ATtiny13与BMP180模块折腾手记实现嵌入式风筝高度计（原创）

t3486784401 · 发表于 2021-3-28 04:25:52

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转眼又到了踏青的时节，奈何从去年开始的疫情搅扰了大家外出的兴致，只得尽可能宅家。
今天分享一套 2019 年的作品，含全部软硬件资料，只等疫情缓和了再去放飞。

【背景】

女票是个比较会放风筝的家伙，每每到了公园或是江边总是吵吵要入手风筝。
路边摊的风筝也并不贵，十块钱一套标配线，再十块钱另加一卷线，总共二十块钱玩坏了也不心疼。

于是入手了这玩意，两卷线接在一起缠在线轮上：

放飞时顺口一句话：“这玩意能飞多高？”让强迫症甚是不爽。

两卷线也就百来米，最高不会超过线总长，但想要精确的数据就无能为力了。
理论上可以用悬链线方程来计算，但实际高空气流的存在，悬链线也不会太准。

作为强迫症电工，突然想起了手头有 BMP180.

【制作】

BMP180 是一个带温度补偿的气压计模块，理论上短时间运行可用于高度测量。
于是打算做一套足够轻巧的 BMP180 系统，挂载在风筝上测试放飞高度。

a. 电源：直接选能量/重量比最大的软包锂，工作电流按mA 算的话几十 mAh 足够；
b. 主控：首先要体积小、功耗低，并且支持锂电 3-4.2v 工作，最终选择 DIP8 版本的 ATTINY13A，程序采用拔插更新；
c. 存储：风筝高度瞬息万变，采样速度不能太低(秒级)，最终选了 DIP8 版的 24C128，总计 16KB；
d. 传感：气压计就是 BMP180 模块，捎带测试温度。

整个系统用尽可能小的万用板来搞定，上 CAD 先大致走个线：

电路图：

电路图

具体焊接时考虑到要上天，连接可靠性非常关键。于是插座用了圆孔镀金版本，皮实抗冲击：

最终所有器件都打胶固定在万用板 PCB 上，确保不松动，避免意外短路。
万用板上仅包含采集所需最小系统，其余功能都用跳线搞定，降低系统总重。
DIP 版本的单片机采用拔插更新代码；DIP 版本的 EEPROM 同样由拔插实现样本读出。

最后找一个尺寸恰当的零件盒，装入减震棉、屏蔽棉以及 PCB 即可工作。
上秤过一下总重：17.2g，对风筝的影响目测不大。

【代码】

ATTINY13A 的空间比较紧张：1KB-ROM + 64B-RAM，因而使用 ICCAVR 直接寄存器级编程。
整套程序就两个功能：读取BMP180、写入24C128，额外加个延时控制下采样率。

最后设定 T13 工作在 150kHz 主频，整机平均功耗 0.5mA 左右，电池连续工作几十小时没问题。

考虑到空中电力、算力、存储比较紧张，因而 EEPROM 当中仅存储 BMP180 原始 ADC 样本：
16bit气压 + 16bit温度，总计 32bit/样本，16KB 可以存储 4K 个样本。
按照采样间隔 5s 计算，总计采样时长 5.5 小时，可以覆盖整个放飞过程。

温度、气压的计算是事后放在 PC 上进行的：
BMP180校正值、ADC原始数值都加载进 VC，校正算法由 VC 编程来计算并输出到文件。

附上 ATTINY13 源码+烧录文件，可直接烧录工作：

KiteRec(SRC HEX).zip (7.35 KB, 下载次数: 12)

【测试】

整个高度计需要挂在风筝的重心位置，也就是风筝捆线扣附近，之后尽管大胆放飞。
比起原版风筝虽然有点不稳，但测试这天江边风很给力，直接两卷线全都放了出来。

贴上事后解算结果：

挂了载荷的风筝微微有点不稳，适应了几把才最终放起来，高度曲线（红）前几个小峰就是试飞失手所致。
另一条曲线（蓝）是温度变化，随风筝升空有明显下降，显然空中还是挺冷的。

全程放飞过程中，最高点距地面垂直高度大约 75m，持续 50-60 个样本，对应大约 5min 时间。
这下关于“能飞多高”总算有结论了：百来米的线大约飞高了 75m，并在最高处保持了 5min 左右。

同时可以看到最高点附近有大约 10m 的上下振幅，显然空中气流不很稳定，风筝短时间就能掉落好几层楼高度。

附上全长放飞时的动态效果：

以上，使用 ATtiny13 与 BMP180 折腾了一套嵌入式高度计，挂在风筝上测出了放飞高度

给冷嗖嗖的踏春之旅添加一点点电工的味道。

最后祝大家 DIY 愉快！

触景情伤 · 发表于 2021-3-28 09:24:21

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hzw6834 · 发表于 2021-3-28 09:48:44

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cushion · 发表于 2021-3-28 10:28:22

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tulips · 发表于 2021-3-28 11:26:36

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amo73 · 发表于 2021-3-28 14:08:43

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t3486784401 · 发表于 2021-3-28 15:31:57

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t3486784401 · 发表于 2021-3-28 15:33:11

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t3486784401 · 发表于 2021-3-28 15:33:50

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t3486784401 · 发表于 2021-3-28 15:38:10

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cutter · 发表于 2021-3-28 15:38:59

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t3486784401 · 发表于 2021-3-28 15:45:36

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t3486784401 · 发表于 2021-3-28 15:46:34

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lyy-cy · 发表于 2021-3-28 16:45:13

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t3486784401 · 发表于 2021-3-28 18:54:43

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2545889167 · 发表于 2021-3-28 20:34:12

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兔包公 · 发表于 2021-3-28 20:41:22

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t3486784401 · 发表于 2021-3-28 22:22:46

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zhkrid · 发表于 2021-3-29 00:09:24

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t3486784401 · 发表于 2021-3-29 01:08:44

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