Telemetría Ambiental Con Cohete De Agua: 8 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Hola soy Fabián Picado García y quiero mostrarles cómo Developrar un sistema de telemetría ambiental mediante el empleo de un cohete de agua, lo cual impla que nos enfocaremos en la construcción de dos components:

а) primero, un cohete y su base de lanzamiento; у

б) luego, un sistema de recolección de datos incrado al cohete.

De esta forma, concretaremos el main objetivo de este proyecto, consistente en:

- Medir la Concentración de Monóxido de Carbono (CO) en el aire según la altitud y lugar geográfico mediante un cohete de agua, para establecer suposible impacto tóxico en las aves.

Como ya lo habrán notado, es una meta bastante ambiciosa pero realizable. Para hacerlo debemos recolectar differentes datos (por ejemplo las variaciones de presión y en la aceleración) y, finalmente, identiftificar la concentración en el aire del citado gas (CO), para así establecer sus efectos.

Una cosa si es segura, al terminar contaremos con un sistema de telemetría con un costo aproximado de sesenta mil colones y de gran interés ambiental, морской пункт aportar con la preservación de nuestro hogar: el planeta Tierra.

Ahora sí, ¡manos a la obra!

Шаг 1. Незаменимые материалы

Materiales:

1. Датчик барометрического давления. * Версия:

2. Un acelerómetro. * Ver:

3. Сенсор угарного газа. Вер:

4. Arduino UNO. Вер:

5. Un Adafruit Featther MO. * Вер:

6. Приемник Un emisor y (2 антенны de cobre *). Вер:

7. Макетные платы Tres (с размерами siguientes: verde de 1,5 x 2 см и blanca de 83 x 54,5 см). Вер: а) https://www.crcibernetica.com/clear-breadboard-8-3… б)

8. Ламины МДФ толщиной 3 мм для более длинных.

9. Торнильо M3X25 и M2X12.

10. Una pantalla LCD. Вер:

11. Дос кабели USB (тип B и тип Micro USB).

12. Dos botellas de plástico de 3 litros (usadas para refrescos).

13. Ботелла пластика на 2,5 литра (usada para refresco).

14. La mitad de una esfera plástica, hueca y de 45 mm de diámetro.

15. Una bolsa plástica para basura.

16. Un rollo de pábilo.

17. Una cinta adhesiva y un rollo de tape eléctrico.

18. Dos litros de agua.

19. Карта памяти Micro SD и SD-адаптер.

20. Для базовых помещений: 2 трубы из ПВХ размером 1/2 дюйма на 6 метро, 3 штуцера из ПВХ толщиной 1/2 дюйма, 3 штуцера из ПВХ толщиной 1/2 дюйма для продажи трубок, унив. de PVC de 2”(lanzador), 8 gazas plásticas, 2 gazas metálicas, trozo de botella plástica de 2,5 литра (sobrante de la utilizada), pegamento для PVC и válvula para aro de carro.

* Примечание: estas piezas Requieren de soldadura previa en sus pines.

1. Herramientas: 1. Cautín y soldadura de estaño. 2. Desatornillador. 3. Аликате. 4. Tijeras. 5. Регла. 6. Ллав Аллен (para ajustar tornillos). 7. Куттер для кучиллы. 8. Маркадор. 9. Computadora (рекомендуется portátil). 10. Двустворчатое инфладорное давление 100 фунтов на квадратный дюйм.

Шаг 2: Cortar El Cohete

En esta etapa construiremos los módulos, el cono y el paracaídas del cohete. Empezaremos por el comparetimiento denominado módulo 2 de mediciones porque aquí se almacenará el sistema de telemetría. Для разработки тома уна-де-лас-дос-ботеллас-де-3 литра (предпочтительные эстас ботеллас дебен-эль-цилиндро с уна-вершиной лиза) и кортамос кон-ла-кухилла-донде-терминал-лас-дус-ботеллас на нижнем уровне; es decir, aproximadamente de la boca de la botella a dicho punto se miden 31 см (donde se marca en la imageen), cortándose en línea recta y alrededor de todo el perímetro. Lo que nos interesa conservar es el cilindro pues la parte inferior cortada se desecha. Además, para obtener la nivelación de la presión necesaria del sensor, debe abrirse en este módulo 2 una ventana que ubicaremos en la parte media de la botella, específicamente a una distancia de 13 cm de su boca. La ventana se hace en forma прямоугольная, dibujándose con marcador el contorno con una sizesión de 4.5 cm x 7 cm y para realizar los cuatro cortes con la cuchilla les Recomiendo introducir dentro de la botella una base o apoyo sólido y encima de este una hoja blan Para que se pueda indentir el rectángulo marcado. Después cubrimos los bordes con tape eléctrico para evitar accidentes.

Al segundo comptimiento le llamamos módulo 1 de propulsión porque es el que impulsa el cohete durante el despegue. Su detailración es muy simple porque se usa la botella en sí, sin añadirle ni hacerle ningún cambio o modificación. Eso sí, es фундаментальный cerciorarse que no context ningún tipo de agujero o filtración porque aquí se vaciarán los 2 litros de agua antes del despegue; líquido que funcionará como горючие материалы.

Cono del cohete: эта разработка кон ла tercera botella de 2,5 литра, midiéndose 12 см из boca de la botella hacia su base, punto en el cual se realiza un corte con la cuchilla en línea recta y alrededor de todo el diámetro (como se muestra en la imageen). Posteriormente, tomamos la pieza que contiene la boca de la botella (la restante se puede utilizar en la base de lanzamiento) и тапамос ла última con la mitad de la esfera диаметром 45 мм. La esfera se adhiere a la tapa con tape eléctrico, dándole dos vueltas para que se sujete bien.

Paracaídas: es el component que amortigua el aterrizaje, para su construcción usamos una bolsa plástica para basura rectangular de 45 см x 50 см, la cual en mi caso diffiere de las comunes debido a su forma distinta en la parte inferior (verImage). Sin embargo, en la eventualidad de no consguir de este tipo, la solución es adaptar cualquier bolsa de plástico del supermercado y cuyo tamaño sea de aproximadamente 29 см x 47 см (включая en la última medida las agarraderas). Primero, acomodan la bolsa introduciendo los pliegues de los lados para queque con la forma rectangular indicada (соответствует viene empacada cuando todavía no ha sido usada y se aprecia en la foto). Después le cortan las asas o las agarraderas, doblan la bolsa a la mitad, unen con cinta adhesiva ambas partes por el borde inferior y la voltean de afuera hacia adentro, de manera tal que la unión realizada quede a lo interno de la bolsa Para ser usada. (Ver las imágenes)

Luego nos ubicamos en la parte superior de la bolsa (por donde normalmente seroductioncen los objetos en esta) y hacemos cinco aberturas, de modo que el perímetro de la bolsa (que por cierto es mayor en ese borde que en el inferior debido a las porciones dobladas no ha sido utilizada) se Divide e Identifica con el marcador en cinco fracciones, para obtener el espaciado entre cada abertura que realizaremos. La bolsa que empleo mide 90 cm de perímetro (продольное, аналогично a la que presenta la bolsa adapada), por lo que marqué 18 cm de espaciado. Además, cada abertura se efectúa con la tijera, de modo que iniciamos el corte en el borde superior hacia el borde inferior de la bolsa, hasta alcanzar 20 см в длину; Por lo que, una vez cortadas todas las aberturas, se generan 5 franjas en la bolsa. Después, tomamos el pábilo y cortamos un segmento de 70 cm, el cual atamos en el extremo superior de la primera franja de la bolsa, Para hacerlo enrollamos la base inferior de la franja, colocamos el pábilo a una distancia de 7 cm del borde, lo pasamos alrededor del rollo, le hacemos un nudo; luego le damos una vuelta más y hacemos un segundo nudo. Seguimos este linkedinto con las cuatro franjas restantes (según la secuencia fotográfica).

Por último, juntamos los cinco segmentos de pábilo y sobre ellos montamos un sexto segmento de pábilo de 60 cm. Hacemos un nudo con todos los hilos, el cual debe quedar bien firme. El extremo final del pábilo se enrolla dos veces en la boca de la botella del módulo 2 y, luego, para unir el paracaídas con el comptimiento de mediciones hacemos otro nudo (como se aprecia en las imágenes).

Шаг 3: Conexiones Eléctricas (рецептор)

Llegó el momento de realizar las conexiones eléctricas entre la pantalla LCD y la placa de prototipado o layout, con el fin de recibir la señal sobre el inicio de las mediciones.

Для начинающих, подключите кабели ЖК-дисплея к Arduino UNO и на площади прототипа (сегмент видео). Все уважение к важным наблюдениям:

a) Aclarar que para las conexiones de la pantalla nos basamos en el texto: "El libro de proyectos de Arduino" (2014, p.116) y para la conexión de cada pin consultamos la hoja de datos del recor. Вер:

б) En la conexión de la pantalla seguiremos la Identificación del Arduino UNO (como se ve en la imagen adjunta); sin embargo, les Recomiendo cambiar el Potenciómetro Por una resistencia fija con un valor de 10 k y conectamos a GND (divisor de tensión), por lo que no les aconsejo utilizar el elemento propuesto en el citado libro, cuyo ajuste es manual. Lo anterior con el fin de que el brillo de la pantalla se mantenga constante sin Requerir ajustes.

En segundo orden, dado que es necesaria la protección y instilidad de la placa de prototipado con sus conexiones, también vamos a elegance lo que llamamos una "caja Receptora", la cual tiene forma de prisma прямоугольной формы 150 x 80 x 80 мм. Процедура для строительства ламелей, описывающих среднюю поверхность, на ламинированных плитах из МДФ (толщиной 3 мм). Descargue el siguiente archivo que contiene las formas con los cortes en láser. Debo indicar que el contorno de las caras del prisma está basado en el designrado por Thomas de Camino. Вер:

Архив:

Cuando tenemos listos los cortes de la caja, en una de las caras debe empotrarse la pantalla LCD, размером 150 x 80 мм, проложить кабели прямоугольной формы, для оконечных элементов (конторнилей M3) на панели (с видео). Con la placa de prototipado y sus circuitos ya terminada, выполняет colocar el рецептор y su антенна. La última debemos hacerla manualmente porque si bien en la hoja de datos sí se visualiza como parte del kit de emisor y рецептор, lo cierto es que no venía en el producto comprado y por ello, tenemos que construirla. Con este propósito les Recomiendo enrollar un alambre de cobre en una pieza cilíndrica de 5 mm de diámetro (yo utilizo una pieza de Lego pero pueden usar un lápiz, lapicero, etc.). Антенны 21 espiras y se deja un espacio de 2 cm para soldarla en el рецептор y así lograr mejor манипуляция и funcionamiento (ver el detalle en la secuencia fotográfica).

Para la instalación de la антенна-рецептор для этого como modelo la hoja de datos antes referenceida, pero conectando el pin de "data" en la entrada digital 8 del Arduino UNO porque en la hoja lo ubican en el pin 2, el cual ya está ocupado.

Habiendo colocado el рецептор y la антенна, introducimos la placa del prototipado que debe quedar al frente de los pines de las salidas de alimentación del Arduino UNO; es decir, en posición paralela a la pared donde se empotró la pantalla dentro de la caja Receptora, para lo cual se engranan las restantes paredes de la caja. En la pared posterior se debe dejar la prevista para la conexión de USB en la ranura cuadrada y el rectangular para la salida de la антенна. (Посмотреть видео).

Шаг 4: Conexiones Eléctricas (A Bordo Del Cohete)

En esta etapa vamos a ensamblar el sistema de telemetría que se Introduction posteriormente en el módulo 2 del cohete.

Начните использовать микроконтроллер с пером Adafruit M0, барометрический датчик давления, датчик газа MQ-7 и соответствующий макет, а также морской параметр, подключенный к входу.

Ante lo dicho ocuparemos una estructura a la cual adherir los indicados components. Con este propósito design una con forma cilíndrica integration por dos discos de 115 mm de diámetro y una pieza прямоугольной формы 70 x 50 мм; adjuntándose el archivo para el corte láser. Архив:

Прямоугольные пьезоэлементы и торнильи M2 sujetamos cada uno de los components en su respectivo espacio. Para ello sujetamos la pieza de MDF de forma tal que las aberturas de los dos rectángulos paralelos se posicionen en el borde superior izquierdo y seguidamente, colocamos el microcontrolador con el USB hacia abajo, agregándole cuatro pie espaciadores deloas per loasocual util también pueden usarse tuercas o cualquier otro elemento funcional. De esta manera se le da la separación necesaria para fastenar su posterior conexión. Después ponemos el sensor de presión y así, sucesivamente, los restantes components, todo según la imageen. Les sugiero pegar las layout con tape eléctrico (aunque igual puede emplearse goma, silicona o similares) y colocar la memoria antes del microcontrolador porque, de lo contrario, la tapa inferior no lo permite.

Luego tomamos una de las dos tapas loops, específicamente la que tiene varios agujeros, y la ponemos en la parte superior, o sea por encima del Adafruit Перо M0. En los agujeros de dicha tapa adherimos el acelerómetro y, posteriormente, las respectivas macroboards con las conexiones del circuito. Макетная плата blanca y la primera macro verde en la pieza прямоугольная. La segunda макет верде en la tapa superior junto al acelerómetro.

На макетной плате цвета бланко соединены штырями на уровне микроконтроллера а-ля отрицательная часть таблицы и штыревой USB-разъем для подключения к положительной части. Пин SDA lo conectamos a una de las filas de la макетная доска, цвет зеленый; de igual manera, со штифтом SCL.

Для подключения датчика давления к штифту Vcc lo insertamos en la columna positiva. De igual manera, con el pin GND en la columna negativa. Finalmente, los pines SDA y SCL los conectamos en sus respectivas columnsas de la layout verde.

En cuanto al sensor de gas, el pin Vcc lo conectamos a la columna positiva y el pin GND en la negativa. Ультимативно, контакт A0 с контактом A0 с контактом A3 с микроконтроллером установлен на макетной плате.

Para el acelerómetro conectamos el pin GND en la columna negativa y el pin Vcc lo conectamos en una de las filas de alimentación de la macro verde, luego de aquí al pin 3.3 V de micro controlador. Después, los pines SDA y SCL se unen con la respectiva columna de la layout verde.

Por otro lado, en la layout que colocamos en la parte superior conectamos el emisor. Штырь Vcc и контакт GND находятся с положительной колонкой и отрицательной индикацией цвета белого цвета. Asimismo, контактные данные для подключения к 11-му микроконтроллеру.

En resumen, las conexiones en una de las dos layout verdes puede observarse en la imagen adjunta.

Después, pegamos la batería USB en la pieza прямоугольный, al frente y en posición вертикальный. A este momento lo único que nos resta es insertar esta estructura en el módulo 2 del cohete, lo cual se hace manualmente y en el momento en que se va a iniciar la recolección de datos. La forma de ingresarla es ubicando la parte donde está la антенна-де-пример. Después debe alinearse con la ventana que abrimos en este comparetimiento y así lograr la Venación necesaria pues al quedar de frente a tal ventana enableirá que el sensor de presión y de gas puedan efectuar las correctiveas mediciones de height y decentración de CO en el elitude.

Шаг 5: Descargar Los Programas

Вы можете скачать программы на микроконтроллерах для функциональности. Con este propósito ingrese en la siguiente página y descargue los archivos denominados: a) emisión de datos, b) recpción de datos yc) las librerías necesarias (I2Cdev.zip, MPU6050.zip, Adafruit_BMP280_zip, Adafruit_BMP280_Library.). Архивы:

Dentro de cada programa se Included, a manera de comentario, las correientes explicaciones sobre el funcionamiento general de cada uno de ellos.

Для скачивания программы на микроконтроллере, которая реализует ключевые слова:

-Arduino UNO: подключите USB-кабель к ресиверу и USB-порту компьютера. В программном обеспечении Arduino IDE, используемом для выбора элементов управления COM и Arduino UNO в соответствии с соединением (вычисление параметров индикатора dicho puerto). Igual, dentro de la pestaña Herramientas, entramos a Placa y seleccionamos Arduino / Genuino UNO (ver captura de pantalla). Finalmente, damos click en subir y se realiza la descarga.

-Adafruit перо M0: подключите кабель USB для системы телеметрии к USB-порту компьютера. Используйте программное обеспечение Arduino IDE и используйте его в качестве избранного в пуэрто COM, а затем используйте перо Adafruit M0 в комплекте. Nos mantenemos en Herramientas, ahí nos dirigimos a Placa y seleccionamos Adafruit Перо M0 (ver captura de pantalla). Para finalizar, damos click en subir.

Después, para comprobar el trabajo realizado desde el software ingresamos al monitor serie para cada uno de los tools construidos y verificamos datos en pantalla.

Шаг 6: Ensamblar El Cohete Y La Base Del Lanzamiento

Una de las partes más fáciles y emocionantes del proyecto es cuando unimos todas las piezas del cohete para luego dar inicio a la medición de los datos Requeridos.

Comenzamos con el empaque del paracaídas, para lo cual doblamos la bolsa a la mitad y luego dividimos la franja que se nos forma en tres porciones. La primera se dobla hacia donde están amarrados los pábilos, luego se dobla la segunda parte en la misma dirección. Después, se toman todos los pábilos unidos con las manos y se rodea la última fracción del paracaídas hasta que los pábilos la rodeen por completeto ya no queda más pábilo por enrollar. El paquete formado se coloca tapando la boca de la botella del módulo 2, al cual antes habíamos atado el paracaídas. Encima se pone el cono presionado la pieza hacia el módulo 2 (como se observa en las imágenes).

Posteriormente, correde ensamblar el módulo 1 pero aquí en forma provisional pues, de manera Definitiva, se realizará cuando ya se va a efectuar el despegue y hayamos cargado el líquido que funciona como «горючий» (como se explica en el siguiente). Para realizar este ensamble la parte inferior de la botella se, ввести презентацию, море, quede sujeta por sí misma; dentro del módulo 2. Finalmente, deberá reforzarse con tape eléctrico pero está acción -como se ha dicho- se realizará como último paso, sea poco antes de iniciar el vuelo.

Con el cohete ya finishido solo nos falta construir la base de lanzamiento. para cuyo scheme pueden visitar las siguientes páginas:

-

-

Además, en la imagen adjunta en el siguiente paso se detallan las partes y medidas que deben tomarse en cuenta para la construcción de una base, подобный a la que aquí utilizada.

Finalizada la base de lanzamiento, ajustamos el inflador con la válvula.

Шаг 7: Recolección De Datos (Despegue Del Cohete)

Antes de colocar el cohete en la base de lanzamiento llenamos con dos litros de agua, como горючие материалы (según se observa en la imageen), el módulo 1 de propulsión. Luego se представляет la boca de la botella del módulo 1 en la base de lanzamiento. Después se ensambla el módulo 2 de mediciones, colocándose encima del módulo 1 y asegurándolo con tape eléctrico en la unión de ambos comptimientos (con, al menos, dos vueltas de tape). Finalmente, se enrolla el paracaídas en la forma ya explicada, este se coloca en la boca de la botella del módulo 2 y se tapar con el respectivo cono. Cabe aclarar que el cono únicamente se coloca encima sin ningún tipo de seguro o unión para que el viento fácilmente lo pueda desprender cuando inicie la etapa de regreso a tierra.

Preparado el cohete en la base de lanzamiento (cuyas medidas y components se observan en la image anexa), esperamos la señal enviada por el sistema de telemetría que nos indicará cuando todo esté list para el despegue; esto con el fin de asegurarnos que el equipo funcione correctiveamente para poder recolectar los datos deseados.

Создавайте приемы для вычислений и входящего в программное обеспечение Arduino IDE, выбирайте файлы Arduino / Genuino UNO, соответствующие COM-порт и серию мониторов. Tanto en la computadora como en la pantalla LCD de la caja Receptora se nos señalará que el sistema está preparado para la obtención de información y automáticamente comenzará la recolección de datos desde tierra.

Con el cohete colocado en la parte superior de la base de lanzamiento (como se visualiza en el video) se pedalea el inflador hasta alcanzar 30 PSI, se acciona el lanzador bajando la pieza de PVC (donde lo indica la flecha) и se производит эль Despegue (версия видео).

Desde el cohete en vuelo, el sistema simultáneamente comienza a almacenar los datos recolectados en la memoria SD interna como a enviarlos a la computadora. Dichos datos serán processados en la computadora en un libro de Excel tomando como referencia la información guardada en la memoria.

Шаг 8: Análisis De Los Datos Recolectados

Terminado el vuelo del cohete, podemos realizar varias tareas, entre otras:

- Utilizar las variaciones de Presión для определения высоты alcanzada por el cohete.

- Идентификатор концентрации моноксидного углерода в воздухе.

Con esta finalidad, closedido el aterrizaje del cohete, чтобы ввести память о системе телеметрии на компьютере. Здесь содержится архивный файл «datalogger.txt» для копий данных. Dicha información la pegamos en la hoja de Excel llamada «Análisis de datos». Después de haber pegado los datos en la pestaña de Inicio buscamos la función de Reemplazar, cambiamos el punto por la coma y damos click en la opción Reemplazar todos.

Una vez descargada la hoja, hallaremos dos tablas, una denominada «Mediciones sin processar», donde se pega la información recogida y la otra llamada «Mediciones процесадас», en la cual se registra la concentración de monóxido de carbono (CO) en partes por millón (ppm), la aceleración en cada uno de los ejes (g), la height (msnm) y el ángulo con уважение к лос ejes «x» y «y». Además, más abajo, en el mismo documento, se despliegan dos gráficos, uno sobre la contración de CO en función de la altura y otro de la altura en función del tiempo. En la siguiente página descargue el archivo de Excel («Анализ данных»).

Con el processamiento de tales datos, finalmente, podemos Definir el possible impacto tóxico para el ambiente. Esto porque el monóxido de carbono es un gas incoloro, inoloro e insípido, lo cual Refja su Dificultad para ser detectado, por lo que -con la ayuda de estas mediciones- podemos identityar lugares donde su contración es mayor.

Para más información sobre el tema, pueden visitar las siguientes páginas:

- Reglamento sobre la calidad del aire en Costa Rica.

www.digeca.go.cr/sites/default/files/reglam…

- Дополнительная информация:

www.estadonacion.or.cr/files/biblioteca_vir…

www.ministeriodesalud.go.cr/index.php/noti…

Es conocido que este compuesto químico afecta tanto a los seres humanos como a la флора и фауна y si bien es cierto también es más común de localizar en la superficie de la tierra, su Detección es poco frecuente en otras altitude, donde mayor supodrí incidencia en animales que normalmente ocupan estos espacios, como ocurre –por ejemplocon las aves. Адемас, ла телеметрия на разрешении валорара си лас концентраций де СО, постоянный, независимый, высотный; o si, por el contrario, se presentan variaciones conorme a la altura alcanzada y a la trayectoria del cohete.