ISS 天線：打造你的桌面太空追蹤器

在浩瀚的宇宙中，國際空間站（ISS）作為一個重要的科研平臺，始終吸引著無數(shù)太空愛好者的目光。作為一名太空愛好者，我曾多次嘗試通過在線服務追蹤 ISS 的位置，但隨著這些服務的逐漸消失，我決定自己動手打造一個能夠實時提醒我 ISS 過境的桌面天線。今天，我將分享這個項目的詳細制作過程，希望它能成為你或你朋友的下一個有趣項目。

項目簡介

這個 ISS 天線項目是我制作的第三個 ISS 跟蹤設備。它不僅能告訴你 ISS 是否在你的頭頂上方，還能顯示它離你有多遠。這個迷你桌面天線的核心是一個 RGB LED，當 ISS 遠離你的位置時，它會發(fā)出紅色光芒；當 ISS 接近大約 1000 公里范圍內時，它會發(fā)出黃色光芒并緩慢閃爍；當 ISS 進入可見范圍時，它會發(fā)出綠色光芒并快速閃爍。這正是你沖到外面欣賞 ISS 飛越的絕佳時機。

這個項目不僅外觀酷炫，而且非常實用，適合作為禮物送給任何太空愛好者。接下來，我將詳細介紹如何制作這個 ISS 天線。

所需材料

在開始制作之前，我們需要準備以下材料和工具：

電子元件

1. ESP8266 微控制器：例如 Wemos D1 Mini，用于處理數(shù)據(jù)和控制 LED。
2. 共陰極 RGB LED：用于顯示 ISS 的位置信息。
3. 470Ω 電阻：用于限制 LED 的電流，防止損壞。
4. 連接線：用于連接各個組件。
5. Micro USB 數(shù)據(jù)線：用于給 ESP8266 供電。

3D 打印材料

• PLA 或 ABS 耗材：用于打印天線的外殼。
• 3D 打印機：用于打印天線的各個部件。

其他材料

• 噴漆（可選）：用于給天線外殼上色。
• 膠水：用于固定各個部件。

設計與 3D 打印

設計思路

為了制作這個 ISS 天線，我使用了 Fusion 360 進行建模。整個天線由以下幾個部分組成：

1. 側三角架：用于支撐整個天線結構。
2. 外殼：用于容納 ESP8266 微控制器和電線。
3. 橋接部分：用于固定天線的碟形部分。
4. 碟形部分：用于安裝 RGB LED。
5. 圓形蓋板：用于覆蓋 LED 引腳的焊接部分。

3D 打印過程

1. 模型設計：在 Fusion 360 中設計好各個部件后，將模型導出為 STL 文件。
2. 切片設置：將 STL 文件導入到切片軟件（如 Cura）中，設置打印參數(shù)。建議使用默認參數(shù)，以確保打印質量。
3. 打印過程：將 PLA 或 ABS 耗材裝入 3D 打印機，開始打印。打印完成后，檢查各個部件是否有瑕疵，如有需要可以進行簡單的清理。

如果你沒有 3D 打印機，也可以使用 PVC 板手工制作天線的各個部件。例如，你可以用冰激凌杯作為碟形部分。

電路搭建

電路連接

1. 連接 RGB LED：
   • RGB LED 的紅色引腳連接到 ESP8266 的 D5 引腳。
   • RGB LED 的綠色引腳連接到 ESP8266 的 D6 引腳。
   • RGB LED 的藍色引腳連接到 ESP8266 的 D7 引腳。
   • RGB LED 的共陰極引腳連接到 ESP8266 的 GND 引腳。
2. 連接電阻：
   • 在每個 LED 引腳和 ESP8266 引腳之間串聯(lián)一個 470Ω 電阻，以限制電流。
3. 連接電源：
   • 使用 Micro USB 數(shù)據(jù)線為 ESP8266 供電。
     

焊接過程

1. 焊接電阻：將 470Ω 電阻焊接到 RGB LED 的每個引腳上。
2. 連接電線：將電阻的另一端連接到 ESP8266 的對應引腳上。
3. 固定 LED：將 LED 安裝到圓形蓋板上，并用膠水固定。

最終組裝

組裝步驟

1. 1. 安裝三角架：將三角架的各個部分用膠水粘合在一起，確保結構穩(wěn)固。
   2. 安裝外殼：將 ESP8266 微控制器放入外殼中，并用膠水固定。
   3. 安裝碟形部分：將碟形部分安裝到橋接部分上，并用膠水固定。
   4. 安裝 LED：將 RGB LED 安裝到碟形部分的中心，并用膠水固定。
   5. 連接電線：將所有電線通過外殼的孔洞引出，并連接到 ESP8266 上。
   6. 安裝天線：將天線安裝到橋接部分上，并用膠水固定。

上色與裝飾

1. 噴漆：使用噴漆為天線的各個部件上色，使其外觀更加美觀。
2. 組裝完成：將所有部件組裝在一起，完成整個天線的制作。

代碼上傳

代碼功能

這個項目的代碼主要實現(xiàn)以下功能：

1. 獲取 ISS 的實時位置：通過 Open Notify API 獲取 ISS 的實時經緯度。
2. 計算距離：使用 Haversine 公式計算 ISS 與你當前位置的距離。
3. 更新 LED 顏色：根據(jù) ISS 的距離，更新 RGB LED 的顏色和閃爍頻率。

代碼示例

以下是代碼的核心部分：

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ArduinoJson.h>
#include <Adafruit_NeoPixel.h>

#define LED_PIN     D5
#define LED_COUNT   1
#define WIFI_SSID   "your_ssid"
#define WIFI_PASS   "your_password"

Adafruit_NeoPixel strip(LED_COUNT, LED_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

const char* api_url = "http://api.open-notify.org/iss-now.json";
const double home_lat = 37.7749; // 替換為你的緯度
const double home_lon = -122.4194; // 替換為你的經度

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASS);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("WiFi connected");

  strip.begin();
  strip.show();
}

void loop() {
  if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {
    HTTPClient http;
    http.begin(api_url);
    int httpCode = http.GET();
    if (httpCode > 0) {
      String payload = http.getString();
      DynamicJsonDocument doc(1024);
      deserializeJson(doc, payload);

      double iss_lat = doc["iss_position"]["latitude"];
      double iss_lon = doc["iss_position"]["longitude"];

      double distance = haversine(home_lat, home_lon, iss_lat, iss_lon);
      updateLED(distance);
    }
    http.end();
  }
  delay(30000); // 每 30 秒更新一次
}

double haversine(double lat1, double lon1, double lat2, double lon2) {
  const double R = 6371; // 地球半徑，單位：公里
  double dLat = degToRad(lat2 - lat1);
  double dLon = degToRad(lon2 - lon1);
  double a = sin(dLat / 2) * sin(dLat / 2) +
             cos(degToRad(lat1)) * cos(degToRad(lat2)) *
             sin(dLon / 2) * sin(dLon / 2);
  double c = 2 * atan2(sqrt(a), sqrt(1 - a));
  return R * c;
}

void updateLED(double distance) {
  if (distance > 1000) {
    strip.setPixelColor(0, strip.Color(255, 0, 0)); // 紅色
  } else if (distance > 500) {
    strip.setPixelColor(0, strip.Color(255, 255, 0)); // 黃色
  } else {
    strip.setPixelColor(0, strip.Color(0, 255, 0)); // 綠色
  }
  strip.show();
}

上傳代碼

1. 安裝 Arduino IDE：從 Arduino 官方網(wǎng)站下載并安裝 Arduino IDE。
2. 安裝 ESP8266 板管理器：在 Arduino IDE 中，打開“文件”->“首選項”，然后打開“工具”->“開發(fā)板”->“開發(fā)板管理器”，搜索并安裝 ESP8266。
3. 安裝所需庫：在 Arduino IDE 中，打開“草圖”->“包含庫”->“管理庫”，搜索并安裝以下庫：
   • ESP8266WiFi
   • ArduinoJson
4. 上傳代碼：將上述代碼復制到 Arduino IDE 中，選擇正確的開發(fā)板類型（Wemos D1 Mini）和 COM 端口，然后點擊“上傳”按鈕。

測試與使用

測試步驟

1. 連接電源：使用 Micro USB 數(shù)據(jù)線為 ESP8266 供電。
2. 檢查 LED：觀察 RGB LED 的顏色變化，確保其能夠根據(jù) ISS 的距離正確顯示顏色。
3. 調整位置：將天線放置在你的工作桌上，確保其能夠正常工作。
   
   

使用建議

• 夜間觀察：在夜間，你可以通過 LED 的顏色變化快速判斷 ISS 是否在可見范圍內。
• 個性化：你可以通過修改代碼來調整 LED 的顏色和閃爍頻率，使其更適合你的需求。
• 美化外殼：你可以使用噴漆或貼紙來美化 3D 打印的外殼，使其更加符合你的個人風格。

項目擴展

這個項目不僅是一個有趣的 DIY 項目，還可以根據(jù)你的需求進行擴展和定制。以下是一些擴展建議：

1. 添加更多傳感器：例如，添加溫度傳感器或濕度傳感器，擴展設備的功能。
2. 數(shù)據(jù)記錄：添加一個 SD 卡模塊，用于記錄 ISS 的過境數(shù)據(jù)，方便后續(xù)分析。
3. 添加藍牙功能：通過添加藍牙模塊，將測量數(shù)據(jù)傳輸到手機或其他設備。
4. 美化外殼：使用噴漆或貼紙來美化 3D 打印的外殼，使其更加符合你的個人風格。

總結

這個 ISS 天線項目是一個非常有趣且實用的 DIY 項目，它不僅能夠讓你親手制作一個能夠實時提醒你 ISS 過境的桌面天線，還能讓你學習到 3D 打印、電子電路搭建和 Arduino 編程的基礎知識。通過這個項目，你可以實現(xiàn)對 ISS 的實時追蹤，并通過 RGB LED 清晰地顯示其位置信息。更重要的是，你可以根據(jù)自己的需求對項目進行擴展和定制，讓它成為你獨一無二的桌面裝飾品。

希望這篇文章能夠激發(fā)你的創(chuàng)造力，讓你動手制作屬于自己的 ISS 天線。如果你在制作過程中遇到任何問題，歡迎在評論區(qū)留言，我會盡力為你解答。如果你已經完成了這個項目，也歡迎在評論區(qū)分享你的作品，讓我們一起交流和學習！

希望你喜歡這個項目，并在構建過程中找到樂趣！如果你有任何問題或需要幫助，歡迎在評論區(qū)交流。

作者：Svan.

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