申请人信息
申请人ID:橘猫君
真实姓名:苏子晨
申请方式:个人
自我介绍:曾发多次试车发动机,发射小型中型的固体火箭,对单片机有一定了解,较擅长信息技术,对于建模3D打印熟练,熟悉设备参数
申请人照片:
申请人曾经发表的技术文章:
文号:927954橘猫君发表于:2023/12/29 22:50:28
气象气球探空计划(寻求意见)
项目信息
申请人对存在问题的内容采取了一删了事的办法,即便在剩下的为数不多的内容中,也没有去论证气球到底需要多大初始充气体积,这么大体积能不能飞到31km;没有论证气球到底可能飞多远,而是采用了含糊其辞的办法;依然没有进行链路预算;拿了一张gopro H5的图片说它是H4,这些已经停产产品,二手价其实比预算低一些;增加了一个八木天线,但不顾自己没有调试匹配器的手段,选型一个需要仪器调试且更贵的产品;用语不规范或有错误,例如“10000毫安电量”,提示申请人中学物理知识掌握不牢固。 种种迹象表面,申请人并没有科学严谨、认真细致的对待该研究,在申报期间流于表面应付,这种做法是科创基金所不提倡的。
上层大气探测计划
学科分类:航空技术研究周期:40 天
摘要
探测上层大气的气压温度等数据
关键词

     臭氧层是大气中富含臭氧(O3)的部分,这个部分的存在对于地球上的生命至关重要,通过查阅资料知“臭氧层的最大浓度通常发生在平流层的半径20至30公里的范围内,被称为臭氧层最大浓度区。这个区域也被称为臭氧层峰值区”我现在将测量所在地区臭氧峰值的准确高度,则通过GPS模块和MQ131臭氧传感器完成。那为什么要执着计算臭氧层的峰值高度?臭氧峰值高度越低,代表着臭氧层的厚度减少,会导致更多的紫外线辐射到达地表,可能对生物和生态系统造成危害。最近化学课有提及此知识,也引起了本人的兴趣。

作为航空爱好者,总是对天空有着执着。本人现在有一定的单片机基础,理论知识储备相较以前也更加充足......所以,我打算在寒假放飞一个重达1kg,可飞31km的气象气球,主要目的为了探测大气上层臭氧浓度的高低,还有获取影像资料。在这里我借鉴了“星火计划”其中的气象气球尺寸一览表,原文地址星火计划 (用了一个寒假发射的探空气球) - 科创网 (XXXXXXXXXXXX),这是多次修改后的计划流程:

计算参数预估价格→建模仿真计算 →进行设计布局组装→检查气密性,保温性→电路焊接,开发板编程→检查焊线牢固,程序稳定→确定量程范围确定相机画质及位数/角度→确定GPS→确定电源容量(考虑温度,气等因素)→寻找最佳地点→报备当地空管→确认飞行日期→确认气象→到达放地方放行根据GPS,蜂鸣器等回收

图片4.jpg


1.首先进行大体的计算,了解气球飞行的质量高度等等,方便后面针对这些进行合理化设计

从图中得知总举力F=25N

然后由

F=ρVg          

得V=F/ρg

最后带入算出V≈2.5m3

当时我计算止步于此了,居然没有考虑氦气的自身重量等其他因素...

好在最后问了客服,充氦气要4.5m3

A5D24EAD9C1B62309428032AA5947BBB.jpg

探测设备质量不超过1kg即可,降落伞材质选取尼龙的,尼龙的阻力系数取0.3,伞的直径为1.5m就可以了,开伞的想法很简单,我参考了“星火计划”,将降落伞与气球绳索串联起来(如上图),气球炸裂后降落伞受空气作用自动展开,这不但方便,而且开伞率几乎为100%,这种串联的方式还不用担心降落伞给气球带来的阻力


2.获取上层的环境数据影像资料以及找回

这是臭氧传感器器MQ131,通过臭氧的含量(mg/m3)可测出某时刻臭氧浓度的峰值,如下图

7F4C86BD4FF3E5B27304290BC2737545.jpg E40143C78A4162F2FC470D2C8C3DFDF0.jpg

商家没有更详细的资料我就自己找到了原厂的说明书↓

6OHS(F[3I})N$7S)%SP@{GD.png $48E}UR]ZSKOWXLBKR(V%1B.png

     平流层臭氧的峰值浓度可高达几百ppm,而MQ131测量范围一般为10-1000ppm,相应的高度通过GPS定位模块得出(精度在10m以内),然后结合同一时刻的GPS测量的高度数据即可测出峰值高度,接下来就改模拟制作一个数据存储装置了:于是我用一块arduino nano,mpu6050(先暂时用mpu6050测验一下,总体换汤不换药),sd读卡模块和一张SD卡组成一个离线记录的装置,最后我会将mpu6050换成测量MQ131臭氧的传感器

先接线,sd卡槽模块接线参考这张图

2JZW$S`_50@_295B6JY3ASB.png

mpu6050接线就是SCL接A5,SDA接A4,SD内存卡内存是2GB的

这是大体的布局,先这么接着,方便后期调试

4E6964F120DDB077A93FAEBB891A6D36.jpg

总体原理就是由arduino nano读取mpu6050的数据,并且将数据以excl表格格式通过读卡模块保存在sd卡中

经过多次调整,最后总算可以正常地保存在内存卡中了

这是最后得到的数据,我通过折线图表示出来

V%6]XE`K%2UUP_`XZLL@HY5.png

测试代码如下

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Adafruit_MPU6050.h>
#include <SD.h>

Adafruit_MPU6050 mpu;
File dataFile;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  if (!SD.begin(SS)) {
    Serial.println("Failed to initialize SD card.");
    while (1);
  }
  dataFile = SD.open("data.csv", FILE_WRITE);
  if (dataFile) {
    dataFile.println("倾角X, 倾角Y, 倾角Z, X轴加速度, Y轴加速度, Z轴加速度, 温度℃");
    dataFile.close();
  } else {
    Serial.println("Error opening data.csv");
  }
}

void loop() {
  sensors_event_t a, g, temp;
  mpu.getEvent(&a, &g, &temp);

  dataFile = SD.open("data.csv", FILE_WRITE);
  if (dataFile) {
    dataFile.print(a.acceleration.x);
    dataFile.print(", ");
    dataFile.print(a.acceleration.y);
    dataFile.print(", ");
    dataFile.print(a.acceleration.z);
    dataFile.print(", ");
    dataFile.print(g.gyro.x);
    dataFile.print(", ");
    dataFile.print(g.gyro.y);
    dataFile.print(", ");
    dataFile.print(g.gyro.z);
    dataFile.print(", ");
    dataFile.println(temp.temperature);
    dataFile.close();
  } else {
    Serial.println("Error opening data.csv");
  }

  delay(50);
}

       然后就是数据的回传了,计划在天空端用arduino nano通过lora无线模块,结合21cm胶棒天线同时进行经纬度 臭氧浓度数据传输,在地面端通过lora模块和转接器结合MagicalANT Yagi-U 手持八木天线接收到笔记本上,我参考了lora模块的卖家资料。

F8EE36D9588D70B32AACF41764EE411A.jpg FDAB913B325E6A95F2AA089FDAB9A706.jpg

增益天线最后计划用Yagi的,支持420MHz-450MHz增益最高6dBi,空中天线裸露安装在泡沫箱侧端偏下,地面通过手持方式对准 ↓

EER{HI$B150X_H%33WA34T7.png FWCJ(9V6}{S1`ABXAT)58CI.png

     此外需要GPS定位模块,基站传回的那种↓(开机状态工作时长7-10天)

4FBDD944B2F3F4E90E2DA0D6EC14E6EC.jpg

影像记录的要求要高一点,上Gopro4

FDADB5C266DC50F256018B259B4BAE1D.jpg

     落地后用蜂鸣器的声音吸引人的注意,这个我在火箭代码的基础上稍微修改一下时间间隔就OK了,差不多是这样的:

744ABB511606DCB1805A9253ABDFAB5C.mp4  点击下载

蜂鸣器用这个是远远不够的,所以我又买了个9V的高分贝蜂鸣器,计划用arduino和继电器控制蜂鸣器的电路,为此提前写了代码,通过计算得到气球上升速度5m/s,降落速度3m/s,根据当地的平均风速0-3.6m/s,高度取38000m,最后估出间隔时间为20266s(5小时)即20266000ms,同时也修改了代码的参数

A0F45CE09DA53EE7322099D37520363F.jpg

$GWLW]$PYUD3ETD5KRJES%M.png

验证无误,这是代码

const int relayPin = 2;

void setup() {
  pinMode(relayPin, OUTPUT);  // 设置继电器引脚为输出模式
}

void loop() {
  digitalWrite(relayPin, LOW); // 默认情况下,继电器为关闭状态

  delay(20266000); //程序等待20266秒

  digitalWrite(relayPin, HIGH); // 经过20266秒后打开继电器
  delay(100);  // 等待一个较短的时间,以确保继电器稳定打开


3.总体布局规划

然后就该设备的布局安排了,确认泡沫箱的尺寸

CE3202C121E36FA518A884466B319D29.jpg

然后打算将电子设备模块化,加装在泡沫箱中,便于组装且一定程度上提高了密封性,最后的建模打印以实际尺寸,最后还要测试电源能给各部分电子设备的供电时间,为了方便开关,我打算将所有开发板并联在一个大电源上,10000毫安的电量

9A501CA335EA8FFFD1DC26290BEC1566.jpg 078EE745353AC786F8249966E2CE8E83.jpg

一块arduino nano工作时电流为30mA,电压是3.7V,所以可以计算出:

电池电量(mAh)/ 总功率消耗(W)=电池可供电时间(小时)

即:

10000mAh / (2 x 0.074W) ≈ 67.6小时(两三天的时间)


4.确定放飞地点

放飞地就选在河北张家口—张北草原,很幸运我就在张家口,地理位置还是很友善的,另外4KG以下的气球放飞无需资质,报备即可,这是今年的气象气球升放管理条例:

NAF6PVTJFISAW(WCQB)@I6I.png

另外参考一下风场的气象图↓

BCD03A5DC30B2CE507AFD156F8956F01.jpg 1705204042910.png 1705204646497.png

我这里的风向是西北吹向东南,降落地点大致在北京到天津一带

327B7BBEA7256310103CC94CE2D16D9E.jpg

至于气球空中横漂距离,我后期会进行实地探测的。再结合风向图,最后可能落在北京或者天津秦皇岛等城市,宽广人多便于找回。

开源协议
愿与大家分享交流最后的成果
资金预算
规格型号仍存在明显的错误,例如10000毫安的电源拿来干什么,整套设备没有任何地方需要如此大的电流。单位大小写不规范,基本科学素质有待提高。
用途 规格型号 单价(元) 数量 单位 合计(元)
气象气球 336寸1000g 560 1 560
GPS定位器 长宽高6.2CM*3.8CM*2CM 341 1 341
lora转接板 48mm*20mm 23 1 23
lora传输模块 sx1278 39 1 39
GPS模块 7M模块尺寸25mm*25mm 28 1 28
臭氧传感器 MQ131 50 1 50
OLED屏幕模块 0.96寸 20 1 20
3.7v电源 10000毫安 40 1 40
铝箔纸 铝箔 7 1 7
运动相机 GoPro 475 1 475
泡沫箱 209*109*127mm 9 1 9
蜂鸣器 供电电压9v 7 1 7
9v电源 1200mAh 17 1 17
反光贴 5cm宽 12 1 12
Yagi八木天线 展开410mm*320mm 229 1 229
lora模块 sx1278自带21cm胶棒天线 70 1 70
申请金额 1927 元
项目状态
提交申请
专家审核
管理员复核
结题
申请人已放弃申报
最新进展
来自:航空航天 / 航空技术自助服务区 / 科创基金
4
4
已屏蔽 原因:{{ notice.reason }}已屏蔽
{{notice.noticeContent}}
~~空空如也
虎哥
11个月19天前 修改于 11个月19天前 IP:四川
928322

测臭氧是个有趣的想法,就是材料里面太多硬伤,可能是你们学校物理化学老师平常要求太水,应该打屁股。

如果每个环节50%的成功率,上面七八个环节下来,成功率就只有可怜的0.3%了。我觉得你每个环节50%的成功率都没有,到处都是临时起意东拼西凑的东西,自己都没搞清楚就往计划里面塞。我记得看过一个视频,好像你急切的想给粉丝放个大招,似乎因而搞得手忙脚乱。其实把任何一个环节研究清楚,做扎实,也是值得自豪的。至少,关键核心功能要做到90%以上的可靠度,才能保证整个项目有50%的成功概率。

科创基金面临的问题,是一旦开始申请,许多人就一门心思针对审查员,全然忘了怎么把自己的项目做好,想必是把校园里的坏风气带来了社会,有的时候也挺悲哀的。

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WernerPleischner
11个月19天前 IP:广东
928326

初中学过大气环流应该知道,地面风速风向和高空乃至不同高度的完全是两码事。

仔细搜索一下,很容易找到各地气象单位同样是用探空气球测到的不同高度层风速数据。当然这也代表不了你当天的实际情况,仅作计算参考。

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sxm
11个月18天前 IP:海南
928339
引用虎哥发表于1楼的内容
测臭氧是个有趣的想法,就是材料里面太多硬伤,可能是你们学校物理化学老师平常要求太水,应该打屁股。如果...

他在B站上面答应评论区前多少名可以把他们想要祝福的话带上去,可能是因为答应了评论区的人,然后着急申请资金 我也是好奇,都有狗扑了,为什么还要再买?

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虎哥
11个月17天前 IP:四川
928349
引用sxm发表于3楼的内容
他在B站上面答应评论区前多少名可以把他们想要祝福的话带上去,可能是因为答应了评论区的人,然后着急申请...

主要是审核的成本比申请的金额还高,本来审核是协助申请人把研发思路弄清楚,提高申请人的科研素质,但是有的申请人对项目毫不用心,只对搞钱感兴趣,就比较浪费成本。看来基金申请制度需要改革一下了。

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