Cápsula SSTV para globos de gran altitud: 11 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Este proyecto nació después del globo ServetI en el verano de 2017 con la idea de enviar imágenes en tiempo real desde la estratosfera a la Tierra. Las imágenes que tomamos fueron almacenadas en la memoria del rpi y luego fueron enviadas gracias a ser convertidas en una señal de audio. Las imágenes deben enviarse cada 'x' veces a la estación de control. También se sugirió que estas imágenes brindarían datos como temperatura o altitud, así como una identificación para que cualquiera que recibiera la imagen, pudiera saber de qué se trata.

En resumen, un Rpi-z toma imágenes y recopila los valores del sensor (temperatura y humedad). Estos valores se almacenan en un archivo CSV y luego podemos usarlo para hacer algunos gráficos. La cápsula envía imágenes SSTV en forma analógica a través de la radio. Es el mismo sistema que usa la ISS (Estación Espacial Internacional), pero nuestras imágenes tienen menos resolución. Gracias a ella, se tarda menos en enviar la imagen.

Paso 1: Cosas que necesitamos

-El cerebro Pi-Zero: https://shop.pimoroni.com/products/raspberry-pi-ze… 10 $ -Reloj:

Rtc DS3231

-Sensor de temperatura y presión barométrica: BMP180-Módulo de radio: DRA818V

Sólo algunos componentes:

-10UF CONDENSADOR ELECTROLITICO x2

-0.033UF CONDENSADOR CERÁMICO MONOLÍTICO x2

-150 OHMIOS DE RESISTENCIA x2

-270 OHMIOS DE RESISTENCIA x2

TRANSFORMADOR DE AUDIO 600 OHMIOS x1

-1N4007 diodo x1

CONDENSADOR ELECTROLITICO -100uF

-10nf CONDENSADOR MONOLÍTICO CERÁMICO x1-10K RESISTENCIA x3

-1K RESISTENCIA x2

-56nH INDUCTOR x2 * -68nH INDUCTOR x1 * -20pf CONDENSADOR CERÁMICO MONOLÍTICO x2 *

-36pf CONDENSADOR CERÁMICO MONOLÍTICO x2 *

* Componentes recomendados, la cápsula puede funcionar sin ellos

Paso 2: Pi-Zero

Rpi Zero Necesitamos instalar Raspbian con entorno gráfico, accediendo al menú raspi-config habilitaremos la interfaz de la cámara, I2C y Serial. Por supuesto, la interfaz gráfica no es obligatoria, pero la uso para probar el sistema. Gracias a WS4E, porque explicó una solución para SSTV sobre RPIDescargue la carpeta SSTV en nuestro repositorio y arrástrela a su directorio "/ home / pi" el código principal se llama sstv.sh, cuando se inicia el código, habilita la comunicación con la radio módulo y sensor bmp180, también tomará fotografías y las convertirá en audio para transmitirlas por sistema de radio en audio.

Puede probar el sistema utilizando directamente un cable de audio macho a macho de 3,5 mm o utilizando un módulo de radio y otro dispositivo para recibir datos como SDR o cualquier walkie-talkie con una aplicación Android Robot36.

Paso 3: dispositivos

Las unidades RTC y BMP180 se pueden montar juntas en una PCB, gracias a ella pueden compartir la misma interfaz de suministro y comunicación. Para configurar estos módulos puedo seguir las instrucciones de las siguientes páginas, que me ayudaron. Instalar y configurar bmp180 Instalar y configurar el módulo RTC

Paso 4: Configuración de la cámara

En nuestro proyecto podríamos usar cualquier cámara pero preferimos usar la raspi-cam v2 por peso, calidad y tamaño. En nuestro script usamos la aplicación Fswebcam para tomar fotografías y poner información sobre el nombre, la fecha y los valores del sensor a través de OSD (datos en pantalla). Para la correcta detección de la cámara por nuestro software, necesitamos ver estas instrucciones.

Paso 5: Salida de audio

Rpi-zero no tiene salida de audio analógica directa, esto requiere agregar una pequeña tarjeta de audio por USB o crear un circuito simple que genere el audio a través de dos puertos PWM GPIO. Probamos la primera solución con tarjeta de audio USB, pero esta se reiniciaba cada vez que la radio se ponía en TX (Stranger Things). Al final, usamos la salida de audio a través del pin PWM. Con varios componentes, puede crear un filtro para obtener un mejor audio.

Montamos el circuito completo con dos canales, audio L y R pero solo necesitas uno. Además, y como podéis ver en las imágenes y el esquema hemos añadido un transformador de audio de 600 ohmios a modo de aislamiento galvánico. El transformador es opcional pero preferimos usarlo para evitar interferencias.

Paso 6: Módulo de radio VHF

El módulo utilizado fue el DRA818V. La comunicación con el módulo es a través de puerto serie por lo que debemos habilitarlo en los pines GPIO. En las últimas versiones de RPI hay un problema para hacerlo porque RPI tiene un módulo Bluetooth que usa los mismos pines. Al final, encontré una solución para hacer esto en el enlace.

Gracias al uart podemos establecer comunicación con el módulo para asignarle funciones de transmisión de radiofrecuencia, recepción (recuerda que es transceptor) así como otras funciones específicas. En nuestro caso, solo usamos el módulo como transmisor y siempre en la misma frecuencia. Gracias a un pin GPIO, activará el módulo de radio PTT (Push to talk) cuando queramos enviar la imagen.

Un detalle muy importante de este dispositivo es que no tolera el suministro de 5v y lo decimos por… "experiencia". Entonces podemos ver en el esquema que hay un diodo típico 1N4007 para reducir el voltaje a 4.3V. También usamos un pequeño transistor para activar la función PTT. La potencia del módulo se puede configurar en 1w o 500mw. Puede encontrar más información sobre este módulo en la hoja de datos.

Paso 7: antena

Es un componente importante de la cápsula. La antena envía señales de radio a la estación base. En otras cápsulas probamos con antena ¼ lambda. Sin embargo, para asegurar una buena cobertura, diseñamos una nueva antena llamada Turnstile (dipolo cruzado). Para construir esta antena, necesita un trozo de cable de 75 ohmios y 2 metros de tubo de aluminio de 6 mm de diámetro. Puedes encontrar los cálculos y un diseño en 3D de la pieza que sujeta el dipolo en la parte inferior de la cápsula. Probamos la cobertura de la antena antes del lanzamiento y, finalmente, envió imágenes a más de 30 km con éxito.

-Valores para calcular las dimensiones de la antena (con nuestros materiales)

Frecuencia de SSTV en España: 145.500 Mhz Relación de velocidad de aluminio: 95% Relación de velocidad de cable de 75 ohmios: 78%

Paso 8: fuente de alimentación

No puede enviar una batería alcalina a la estratosfera, bajan a -40 ° C y simplemente dejan de funcionar. A pesar de que aislará su carga útil, desea usar baterías de litio desechables, funcionan bien a bajas temperaturas.

Si usa un convertidor dc-dc y un regulador de caída ultrabaja, puede extraer más tiempo de vuelo de su paquete de energía

Utilizamos un vatímetro para medir el consumo eléctrico y así calcular cuántas horas podría funcionar. Compramos el módulo y lo montamos en una pequeña caja, rápidamente nos enamoramos de este dispositivo.

Usamos un paquete de 6 pilas de litio AA y este reductor.

Paso 9: Cápsula de diseño

Usamos "espuma" para construir una cápsula ligera y aislante. Lo realizamos con CNC en Lab´s Cesar. Con un cutter y cuidado, fuimos introduciendo todos los componentes dentro del mismo. Envolvimos la cápsula gris con una manta térmica (Como los satélites reales;))

Paso 10: El día del lanzamiento

Lanzamos el globo el 2018-02-25 en Agon, localidad cercana a Zaragoza, el lanzamiento fue a las 9:30 y el tiempo de vuelo fue de 4 horas, con una altura máxima de 31,400 metros y una temperatura exterior mínima de -48º Celsius. En total, el globo viajó unos 200 km. Pudimos continuar su viaje gracias a otra cápsula de Aprs y al servicio de www.aprs.fi

La trayectoria se calculó gracias al servicio www.predict.habhub.org con gran éxito, como se puede ver en el mapa con las líneas roja y amarilla.

Altitud máxima: 31, 400 metros Velocidad máxima registrada descenso: 210 kph Velocidad de descenso terminal registrada: 7 m / s Temperatura mínima exterior registrada: -48ºC a 14, 000 metros de altura

Hicimos la cápsula SSTV pero este proyecto no se podría haber hecho sin la ayuda de los otros colaboradores: Nacho, Kike, Juampe, Alejandro, Fran y más voluntarios.

Paso 11: Resultado asombroso

Gracias a Enrique tenemos un video resumen del vuelo donde se puede ver todo el proceso de lanzamiento. Sin duda el mejor regalo después del trabajo duro.

Primer premio en el Space Challenge