描述

你有沒有想過火箭發(fā)動機的推力是什么樣的？好吧，你可以自己找出來！使用稱重傳感器、HX711 稱重傳感器放大器和 Arduino Uno，您可以為自己制作一個測試臺。首先，我們將介紹它是如何工作的，然后我們將向您展示如何制作自己的。所以讓我們開始吧！

典型模型火箭發(fā)動機的推力如下所示：

如您所見，在大約 0.1 秒內(nèi)，推力出現(xiàn)了一個巨大的峰值，然后趨于平穩(wěn)。我們需要能夠準(zhǔn)確地衡量這一點。為此，我們將使用四線稱重傳感器。

問題是 Arduino 無法讀取稱重傳感器輸出的電信號。這就是稱重傳感器放大器的用武之地。稱重傳感器放大器將放大來自稱重傳感器的信號，因此 Arduino 數(shù)字引腳將能夠處理數(shù)據(jù)。對于這個項目，我們將不得不使用 Sparkfun HX711 放大器，因為它可以讓您將頻率從 10hz 更改為 80hz，而 10hz 不足以用于火箭測試臺。

那么讓我們開始使用這些材料：

此外，如果您想觀看一些鏡頭和數(shù)據(jù)分析，請查看這些視

材料：

帶有星星的那些意味著你需要得到那個特定的。除此之外，其他的都值得推薦。全部來自亞馬遜：

• 阿杜諾

• HX711 稱重傳感器放大器*

• 跳線

• 5公斤稱重傳感器

• 面包板

• 烙鐵+電線

• 熱收縮

• 公頭針

電子產(chǎn)品

首先，您需要將稱重傳感器的電線焊接到 Arduino 面包板跳線。您可能需要剝?nèi)シQ重傳感器的電線，以便輕松地將電線焊接在一起。

現(xiàn)在只需添加熱縮管也可以保護(hù)電線。

安裝稱重傳感器并制作秤盤：

現(xiàn)在電線已焊接并熱縮，我們可以將稱重傳感器連接到鉆機上。稱重傳感器上應(yīng)該有一個標(biāo)簽，顯示最大重量和一個箭頭。我們希望稱重傳感器的位置使箭頭指向下方，并且稱重板位于其正上方，如下所示。↓ 您可以使用木材或 3D 打印部件來連接稱重傳感器。

將稱重傳感器連接到 HX711，然后連接到 Arduino Uno：

首先，您需要準(zhǔn)備稱重傳感器。Sparkfun HX711 放大器的默認(rèn)設(shè)置為 10hz。您需要將其更改為 80 赫茲，以便每秒獲得更多讀數(shù)。為此，請使用 X-Acto 刀切割電路板背面的 RATE 線。此外，將公頭引腳焊接到 HX711 板上。

在板的左側(cè)，有引腳標(biāo)簽：RED、BLK、WHT、GRN 和 YLW。最后一個引腳 YLW 將不會被使用。使用面包板，將紅色、黑色、白色和綠色引腳連接到 HX711 上的 RED、BLK、WHT 和 GRN 引腳。現(xiàn)在，將 VCC 引腳連接到 Arduino 上的 5V 引腳，將 DAT 引腳連接到 Arduino 上的數(shù)字引腳 8，將 CLK 引腳連接到數(shù)字引腳 9，并將 GND 引腳連接到地。現(xiàn)在你已經(jīng)完成了電子設(shè)備。

現(xiàn)在我們需要構(gòu)建電機支架。

從 Estes 網(wǎng)站或其他火箭公司，購買發(fā)動機支架的零件并建造它。然后拿到發(fā)動機支架并將其連接到帶有環(huán)氧樹脂的 PVC 管中。確保一切都非常堅固，因為您可能會對電機支架進(jìn)行大量測試。之后，在 PVC 底部鉆一個大孔，以便可以安全地存放彈射裝藥。現(xiàn)在，將 PVC 管粘在秤上。如果 PVC 有點歪，不用擔(dān)心數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的。

現(xiàn)在所有的建筑和電子設(shè)備都完成了。我們現(xiàn)在需要上傳軟件。

上傳代碼

轉(zhuǎn)到Arduino IDE 下載。按照下載說明安裝應(yīng)用程序。你也可以使用我個人的 IDE PlatformIO。

完成下載后，轉(zhuǎn)到此GitHub 存儲庫。

下載 Zip 文件并解壓縮。打開文件夾并轉(zhuǎn)到“Test Stand Calibration”，在文件夾內(nèi)，應(yīng)該有一個名為 Calibration21 的.ino 文件。使用 Arduino 應(yīng)用程序打開文件，它會要求您創(chuàng)建一個文件夾。單擊是并打開代碼。

打開代碼后，將 Arduino 連接到您的設(shè)備。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到左上角的“工具”并選擇您的板作為“Arduino Uno”并選擇適合的串行監(jiān)視器。

現(xiàn)在單擊“文件”選項卡下方的上傳或帶有箭頭的按鈕。如果上傳有問題，請嘗試更改串口。

現(xiàn)在代碼已上傳到 Arduino，按 CTRL+SHIFT+M 或 CMMD+SHIFT+M 打開串行監(jiān)視器并將波特率更改為 57600。

現(xiàn)在我們可以開始校準(zhǔn)和測試電子設(shè)備了。

校準(zhǔn)

現(xiàn)在串行監(jiān)視器已啟動，它應(yīng)該啟動并要求您去皮重。將測試臺放在平坦的表面上，確保稱重傳感器上沒有負(fù)載。完成后，通過串行監(jiān)視器發(fā)送“t”。

之后，它會要求您提供校準(zhǔn)砝碼。使用單獨的秤或已知重量（例如 iPhone），將該重量放在秤上并輸入以克為單位的物體重量。然后串行監(jiān)視器將為您提供校準(zhǔn)值。將該值復(fù)制到剪貼板。

現(xiàn)在通過串行監(jiān)視器發(fā)送“y”。監(jiān)視器應(yīng)該開始輸出值。如果您取下校準(zhǔn)砝碼，串行監(jiān)視器應(yīng)立即讀取 0.0，如果您重新戴上或增加砝碼，串行監(jiān)視器應(yīng)增加該值。

• 如果串行監(jiān)視器讀取 n/a，則檢查引腳名稱和接線。

• 如果串行監(jiān)視器不是每秒讀取 90 個點，請切斷跳線。

現(xiàn)在您已經(jīng)復(fù)制了校準(zhǔn)值，轉(zhuǎn)到從 GitHub 下載的同一個文件夾，然后從該文件夾中打開 Measure.ino，然后使用 Arduino App 打開它。

現(xiàn)在將校準(zhǔn)值粘貼到變量槽中，如下所示。

現(xiàn)在您已經(jīng)復(fù)制了校準(zhǔn)值，轉(zhuǎn)到從 GitHub 下載的同一個文件夾，然后從該文件夾中打開 Measure.ino 并使用 Arduino App 打開它。

現(xiàn)在將校準(zhǔn)值粘貼到變量槽中，如下所示。

現(xiàn)在您已經(jīng)更改了校準(zhǔn)值，再次將代碼上傳到 Arduino，然后按 CTRL+SHIFT+M 或 CMMD+SHIFT+M 打開串行監(jiān)視器。顯示屏應(yīng)等待幾秒鐘并開始輸出數(shù)據(jù)。如果關(guān)閉，請確保您的校準(zhǔn)砝碼。

如果一切正常，您的測試臺已準(zhǔn)備就緒！

測試——在測試之前要非常小心并閱讀所有程序，并且只能使用經(jīng)過認(rèn)證的電機，例如 Estes 模型火箭發(fā)動機。

在測試之前，請確保電機安裝非常牢固，并且安全程序已到位。

設(shè)置：

將測試臺架安裝在室外的空曠區(qū)域，經(jīng)批準(zhǔn)可用于火箭測試。確保附近沒有易燃物品。現(xiàn)在使用電纜將您的設(shè)備連接到 Arduino 并上傳 Calibration21 代碼。確保您的設(shè)備位于安全可靠的區(qū)域。你可能需要用一些東西來保護(hù)它。現(xiàn)在校準(zhǔn)代碼已上傳，插入電機和點火系統(tǒng)。確保安全鑰匙在外面！

現(xiàn)在電機已就位，打開串行監(jiān)視器（CTRL+SHIFT+M，或 CMMD+SHIFT+M）并發(fā)送“t”來為秤去皮。皮重完成后，將校準(zhǔn)砝碼放在上面（越重越好）并將校準(zhǔn)砝碼的重量（以克為單位）輸入串行監(jiān)視器。

串行監(jiān)視器應(yīng)該給你一個校準(zhǔn)值。復(fù)制該值（像以前一樣）并在串行監(jiān)視器中輸入“y”以確保您的測試臺正常工作。在串行監(jiān)視器中輸入“y”后，串行監(jiān)視器應(yīng)準(zhǔn)確顯示稱重傳感器上的力值。

確保稱重傳感器正常工作后，打開通過 Arduino 應(yīng)用程序從 GitHub 下載的“Measuring.ino”代碼。將校準(zhǔn)值粘貼到代碼中（像以前一樣）并上傳代碼。現(xiàn)在代碼已上傳，打開串行監(jiān)視器（CTRL+SHIFT+M 或 CMMD+SHIFT+M）。確保串行監(jiān)視器顯示時間戳。現(xiàn)在串行監(jiān)視器將開始輸出稱重傳感器上的重量。不要在稱重傳感器上放置任何重量。

清除串行監(jiān)視器的輸出，盡快返回并啟動電機。電機完成燃燒后，跑回支架并按下 Arduino 板上的重置按鈕。

我們在啟動前清除輸出的原因是為了減少值（因為每秒有 80 個值需要排序），而我們顯示時間戳的原因是為了以后可以輕松地繪制數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在將串行監(jiān)視器中的所有數(shù)據(jù)復(fù)制到剪貼板，并將其粘貼到 Word 文檔或注釋中。保存文檔，以便稍后查看數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)分析：

現(xiàn)在您已經(jīng)保存了數(shù)據(jù)，請打開它。將所有時間戳復(fù)制到 Excel 文檔中。您可能需要重新調(diào)整，因為串行監(jiān)視器的時間戳顯示實際世界時間 (HH:MM:SS)。現(xiàn)在將值輸入到 Excel 文檔中，完成后（應(yīng)該需要一段時間），制作一個圖表。它應(yīng)該看起來接近您可以在線查找的推力曲線。（我們目前正在開發(fā)一個新代碼，以便有更好的時間戳）

要將克轉(zhuǎn)換為牛頓，請將克轉(zhuǎn)換為千克，然后將千克乘以 9.807。

你應(yīng)該有一個很棒的圖表！

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