UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERA EN SISTEMAS, ELECTRNICA E INDUSTRIALAMBATO-ECUADOR

INFORME CIRCUITOS ELECTRICOSI. PORTADAUNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATOFacultad de Ingeniera en Sistemas, Electrnica e Industrial

TtulosPROYECTO CANSAT

CarreraIngeniera en Electrnica y comunicaciones

Ciclo acadmico y paraleloCuarto B

Alumnos participantesMarco Aucatoma, Elizabeth Chvez, Diego Pazmio, Andrs Pazos, Karla Erazo, Mauricio Martnez, Jonathan Colimba, Evelyn Ruz, Lizbeth Villacrs, Jimena Tipantasig, Xavier Zurita.

Mdulo y docenteCircuitos Elctricos,Ing Jessica Ortiz

II INFORME DEL PROYECTO

1. Ttulo

Proyecto CanSat

2. Objetivos

2.1. Objetivo General

Disear e implementar un micro satlite que tomara la telemetra del instrumento como son datos de GPS aceleracin, temperatura, altura y presin.

2.2. Objetivos Especficos

Indagar proyectos anteriores para tener conocimientos previos y no cometer errores anteriormente realizados. Analizar el funcionamiento de cada parte del micro satlite. Armar y programar dicho dispositivo. Inspeccionar y demostrar los datos obtenidos del micro satlite en la computadora.

1. Resumen

El presente informe esta explcitamente dirigido al diseo y construccin de cmo elaborar un micro satlite Cansat que no es otra cosa que una lata del tamao de un refresco cuya misin puede ser recoger datos o efectuar retornos controlados. Su interior conlleva ciertos componentes miniaturizados como: (fuente de alimentacin, carga til, sistema de navegacin y paracadas.)Todos los subsistemas mencionados son clave para la realizacin del micro satlite cansat.El micro satlite cansat a disear ser capaz de realizar sondaje atmosfrico, mediante captores de temperatura, presin y humedad. Asimismo transmite todos los datos recogidos a tierra en tiempo real. En definitiva nuestro reto consiste en construir el micro satlite, acoplarle nuestro propio diseo y realizar un estudio estructural del mismo.

2. Palabras clave

Satlite Telemetra Programacin GPS

3. Introduccin

El proyecto de CanSat esta diseada para reflejar en pequea escala un programa aeroespacial tpico, e incluye todos los aspectos de un programa aeroespacial desde la revisin del diseo preliminar, hasta la revisin despus de la misin. La misin y sus requisitos estn diseados para reflejar varios aspectos de las misiones del mundo real, incluyendo requisitos de telemetra, comunicaciones y operaciones autnomas.Un CANSAT es una simulacin de un satlite real, integrado dentro del volumen y forma de una lata de refresco. Los CANSAT se pueden clasificar como satlites con una rbita terrestre baja, ya que no los alcances prcticos de este tipo de satlites no pasan ms all de los 10 Km. Aunado a esta clasificacin, se les podra ubicar en peso como pico satlites, ya que generalmente pesan menor que a 1 Kg. La misin para este concurso fue el poder medir diferentes variables fsicas durante el ascenso y cada del CANSAT, por lo que en este caso, el satlite podra clasificarse como de observacin terrestre.4. Materiales y Metodologa

Sensor de altitud Sensor de temperatura de aire Sensor de acelermetro de 3 ejes Procesador y memoria Arduino uno Arduino nano

Diseo del sistema de control en tierra

PRIMERA FASEComo se mencion anteriormente, esta fase consisti en hacer una lista del equipo electrnico necesario para poder llevar a cabo la misin primaria propuesta por el comit organizador.CONTROLADORESEl primer paso, fue seleccionar un sistema controlador. El elegido fue el Arduino uno RV3, SMD edicin. La ventaja que tiene el microcontrolador Arduino contra cualquier otro, es la relativamente fcil operacin de sus componentes, ya que todo viene integrado dentro de la misma placa. Aunado a esto, cabe mencionar que al utilizar Arduino, entramos a la programacin software libre, gran ventaja por la diversidad de informacin existente en la Web de forma gratuita.

COMUNICACION REMOTAPara poder realizar una comunicacin a travs del espacio se necesitan construir diferentes tipos de circuitos osciladores de transmisin y recepcin capaces de comunicarse a cierta frecuencia. Debido a la complejidad de clculos, y al escaso tiempo que se tena para el diseo del circuito de comunicacin, se opt por comprar transmisores de seal con protocolos Zigbee.Para el CANSAT, se escogi un equipo que pudiera transmitir datos muy larga distancia, por lo que se eligi un modelo capaz de cumplir con ese requerimiento. Dicho modelo fue Xbee PRO XCS 900 (Figura 3), compatible con el Shield SD Wireless que se escogi anteriormente.

TEMPERATURAUn termistor es un sensor resistivo de temperatura. Su funcionamiento se basa en la variacin de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura. El termino termistor proviene de Thermally Sensitive Resistor. Para el Cansat se utiliz un termistor de 10 K.GPSComo parte de la misin secundaria, se utiliz un GPS FGPMMOPA6B. Dicho GPS se comunica con el formato NMEA 0183. Este GPS se comunica de forma serial con un controlador, por lo que hubo que adaptar nuevas condiciones de programacin para utilizarlo.REGULADORES DE VOLTAJE:Se utilizaron dos reguladores de voltaje, a 5 y a 3.3 volts respectivamente. Para 5 V se utiliz un regulador modelo L7805CV. Funcionamiento: 8-17 Vcd, 500 mA Para 3.3 V se utiliz el regulador modelo LD1117DT33CTR Funcionamiento 8-15 V, 500 mAANTENASPara la transmisin y la recepcin de datos se utilizaron dos antenas dipolo para 900 Mhz.COMUNICACION EN TIERRAPara la comunicacin con el CANSAT, se utiliz un Adaptador SparkFun para Xbee con salida USB, un cable USB mini, un Xbee XSC 900 y la antena del Xbee.

SEGUNDA FASEPoder disear un sistema de comunicacin capaz de enviar diferente informacin acerca de tu localizacin as como de las condiciones fsicas donde te encuentres dentro de un volumen tan pequeo como lo es una lata de soda, puede resultar una solucin para los diferentes tipos de aeronaves y exploradores que se encuentren lejos de la civilizacin y que por alguna u otra forma no tienen como comunicarse. La practicidad de poder disear un sistema completo de geo localizacin en un volumen tan reducido, hace pensar en el diseo de un sistema completo de transmisin de emergencia (a 121.1 MHz) donde puedas se posible observar la trayectoria recorrida por un objeto y as poder triangular tu posicin. Si dicho sistema de transmisin, le aadimos un vehculo transportador (como un globo), y luces alrededor de toda la lata, no solo tendramos un sistema de geo localizacin, sino que podramos enviar nuestro CANSAT a mayores altitudes para obtener una mejor cobertura para que los sistemas de emergencia del estado sean capaces de ubicarnos.

TERCERA FASECIRCUITO ELECTRONICOEl diagrama electrnico se dise en un esquema que fuera fcil de interpretar, para poder hacer de este tipo de proyectos mucho ms didcticos. Con fines prcticos no se puso el esquema del Shield con el Arduino, ya que las conexiones son por la parte interior y no afecta lo dems circuitos.

6.1. Marco TericoEn USA, la actividad que reuni a estudiantes y coheteros se denominProyecto ARLISS(ARLISS: A Rocket Launch for International Science Students) y se llam CanSat al paquete de experimentos preparado por los alumnos y profesores, ya que CanSat es un apcope de Canned Satellite (satelite enlatado) porque literalmente se armaba la carga til dentro de una lata de gaseosas.Si bien este proyecto se denomina CanSat, la iniciativa ARLISS es una idea original de laUniversidad de Stanford, impulsada en un principio por el profesorBob Twiggs, quien present el proyecto en elSimposio Universitario de Sistemas Espaciales de 1998, en Hawaii.- Los estudiantes de las universidades de Stanford y del Estado de Arizona -entre otras entidades educativas- construyeron "naves espaciales" del tamao de una lata de gaseosas, con un peso promedio de alrededor de 350 gramos: los "CanSats".- Se pudo efectuar el primer lanzamiento del primer juego de tres CanSats desde BlackRock, Nevada, el 11 de septiembre de 1999 con un cohete amateur que las situ a unos 3600 metros de altura.- Bajo requerimientos suministrados por empresas industriales, los estudiantes recibieron con xito seales telemtricas desde estas "naves" en su estacin porttil de tierra.- Los "satlites" estuvieron en vuelo por unos 15 minutos .En el ao 2000 las misiones que se realizaban eran de todo tipo: desde calcular la apertura de un sistema de aterrizaje mediante los datos proporcionados por el barmetro hasta hacer uso de un sistema deGPSdiferencial. El proyecto lleg a una situacin ms compleja en el ao 2001, cuando se aadi la categora ComeBack, segn la cual el satlite debe dirigirse a un determinado objetivo. Esta misin tuvo mucho xito ya que en 2002 el aparato de unos estudiantes del Space Robotics Lab, de laUniversidad de Tohokuse acerc hasta los 45 metros de dicho objetivo y en 2006 esta cifra disminuy hasta los 6 metros. El inters por este tipo de satlites fue creciendo y su extendindose. En 2003 laUniversidad de Tokiopuso en rbita dos satlitesCubeSat, satlites de un tamao algo mayor que los CanSats, y con forma de cubo. En los ltimos aos se han ido desarrollando competiciones siguiendo el mismo concepto propuesto por el Pr. Bob Twiggs y plasmado en ARLISS tanto a nivel nacional como internacional.Tipos de CanSatPrincipalmente existen dos tipos: aunque se incluye una tercera categora para CanSats que no se ajustan a ninguna de las dos primeras:4TelemetryEs aquel CanSat cuyo objetivo principal es recoger y transmitir datos del vuelo y de condiciones meteorolgicas en tiempo real para ser procesados por una estacin de tierra. Los CanSats de esta categora no utilizan sistema de direccin ya que su objetivo no es caer en un punto concreto sino recoger datos sobre el descenso (que pocas veces es controlado). De los sistemas mencionados en las secciones anteriores los ms utilizados son:barmetro,termmetro,GPSycmara fotogrfica.ComeBackLa principal misin de stos es aterrizar de forma controlada lo ms cerca posible de una diana marcada por coordenadasGPS. Estos aparatos pueden guiarse por una posicin conocida a travs de un sistema de posicionamiento por satlite (GPS) o por unsistema de navegacin inercial(INS). Esta posicin se enva al microprocesador que la compara con la posicin de la diana, a partir del anlisis de estos datos se calcula el ngulo en que hay que girar para dirigirse a la diana y se dan las instrucciones pertinentes al sistema de direccin. Este proceso se va repitiendo de forma continua para hacer correcciones si son precisas. En este tipo de aparatos tambin se almacenan datos sobre el vuelo pero dado que el nmero de sensores que acostumbran a llevar incorporados es menor, la informacin es ms escasa que en los CanSat de tipo Telemetry.Un CanSat de categora ComeBack lleva siempre instalado un sistema de direccin que le permite maniobrar para orientarse y desplazarse hacia el objetivo fijado. Normalmente dicho mecanismo es actuado por uno o variosservomotor(es) controlados por el microprocesador de modo que el microprocesador gira el servomotor(es) hacia un lado u otro y el cansat gira en consecuencia. Existen dos tipos principales de CanSat dependiendo de si llevan incorporado unparacadaso parapente o un rotor y alas.CanSats con paracadas o parapentesEstos aparatos llevan generalmente un sistema de direccin consistente en mover hilos de la superficie sustentadora de forma asimtrica de modo que se genere una diferencia de sustentacin en el eje longitudinal y el CanSat gire hacia un lado u otro. La direccin mecnica es generalmente bastante sencilla. Estos aparatos son difciles de gobernar con viento debido a la generalmente baja velocidad de descenso y a la gran superficie sustentadora que llevan incorporada.CanSats con alas o rotoresMecnicamente mucho ms complejos y menos vulnerables a condiciones atmosfricas que los CanSats con paracadas o parapentes. Este tipo de aparatos son mucho ms complejos de gobernar y requieren un sistema electrnico capaz de realizar muchas ms correcciones por segundo debido a su mayor velocidad de descenso.OpenclassEn esta categora se puede presentar cualquier robot que no se incluya en ninguna de las dos anteriores categoras. La mayora de CanSat que se presentan en esta categora son robots en fase experimental o pruebas de sistemas nuevos respecto a otros diseos y que an no han sido probados (technology demonstrators).

6. Resultados y Discusin

En este proyecto se ha podido demostrar la conectividad que tenemos entre los Xbee, usando uno como receptor y otro como emisor para que ellos transmitan los datos que nos proporcionan los diferentes sensores como lo son de temperatura , humedad, luz (en porcentaje y en luxes) y GPS el mismo que nos entrega datos como la latitud y longitud.

La codificacin de los diferentes componentes se han generado en arduino, este programa nos permite crear el cdigo con el cual esta comandado los diferentes dispositivos (sensores) por lo general cada uno de estos tiene una librera ya sea de personas que son aficionados o tienen licencia en arduino.

La interfaz de este proyecto est realizada en matlab la cual nos permite visualizar los datos obtenidos en mediante los diferentes sensores.

Uno de los inconvenientes es que no podemos alejar muchos los Xbee dado que como son varios datos que se enva tiende a caer la seal, es decir se pierden los datos, para arreglar este problema se podra implementar una antena que amplifique la seal.

7. Conclusiones En este proyecto se realiz el diseo y la programacin de un nano-satlite CanSat sobre un microcontrolador. Mediante conexin inalmbrica los datos obtenidos de los sensores se pasan a un dispositivo receptor programado tambin con un microcontrolador. Este da la posibilidad de conectarlo va USB, permitiendo desarrollar un software en la PC, facilitando as la interaccin de un usuario con el sistema Mediante este software se pueden obtener los datos de las variables medidas en tiempo real, as como un estimado de la altitud del dispositivo en cada muestreo. Adems, permite almacenar los datos en un fichero de texto para su posterior anlisis.

8. Referencias bibliogrficas

Bibliografa

[1] E. F. L. Isabel Carmona Jover,gps , Mexico: ISBN, 2011. [2] P. E. B. Earl D. Rainville, Xbee, Mexico: INTERAMERICANA, 1982. [3] R. C. D. William E. Boyce,sensor de temperatura y humedad[4] [. I. M. W. M. G, arduino, Ecuador, 2012, Ecuador, 2012. [5] UNAD. [En lnea]. Available: http://datateca.unad.edu.co/contenidos/243006/Contenidos/Circuitos_con_diodos/aplicaciones_diodos_zener.html.[6] Anonimo, [En lnea]. Available: [1]http://www.ladelec.com/teoria/informacion-tecnica/320-el-diodo-zener.[7] Wolfgang Mller, [En lnea]. Available: http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_Zener.[8] Robert Crdova Lpez, [En lnea]. Available: http://www.monografias.com/trabajos96/diodo-zener-resumen/diodo-zener-resumen.shtml.[9] Ernesto Rodriguez, [En lnea]. Available: http://www.areatecnologia.com/electronica/diodo-zener.html.[10] anonimo, [En lnea]. Available: http://www.unicrom.com/Tut_diodozener_.asp.

9. Anexos

Se adjunta al presente proyecto un CD con el video de evidencia del trabajo realizadoPrototipo