Pallone sonda con Arduino [progetto comune]

Ciao ragazzi. Sono in contatto con l'università dell'Aquila per il lancio di un pallone sonda sviluppato con Arduino con lo scopo di acquisire dati scientifici, immagini e se possibile video della missione. Grazie al supporto dell'Università abbiamo semplice acceso ai permessi necessari al lancio. La quota massima stabilita è intorno ai 35km. I costi di lancio, di tutti i componenti e del trasferimento degli stessi è a carico di Gioblu robotics. Tutte le informazioni, tecnologie ed esperienza che ne deriveranno saranno rilasciati opensource, sul nostro sito e su questo forum.

Se siete interessati a partecipare, possiamo suddividere lo sviluppo in piu' "moduli" e gestirli assieme. Chiaramente chiunque collaborerà o è interessato è invitato a workshop dedicati allo sviluppo presso la nostra sede qui a Milano, chiaramente al lancio e avrà a disposizione tutti i dati ottenuti dall'esperimento. :grin:

Topic dedicato: http://www.gioblu.com/community/forum/topic?id=344&p=1#p4175

che sensori monterebbe?

mi informo ma non potrò partecipare purtroppo :(

L'idea è di utilizzare solo strumentazione facilmente reperibile sul mercato e possibilmente con prezzi abbordabili. Questo perchè il budget non è infinito e anche per permettere a eventuali altri interessati di replicare l'esperimento a prezzi abbordabili. Penso che la base sia pressione, temperatura e posizione.

sicuramente GPS e GSM per il recupero della piattaforma.barometro per trovare l'altezza. Vedendo i progetti simili, serve un modo per stabilizzare lo yaw in fase di salita, magari usando una forma sferica e qualche sistema giroscopico interno, o delle superfici mobili esterne. Con potenza di calcolo maggiore (arduino DUE) puoi sfruttare le superfici mobili anche per atterrare il più vicino possibile ad una coordinata GPS.

Ah dimenticavo, il sistema di sgonfiamento del pallone (per rimanere entro la quota e non far scoppiare il pallone) e di apertura del paracadute!

Allora, forse abbiamo una GoPro a disposizione. Che come saprete puo' essere comandata tramite porte digitali per scattare foto, accendersi o spegnersi o riprendere un video. Con il grandangolo che ha sembrerà una cosa pazzeca lassu' :grin: in piu' ha una risoluzione veramente ottima. Il problema è ridurre il dondolio del payload nella fase terminale di salita dove verranno scattate la maggior parte delle foto ed eventualmente girati i video. Per risolvere il problema innanzitutto adotterei un sistema che sleghi il payload dal pallone (inteso eviti che il payload ruoti insieme ad esso), quindi un sistema con cuscinetto a sfera / micro moschettoni da pesca. Eventualmente si potrebbe imbarcare una coppia di piccoli motore brushless con volano contrapposti e relativa IMU per giro stabilizzare, almeno su un asse la fotocamera / videocamera, utilizzando il principio di azione-reazione. Per la fase di discesa alcuni hanno proposto di liberarsi del pallone ed aprire a una quota prestabilita un piccolo paradute, in modo da ridurre il drag atmosferico e di conseguenza diminuire il diametro dell'eventuale zona di atterraggio.

Arduino DUE mi sembra un oggetto piuttosto grosso per poter essere integrato in un payload del genere, ma devo ancora parlare in modo piu' tecnico dei limiti che dovremo rispettare (peso, superificie, volume)...

Chiaramente piu' il payload è leggero e piccolo meno è soggetto al vento e di conseguenza alla distorsione della traiettoria di caduta.

inutile una IMU, roll e pitch non li hai come moviementi se piazzi i pesi sul fondo, lo yaw lo combatti con giroscopio e/o magnetometro, però il magnetometro è difficile perchè più sali e più varia l'asse magnetico terrestre, e non so se gli attuali algoritmi riescono a tenerne conto. Per il primo lancio raccoglierei soltanto informazioni sul magnetometro, per vedere se coincidono con quelle che ci si aspetterebbe.

Per quel che potro ci sarò di sicuro :) Io aggiungerei che la struttura si potrebbe farla come quella del cubesat e metterci dei pannellini solari in modo da allungarne la vita... per il GSM io lo userei solo per inviare le coordinate di quando atterra... il paracadute dev essere montato sopra il pallone in modo che se dovesse scoppiare sia già pronto... e così si eviterebbero meccanismi di apertura ed altro che aumenterebbero solo il peso....

Sono d'accordo che forse come primo lancio è meglio se ci limitiamo a raccogliere le informazioni utili, Lesto ha proposto una cosa davvero interessante, cioè osservare il comportamento di un magnetometro (e a questo punto una imu, che ho li ha prender polvere).

Mantenere il formato cubesat è una buona idea. Per i pannelli solari io conosco bene e uso spesso queste : 3x6 solar cell Sono celle da 0.5v 3.5a 1.75w 15x7.5 che possono essere tagliate per ottenere la forma voluta, (lasciando sempre i due poli all'interno del ritaglio, se no non funziona :grin:). Con uno stepup credo si possano utilizzare per ricaricare una lipo. in piu' pesano pochi grammi (anche se sono piuttosto fragili).

Proposta per i moduli: - Comunicazione - Storage dati - Driver telecamera / fotocamera - rilevazione sensori

io dividerei i moduli in modo da ottenere una tensione utilizzabile senza passare per Step-Up o altro che comunque dissipano energia inutilmente... non ha senso avere 2V a 3.5A ottenendone 6 a 1A con uno step up se le celle si possono modellare tanto vale farlo subito.... Per la comunicazione metterei un bel modulo trasmettitore quelli furbi della DiGi da 64 Km.... + un modulo GSM La IMU si potrebbe gestire con un nanetto così come il controllo della telecamera , il salvataggio dei dati con un tiny 84 ed il tutto gestito da un 328 o una DUE che a sua volta dovra controllare anche il GPS ed il modulo GSM.... Che dite? :) poi per le lipo bisognerà prevedere un circuitino di carica ed un piccolo bilanciatore.... Se cè spazio e riesco a costruirlo in maniera che consumi poco mi monti un geiger ? sarebbe interessante vedere gli effetti dei venti solari ad alta quota...

la figura sferica è quella meno esente da venti e altre cose esterne, in pratica la più "autostabilizzata". Anche a cilindro andrebbe bene. se la semisfera inferiore la fai trasparente, la imu la puoi usare per stabilizzare ulteriormente la camera rispetto al veicolo. L'algoritmo DCM non tiene conto della gravità nei suoi calcoli, quindi risulta molto semplice da implementare (basta riutilizzare il codice che ho postato nella sezione multicotteri)

per il GSM io lo userei solo per inviare le coordinate di quando atterra

quando è in volo oltre i 500-1000metri dal suolo dubito fortemente che prenda il segnale :-) il GPS è da loggare spesso

il paracadute dev essere montato sopra il pallone in modo che se dovesse scoppiare sia già pronto

ù approvo, magari un simil air bag per quando si è a pochi metri dal suolo (come per i rover di marte :grin:)

lesto:

per il GSM io lo userei solo per inviare le coordinate di quando atterra

quando è in volo oltre i 500-1000metri dal suolo dubito fortemente che prenda il segnale :slight_smile: il GPS è da loggare spesso

Se dovesse atterrare distante magari fuori dall’italia… in modo da sapere dov’è e recuperarlo… in aereo sei anche a 5-6Km e il telefono prende provare per credere :slight_smile: a bordo mica ci sono i ripetitori per te :wink:

Sono d'accordo che il cubo non è la forma piu' aerodinamica della terra. Soprattutto in fase di rientro, ehm... in fase di discesa :grin: rotolerebbe di certo fino a terra. (parlo di eventuale caduta libera).

Ogni faccia di 10cm con le celle 3x6 puo' dare tra i 0.4 e 0.45 volt stimati, di conseguenza 5 facce del cubo potrebbero dare + o - 2.25v 3.5A di picco, che sono + o - 8w ora. Di conseguenza ci vuole per forza uno step up.

Il pallone si spera cada in un cerchio di raggio max 50km con al centro il punto di lancio, come è avvenuto in molti dei lanci DIY documentati. La modularizzazione della parte logica è ben vista per ridurre la percentuale di rischio fail e per la possibile ridondanza con spazio e peso ridotto, dove è possibile userei i Pico85 piu' che altro perchè ne ho molti :grin:.

X gsm non saprei dire fino a che quota funzioni.

Se si parla di queste distanze allora si si potrebbe lasciar perdere GSM... ciò che avevo pensato era che voleste lasciarlo vagare davvero in giro per il globo :) ma a questo punto il GSM non serve... basta un modulo di trasmissione seriale TTL di buona potenza... per verificare la telemetria...

Per i pannelli dicevo.. si tagliano e si mettono in serie... mi pare controproducente usare un step up quando tagliando ogni cella a metà si arriverebbe comunque a 5.5V :) a 1.75A....

se ti interessa posso offrirti le mie nozioni su una minicam in particolare, la gopro hd 1080p. Puoi remotarla e alimentarla attraverso il bus posteriore, conosco il pinout e le funzioni di ogni pin!

Grande è proprio di quello che avremmo bisogno :grin:
Per le celle, purtroppo se le tagli a metà le due metà producono esattamente la metà di 0.5v quindi 0.25v cad.

la gopro è meglio settarla a 720p 60fps, però conta che hai circa 3 ore di riprese con una SD da 8GB.

il problema maggiore è la durata del tutto.

riguardo il paracadute dovete farlo obbligatoriamente, magari cerchiamo anche di contenere il peso del tutto ma avere una sfera bella grande così si raggiunge prima la velocità limite e già quella aiuta a scendere meno velocemente.

riguardo al fatto che la sfera sia il corpo più aerodinamico avrei da ridire. il corpo migliore per me è un fuso tipo questo per capirci con le "punte" che puntino verso l'alto e il basso.

stabilizzerebbe non poco ma offrirebbe anche meno resistenza (che in salita è controproducente ma in discesa aiuta non poco)..

con un sistema simile si potrebbe fare che il paracadute sia interno e si apra quando un accelerometro legge valori che dicono che il fuso viene spinto verso il basso.

EDIT: secondo me è meglio mettere una batteria lipo 2 celle 5A e un regolatore switching e sei a posto per mezza vita i pannelli solari li vedo un po controproducenti sapendo che quello che consuma di più è la gopro con la propria batteria o se proprio il GPS

Date un occhio a questa roba: http://www.youtube.com/watch?v=XAeKKofQvtc&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=ZCAnLxRvNNc&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=8tREL3P2XnE&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=UAifzh7_-cg

Dando un occhio alla geografia del punto di lancio, sarebbe da chiarire il discorso meteo, e il flusso dei venti. Verso est ci sono solo una 60ina di km di terra prima del mare, quindi bisognerebbe scegliere un giorno in cui il vento in media spira verso ovest, quindi verso Roma.

Per la forma proposta da superlol da parte mia sono d'accordo, anche se credo sia impossibile realizzare una forma curvilinea, piuttosto a superfici, per esempio due piramidi con base comune.

EDIT Secondo me bisogna scendere il piu' veloce possibile, per poter ridurre la distanza a cui recuperemo il pallone, se apri il paracadute subito, come in molti progetti, chissà dove va a finire. Se precipita come un fuso :grin:, e apre a una quota prestabilita leggermente superiore all'altitudine delle alture della zona di lancio si potrebbe ridurre drasticamente la distanza di recupero e la durata totale della missione.

Scusate ma non tenete conto di alcuni parametri.
Che la troposfera è animata da forti venti di quota e che la temperatura decresce fino a -55°C quando si arriva alla tropopausa (15 Km da terra).

Poi nella stratosfera (dai 15 Km in su) le condizioni cambiano: i venti spariscono e la temperatura si aggira sullo 0.

Cosa funziona a -55° degli strumenti montati?

Utilizzando una scocca chiusa e fatta di materiale tipo polistirolo si riduce molto la dispersione del calore. Altra cosa importante, piu' aumenta la quota piu' l'irradiazione solare cresce. Verniciare di nero il payload potrebbe essere un altra idea per immagazzinare una piccola parte dell'energia emanata da sole per mantenere al caldo la strumentazione. Sicuramente anche la lipo è da tenere a una decina di gradi sopra lo 0 per sicurezza.

Cmq dal materiale che ho letto nessuno ha avuto fail o malfunzionamento dato dalla temperatura.

gbm: Ogni faccia di 10cm con le celle 3x6 puo' dare tra i 0.4 e 0.45 volt stimati, di conseguenza 5 facce del cubo potrebbero dare + o - 2.25v 3.5A di picco, che sono + o - 8w ora. Di conseguenza ci vuole per forza uno step up.

non mi convince molto l'idea, la batteria sarebbe del peso che stabilizza molto il sistema se posta in basso, dato il suo peso.

gbm: Il pallone si spera cada in un cerchio di raggio max 50km con al centro il punto di lancio, come è avvenuto in molti dei lanci DIY documentati.

non vorrei dire baggianate, ma in Italia rischi l'ammaraggio

gbm: La modularizzazione della parte logica è ben vista per ridurre la percentuale di rischio fail e per la possibile ridondanza con spazio e peso ridotto, dove è possibile userei i Pico85 piu' che altro perchè ne ho molti :grin:.

se me ne porti un Pico85 da lasciarmi al raduno imparo a programmarlo :)

ratto93: Se si parla di queste distanze allora si si potrebbe lasciar perdere GSM... ciò che avevo pensato era che voleste lasciarlo vagare davvero in giro per il globo :)

mooolto bella come idea, ci penseremo con la 2 che permette il waypoint col GPS (dal punto di vista potenza di calcolo)

ratto93: ma a questo punto il GSM non serve... basta un modulo di trasmissione seriale TTL di buona potenza... per verificare la telemetria...

io il sitema radio ausiliario lo aggiungerei lo stesso, sarebbe molto comodo iniziare i test con una tecnologia del genere, sarebbe molto utile. Tu che sistema avevi in mente?

robyr11: se ti interessa posso offrirti le mie nozioni su una minicam in particolare, la gopro hd 1080p. Puoi remotarla e alimentarla attraverso il bus posteriore, conosco il pinout e le funzioni di ogni pin!

dubito che altri modelli siano troppo dissimili, anzi probabilmente il protocollo è lo stesso

stabilizzerebbe non poco ma offrirebbe anche meno resistenza (che in salita è controproducente ma in discesa aiuta non poco)..

credo intendessi il contrario(vogliamo che salga piano, in modo da raccogliere più dati, e scenda anche piano , per evitare di distruggere la strumentazione), però devo considerare che con la sfera in salita hai la stabilità dai pesi in basso, in discesa dal paracadute che "tira" è vero che aumentando il tempo di volo si aumenta la possibilità di "disperdere" il mezzo in un area più ampia, ma se vogliamo raccogliere dati a sufficienza il rischio vale la candela. E se usiamo il sistema radio di ratto, possiamo triangolarci col segnale, magari da acquila-milano-? in modo da avere l'autopilota senza la difficoltà del GPS, ma un semplice trinagolo di pitagora 3d

leo72: Scusate ma non tenete conto di alcuni parametri. Che la troposfera è animata da forti venti di quota e che la temperatura decresce fino a -55°C quando si arriva alla tropopausa (15 Km da terra).

Poi nella stratosfera (dai 15 Km in su) le condizioni cambiano: i venti spariscono e la temperatura si aggira sullo 0.

Cosa funziona a -55° degli strumenti montati?

i venti non sono un problema, o meglio son quelli che ti portano in giro per 50km, se non più. i -55° sono da affrontare con apposito riscaldamento interno, e adeguata isolazione con l'esterno. Il vero problema è la diminuzione della pressione, che tenterà di far esplodere il pallone! bisogna valutare bene i materiali da usare, di solito quando scoppia si atterra, io preferirei riuscire a recuperare anche il pallone, ma non è di primaria importanza anche perchè probabilmente darebbe problemi col paracadute.