Telemetría Ambiental Con Cohete De Agua: 8 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Hola soy Fabián Picado García y quiero mostrarles cómo elaborar un system de telemetría ambiental mediaante el empleo de un cohete de agua, lo cual implica que nos enfocaremos en la construcción de dos componentsntes:

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

б) luego, un system de recolección de datos includo al cohete.

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

- Medir la koncentración de monóxido de carbono (CO) en el aire según la altitud y lugar geográfico mediaante un cohete de agua, para establecer su posible impacto tóxico en las aves.

Como ya lo habrán notado, es una meta bastante ambiciosa pero reableble. Para hacerlo debemos recolectar diferentes datos (por ejemplo las variaciones de presión y en la aceleración) y, окончателно, идентифициращи концентрацията на en el aire del citado газ (CO), para así establecer sus efectos.

Una cosa si es segura, al terminar contaremos con un system de telemetría con un costo aproximado de sesenta mil colones y de gran interés ambiental, sea para aportar con la conservación de nuestro hogar: el planeta Tierra.

Ahora sí, ¡manos a la obra!

Стъпка 1: Незаменими материали

Материали:

1. Un sensor de presión barométrica.* Версия:

2. Un acelerómetro.* Версия:

3. Сензор за газ от моноксид карбоно. Версия:

4. Arduino UNO. Версия:

5. Un Adafruit Featther MO.* Версия:

6. Рецептор на излъчвателя (2 антени от кабела на кобрата*). Версия:

7. Дрешни платки Tres (con las siguientes dimensiones: verde de 1,5 x 2 cm y blanca de 83 x 54,5 cm). Версия: а) https://www.crcibernetica.com/clear-breadboard-8-3… б)

8. Ламинат от MDF с дебелина 3 мм пара лос кортес лазер.

9. Tornillos M3X25 y M2X12.

10. LCD панел Una pantalla. Версия:

11. Има ли кабели USB (tipo B y tipo Micro USB).

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

13. Una botella de plástico de 2.5 litros (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. Неподходяща памет Micro SD и адаптация SD.

20. Para la base de lanzamiento del cohete, ocuparemos: 2 tubos de PVC de 1/2 "de 6 metros, 3 uniones tipo T de 1/2" PVC, 3 tapones from 1/2 "PVC para sellar los tubos, unión de PVC de 2”(lanzador), 8 gazas plásticas, 2 gazas metálicas, trozo de botella plástica de 2.5 litros (sobrante de la utilizada), pegamento para PVC y válvula para aro de carro.

*Забележка: estas piezas requieren de soldadura previa en sus pines.

1. Herramientas: 1. Cautín y soldadura de estaño. 2. Дезаторниладор. 3. Аликат. 4. Тиерас. 5. Регла. 6. Llave Allen (para ajustar tornillos). 7. Фреза или кухила. 8. Маркадор. 9. Computadora (препоръчително portátil). 10. Un inflador para bicicleta de 100 PSI.

Стъпка 2: Cortar El Cohete

En esta etapa construiremos los módulos, el cono y el paracaídas del cohete. Empezaremos por elpartimiento denominado módulo 2 de mediciones porque aquí se almacenará el system de telemetría. Para su elaboración tomamos una de las dos botellas de 3 litros (preferiblemente estas botellas deben tener el cilindro con una superficie lisa) y cortamos con la cuchilla donde termina la superficie plana, en la parte inferior; es decir, aproximadamente de la boca de la botella a dicho punto se miden 31 cm (donde se marca en la imagen), cortándose en línea recta y alrededor de todo el perímetro. Lo que nos interest 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 правоъгълна, dibujándose con marcador el contorno con una с размери 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 blanca para que se pueda отличава el rectángulo marcado. Después cubrimos los bordes con tape eléctrico para evitar accidentes.

Al segundopartimiento le llamamos módulo 1 de propulsión porque es el que impulsa el cohete durante el despegue. Su elaboración es muy simple porque se usa la botella en sí, sin añadirle ni hacerle ningún cambio o modificación. Eso sí, es fundamental cerciorarse que no contenga ningún tipo de agujero o filtración porque aquí se vaciarán los 2 litros de agua antes del despegue; líquido que funcionará como горимо дел кохете.

Cono del cohete: se elabora con la tercera botella de 2.5 litros, midiéndose 12 cm desde la 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 imagen). Posteriormente, tomamos la pieza que contiene la boca de la botella (la restante se puede utilizar en la base de lanzamiento) y tapamos la última con la mitad de la esfera de 45 mm de diámetro. La esfera se adhiere a la tapa con tape eléctrico, dándole dos vueltas para que se sujete bien.

Paracaídas: es el componentsnte que amortigua el aterrizaje, para su construcción usamos una bolsa plástica para basura правоъгълни с размер 45 cm x 50 cm, la cual en mi caso difiere de las comunes debido a su forma distinta en la parte inferior (ver imagen). Греховно ембарго, en la eventualidad de no conseguir de este tipo, la solución es adaptar cualquier bolsa de plástico del supermercado y cuyo tamaño sea de aproximadamente 29 cm x 47 cm (включително и en la última medida las agarraderas). Primero, acomodan la bolsa Introduciendo los pliegues de los lados para que quede con la forma правоъгълна индикада (conforme 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 y list para ser usada. (Ver las imágenes)

Luego nos ubicamos en la parte superior de la bolsa (por donde normalmente se Introducen 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 (надлъжен подобен a la que presenta la bolsa adaptada), 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 cm de longitud; 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 procedimiento 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 фирми. 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 elpartimiento de mediciones hacemos otro nudo (como se aprecia en las imágenes).

Стъпка 3: Conexiones Eléctricas (рецептор)

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

На първо място, единствените кабели от ланталния LCD дисплей с Arduino UNO и плаката за прототипадо (видеоклип). Al respecto es importante hacer dos observaciones:

а) Aclarar que para las conexiones de la pantalla nos basamos en el texto: "El libro de proyectos de Arduino" (2014, стр. 116) y para la conexión de cada pin advismos la hoja de datos del receptor. Версия:

б) En la conexión de la pantalla seguiremos la identificación del Arduino UNO (como se ve en la imagen adjunta); грешно ембарго, 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 estabilidad de la placa de prototipado con sus conexiones, también vamos a elaborar lo que llamamos una "caja receptora", la cual tiene forma de prisma правоъгълна de 150 x 80 x 80 mm. El procedimiento para construir la caja descrita es mediante los cortes en láser de las láminas MDF (de 3 mm de grosor). 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 diseño elaborado por Thomas de Camino. Версия:

Архив:

Cuando tenemos listos los cortes de la caja, en una de las caras de 150 x 80 mm debe empotrarse la pantalla LCD, pasándose primero los cable por una ranura правоъгълна, para luego atornillar (con tornillos M3) la pantalla (ver el video). Con la placa de prototipado y sus circuitos ya terminada, procedemos a colocar el receptor y su antena. La última debemos hacerla manualmente porque si bien en la hoja de datos sí se visualiza como parte del kit de emisor y receptor, 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 и др.). La antena es de 21 espiras y se deja un espacio de 2 cm para soldarla en el receptor y así lograr mejor manipulación y funcionamiento (ver el detalle en la secuencia fotográfica)

Para la instalación de la antena al receptor tomé como modelo la hoja de datos antes referida, 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 receptor y la antena, 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 се 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 правоъгълна para la salida de la antena. (Версия на видеото).

Стъпка 4: Conexiones Eléctricas (A Bordo Del Cohete)

En esta etapa vamos a ensamblar el система de telemetría que се въвежда posteriormente en el módulo 2 del cohete.

Inicialmente empotramos el microcontrolador or el Adafruit peather M0, el sensor de presión barométrica, el senzor de gas MQ-7 y las korespondientes motherboard, sea para establecer las conexiones entre sí.

Ante lo dicho ocuparemos una estructura a la cual adherir los indicados componentsntes. Con este propósito diseñe una conforma cilíndrica integrada por dos discos de 115 mm de diámetro y una pieza правоъгълна de 70 x 50 mm; adjuntándose el archivo para el corte láser. Архив:

Tomamos la pieza правоъгълна y con la ayuda de los tornillos M2 sujetamos cada uno de los componentsn en en 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 espaciadores para lo cual utilice piezas también pueden usarse tuercas o cualquier otro elemento funcional. De esta manera se le da la la separación necesaria para facilitar su posterior conexión. Después ponemos el sensor de presión y así, sucesivamente, los restantes components, todo según la imagen. Les sugiero pegar las breadboard 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 circulares, específicamente la que tiene varios agujeros, y la ponemos en la parte superior, o sea por encima del Adafruit pero M0. En los agujeros de dicha tapa adherimos el acelerómetro y, posteriormente, las respectivas motherboards con las conexiones del circuito. La breadboard blanca y la primera breadboard verde en la pieza правоъгълна. La segunda motherboard verde en la tapa superior junto al acelerómetro.

En la motherboard de color blanco conectamos el pin de tierra del microcontrolador a la parte negativa de la tabla y el pin USB lo conectamos a la parte positiva. El pin SDA lo conectamos a una de las filas de la bread board color verde; de igual manera, con el pin SCL.

Para conectar el sensor de presión el pin Vcc lo inserttamos en la columnna positiva. De igual manera, con el pin GND en la columnna negativa. Накрая, los pines SDA y SCL los conectamos en sus respectivas columnsnas de la motherboard verde.

En cuanto al sensor de gas, el pin Vcc lo conectamos a la columnna positiva y el pin GND en la negativa. Por último, el pin A0 lo conectamos en una de las columnnas restantes de la motherboard verde y esta la conectamos con el pin A3 del microcontrolador.

Para el acelerómetro conectamos el pin GND en la columnna negativa y el pin Vcc lo conectamos en una de las filas de alimentación de la motherboard verde, luego de aquí al pin 3.3 V микро контролер. Después, los pines SDA y SCL се срещат с con con respecttiva columnna de la motherboard verde.

Por otro lado, en la breadboard que colocamos en la parte superior conectamos el emitor. El pin Vcc y el pin GND е une con la columnna positiva y negativa de la indicada barra de alimentación color blanco. Asimismo, el pin de data lo conectamos en la entrada 11 del microcontrolador.

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

Después, pegamos la batería USB и la pieza правоъгълни, al frente y en posición вертикални. 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 antena de primero. Después debe alinearse con la ventana que abrimos en estepartimiento y así lograr la ventilación necesaria pues al quedar de frente a tal ventana dozvoirá que el sensor de presión y de gas puedan efectuar las correctas medicinones de altitud y de koncentración de CO en

Стъпка 5: Изтеглете Los Programas

Ahora debemos descargar los programas en los microcontroladores para que comiencen a funcionar. Con este propósito ingrese en la siguiente página y descargue los archivos denominados: а) излъчване на дати, б) приемане на дати yc) las librerías necesarias (I2Cdev.zip, MPU6050.zip, Adafruit_BMP280_Library-). Archivos:

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

За да изтеглите ел програма и микроконтроладор, реализирате los siguientes pasos:

-Arduino UNO: свързващ кабел с USB де ла caja рецептор и едновременно с USB порта на компютъра. Електронният софтуер Arduino IDE е десертиран от pestaña de Herramientas seleccionamos el puerto COM donde el Arduino UNO се свързва (la computadora le indicará dicho puerto). Igual, dentro de la pestaña Herramientas, entramos a Placa y seleccionamos Arduino/Genuino UNO (ver captura de pantalla). Накрая, дамос щракнете върху subir и се реализира дескаргиране.

-Адафрутно перо M0: свързващ кабел с USB към система за телеметрия и през USB устройство от компютъра. Ingresamos ал софтуер Arduino IDE и desde la pestaña de Herramientas seleccionamos el puerto COM, donde el Adafruit перо M0 се свързва. Nos mantenemos en Herramientas, ahí nos dirigimos a Placa y seleccionamos Adafruit pero M0 (ver captura de pantalla). За да финализирате, щракнете върху subir.

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

Стъпка 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 divideimos 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 completo y y 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, korespondnde 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 "горимо" (como se explica en el siguiente paso). Para realizar este ensamble la parte inferior de la botella се въвежда presión, sea que 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 заключително соло nos falta construir la base de lanzamiento. para cuyo procedimiento pueden visitar las siguientes páginas:

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

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

Стъпка 7: Recolección De Datos (Despegue Del Cohete)

Antes de colocar el cohete en la base de lanzamiento llenamos con dos litros de agua, como горив (según se observa en la imagen), el módulo 1 de propulsión. Luego се представя 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 ambospartimientos (con, al menos, dos vueltas de tape). Накрая, се регистрирайте el paracaídas en la forma ya exlicada, 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 componentsntes se observan en la imagen anexa), esperamos la señal enviada por el system de telemetría que nos indicará cuando todo esté listo para el despegue; esto con el fin de asegurarnos que el equipo funcione correctamente para poder recolectar los datos deseados.

Conectamos la caja рецептор на компютъра и Ingresamos софтуер Arduino IDE, избиращ la tarjeta Arduino/Genuino UNO, пулто COM кореспонденция и серия монитори. Tanto en la computadora como en la pantalla LCD de la caja рецепторът се носи от señalará que el system está preparado para la obtención de infoción y automáticamente comenzará la recolectción 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) y се произвеждат el despegue (видеоклип).

Desde el cohete en vuelo, el system 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 и un libro de Excel tomando como referencia la información guardada en la memoria.

Стъпка 8: Análisis De Los Datos Recolectados

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

- Utilizar las variaciones de presión para determinar la altitud alcanzada por el cohete.

- Identificar la koncentración de monóxido de carbono en el aire.

Con esta finalidad, заключението el aterrizaje del cohete се въвежда la memoria del system de telemetría en la computadora. Предоставянето на архив на „datalogger.txt“с частично копие на данни. Информация за печат с информация за Excel ламада „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 procesar“, donde se pega la información Recoida y la otra lalamada „Mediciones proceadas“, en la cual se regist la koncentración de monóxido de carbono (CO) en partes por millón (ppm), la aceleración en cada uno de los ejes (g), la altitud (msnm) y el ángulo con respecto a los ejes „x“y „y“. Además, más abajo, en el mismo documento, se despliegan dos gráficos, uno sobre la koncentración 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 („Análisis de datos“).

Con el procesamiento de tales datos, finalmente, podemos definir el posible impacto tóxico para el ambiente. Esto porque el monóxido de carbono es un gas incoloro, inoloro e insípido, lo cual refleja su dificultad para ser detectado, por lo que -con la ayuda de estas mediciones- podemos identificar lugares donde su koncentración es кмет.

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

- Reglamento sobre la calidad del aire в Коста Рика

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

- Допълнителна 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 flora y fauna y si bien es cierto también es más común de localizar en la superficie de la tierra, su detección es poco frecuente en otras altitions, donde podría incidencia en animales que običajmente ocupan estos espacios, como ocurre –por ejemplo- con las aves. Además, la telemetría nos allowirá valorar si las koncentraciones de CO son constantes, Independientemente de la altitud; o si, por el contrario, se presentan variaciones conforme a la altura alcanzada y a la trayectoria del cohete.