【原创】单片机的正确吃法：挂风筝上测海拔

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在家宅着没事干，一晃都三月份了，拿个去年三月份的作品来给大家分享下。

【背景】
去年春天去踏青，女票吵吵着要去放风筝。刚巧江边有这种十块钱一套的玩意，再加一卷线二十，就算放丢了也不心疼。
“你说这风筝能放多高”？两卷线也就百来米，最高也就垂直到顶了。想要准一点的估算，怕是要上悬链线。



不过作为电工，可以有另一个选择：搞一套嵌入式的高度计，挂风筝上测海拔。


【制作】
手头有之前玩过的 BMP180 模块，很小一个探头可以测试气压、温度。
如果能配合一个小点的单片机、小点的电池，就可以搞一套这个系统来。

整个方案并不复杂，一小块万用板就可以搞起。
电源用 401215 锂电，基本上是淘宝能买到最小的了，60mAh 容量很充足；
单片机用 ATTINY13，这玩意低压稳定性、温度稳定性好到可以起飞；
存储器用 24C128，总计 16KB 空间省着点用可以记录几个小时；
气压探头 BMP180，整个系统每 5s 记录一次数据，存入EEPROM.

由于是要上天的玩意，可靠性是第一要务。于是用了圆孔版插座，皮实抗冲击。



所有的器件（包括电池）都要牢靠地固定在 PCB 上，避免意外短路。
除了采集系统外，其他功能（例如锂电池充电）一概外接跳线完成，可以节省重量。



最后找一个尺寸恰当的零件盒（内设减震棉、屏蔽棉），装入其中即可工作。
含外壳总计 17.2g，对风筝的影响在可接受范围内。






【代码】
我用 ICCAVR 写的代码，T13 就两个任务：读取BMP180，写入24C128，期间等待5s。
实际编写过程中最大的挑战是 T13 的 FLASH 空间只有 1KB，需要优化代码避免超出。

最后设定 T13 工作在 150kHz 主频，平均耗电 0.5mA 左右，电池工作几十小时没问题；

每个样本仅存储原始数据（4Byte），具体气压、温度、高度等结果都回到地面后再行解算，
这样一来 16KB 存储器可以连续记录两个多小时，足够放飞一遍风筝了。

附上主代码： MAIN.zip (1.21 KB, 下载次数: 47)

2020-3-6 22:00 上传

点击文件名下载附件

【测试】
整个高度计需要挂在风筝的重心位置，也就是风筝线捆绑扣附近，之后尽管大胆放飞。
测试这天江边风也很是给力，直接两卷线全都放出来了，贴上事后解算结果：



挂了载荷的风筝特性微微有点变化，需要适应了几把才最终放起来，也就有了高度曲线（红）上边第一个小峰。
另一条曲线（蓝）是温度变化，随着风筝放起来温度掉的还是很明显的。

后来放到最高点实测约 75m，这下总算是有确切的数据说明风筝到底放了多高了。
同时可以看到，在最高点附近有 ±10m 的振幅，显然空中的气流不很稳定。

附上放飞的一小段视频： IMG_1042.zip (594.28 KB, 下载次数: 42)

2020-3-6 22:00 上传

点击文件名下载附件

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以上，用 T13+BMP180 做了一套嵌入式的高度计，搞定了风筝飞多高的问题。
如果加上无线数传，可以实时观察高度，不过电池、重量啥的都要另行计算了。

最后祝大家身体健康，远离瘟疫！

chhds

学习下，高度怎样换算？

mstwoow

楼主可否把sen_DoMeasure()函数也放出来学习下？

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chhds 发表于 2020-3-6 22:54
学习下，高度怎样换算？

我只读取了原始的 ADC 数值，气压、高度解算待事后用上位机来完成。
算法直接 BMP180 的手册上就有，高度就是 10Pa <-> 1m 换算

t3486784401

mstwoow 发表于 2020-3-6 23:13
楼主可否把sen_DoMeasure()函数也放出来学习下？

底层的 I2C 都是通用玩意就不贴了，DoMeasure 就是读取 ADC：

1. //--------------------------------------------------
   
2. // 名称：sen_DoMeasure
   
3. // 作用：读取BMP180测量ADC (温度/气压)
   
4. // idx ：0=温度，1=气压(OSC=0)
   
5. // 返回：ADC原始数值
   
6. //--------------------------------------------------
   
7. WORD sen_DoMeasure(BYTE idx)
   
8. {
   
9.         // BMP180控制指令表(ADDR=F4H)
   
10.         union
    
11.         {
    
12.                 struct
    
13.                 {
    
14.                         BYTE l;
    
15.                         BYTE h;
    
16.                 } u8;
    
17.                 WORD w16;
    
18.         } dat;
    
19.        
    
20.         // 指令表译码: idx -> Cmd
    
21.         if(idx==0) idx= 0x2E;        // Temp
    
22.         else       idx= 0x34;        // Press(OSC=0)
    
23. 
    
24.         // 发送温度转换指令
    
25.         BMP180_iicStart();               //起始信号
    
26.         BMP180_iicWrite(BMP180_ADDR_W);  //发送设备地址+写信号
    
27.         BMP180_iicWrite(0xF4);                 // write register address
    
28.         BMP180_iicWrite(idx);            // write register data for temp/prss
    
29.         BMP180_iicStop();                //发送停止信号
    
30.         BMP180_Delay8ms();               // max time is 4.5ms
    
31.        
    
32.         // 读取转换结果
    
33.         BMP180_iicStart();               //起始信号
    
34.         BMP180_iicWrite(BMP180_ADDR_W);  //发送设备地址+写信号
    
35.         BMP180_iicWrite(0xF6);           //发送存储单元地址
    
36.         BMP180_iicStart();               //起始信号
    
37.         BMP180_iicWrite(BMP180_ADDR_R);  //发送设备地址+读信号
    
38.         dat.u8.h= BMP180_iicRead();
    
39.         BMP180_iicAck();                 //回应ACK
    
40.         dat.u8.l= BMP180_iicRead();
    
41.         BMP180_iicNack();                //最后一个数据需要回NOACK
    
42.         BMP180_iicStop();                //停止信号
    
43.        
    
44.         // 直接返回原始ADC数据
    
45.         return dat.w16;
    
46. }

复制代码

LPC2119

这个技术，高！

jysl

加个风力发电机，就完美了。很简单的，铷磁铁，小扇叶线圈，无线发射。

无敌吴刚

比无人机有意思！无人机测几分钟就要下来了！这个能测一小时。再加上摄像头什么的搞空中拍摄。这个是我小时候的梦想啊！！！

tudou2048

打开手机微信视频通话，然后绑风筝上，让后体验飞一般的感觉，然后风筝挂树上了。

t3486784401

jysl 发表于 2020-3-7 00:18
加个风力发电机，就完美了。很简单的，铷磁铁，小扇叶线圈，无线发射。

确实高空风很大的，下次加个皮托管试试测风速

t3486784401

无敌吴刚 发表于 2020-3-7 10:12
比无人机有意思！无人机测几分钟就要下来了！这个能测一小时。再加上摄像头什么的搞空中拍摄。这个是我小时 ...

所以要趁年轻使劲折腾

t3486784401

tudou2048 发表于 2020-3-7 17:01
打开手机微信视频通话，然后绑风筝上，让后体验飞一般的感觉，然后风筝挂树上了。

后来有一次测试就真的挂树上了，找街边商店借了个长竹竿才捅下来

t3486784401

LPC2119 发表于 2020-3-7 00:10
这个技术，高！

大家一起交流哈哈

夏国特

无敌吴刚 发表于 2020-3-7 10:12
比无人机有意思！无人机测几分钟就要下来了！这个能测一小时。再加上摄像头什么的搞空中拍摄。这个是我小时 ...

我还想着怎么弄个视觉甲壳虫，可以爬墙的那种，触角做成天线，无线实施传输音视频的那种，可以攀爬类似玻璃这样的光滑表面，想想就激动。