TTN應(yīng)該很容易。您只需要使用電子郵件創(chuàng)建一個(gè)帳戶，然后您需要注冊該設(shè)備。首先，您必須創(chuàng)建一個(gè)應(yīng)用程序。應(yīng)用程序是整個(gè)項(xiàng)目主頁。從這里，您可以更改解碼器代碼，查看傳入數(shù)據(jù)和添加/刪除設(shè)備。只要選一個(gè)名字就可以了。完成后，您必須在應(yīng)用程序中注冊設(shè)備。您需要輸入Adafruit羽毛的MAC地址（包裝中有羽毛）。然后你應(yīng)該將激活方法設(shè)置為ABP，你應(yīng)該禁用幀計(jì)數(shù)器檢查。您的設(shè)備現(xiàn)在應(yīng)該在應(yīng)用程序中注冊。復(fù)制設(shè)備地址，網(wǎng)絡(luò)會話密鑰和應(yīng)用會話密鑰。您將在下一步中使用它們。

有關(guān)更健康的解釋，請?jiān)L問本教程。

步驟10：編碼

Adafruit羽毛32U4配有ATmega32U4 AVR處理器。這意味著它沒有單獨(dú)的USB通信芯片（如Arduino UNO），芯片包含在處理器中。這意味著與典型的Arduino板相比，上傳到Adafruit Feather可能會有點(diǎn)困難，但它適用于Arduino IDE，因此如果您按照本教程進(jìn)行操作就應(yīng)該沒問題。

設(shè)置完Arduino IDE之后并成功上傳“blink”草圖，您可以移動到實(shí)際代碼。下載“LoRa_Test.ino”。相應(yīng)地更改設(shè)備地址，網(wǎng)絡(luò)會話密鑰和應(yīng)用會話密鑰。上傳草圖。出去。將天線指向市中心或最近的網(wǎng)關(guān)方向。您現(xiàn)在應(yīng)該看到TTN控制臺上彈出的數(shù)據(jù)。如果沒有，請?jiān)谙旅嬖u論。我不想把所有可能發(fā)生的事情都放在這里，我不知道Instructables服務(wù)器是否可以處理這樣的大量文本。

繼續(xù)前進(jìn)。如果上一個(gè)草圖有效，您可以下載“Ferdinand_1.0.ino”并更改上一個(gè)草圖中您應(yīng)該更改的內(nèi)容?，F(xiàn)在再試一次。

如果你在TTN控制臺上獲得一些隨機(jī)的HEX數(shù)據(jù)，不要擔(dān)心，它應(yīng)該這樣做。所有值都以HEX編碼。您將需要不同的解碼器代碼。下載“decoder.txt”。復(fù)制它的內(nèi)容?，F(xiàn)在去TTN控制臺。轉(zhuǎn)到您的應(yīng)用程序/有效負(fù)載格式/解碼器?，F(xiàn)在刪除原始解碼器代碼并粘貼到您的代碼中。您現(xiàn)在應(yīng)該看到所有讀數(shù)。

步驟11：測試

現(xiàn)在這應(yīng)該是項(xiàng)目中最長的部分。測試。在各種條件下進(jìn)行測試。在極端高溫，壓力和強(qiáng)光（或在太陽外面）模仿那里的條件。這應(yīng)該至少花費(fèi)一周時(shí)間，因此在跟蹤器行為方面不會出現(xiàn)意外。但這是一個(gè)理想的世界，我們沒有那段時(shí)間，因?yàn)樽粉櫰魇菫楸荣惗ǖ?。我們做了一些最后一分鐘的修改（字面意思是發(fā)布前40分鐘）所以我們不知道會發(fā)生什么。這不太好。但是你知道，我們?nèi)匀悔A得了比賽。

你可能需要在外面做這個(gè)部分，因?yàn)樘枦]有在里面照射，因?yàn)長oRa在你的辦公室里沒有最好的接收。

第12步：一些時(shí)髦的公式

Picoballoons非常敏感。你不能只用氦氣填充它們并啟動它們。他們真的不喜歡那樣。讓我解釋。如果浮力太低，氣球就不會上升（顯然）。但是，這就是問題，如果浮力過高，氣球飛得太高，氣球上的力就會太大，它會彈出并落在地上。這就是你真正想要進(jìn)行這些計(jì)算的主要原因。

如果你對物理學(xué)有所了解，那么理解上面的公式應(yīng)該沒有問題。您需要在公式中輸入一些變量。這包括：填充氣體常數(shù)，熱力學(xué)溫度，壓力，探針質(zhì)量和球囊質(zhì)量。如果您按照本教程使用相同的氣球（Qualatex microfoil 36“）和相同的填充氣體（氦氣），實(shí)際上唯一不同的是探針的質(zhì)量。

這些公式應(yīng)該給出你：填充氣球所需的氦氣量，氣球上升的速度，氣球飛行的高度以及自由升力的重量。這些都是非常有用的值。上升的速度很重要所以氣球沒有碰到障礙物，因?yàn)樗?，知道氣球飛得多高真的很好。但最重要的可能是自由升力。當(dāng)你在步驟14中填充氣球時(shí)需要自由升力。

感謝TomasTT7提供有關(guān)公式的幫助。請查看他的博客。

第13步：風(fēng)險(xiǎn)

所以，你的跟蹤工作。你已經(jīng)工作了兩個(gè)月的那塊狗屎真的有效！祝賀。

那么讓我們回顧一下你的探究孩子在a中遇到的風(fēng)險(xiǎn)ir：

1）沒有足夠的陽光照射太陽能電池板。超級電容器將耗盡。探針將停止工作。

2）探頭將超出范圍，不會收到任何數(shù)據(jù)。

3）強(qiáng)陣風(fēng)會破壞探頭。

4）探頭將通過在上升和下雨期間的風(fēng)暴會使電路短路。

5）太陽能電池板上會形成冰涂層。超級電容器將耗盡。探頭將停止工作。

6）部分探頭會在機(jī)械應(yīng)力下斷裂。

7）部分探頭在極端高溫和高壓條件下會斷裂。

8）氣球和空氣之間會形成靜電，形成火花，這會損壞探頭。

9）探頭會受到雷擊。

10）探測器將被飛機(jī)擊中。

11）探測器將被一只鳥擊中。

12）外星人將劫持你的探測器。特別是如果氣球?qū)⒃?1區(qū)域之上，就會發(fā)生。

步驟14：啟動！

所以，就是這樣。這是D日，你將推出你心愛的picoballoon。了解地形和所有可能的障礙總是好的。此外，您必須不斷監(jiān)測天氣（主要是風(fēng)速和風(fēng)向）。這樣，您可以最大限度地減少100歐元的設(shè)備和2個(gè)月的時(shí)間撞到樹上或墻上的可能性。那太可悲了。

在氣球中插入一根管子。用尼龍將氣球綁在重物上。把重物放在一個(gè)秤上。重置比例。將管道的另一端固定在氦氣罐上。開始慢慢打開閥門。您現(xiàn)在應(yīng)該在比例尺上看到負(fù)數(shù)?，F(xiàn)在是時(shí)候使用您在步驟12中計(jì)算的自由升程值。當(dāng)負(fù)數(shù)達(dá)到氣球質(zhì)量+自由升力時(shí)關(guān)閉閥門。在我的情況下，它是15克+ 2.4克，所以我在秤上準(zhǔn)確地關(guān)閉閥門-17.4克。拆下管道。氣球是自密封的，應(yīng)自動密封。解開重物并用探頭更換。您現(xiàn)在已準(zhǔn)備好發(fā)布。

只需觀看視頻即可查看所有詳細(xì)信息。

步驟15：接收數(shù)據(jù)

哦，我記得發(fā)射后的感覺。壓力，挫折，激素很多。它會起作用嗎？我們的工作會毫無價(jià)值嗎？我們只是花了那么多錢在一些不起作用的東西上嗎？這些是我們在發(fā)布后問自己的問題。

幸運(yùn)的是，探測器在發(fā)布后約20分鐘響應(yīng)。然后我們每10分鐘收到一個(gè)數(shù)據(jù)包。我們在格林威治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間17:51:09失去了與探測器的聯(lián)系。它可能會更好，但它仍然很好。

第16步：進(jìn)一步計(jì)劃

這是我們迄今為止最困難的項(xiàng)目之一。并非一切都很完美，但沒關(guān)系，它總是那樣。它仍然非常成功。跟蹤器完美無瑕地工作。它可能已經(jīng)做了很長時(shí)間但是沒關(guān)系。而且，我們在Picoballoon比賽中獲得第二名?，F(xiàn)在你可能會說在與17人的比賽中排名第二并不是那么成功但請記住這是一場成人工程/建筑比賽。我們14歲。我們與之競爭的是成年人，他們具有工程學(xué)，甚至可能具有航空航天背景，并且擁有更多的經(jīng)驗(yàn)。所以，總的來說，我會說這是一個(gè)巨大的成功。我們得到200歐元，這大約是我們費(fèi)用的兩倍。