Der ultimative Wetterballon-Datenlogger für große Höhen - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Zeichnen Sie Wetterballondaten in großer Höhe mit dem ultimativen Datenlogger für Wetterballons in großer Höhe auf.

Ein Höhenwetterballon, auch bekannt als Höhenballon oder HAB, ist ein riesiger Ballon, der mit Helium gefüllt ist. Diese Ballons sind eine Plattform, mit der Experimente, Datensammler oder praktisch alles in die Nähe des Weltraums gelangen können. Ballons erreichen häufig eine Höhe von 80.000 Fuß, wobei einige über 100.000 Fuß gehen. Ein Hab hat normalerweise eine Nutzlast, die einen Fallschirm, einen Radarreflektor und ein Paket enthält. Das Paket enthält normalerweise eine Kamera und ein GPS-Gerät, die verwendet werden, um den Ballon zu verfolgen und zu bergen.

Mit zunehmender Höhe des Ballons sinkt der Druck. Mit weniger Druck außerhalb des Ballons dehnt sich der Ballon aus und wird schließlich so groß, dass er platzt! Der Fallschirm bringt die Nutzlast dann zurück auf den Boden, oft viele Meilen von der Stelle entfernt, an der der Ballon gestartet wurde.

Meine Schule verwendet diese Ballons regelmäßig, um Videos der Erdkrümmung aufzunehmen. Bei extremen Temperatur- und Druckänderungen, großen Strahlungsmengen und Windgeschwindigkeiten können viele interessante Daten aus diesen Flügen gewonnen werden.

Dieses Projekt begann vor vier Jahren mit einem sokratischen Seminar über den Weltraum. Das Seminar diente als Inspiration. Meine Kollegen entschieden, dass sie den Weltraum erreichen wollten. Berühre das Unberührbare. Sie beschlossen, den Weltraum mit Wetterballons zu erreichen. Überspringen Sie vier Jahre später und wir haben 16 Ballons gestartet. 15 wurden geborgen, was eine sehr beeindruckende Erfolgsbilanz für die Bergung von Wetterballons ist. Dieses Jahr habe ich mit der High School angefangen und bin dem Wetterballon-Startteam beigetreten. Als ich merkte, dass keine Daten aufgezeichnet wurden, machte ich mich daran, das zu ändern. Mein erster Datenlogger war der einfachste Arduino High Altitude Balloon Data Logger. Diese neue Version erfasst mehr Daten, was ihr den Titel „Ultimate“einbringt. Dabei werden Höhe, Temperatur, Windgeschwindigkeit, Auf- und Abstiegsraten, Breitengrad, Längengrad, Uhrzeit und Datum erfasst und auf einer microSD-Karte gespeichert. Diese Version verwendet auch Perfboard, um die Haltbarkeit zu erhöhen und das Risiko zu verringern. Das Design ist so gemacht, dass oben ein Arduino Nano eingesteckt werden kann. Die von diesem Datenlogger gesammelten Daten ermöglichen es uns Schülern, den Rand des Weltraums zu berühren. Wir können das Unberührbare berühren!

Dieser neue Datenlogger liefert mehr Daten als die meisten erhältlichen Ballonlogger. Es kann auch für weniger als 80 US-Dollar gebaut werden, während ein gekauftes Gerät mehr als 200 US-Dollar kostet. Lass uns anfangen!

Schritt 1: Teile, Programme, Tools und Bibliotheken

Teile

Arduino - Ein Nano ist am besten, da er oben aufgeschnappt werden kann. Ich habe auch Arduino Uno mit Drähten verwendet, die es befestigen

Ich würde Ihnen raten, ein echtes Arduino zu verwenden, da viele der Klone bei den kalten Temperaturen, denen der Datenlogger ausgesetzt ist, möglicherweise nicht funktionieren. Die kälteste Temperatur, die auf unserem Flug aufgezeichnet wurde, betrug -58 Fahrenheit. Mit dem richtigen Wetterschutz und Handwärmern kann ein Klon funktionieren.

$5-$22 (je nach Qualität)

store.arduino.cc/usa/arduino-nano

GPS-Einheit - Dies liefert Zeit-, Datums-, Höhen-, Abstiegs-, Aufstiegs- und Windgeschwindigkeitsdaten

Ich kann dieses Gerät sehr empfehlen. Die meisten GPS-Geräte funktionieren nicht über 60.000 Fuß. Da Luftballons in großer Höhe höher gehen, funktionieren diese nicht. Im Flugmodus arbeitet dieses Gerät auf 160.000 Fuß.

store.uputronics.com/?route=product/product&product_id=72

$30

MicroSD-Datenlogger - Dieser enthält eine MicroSD-Karte und ermöglicht es uns, die von uns gesammelten Daten zu speichern

Es gibt viele davon auf dem Markt und definitiv einige für billigere. Ich habe mich für dieses entschieden, weil es leicht ist, Sparkfun eine großartige Dokumentation hat und sehr einfach zu bedienen ist. Bei Anschluss an die Pins 0 und 1 schreibt die Serial.print-Funktion darauf. So einfach ist das!

www.sparkfun.com/products/13712

$15

Temperatursensor - Ich verwende einen, um die Außentemperatur bereitzustellen, aber ein zusätzlicher kann leicht hinzugefügt werden, um die Temperatur aus dem Inneren der Nutzlast bereitzustellen

Ich habe den Temperatursensor tmp36 verwendet. Dieser analoge Sensor läuft ohne den Verzögerungsbefehl. Das GPS-Gerät kann nicht mit Verzögerungen arbeiten, daher ist dieser Sensor ideal. Ganz zu schweigen davon, dass es spottbillig ist und nur einen einzigen analogen Pin benötigt. Außerdem arbeitet es mit 3,3 Volt, auf denen die gesamte Schaltung läuft. Diese Komponente ist im Grunde eine perfekte Ergänzung!

www.sparkfun.com/products/10988?_ga=2.172610019.1551218892.1497109594-2078877195.1494480624

$1.50

1k Widerstände (2x) - Diese werden für die Empfangsleitungen des GPS- und MicroSD-Datenloggers verwendet

Der Arduino liefert 5 Volt an diese Pins. Ein 1k-Widerstand senkt die Spannung für diese Geräte auf ein sicheres Niveau.

www.ebay.com/p/?iid=171673253642&lpid=82&&&ul_noapp=true&chn=ps

75¢

LED - Diese blinkt jedes Mal, wenn Daten gesammelt werden (optional)

Arduino und MicroSd blinken jedes Mal, wenn Daten gesammelt werden. Dadurch wird es jedoch deutlicher. Die Drähte darauf könnten auch verlängert werden, so dass die LED herausragt. Dies wird verwendet, um sicherzustellen, dass die Datenprotokollierung stattfindet.

www.ebay.com/itm/200-pcs-3mm-5mm-LED-Light-White-Yellow-Red-Green-Assortment-Kit-for-Arduino-/222107543639

1¢

Perf Board - Dies ermöglicht eine dauerhaftere Schaltung und verringert das Risiko, da die Drähte nicht abfallen können. Stattdessen könnte ein Steckbrett oder eine Leiterplatte verwendet werden

www.amazon.com/dp/B01N3161JP?psc=1

50¢

Batterieanschluss - Ich verwende eine 9-V-Batterie für meine Starts. Dadurch wird die Batterie an den Stromkreis angeschlossen. Auf diese löte ich die Anschlussstelle der Überbrückungsdrähte, um eine einfachere Verbindung zu ermöglichen

www.amazon.com/Battery-Connector-Plastic-A…

70¢

Mikro-Kippschalter - Ich benutze diesen, um das Gerät einzuschalten. Dadurch kann ich den Akku angeschlossen lassen, während das System ausgeschaltet bleibt (optional)

Ich habe meine aus einer Mondlampe gerettet. Jeder Mikroschalter funktioniert.

MicroSwitchLink

20¢

Stift- und Buchsenleisten - Verwenden Sie diese, um Komponenten wie GPS und Arduino vom Stromkreis zu lösen. (Empfohlen)

www.ebay.com/itm/50x-40-Pin-Male-Header-0-1-2-54mm-Tin-Square-Breadboard-Headers-Strip-USA-/150838019293?hash=item231ea584dd:m:mXokS4Rsf4dLAyh0G8C5RFw

$1

MicroSD-Karte - Ich würde eine 4-16-GB-Karte empfehlen. Die Protokolle nehmen nicht viel Platz ein

Mein Datenlogger lief von 6:30 Uhr bis 13:30 Uhr und verbrauchte nur 88 Kilobyte Speicherplatz. Das ist weniger als 1/10 Megabyte.

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$7

Stromquelle - Der Weltraum ist kalt, so dass flüssige Batterien einfrieren. Das bedeutet, keine Alkalibatterien. Lithiumbatterien funktionieren super! Ich habe eine 9V-Batterie verwendet

www.amazon.com/Odec-9V-Wiederaufladbarer-Akku…

$1

Die Gesamtkosten belaufen sich auf 79,66 USD! Kommerzielle Logger kosten etwa 250 US-Dollar. Betrachten Sie dies also als 68% Rabatt. Sie haben wahrscheinlich auch viele dieser Artikel wie Arduino, SD-Karte usw., die die Kosten senken. Kommen wir zum Bauen

Programme

Das einzige benötigte Programm ist die Arduino IDE. Dies ist die native Arduino-Sprache und wird zum Hochladen des Codes, Schreiben von Code und zum Testen verwendet. Sie können die Software hier kostenlos herunterladen:

Bibliotheken

Wir verwenden in dieser Skizze zwei Bibliotheken. Die NeoGPS-Bibliothek wird verwendet, um mit dem GPS-Gerät zu interagieren. Die serielle Softwarebibliothek ermöglicht die serielle Kommunikation an zusätzlichen Pins. Wir verbinden uns sowohl mit dem GPS- als auch mit dem MicroSd-Datenlogger über serielle Kommunikation.

NeoGPS

SoftwareSerial - Jede serielle Softwarebibliothek kann verwendet werden. Ich hatte dieses bereits heruntergeladen, also habe ich es verwendet.

Benötigen Sie Hilfe bei der Installation einer Bibliothek? Lesen Sie dies:

Werkzeuge

Lötkolben - Header müssen an mehreren Komponenten angebracht werden und ein Lötkolben wird verwendet, um Komponenten an Perfboard zu befestigen und Spuren zu erstellen.

Lötzinn - Wird in Kombination mit einem Lötkolben verwendet.

Schritt 2: Zusammenbau der Schaltung

Sie müssen Header auf einige Komponenten löten. Erfahren Sie hier, wie das geht:

Folgen Sie dem obigen Steckbrett- oder Perfboard-Schema. Schließen Sie die Masse des Temperatursensors nicht an die Masse des GPS- oder microSD-Datenloggers an, da dies Ihre Temperaturdaten zerstört. Wenn Sie ein Perfboard verwenden, sehen Sie sich dieses Tutorial zum Erstellen von Tracks an. Dies ist eine Technik:

Seien Sie beim Anbringen von Komponenten vorsichtig. Achten Sie auf die richtige Polarität und Pins. Überprüfen Sie Ihre Verbindungen zweimal!

Arduino - GPS3.3v --- VCC

GND --- GND

D3 ----- 1k Widerstand----- RX

D4 ------ TX

Arduino -- OpenLog

Zurücksetzen --- GRN

D0 ---- TXD1 ---- 1k Widerstand---- RX

3,3 V ----- VCC

GND ---- GND

GND ---- BLK

Arduino - Temperatursensor - Verwenden Sie das obige Foto, um zu identifizieren, welches Bein welches ist

3,3 V ------ VCC

GND ---- GND (Dies sollte entweder an einem eigenen Arduino-Pin oder an der Stromversorgung GND angeschlossen sein. Wenn es an GPS oder Logger angeschlossen ist, werden die Temperaturdaten verzerrt.)

Signal --- A5

Arduino -- LED

D13 ------ + (längeres Bein)

GND ------ - (kürzeres Bein)

Arduino -- Batterieanschluss

Vin ---- Mikro-Kippschalter ---- Positiv (Rot)

GND ----- Negativ (Schwarz)

Schritt 3: Programmierung

Wir verwenden in diesem Programm zwei Bibliotheken, NeoGPS und SoftwareSerial. Sie können beide von der Teileseite dieses Instructable heruntergeladen werden. Bei der Anbindung von GPS an ein Arduino-Programm wird normalerweise die TinyGPS-Bibliothek verwendet. Mit dem von uns verwendeten GPS konnte ich es jedoch nicht zum Laufen bringen.

Die SoftwareSerial-Bibliothek ermöglicht es uns, zwei Geräte über eine serielle Softwareverbindung mit dem Arduino zu verbinden. Sowohl der GPS- als auch der MicroSD-Datenlogger verwenden dies. Andere Bibliotheken können dies auch und sollten mit dem Code funktionieren. Ich hatte dieses bereits auf meinem Computer und es funktioniert, also habe ich es verwendet.

Der Code basiert auf meinem letzten Datenlogger. Die wichtigste Änderung ist die Hinzufügung des Temperatursensors. GPS basiert auf Satelliten. Das bedeutet, dass das GPS zuerst eine Verbindung zu Satelliten herstellen muss, bevor es Daten anzeigen kann. Eine Sperre besteht darin, dass das GPS mit vier Satelliten verbunden ist. Ein kurzer Hinweis ist, dass die bereitgestellten Daten umso genauer sind, je mehr Satelliten mit dem GPS verbunden sind. Das Programm druckt die Anzahl der angeschlossenen Satelliten auf jeder Datenzeile. Es war die meiste Zeit meines Fluges mit zwölf Satelliten verbunden.

Möglicherweise muss das Programm geändert werden, damit es für Sie funktioniert. Obwohl der gesamte Code geändert werden kann, würde ich empfehlen, die Zeitzone, die Zeit zwischen den Messungen und die Maßeinheit für die Temperatur zu ändern. Ein typischer Wetterballon ist etwa zwei Stunden in der Luft. Das GPS empfängt jede Sekunde Daten von den Satelliten. Das heißt, wenn wir alle gesendeten Daten speichern, haben wir 7.000 Messwerte. Da ich kein Interesse daran habe, 7.000 Dateneinträge grafisch darzustellen, entscheide ich mich, jeden 30. Messwert zu protokollieren. Damit habe ich 240 Datenpunkte. Eine etwas vernünftigere Zahl.

Sie fragen sich vielleicht, warum wir eine Variable i und eine if-Anweisung verwenden, um jeden 30. Messwert zu speichern, anstatt nur einen Verzögerungsbefehl zu verwenden und 30 Sekunden zu warten. Die Antwort ist, dass GPS-Messwerte sehr heikel sind. Eine Verzögerung von 30 Sekunden bedeutet, dass das GPS nicht jeden Datensatz erfasst und unsere Daten durcheinander bringen.

Sie müssen diese Werte in Ihren Offset von der koordinierten Weltzeit (UTC) ändern.

Wenn Sie Ihre nicht kennen, finden Sie sie hier

statische const int32_t

Zonen_Stunden = -8L; // PST

statische const int32_t

Zonen_Minuten = 0L; // normalerweise null

Diese Zeile sollte geändert werden, um festzulegen, wie oft ein Messwert aufgezeichnet werden soll. Ich habe meine für eine Messung alle 30 Sekunden eingestellt.

wenn (ich == 30) {

Wenn Sie nicht in den USA leben, möchten Sie wahrscheinlich Temperaturmessungen in Celsius. Entkommentieren Sie dazu diese Zeile:

// Serial.print ("Grad C"); // kommentieren Sie, wenn Sie Celsius wollen

// Serial.println (Grad C); // kommentieren Sie, wenn Sie Celsius wollen

Wenn Sie keine Fahrenheit-Messwerte wünschen, kommentieren Sie dies:

Serial.print ("Grad F"); // Kommentar, wenn Sie Fahrenheit Serial.println (degreesF) nicht möchten; //Kommentiere, wenn du keine Fahrenheit willst

Code wird nicht hochgeladen?

Der Arduino muss vom Stromkreis getrennt werden, während neuer Code hochgeladen wird. Der Arduino erhält den neuen Code über die serielle Kommunikation an den Pins D0 und D1. Diese beiden Pins sind auch die Pins, die für den MicroSd-Datenlogger verwendet werden. Das bedeutet, dass der MicroSD-Datenlogger getrennt werden muss, damit der Code hochgeladen werden kann.

Schritt 4: Testen

Sobald alle Verbindungen hergestellt und der Code hochgeladen wurde, ist es an der Zeit, unseren Datenlogger zu testen. Schließen Sie dazu den Arduino auf die gleiche Weise an den Computer an, wie Sie den Code hochladen würden. Stellen Sie sicher, dass die serielle Schnittstelle korrekt ist, und öffnen Sie dann den Serial Monitor. Wenn alle Verbindungen korrekt hergestellt wurden, wird dies angezeigt:

NMEAloc. INO: Startedfix-Objektgröße = 31 NMEAGPS-Objektgröße = 84 Suche nach GPS-Gerät auf SoftwareSerial (RX-Pin 4, TX-Pin 3) Höhenwetterballon-Datenlogger von Aaron Price

Zeit Breitengrad Längengrad SAT Windgeschwindigkeit Windgeschwindigkeit Höhe (Grad) (Grad) Knoten mph cm -------------------------------- -------------------------------------------------- ------------------------------------------

Wenn das GPS falsch eingesteckt ist, wird dies angezeigt:

Einstellung des uBlox-Flugmodus: B562624240FFFF63000010270050FA0FA06402C10000000000000016DC * ACK-Antwort lesen: (FAILED!)

Stellen Sie sicher, dass die LED jedes Mal blinkt, wenn ein neues Datenelement in den Serial Monitor eingeht. Der MicroSd-Datenlogger blinkt auch jedes Mal, wenn Daten aufgezeichnet werden.

Sie werden feststellen, dass das GPS Ihnen ein einzelnes Fragezeichen sendet. Dies liegt daran, dass GPS-Einheiten Zeit brauchen, um zu starten und sich mit Satelliten zu verbinden. Dieses Gerät benötigt in der Regel etwa acht Minuten, um mir die vollständige Datenfolge zu senden. Innerhalb von etwa fünf Jahren beginnt es, Ihnen Datums- und Uhrzeitdaten zu senden, gefolgt von einem Fragezeichen. Die ersten paar Punkte werden wahrscheinlich falsch sein, aber dann werden das richtige Datum und die richtige Uhrzeit angezeigt. Wenn Sie Datum und Uhrzeit nicht erhalten, lesen Sie den Code, um sicherzustellen, dass die richtige Zeitzone korrigiert wird. Lesen Sie den Programmierabschnitt dieses Instructable, um zu erfahren, wie das geht.

Schließlich zeigt der Serial Monitor alle Daten an. Kopieren und fügen Sie den Breiten- und Längengrad ein und bereiten Sie sich darauf vor, von den Ergebnissen schockiert zu sein. Die Genauigkeit ist bemerkenswert!

Überprüfen Sie die Temperaturdaten, um sicherzustellen, dass sie korrekt sind. Wenn die Temperatur als grob unrealistische Zahl (160+) gelesen wird, ist der Temperatursensor entweder nicht oder falsch eingesteckt. Siehe Schema. Wenn der Temperaturmesswert flüchtig oder höher ist als er sein sollte (d. h. die Temperatur beträgt 65 Fahrenheit und der Sensor meldet sie als 85), dann teilt sich der Sensor wahrscheinlich einen Erdungsstift mit dem GPS, dem microSD-Datenlogger oder beiden. Der Temperatursensor sollte entweder einen eigenen Erdungsstift haben oder einen Erdungsstift nur mit der Eingangsmasse teilen.

Sie müssen nun Ihre microSD-Karte formatieren und löschen. Wir benötigen den Dateityp fat16 oder fat32. Ich habe dieses Tutorial von GoPro befolgt:

Als nächstes testen Sie die Schaltung ohne angeschlossenen Computer. Stecken Sie eine microSD-Karte in den Datenlogger und verwenden Sie eine Stromquelle, um den Arduino mit Strom zu versorgen. Lassen Sie es zwanzig Minuten lang laufen und trennen Sie dann die Stromversorgung. Ziehen Sie die microSD-Karte heraus und schließen Sie sie an Ihren Computer an. Sie sollten sehen, dass eine Konfigurationsdatei erstellt wurde (dies geschieht nur, wenn keine vorherige Konfigurationsdatei erstellt wurde). Jedes Mal, wenn das Arduino zurückgesetzt oder angeschlossen wird, erstellt es eine neue Datei.

Seit der Konzeption dieses Projekts wurden neue Bibliotheken und Versionen der Arduino IDE veröffentlicht. Aus diesem Grund erhielten mehrere Benutzer unangenehme Fehlermeldungen. Benutzer RahilV2 hatte dieses Problem und hat eine Lösung gefunden

"Ich habe den anfänglichen Fehler behoben und das lag daran, dass. INO den alten GPS-Portnamen verwendet, der 'gpsPort' anstelle von 'gps_port' ist. Das Präprozessorsymbol hat sich ebenfalls geändert. Alle Beispielprogramme verwenden jetzt 'GPS_PORT_NAME' anstelle von ' USING_GPS_PORT'."

Danke RahilV2!

Schritt 5: Schutz der Elektronik

Ein Hinweis für Personen, die Perfboard verwenden, das Platzieren des Stromkreises auf einer Metalloberfläche wird den Stromkreis kurzschließen. Ich benutzte ein Plastikrohr um einige Schrauben, um mein Perfboard über eine Plastikfolie zu hängen. Du könntest den Boden heiß kleben, auf etwas Pappe oder Schaumstoff kleben oder eine Verpackung verwenden, die keinen Strom leitet. Sie können diese Kunststoffrohre in 3D drucken, um sie von hier aus über Ihre Schrauben zu schieben:

Ich befestigte Buchsenleisten an der Perf-Platine, auf der das GPS sitzt, damit das GPS leicht von der Schaltung getrennt werden kann. Das GPS-Gerät ist zerbrechlich. Die Chipantennen können brechen und das Gerät reagiert empfindlich auf statische Elektrizität. Ich hatte keine dieser Einheiten kaputt. Ich bewahre das GPS in der statisch abgeschirmten Tasche auf, in der es geliefert wird, um das GPS zu schützen.

Unabhängig davon, ob Sie ein Steckbrett oder nur Überbrückungsdrähte für den Batterieanschluss verwenden, empfehle ich die Verwendung von Heißkleber, um sicherzustellen, dass die Überbrückungsdrähte in ihren Buchsen haften. Es wäre schade für Sie, Ihren Ballon wiederzufinden, um festzustellen, dass er sich nicht angemeldet hat, weil sich ein Überbrückungsdraht gelöst hat.

Handwärmer werden empfohlen, da sie alles warm und funktionsfähig halten. Normalerweise verlängere ich die Länge meiner Batterieanschlüsse, sodass ich die Batterie in einem separaten Fach von der Elektronik aufbewahren kann. Ich habe Handwärmer direkt auf den Akku gelegt. Obwohl die Elektronik ohne Handwärmer funktionieren sollte, würde ich empfehlen, diese zu verwenden. Legen Sie einen oder zwei Handwärmer in die Nähe der Elektronik und sichern Sie den Handwärmer, damit er die Elektronik nicht berührt. Die Strahlungswärme der Handwärmer reicht aus, um die Elektronik in Schuss zu halten.

Schritt 6: Starten Sie

Normalerweise schließe ich den Datenlogger etwa zwanzig Minuten bevor wir den Ballon loslassen wollen, an meinen Computer an. Das Anschließen des Loggers an den Computer ist nicht erforderlich. Ich tue dies, um sicherzustellen, dass das GPS läuft und ich eine Satellitensperre habe. Sobald der Logger alle Daten anzeigt, lege ich den Kippschalter um und trenne den Computer. Da die Schaltung immer über eine Stromquelle verfügt, bleibt das GPS heiß und zeichnet mit einer Satellitensperre weiter auf. Dadurch wird eine neue Datei auf der microSD-Karte erstellt.

Wir starteten den Ballon um 6:58 Uhr. Wir wollten früher starten, aber unser erster Ballon hatte einen Riss. Wir hatten unseren Schlauch vergessen, um den Ballon am Heliumtank zu befestigen. Also haben wir den Ballon direkt an der Düse des Heliumtanks befestigt. Die Vibrationen an der Düse lassen den Ballon zerreißen. Zum Glück haben wir einen Ersatzballon mitgebracht. Wir haben einen geschnittenen Gartenschlauch als unseren improvisierten Schlauch verwendet und es hat funktioniert!

Das Paket bestand aus einer isolierten Lunchbox. Der Datenlogger saß drinnen mit den Handwärmern. Ein in die Lunchbox geschnittenes Loch ermöglichte es der Kamera, sich in der Lunchbox zu befinden und gleichzeitig eine ungehinderte Sicht zu gewährleisten. Wir haben für diesen Start eine GoPro Session verwendet. Es hat Fotos von der Reise gemacht! An der Seite und oben an der Brotdose waren zwei SPOT-GPS-Einheiten angebracht. Wir haben diese verwendet, um unser Paket zu verfolgen. An der Seite der Lunchbox wurde ein kleiner Schlitz angebracht, damit der Temperatursensor herausragen und der Außenluft ausgesetzt werden kann.

Schritt 7: Wiederherstellung

Ich habe bei meinem letzten Start eine Duracell 9v-Batterie verwendet. Ich habe die Spannung der Batterie mit 9,56 Volt gemessen, bevor ich sie an den Datenlogger angeschlossen habe. Ich habe den Akku um 6:30 Uhr angesteckt. Nachdem der Ballon gelandet, geborgen, zurück zur Schule gefahren und das Paket geöffnet war, war es 13:30 Uhr. Ich öffnete die Nutzlast und stellte fest, dass der Datenlogger immer noch protokollierte! Ich habe dann die Spannung der 9V-Batterie gemessen. Wenn eine Batterie verwendet wird, sinkt die Spannung. Die Batterie hatte jetzt 7,5 Volt. Nach sieben Stunden Datalogging war der Akku noch in Ordnung.

Ballon und Paket landeten südlich von Ramona in einer kleinen Schlucht. Das Bergungsteam fuhr etwa eine Stunde und wanderte dann den Rest des Weges. Giftefeu und heiße Temperaturen waren ein Hindernis, doch sie hielten durch und konnten den Ballon bergen. Sie kehrten zur Schule zurück und reichten mir das Paket. Ich war überrascht, dass der Datenlogger noch lief. Das hat mich optimistisch gemacht. Ich habe den Akku abgezogen und die microSD-Karte vorsichtig herausgenommen. Ich rannte dann zu meinem Computer. Dies ist für mich der nervenaufreibendste und aufregendste Teil der Reise. Hat der Datenlogger funktioniert? Ich durchwühlte meinen Rucksack, um den SD-Kartenadapter zu finden. Bei den letzten beiden Flügen hatte der Logger auf 40.000 Fuß nicht mehr funktioniert, weil ich das GPS fälschlicherweise in den Flugmodus versetzt hatte. Da ich Höhen über 40.000 Fuß nur mit Wetterballons erreichen kann, hatte ich keine Ahnung, ob mein neuer Code funktionieren würde.

Ich steckte die microSD-Karte in meinen Computer ein, öffnete die Datei und sah ein Protokoll voller Daten. Ich begann durch die Daten zu scrollen… ERFOLG!! Das Log wurde während des gesamten Fluges fortgesetzt.

Schritt 8: Analyse und Wissenschaft

Der Ausdruck "Dritter Charme" klingt wahr. Wir haben Daten für den gesamten Flug aufgezeichnet! Der Ballon erreichte eine maximale Höhe von 91, 087 Fuß und die kälteste Temperatur betrug -58 Grad Fahrenheit.

Unsere Daten bestätigen und stimmen mit einem Großteil der bekannten Wissenschaft überein. Zum Beispiel betrug der Boden der Stratosphäre -40 bis -58 Grad Fahrenheit, während die Temperatur am Apogäum des Fluges -1,75 Grad Fahrenheit betrug. Der Mensch lebt in der untersten Schicht der Erdatmosphäre, der Troposphäre. In der Troposphäre sinkt die Temperatur mit zunehmender Höhe. In der Stratosphäre ist das Gegenteil der Fall. Tatsächlich kann die Spitze der Stratosphäre fünf Grad über Null sein.

Ich war überrascht, dass der Ballon so linear aufgestiegen ist. Ich würde denken, dass sich die Aufstiegsgeschwindigkeit der Ballons ändern würde, wenn die Atmosphäre dünner wurde. Ich war jedoch nicht überrascht von der Kurve in der Sinkgeschwindigkeit des Ballons. Meine Hypothese, warum der Ballon schnell fällt und dann allmählich langsamer wird, hat mit dem Fallschirm zu tun. Im Apogäum gibt es so wenig Luft, dass der Fallschirm meiner Meinung nach nicht so effektiv war. Fallschirme verwenden Luftwiderstand und Reibung, um langsam auf den Boden zu fallen, so dass der Fallschirm bei wenig Luft nicht so effektiv ist. Wenn das Paket niedriger wird, steigt der Luftwiderstand, da mehr Luftdruck und mehr Luft vorhanden sind. Dies führt dazu, dass der Fallschirm effektiver ist und das Paket langsamer absinkt.

Aufgrund von Temperatur und Windgeschwindigkeit erkläre ich die schlechteste Höhe zum Leben mit 45, 551 Fuß. In dieser Höhe erlebte das Paket kühle -58 Grad Fahrenheit. Als ob das nicht genug war, wehten Winde mit 45 Meilen pro Stunde. Während ich bei dieser Temperatur Schwierigkeiten hatte, Daten für die Wirkung des Windes auf die Windchilligkeit zu finden, stellte ich fest, dass -25 Grad Fahrenheit Wetter mit einem Wind von 45 Meilen pro Stunde zu einer Windchill von -95 Grad führt. Ich entdeckte auch, dass Windchill-Temperaturen von -60 Grad exponiertes Fleisch in 30 Sekunden einfrieren. Dennoch ist dies wahrscheinlich kein idealer Urlaubsort. Wie auf dem Foto oben zu sehen ist, gibt es aus dieser Höhe eine tolle Aussicht! Erfahren Sie hier mehr über Windchill:

Ohne die Hilfe meiner Schwester, die alle 240 Datenzeilen erfasste, hätte ich diese Daten nicht anzeigen und studieren können. Vorteile von jüngeren Geschwistern:)

Schritt 9: Fazit

Dies ist ein definitiver Erfolg. Wir protokollierten Höhen-, Temperatur-, Windgeschwindigkeits-, Aufstiegs-, Sinkgeschwindigkeits-, Zeit-, Datums-, Breiten- und Längendaten des gesamten Fluges. Dies ist ein Muss für erfahrene Ballonfahrer in großer Höhe und zum ersten Mal Trägerraketen!

Nach vier Jahren Ballonstart haben wir endlich einen ganzen Flug protokolliert. Endlich haben wir herausgefunden, wie hoch unsere Ballons fliegen. Wir sind der Erfahrung des Weltraums ein Stück näher gekommen. Wir sind dem Unberührbaren ein Stück näher gekommen!

Ein weiterer cooler Aspekt des Datenloggers ist, dass alle Daten mit einem Zeitstempel versehen sind. Dies bedeutet, dass Sie die Daten mit den während der Reise aufgenommenen Fotos abgleichen können, wodurch Sie die Höhe und den genauen Ort kennen, an dem jedes Foto aufgenommen wurde!

Dieses Projekt ist einfach zu replizieren und für Ihre eigenen Zwecke zu ändern. Fügen Sie einfach zusätzliche Temperatursensoren, Druck- und Feuchtigkeitssensoren, Geigerzähler hinzu, die Möglichkeiten sind endlos. Solange der Sensor ohne Verzögerung verwendet werden kann, sollte er funktionieren!

Vielen Dank, dass Sie sich die Zeit genommen haben, dieses Instructable zu lesen. Es macht mir Spaß, Fragen zu beantworten, auf Kommentare zu antworten und hilfreiche Tipps und Ideen zu haben, also schießen Sie im Kommentarbereich unten los.

Dieses Instructable ist auch in einigen Wettbewerben, bitte stimmen Sie ab, wenn Sie etwas Neues genossen oder gelernt haben! Das Gewinnen von Preisen ermöglicht es mir, neue Werkzeuge zu verdienen, um bessere und fortschrittlichere Projekte zu erstellen

Zweiter in der Unberührbaren Herausforderung

Großer Preis beim Explore Science Contest 2017