Controlador de lançamento de foguete modelo Overkill !: 9 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Como parte de um grande projeto envolvendo foguetes modelo, eu precisava de um controlador. Mas, como todos os meus projetos, eu não poderia apenas me limitar ao básico e fazer um controlador de botão único portátil que apenas lança um foguete modelo, não, eu tive que ir extremamente exagerado e torná-lo o mais complicado e exagerado possível Imagine. Eu tinha ideias para tornar isso ainda mais exagerado, no entanto, essas ideias estavam um pouco fora do orçamento para um estudante de 16 anos.

Depois de muita pesquisa e planejamento, não consegui encontrar nenhum recurso na forma de 'controladores de foguetes de maleta', pois eles não são exatamente um item comum, então precisei projetar o meu próprio do zero. A parte principal de todo o meu projeto, o foguete em si, é feito de fibra de carbono e parece bem foda, então eu queria continuar esse tema até o controlador e a plataforma de lançamento de aço (atualmente incompleta).

Mas o que esse controlador faz? Por que você fez isso?

Bem, meu foguete modelo não é exatamente um foguete típico com aletas e uma plataforma de lançamento básica com um trilho-guia. Em vez disso, o foguete é preenchido com eletrônicos personalizados e equipamentos de controle de vetor de empuxo. O controle vetorial de empuxo, ou TVC, envolve mover o motor dentro do foguete para direcionar seu empuxo e, portanto, direcionar o foguete para sua trajetória apropriada. No entanto, isso envolve orientação por GPS, o que é ILEGAL! Então meu foguete usa TVC para mantê-lo superestável na posição vertical com um giroscópio no computador de vôo, sem equipamento GPS. A estabilização ativa é legal, a orientação não!

De qualquer forma, através desta longa introdução, ainda não expliquei o que o controlador faz! A plataforma de lançamento, como disse anteriormente, não é apenas um suporte com um trilho-guia, mas um sistema complexo repleto de componentes eletrônicos e mecânicos, como uma plataforma de lançamento real. Inclui um pistão pneumático para retrair as costas fortes, grampos que seguram a base do foguete e a parte superior do corpo e muitas outras coisas que explicarei melhor em vídeos futuros no YouTube.

O controlador não apenas envia todos os sinais sem fio para controlar os sistemas de plataformas de lançamento e lançar o foguete, mas também me permite ajustar as configurações do lançamento. Seja ele realmente lançando, ou apenas sendo pressionado contra a almofada para um incêndio estático do motor. Se eu tenho ou não o sistema pneumático de reforço retrátil ativado ou não. O foguete tem reforços laterais, como visto no Falcon Heavy. Ou preciso testar a conexão sem fio entre o controlador e a plataforma de lançamento. Estas são apenas algumas das funções que este controlador pode realizar.

Observação rápida: esses não são os rótulos finais, pois atualmente não tenho acesso ao meu cortador de vinil Roland GX-24 usual. Eu também não tenho a bateria ainda, estarei usando um LiPo de carro / avião RC padrão, 11,1V e cerca de 2500mAh.

Antes de começarmos com as instruções passo a passo sobre como eu fiz isso, gostaria de deixar claro para todos que um controlador como este pode ser usado para muito mais do que apenas lançar foguetes, dependendo do que você fez. Ele poderia controlar um rover sem fio, controlar um helicóptero / drone RC, ser adaptado a um computador portátil ou sistema de jogo. Sua imaginação é realmente o limite. Se você deseja construir este controlador, eu também recomendo fortemente que você projete seu próprio esquema, layout de switch e todo seu próprio software. Torne-o verdadeiramente SEU.

Atualizar!

Aqui está o novo vídeo do YouTube sobre o controlador!

Suprimentos

Como estou na Austrália, minhas partes e links provavelmente serão diferentes de qualquer um dos seus, então eu recomendo fazer sua própria pesquisa! Tenho uma lista de peças completa em PDF de tudo que usei aqui. Também recomendo usar suas próprias peças para personalizar seu controlador de acordo com o que você precisa / deseja fazer!

A lista de peças básicas:

• Um caso de algum tipo
• Painel acrílico
• Botões e interruptores
• Tela LCD, leitura de tensão
• Filamento PLA
• Vinil de fibra de carbono 3D
• Um alto-falante e um módulo de áudio (se você quiser falar)

Eu mantive as ferramentas básicas, você pode usar o que tiver:

• Dremel com lâmina de corte
• Furar
• Ferro de solda
• Isqueiro (para tubo termorretrátil)
• Chave de fenda
• Alicate de bico fino
• Rodo (para aplicar envoltório de vinil e adesivos)
• Faca Stanley (para cortar acrílico)

Etapa 1: primeiros passos

O que eu quero que meu controlador faça? De quais botões / interruptores e funções ele precisa? O que eu quero que pareça? Qual é o orçamento? Todas essas são perguntas necessárias para se perguntar antes de começar a enfrentar esta tarefa. Portanto, comece pegando um bloco de notas e anotando as ideias. Também ajuda a fazer pesquisas sobre os controladores existentes, você pode apenas encontrar essa ideia de ouro.

Você precisará pensar em cada função que seu controlador precisa executar e que tipo de botões / interruptores você precisará para isso. No meu caso, isso controlava várias partes de uma plataforma de lançamento e lançava um foguete. Então, eu precisava de interruptores para configurações, uma maneira de iniciar a sequência de lançamento, códigos de segurança para garantir que ninguém mais pudesse lançar o foguete e algumas outras coisas menores.

Meu grande botão de parada de emergência era absolutamente essencial para minha forma de controle! O controlador inicia uma sequência de contagem regressiva de 15 segundos durante a qual a plataforma de lançamento se prepara para lançar o foguete. A qualquer momento durante esses 15 segundos, alguma forma de perigo pode se apresentar, o grande botão vermelho corta toda a energia do controlador, impedindo que mais sinais sem fio cheguem à plataforma de lançamento e garantindo que o foguete NÃO PODE ser lançado.

Eu também preciso de uma maneira de controlar uma luz giratória externa de 12 V, o Arduino só pode produzir um sinal de 5 V, então um MOSFET foi usado para essa tarefa. Um MOSFET também foi usado para criar um circuito para acender o motor do foguete com uma conexão com fio ao controlador. Se algo não estiver funcionando no dia do lançamento com o controle sem fio, posso conectar os cabos da ignição ao controlador para lançar o foguete.

Depois de saber o que seu controlador precisa fazer, é hora de criar o diagrama de circuito de todos os seus componentes e descobrir como você os colocará no painel principal …

Etapa 2: Layout e fiação

Um bom layout de componente é essencial para versatilidade e usabilidade, bem como estética, que honestamente é tudo que me interessa. Isso explica por que a antena está na frente do botão de parada de emergência? Eu encontrei esse layout pegando a espuma original do case e movendo os componentes até ficar feliz com sua aparência. O espaço aberto restante no meio é para alguns decalques sofisticados, mas como eu disse anteriormente, não tenho acesso a um cortador de vinil agora, então, em vez disso, tenho meu adesivo com o logotipo do projeto ao lado dele.

Depois de projetar este layout, marque os pontos dos componentes na placa de acrílico junto com as dimensões dos furos e as dimensões do contorno da placa. Isso será cortado na próxima etapa. Usei acrílico de 3 mm.

Depois de saber todos os componentes de que precisa e para onde vão, você precisará criar alguma forma de esquema ou tabela de onde vão todas as conexões. Aqui está minha tabela de alfinetes e meu esquema. Não copie meus documentos porque meus componentes serão diferentes dos seus e, portanto, as conexões serão diferentes, no entanto, você pode usar o meu como um guia, gratuitamente. O esquema foi feito apenas para este Instructables, pois eu só usei a tabela de pinos para fazer meu controlador, portanto, o esquema é apressado e pode ter erros! Se você quiser uma cópia do arquivo do Fritzing, envie-me uma mensagem em qualquer uma das minhas contas de mídia social e eu a enviarei por e-mail, de graça mais uma vez!

Ao planejar sua fiação, você precisará considerar quantos pinos você tem em seu Arduino (eu recomendo um Arduino Mega ou Arduino Mega Pro). Você também precisará pesquisar seus componentes e ver se há algum pino específico onde eles devam ser colocados, por exemplo, você pode ter componentes SPI ou I2C que precisam de pinos específicos. Depois de encontrar os pinos exatos de que certos componentes precisam, você pode preencher os pinos digitais e analógicos restantes com outras entradas e saídas, como interruptores, botões, LEDs, campainhas e MOSFETs.

Todos os documentos estão disponíveis em meu site duvidoso:

Depois que todo esse planejamento estiver concluído, você começará a diversão …

Etapa 3: Corte

É hora de cortar o painel principal de acrílico e depois cortar todos os orifícios para os componentes! Tenha cuidado, você está prestes a fazer uma grande bagunça! Certifique-se de ter marcado cada corte e certifique-se de que eles estão corretos. Você pode cortar mais material, mas não pode adicioná-lo de volta depois que ele for … bem, não muito bem de qualquer maneira! Cometi um erro ao cortar meu painel principal, não marquei a linha o suficiente com a faca Stanley e ela tirou muito material quando o quebrei, felizmente isso foi facilmente coberto fazendo uma abertura para levantar o painel.

Para cortar a forma da placa principal, segurei uma régua de aço ao longo das linhas de borda e arrastei uma faca Stanley ao longo da linha até que eu estava na metade do painel, isso levou muito tempo. Em seguida, fixei o acrílico em uma mesa com a linha de corte na borda da mesa e a parte que desejo na mesa. A broca cedeu a borda e então se soltou facilmente com um pouco de força, mas deixou algumas pontas irregulares. Usei um martelo para limpar essas arestas de maneira grosseira e, em seguida, uma Dremel com uma broca de lixar para torná-las lisas. Minha capa tem cantos arredondados, então tive que arredondar os cantos do acrílico com a Dremel, começando com uma broca de corte e terminando com uma broca de lixar.

Assim que tiver o contorno do painel, você pode usar uma combinação de uma lâmina de corte Dremel e uma broca para fazer todos os orifícios no painel. Grandes círculos foram feitos com muitos pequenos cortes Dremel, retângulos e quadrados foram cortados com a Dremel e pequenos orifícios foram feitos. Todos estes orifícios podem ser limpos posteriormente com uma lixa, lixa e uma lixa Dremel.

É hora de limpar quaisquer rachaduras ou bordas ásperas com o envoltório de vinil …

Etapa 4: embrulhar e montar

Eu comprei um invólucro de vinil de fibra de carbono super barato no eBay para cobrir todo o painel, fibra de carbono real ia ser muito cara e muito confusa, mas eu considerei isso. Corte um pedaço de vinil um pouco maior que o painel, seja de carbono, madeira ?, preto brilhante ou você pode apenas querer pintá-lo! Depende da sua preferência. Em seguida, retire cuidadosamente uma pequena quantidade da capa adesiva e comece a aplicá-la na placa. Certifique-se de usar um rodo para remover as bolhas à medida que avança. Coloque o vinil com cuidado e enrole-o firmemente nas bordas. Dependendo da qualidade do seu vinil, você pode precisar adicionar um pouco de cola extra! Se você for muito exigente, você também pode amaciar um pouco o vinil com um secador de cabelo ou pistola de ar quente para obter cantos superlisos.

Feito isso, é hora de cortar qualquer vinil que esteja cobrindo os orifícios dos componentes. Tenha cuidado para não bagunçar seu lindo trabalho de vinil!

Agora você pode montar todos os componentes em seus lugares. Os componentes podem precisar de porcas, parafusos, cola / epóxi ou encaixe por fricção. Geralmente, a maioria dos componentes entra facilmente. Meu módulo transceptor de longo alcance NRF24 estava posicionado em um ângulo no buraco, então eu adicionei uma arruela e ela endireitou-o perfeitamente. Esta parte precisava ser contida com epóxi, então eu rapidamente misturei um pouco, FORA!

Eu precisava de um lugar para guardar a antena NRF24 quando o gabinete estava fechado, então para não perdê-la decidi fazer um clipe impresso em 3D que fica aparafusado no painel. Este clipe está disponível no Thingiverse aqui!

Com o seu painel parecendo completo (exceto quaisquer rótulos que você queira adicionar), é hora de virá-lo e iniciar a fiação …

Etapa 5: Solda e fiação

Cada um dos meus fios são soldados aos componentes e, em seguida, vão para o Arduino, onde são conectados com pinos conectores machos. Eu tive que fazer esses fios cortando os plugues dos fios de jumper, soldando-os a um comprimento apropriado de fio e, em seguida, isolando-os com tubo termorretrátil. Antes de começar a soldar, monte seu microcontrolador na parte traseira do painel para que você possa planejar os comprimentos dos fios de acordo. Eu recomendo deixar seus fios mais longos do que o necessário, o que ajuda a organizá-los de maneira organizada quando estiver tudo pronto. Você também pode ter pequenos componentes como resistores, terminais de parafuso e MOSFETs para soldar em alguma placa de desempenho.

Quando seus fios são soldados, você pode conectá-los todos aos pinos do Arduino e, em seguida, usar braçadeiras para tentar torná-los mais organizados. Este processo leva muito tempo, mas vale a pena e é muito gratificante!

O alto-falante na caixa impressa em 3D é para uma atualização futura que envolve reproduzir arquivos.wav e fazer o controlador falar / reproduzir sons.

Todo esse processo me levou mais de dois dias direto, pois fazer fios personalizados e isolar todas as conexões consome muito tempo! Basta colocar uma música, pegar alguns lanches e começar a soldar. Certifique-se de que seu esquema esteja por perto!

Com toda a fiação concluída, é hora do SOFTWARE …

Etapa 6: Software

No momento, tenho um software básico para obter todas as configurações e aceitar códigos de segurança, mas meu software está incompleto porque a barra de lançamento não está concluída! Vou editar esta seção e adicionar todo o meu software e uma explicação sobre ele quando terminar!

O software de cada pessoa será diferente dependendo do que seu controlador fará. É neste ponto que seu controlador começa a ganhar vida! Recomendo pesquisar como programar cada um de seus componentes e, em seguida, projetar seu software com um fluxograma. Você pode ver o fluxograma do meu software de configuração aqui, embora eu ainda não tenha um fluxograma para o meu software de sequência de inicialização.

A maneira mais fácil de lidar com grandes quantidades de software é planejá-lo. Quanto mais você planeja, mais fácil é. Comece conectando as notas e progrida para um diagrama de fluxo final mostrando tudo o que o seu controlador precisa fazer e como o sistema é navegado. O meu mostra o que é exibido na tela LCD e também como passar pelas seções. Depois de projetar seu software e saber como programar cada componente, pegue um café e faça o que puder em uma noite. Faça isso durante algumas noites e será feito antes que você perceba! Os fóruns e o site do Arduino se tornarão seus melhores amigos nessas poucas noites!

Minha maior dica, isso vai salvar sua vida! Ao definir seus botões / interruptores como entradas, você deve usar este código: pinMode (6, INPUT_PULLUP);

Se você não adicionar '_PULLUP', seus botões / interruptores saltarão e não funcionarão. Aprendi isso da maneira mais difícil e gastei 5 horas de trabalho extra nisso sozinho antes de perceber meu simples erro.

Ao final do software, você o teria carregado pelo menos 100 vezes para teste, mas ainda há mais testes a serem feitos …

Etapa 7: Teste

Testando, testando, testando. A chave para tornar qualquer projeto perfeito e funcionar da maneira que precisa. Se algo não funcionar, você terá que rastrear o problema, possivelmente substituir componentes, refazer a fiação ou, na melhor das hipóteses, apenas alterar um pouquinho de código. Nenhum projeto funcionará perfeitamente na primeira tentativa. Apenas persista até que esteja pronto e funcionando perfeitamente.

Assim que funcionar, você estará pronto para usá-lo! No meu caso, é o lançamento de foguetes …

Etapa 8: lançar

Todos vocês estavam esperando por algumas fotos / vídeos legais de lançamento! Desculpe por fazer isso com você, mas o primeiro lançamento ainda está pelo menos 3 meses atrasado. Preciso fazer a plataforma de lançamento e finalizar cada parte de todo o projeto. Estou atualmente há 6 meses e trabalho todos os dias desde que comecei. É um projeto absolutamente enorme!

Atualmente estou trabalhando em um grande vídeo sobre como fiz o controlador, bem como o que ele faz e algumas demonstrações. Esperamos estar no YouTube dentro de uma semana!

Com isso dito, você pode acompanhar meu progresso até o primeiro lançamento e por todas as falhas e ajustes iniciais. Estou trabalhando em muitos vídeos do YouTube sobre o projeto e estou constantemente postando no Twitter e Instagram. Existem alguns vídeos grandes no YouTube sobre o foguete em si, a plataforma de lançamento e, claro, os lançamentos. Aqui estão todas as minhas contas …

YouTube:

Twitter:

Instagram:

Thingiverse:

Site My Dodgy:

Quer um adesivo?

Etapa 9: Um passo adiante !?

Como eu disse antes, ainda não terminei! Ainda preciso pegar a bateria, montá-la e fazer as etiquetas finais.

No entanto, tive muitas outras ideias sobre como dar um passo adiante!

• Computador Raspberry Pi com tela embutida na tampa da caixa
• Plugues banana para lançamento de backup com fio
• Antena externa em um tripé
• Bateria carregando com um plugue no painel principal
• Programação com um plug no painel principal
• Painel de fibra de carbono real
• Suporta atrás do painel para parar de dobrar

Peço desculpas pela falta de fotos do progresso! Eles foram tirados no meu telefone, pois eu não pensei em levar muitos.

Espero que isso inspire você a fazer o seu! Adoraria ver seu trabalho….