TRANSMISIÓN DE VIDEO DEL VEHÍCULO ESTRATOSFÉRICO...

TRANSMISIÓN DE VIDEO DEL VEHÍCULO ESTRATOSFÉRICOSABIO CALDAS 12 de agosto de 2016

Facultad Tecnológica Página 1

TRANSMISIÓN DE VIDEO DEL VEHÍCULO ESTRATOSFÉRICO SABIOCALDAS

Documento para optar al título de Ingeniería en Telecomunicaciones

Modalidad de Investigación. Grupo DIGITI

INTEGRANTES

Yamit Libardo Ruiz Ovalle 20042273033

Henry Giovanni Ramírez Rodríguez 20062273019

DIRECTOR

Ing. Esperanza Camargo Casallas

Co- Director Ing. Cesar Coronel

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDASFacultad Tecnológica

Bogotá D.C., Agosto de 2016



HOJA DE ACEPTACIÓN

“Transmisión De Video Del Vehículo Estratosférico Sabio Caldas”

Observaciones.

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DATOS DE ENLACE

E-mail: [email protected] Teléfono: 3133591898

E-mail: [email protected] Telefono: 3118955834

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Director del Proyecto

Ing. Esperanza Camargo Casallas

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Evaluador del Proyecto

Ing. Alfredo Chacón



Fecha de presentación: Agosto de 2016

DEDICATORIA

A mi padre, nanita y abuelos (Q.E.P.D)

Yamit Ruiz



AGRADECIMIENTOS

A Dios

A mi hijo Santiago, Mi madre, Mi adorable esposa, mis hermanas.

A mi familia y amigos

A la Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Al grupo de Investigación DIGITI

Gracias totales

Yamit Ruiz

A Dios

A mi familia y amigos

A la Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Al grupo de Investigación DIGITI

Gracias totales

Giovanni Ramírez



Resumen

El grupo de investigación DIGITI adelanta un proyecto de investigación que buscael diseño, elaboración e implementación de un vehículo estratosférico cuyafinalidad sea: la exploración del espacio cercano colombiano, particularmente parala medición de contaminación en las capas altas de la atmósfera y lo másimportante: generación de tecnología endógena como los primeros pasos a temasespaciales.

Se han desarrollado varios módulos entre ellos un módulo de video OSDencargado de adquirir las imágenes en el espacio y superponer los valores de lossensores adquiridos por el módulo de contaminación ambiental. Sin embargo lainformación de navegación y de video no puede ser vista en tiempo real en tierra,razón por la cual se desarrollará un módulo de transmisión de video que tomarálas imágenes y se enviarán utilizando tecnología FPV, garantizando un enlace decomunicación en tiempo real de 40 Km.

Esto se desarrollará con dos módulos: uno de transmisión, el cual tomará el videogenerado durante el recorrido y lo transmitirá a la estación terrestre (módulo derecepción) en tiempo real.

Este proyecto se elaborará durante 4 meses a partir de la aprobación del mismo ytendrá un costo aproximado de $9.300.000(nueve millones trescientos mil pesoscolombianos), en la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Se desarrollópara el grupo de investigación DIGITI de la universidad distrital Francisco José deCaldas, fue apoyado y financiado por el CIDC de la misma Universidad y la OTRIBogotá. El lanzamiento se realizó bajo el concurso de la FAC.

Palabras Clave: antenas, video, transmisión.



Abstract

The DIGITI investigation group is working for a research project looking for design,making and implementation of a stratospheric vehicle (car) intended for:exploration of Colombian close space, particularly for measuring pollution in theupper layers of the atmosphere and the most important, generation of endogenoustechnology as the first steps to space topics.

We’ve been developed some modules, between them there’s an OSD modulevideo responsible of get images from the space and superimposing the sensorvalues acquired by the environmental pollution module, however, the browsing andvideo information, cannot be viewed in real time on the earth, that's why we willdevelop a module video transmission that will take the images and will be sentusing the FPV technology, guaranteeing a communication link in real time of 40Km.

This will be developed with two modules: one transmission , which will take thevideo generated during the tour and transmit to the ground station ( receivingmodule ) in real time.

This project will be developed in 4 months from the approval thereof and it will costapproximately $ 9,300,000 (thousand three hundred and nine million colombianpesos) at the Francisco José de Caldas University.

This project was developed for the research group DIGITI of the UniversityFrancisco José de Caldas; he was supported and funded by the CIDC from thesame university and OTRI Bogotá. The launch was carried out under the FACcontest.

Keywords: antennas, video transmission.



Tabla de contenido

Contenido1.Introducción……………………………………………………………………………...9

1.1. Problema.................................................................................................... 91.2. Justificación.............................................................................................. 101.3. Objetivos. ................................................................................................. 10

1.3.1. General.............................................................................................. 101.3.2. Específicos. ....................................................................................... 11

2. Marcos de referencia...................................................................................... 122.1. Estado del Arte......................................................................................... 12

2.1.1. La misión Sunrise II contada por el instrumento IRIS ........................ 122.1.2. Lanzamiento Universidad sergio Arboleda ........................................ 17

2.2. Marco Teórico .......................................................................................... 172.2.1. Estructura vertical de la atmosfera .................................................... 222.2.2. Sistema FPV...................................................................................... 242.2.3. Antena Transmisora ................................................................………252.2.4. Antena receptora: .............................................................................. 262.2.5. Modulación FM .................................................................................. 282.2.6. Transmisión de video......................................................................... 302.2.7. Adecuación del módulo a la sonda .................................................... 36

5. Conclusiones y recomendaciones.................................................................. 296. Bibliografía…………………………………………………………………………..54



Lista de figuras

Figura 1 Fig 1.El norte de Noruega desde la estratosfera en Sunrise II [29].. ¡Error!Marcador no definido.Figura 2. Fig.2 Entrando en Canadá[29] ..................¡Error! Marcador no definido.Figura 3. Fig.3 El telescopio de 1m de Sunrise II [29] ..............¡Error! Marcador nodefinido.Figura 4. Fig. 4 DESCRIPCION FUNCIONAL TSA5055T.............................. ……..8Figura 5.FIG 5 MODULO TA7176AP ...................................................................... 5Figura 12.Módulo transmisor adaptado a la sonda Fuente: los autores................ 30Figura 12.Módulo transmisor adaptado a la sonda Fuente: los autores……. 3

Figura 12.Módulo transmisor adaptado a la sonda Fuente: los autores…………... 3

Figura 12.Módulo transmisor adaptado a la sonda Fuente: los autores……………3


Figura 12.Módulo transmisor adaptado a la sonda Fuente: los autores………….. 3






Figura 12.Módulo transmisor adaptado a la sonda Fuente: los autores…………...3

Figura 12.Módulo transmisor adaptado a la sonda Fuente: los autores 3









1. Introducción

Nuestro país tiene un atraso incalculable respecto a otros países en términos dedesarrollo de tecnología e investigación aeroespacial, además del limitadísimoapoyo estatal y la poca difusión hacen que sea cada vez más complicado teneravances significativos sobre el tema. La realización del proyecto en estaoportunidad con el apoyo, asesoría y financiación del grupo de investigaciónDIGITI de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, busca entre otrascosas: fomentar la investigación de nuevas tecnologías en esta área, incentivar arealizar experimentos similares y lograr ubicar a la universidad como pionero ylíder en exploración aeroespacial en Colombia. Se utilizará la tecnologíaimplementada por los anteriores investigadores como base para la nueva etapa enla investigación; y que sirva para los futuros desarrollos de tecnologías en el área.En Colombia el único satélite importante o impactante que ha enviado es elsatélite libertad 1 enviado por la universidad Sergio Arboleda en el año 2007 elcual solo emitía señales de radio [1].

Por ello el grupo de investigación DIGITI junto con la universidad DistritalFrancisco José de caldas desarrollan e investigan hoy en día con su nuevoprototipo Sabio Caldas en el área espacial, el cual cuenta con un módulo detransmisión de video para ver en tiempo real las imágenes recopiladas durante elrecorrido.

1.1. Problema.El vehículo estratosférico debe viajar por la atmósfera, así que estará propenso avarias fuerzas externas como los vientos que hacen variar la trayectoria de estevehículo. La velocidad del viento aumenta rápidamente con la altura sobre el niveldel suelo [1]; como éstas fuerzas no pueden ser controladas, se pueden convertiren un problema para la comunicación del vehículo con la antena terrestre.

El vehículo cuenta con un sistema de navegación, desarrollado para aterrizar lomás cercano posible al punto de despegue. Sin embargo, si el sistema denavegación falla, éste caerá desorientado en caída libre, provocando ladeslocalización de la sonda y dificultando enormemente su recuperación; cuandola búsqueda es exitosa puede demorar varios días, si no, se perderá lainformación obtenida durante el recorrido. Por ello nació la necesidad de



implementar un transmisor de ondas de radio en las frecuencias de (300 MHz a3GHz) para que la información generada sea enviada en tiempo real.

1.2. Justificación.Colombia es un país que en términos de investigación aeroespacial tiene unatraso de 50 años con respecto a países con gran relevancia en este campo, conla realización del proyecto se busca fomentar la investigación y generar nuevastecnologías que permitan realizar avances significativos, además incentivar a lasfuturas generaciones a realizar investigaciones y lograr ubicar a la universidadDistrital como pionero a nivel de investigación aeroespacial en Colombia. Latecnología realizada se utilizará como base para futuras investigaciones dandopaso a próximos investigadores que tengan los recursos y conocimientosnecesarios para seguir avanzando en el desarrollo de tecnologías pioneras en elárea, todo esto en el marco del grupo de investigación DIGITI

Las tecnologías de rastreo han tomado fuerza en los últimos años, la mayoría deéstas se basan en obtener la ubicación del dispositivo por medio de antenascelulares, limitando el uso a zonas con cobertura móvil; pero si no están en laszonas urbanas pueden perder su ubicación. Existen GPS con antena propia: sonmás costosos y tiene un rango de error de aproximadamente 15 metros.

Para nuestro caso puntual, el vehículo utiliza una antena tipo hoja de trébol en eltransmisor y una antena yagi en el receptor de la base terrestre, con unaganancia de entre 2.5 y 12 dBi, para mejorar el alcance en Km del enlace FPV.

Objetivos.

1.2.1. General.

Transmitir video del vehículo estratosférico Sabio Caldas con un alcance de 40Km.

1.2.2. Específicos.

● Implementar un módulo FPV para transmisión de video por radiofrecuencia.



● Ver en tiempo real el video del vehículo estratosférico en la base terrestre

● Almacenar el video transmitido durante el recorrido.

2. Marcos de referencia

2.1. Estado del Arte

2.1.1La misión Sunrise II contada por el instrumento IRIS

Recientemente la sonda enviada y completado el análisis de toda la telemetríagenerada por IRIS. IRIS era un instrumento totalmente autónomo y no tenía laforma de comunicarse si encontraba problemas, por tanto debía por sí sola auto-gestionarse y buscarse sus propias soluciones. A pesar de haber sido una misiónexitosa, el instrumento se enfrentó a numerosos problemas durante el vuelo.Como se aprende siempre mucho más de los errores que de los éxitos esimportante analizar a fondo las situaciones anómalas a las que se enfrentó IRISpara aprender y mejorar nuestra tecnología. A continuación pasamos a contar lamisión IRIS tal y como la vivió y registró en si misma.

IRIS fue encendida el día antes del lanzamiento a media noche, exactamente a las00:08:53 del 12 de Junio del año 2013, el lanzamiento se produjo a las 07:39:13de ese mismo día. Diez segundos más tarde IRIS detectaba el lanzamiento pormedio de su altímetro y arrancaba la secuencia de grabación del lanzamiento. 9segundos más tarde y a 150m del suelo encendió las cámaras.

Las temperaturas más bajas durante el ascenso (-34C) se registraron en lasparedes tan solo 30 minutos después del lanzamiento mientras cruzaba latropopausa. La electrónica interna, protegida por el aislamiento térmico y del calorgenerado por las cámaras, mantuvo la temperatura interna por encima de los 0Cgrados durante todo el lanzamiento.

IRIS apagó a 13.700m de altura y tras una hora de vuelo la cámara 1 para ahorrarbatería tal y como estaba previsto. Continuó grabando con las otras dos cámarasdurante otras 2 horas y las apagó cuando se encontraba a 33.229m de altura. Eltelescopio Sunrise alcanzaba la altura de operaciones 30 minutos más tarde(36.000m).

A partir de ese momento IRIS comenzó a tomar fotografías cada 5 minutos con lascámaras 2 y 3, la cámara 1 estaba prevista mantenerla apagada hasta la mitad delvuelo después de 3 días.

El primer problema llegó 30 horas después del lanzamiento cuando todas lascámaras se negaron a arrancar, la temperatura en ese momento era deunosapacibles 20C (debido a que estaba constantemente iluminada por el Sol)



aproximadamente unos 30 grados más caliente que la temperatura de laenrarecida atmósfera que lo circundaba, la presión atmosférica era inferior a 0.5%la presión que tenemos al nivel del mar. IRIS realizó un reciclado energético de lascámaras (básicamente las desenchufa completamente) y cinco minutos despuéslas cámaras volvían a funcionar correctamente.

IRIS continuó sin problemas hasta el tercer día, ya sobre Groenlandia, latemperatura ascendió bastante más de lo esperado y el interior llegó hasta los36C. La razón para estas altas temperaturas es que al calor que nos llegadirectamente generado por el Sol hay que sumar el calor reflejado por el suelototalmente blanco de Groenlandia (albedo) tal y como ocurre cuando te encuentrasesquiando en un día soleado. IRIS en esta fase consumía de media menos de0,1W de potencia, es decir, el calor del instrumento era prácticamente totalmenteproducido por el calor del Sol.

30 minutos después de soltar el globo y ya en un descenso en paracaídasbastante estable, IRIS registró las temperaturas más bajas de la misión (-36C)mientras cruzaba de nuevo la tropopausa.

42 minutos después de soltar el globo y con temperaturas exteriores de -11C a3000m de altura, la cámara 1 se encendió para poder registrar con las 3 cámarasel momento del impacto, la cámara necesitó hasta 3 minutos para arrancarcorrectamente y desempañar las lentes.

50 minutos después de soltar el globo, IRIS atravesó la última capa de nubes yaterrizó en la península de Boothia en Canadá exactamente a las 14:41:51 horasdel 17 de Junio. El aterrizaje duró menos de 2 segundos y el telescopio acabóboca abajo aplastando al instrumento IRIS contra el suelo. El vuelo había duradoexactamente 5 días, 7 horas y 38 segundos.

A pesar de todo IRIS no registró errores durante el aterrizaje incluso si físicamenteperdió parte de la pared donde estaba enganchada al telescopio. IRIS apagó lascámaras 10,5 minutos después de tocar el suelo, momento en el cual diocomienzo la fase de timelapse en el suelo con las cámaras 1 y 2, esperando alequipo de rescate y en un vano intento de retratar posible vida salvaje y fauna dellugar.



IRIS continuó trabajando normalmente hasta las 19:46:01 horas del 19 de Junio,momento en el cual el equipo de rescate apagó IRIS usando su interruptorprincipal. Pero ya era demasiado tarde, unos segundos antes había ya conseguidoinmortalizar a uno de los miembros del equipo de rescate. Durante los 2 días quepasó en tierra, IRIS registró otro error general en las cámaras que volvió a resolveruna vez más con otro reciclado energético. El nivel de batería en el momento deapagado del instrumento era de todavía el 40%.

Curiosamente IRIS no llegó hasta nuestras manos hasta 4 meses más tarde. Eldía 10 de octubre (4 meses después del vuelo) IRIS llamaba a la puerta del lugardonde había sido construido y ensamblado. Ese día la volvimos a encender porúltima vez para realizar un volcado de los datos de sus sensores. IRIS se despertócon bastante resaca mostrando múltiples errores (error baterías, error reinicioinesperado, error en cámaras 1, 2 y 3, errores en sensores de temperatura 4 y 5,error en la apertura de la memoria flash) y todavía creyendo encontrarse en modoaterrizaje en las estepas de la península de Boothia. El origen de los errores fueporque el equipo de rescate (siempre siguiendo nuestras indicaciones) habíadesvalijado completamente su interior para deshacerse de las baterías quepodrían resultar material peligroso durante su largo traslado por mar, traslado querealizó dentro de un container atravesando el Océano Atlántico junto con el restode piezas del telescopio Sunrise II.



Un grupo de aficionados españoles obtiene la primera secuencia en HD realizadadesde la estratosfera sobre el Círculo Polar Ártico

El equipo de trabajo Proyecto Daedalus de la Asociación AstroInnova ha finalizadolos primeros análisis de las imágenes obtenidas por el instrumento IRIS. Esteinstrumento desarrollado por Daedalus voló a través de la estratosfera por elcírculo polar ártico a bordo del Telescopio Solar Sunrise el pasado mes de Junio.Durante este tiempo se ha trabajado intensamente sobre los soportes informáticosrecibidos del instrumento tras ser rescatado de la tundra de la Península deBoothia en Canadá junto con el resto de instrumentos que conforman el telescopioSunrise.

Fig 1.El norte de Noruega desde la estratosfera en Sunrise II

El material audiovisual se encontraba en perfecto estado tras un vueloestratosférico de seis días de duración y pasar otros dos días más en la tundracanadiense en condiciones meteorológicas manifiestamente adversas. Losresultados preliminares aportados por el equipo de Proyecto Daedalus indican quese ha obtenido un total de 9,4 horas de vídeo y 3.987 fotografías en la estratosferay tras el aterrizaje.

Fig.2 Entrando en Canadá



Las 3 cámaras de IRIS han realizado una grabación en vídeo de todo el ascensode Sunrise II hasta los 37 kilómetros de altura, incluyendo el primer apuntado deltelescopio y la apertura de la cubierta protectora del espejo. Esta informaciónayudará a los investigadores a comprobar las condiciones en las que se desarrollauna misión de estas características. Asimismo permitirá analizar la dinámica de lasdiferentes capas de la atmósfera al atravesar alrededor de un 99% de la mismahasta alcanzar la altitud óptima para el trabajo del telescopio.

Durante los 6 días de misión las cámaras del instrumento IRIS además obtuvieronmiles de imágenes de alta definición que permiten obtener con detalle lasecuencia de todo el viaje y ha permitido realizar por primera vez un vídeo(timelapse) en alta definición desde la estratosfera sobre el Círculo Polar Ártico,cubriendo el viaje al completo desde el norte de Suecia y Noruega hasta laPenínsula de Boothia en el Ártico Canadiense.

Fig.3 El telescopio de 1m de Sunrise II

El instrumento IRIS también detectó la separación de Sunrise II del gigantescoglobo estratosférico de un tamaño similar a un campo de fútbol y registró con suscámaras todo el descenso hasta su aterrizaje permitiendo analizar las condicionesexistentes durante el aterrizaje. A pesar de que IRIS quedó aplastadaparcialmente tras la caída, el instrumento continuó funcionando durante dos díasmás hasta que fue rescatado y puesto a salvo por los equipos de rescate.

IRIS (Image Recording Instrument for Sunrise) es un instrumento diseñado yconstruido por Proyecto Daedalus para participar en Sunrise II, una misióninternacional para el estudio del Sol, siendo la primera vez que un grupo deaficionados participa en una misión de estas características. Proyecto Daedalus esuna iniciativa conjunta de un grupo de colaboradores interesados en actividadesaeroespaciales realizando vuelos de interés científico a la estratosfera, susmiembros fundadores son Aitor Conde, Miguel Ángel Gómez, Pedro León, DavidMayo, Fernando Ortuño y Rubén Raya, a la que se suma una larga lista decolaboradores que se han incorporado a lo largo de proyecto.



Proyecto Daedalus es gestionado por AstroInnova; asociación de ámbito nacional,iniciativa de un grupo de entusiastas de la astronomía y el espacio, con el finformalizar sus actividades en estas áreas.

Este proyecto nunca se hubiera llevado a cabo sin la colaboración de entidadescomo nuestro esponsor Citroën que fiel a su espíritu “Créative Techonologie”creyó firmemente en las posibilidades de la misión así como todas las institucionescientíficas que han colaborado en el vuelo del telescopio Sunrise e IRIS como son:El instituto Max Planck y el instituto Kiepenheuer de Alemania, el High AltitudeObservatory y la NASA de Estados Unidos y muy especialmente a las institucionesespañolas como las Universidades de Valencia y Politécnica de Madrid, el INTA,el Instituto de Astrofísica de Andalucía y el Instituto de Astrofísica de Canarias sinlas cuales la consecución de este logro nunca hubiera sido posible.[29]

2.1.2. Lanzamiento Universidad Sergio Arboleda

El Primer Satélite Colombiano es Sergista.

El martes 17 de abril de 2007, a la 1:46 minutos de la madrugada(hora deColombia), desde el Cosmódromo de Baikonur, en Kazajistán, fue lanzado alespacio el primer satélite colombiano Libertad 1- USA(Universidad SergioArboleda), lo que se constituye en un hecho histórico, pues se trata de la primeraexperiencia en este campo que se realiza en todo el país y concretamente en laUniversidad Sergio Arboleda, en donde un equipo de investigaciones integradocon profesores y estudiantes de la Escuela de Ingeniería y del ObservatorioAstronómico, llevó a cabo su construcción y ensamblaje.

De acuerdo con las proyecciones de las autoridades aeroespaciales, 16 minutosdespués de producirse el lanzamiento, el satélite se separó del cohete.

El satélite (cubesat), que por su tamaño es denominado Pico satélite, permitirádesarrollar proyectos que generarán múltiples beneficios. Según sus creadores,fue diseñado con objetivos básicos y alcanzables debido a las limitaciones deespacio y los consumos de corriente para operar bajo condiciones extremas devacío y temperatura.

Libertad 1 envía desde el espacio distintas señales comprimidas que sonescuchadas por estaciones terrenas en diferentes partes del mundo, con laidentificación de la Universidad Sergio Arboleda. También suministra datostelemétricos importantes sobre su estado de funcionamiento, la temperatura ensus paredes exteriores y la corriente de sus circuítos, entre otros.

Además se puede conocer su posición respecto al sol y a la tierra y verifica todoslos diseños para futuras misiones.[34]



2.2. Marco Teórico

2.2.1 TrasmisorCaracterísticas

2.65 GHz sintetizador controlado bidireccional bus I2C

DESCRIPCIÓN GENERAL

El TSA5055T es un sintetizador de frecuencia PLL de un solo chip diseñado parasistemas de sintonización de TV vía satélite. Se puede utilizar con una entradasimétrica (pins 13 y 14) o con una asimétrica de entrada (pin 13).

Los datos de control se introduce a través del bus I2C; cinco bytes de serie sonrequerida para hacer frente al dispositivo, seleccione el oscilador de frecuencia, elprograma de seis puertos de salida y establecer la corriente de carga de la bomba.Cuatro de estos puertos también se puede utilizar como puertos de entrada (trespropósitos generales puertos I / O, un ADC).

La información digital relativa a estos puertos se puede leer del TSA5055T en lalínea SDA (un byte de estado) durante una operación de lectura. Se establece unindicador cuando el bucle está "en-lock ' y se lee durante una operación de lectura.El dispositivo cuenta con una dirección I2C-bus fija y tres programablesdirecciones, programadas mediante la aplicación de una tensión específica apuerto 3. El comparador de fase opera a 7.8125 kHz cuando se utiliza un cristal de4 MHz



Fig. 4 DESCRIPCION FUNCIONAL TSA5055T

General

El TSA5055T se controla a través del I2C-bus de 2 hilos. Por programación, hayuna (7 bits) dirección del módulo y la bit R / W para seleccionar READ o modo deescritura.

Modo de escritura: R / W = 0; véase la Tabla 1 Después de la transmisión dedirección (primer byte), los bytes de datos puede ser enviados al dispositivo. Senecesitan cuatro bytes de datos para completamente programar el TSA5055T. Eltransceptor bus tiene una instalación de incremento automático que permite laprogramación de la TSA5055T dentro de una sola transmisión (dirección + cuatrobytes de datos).

El TSA5055T también se puede programar en parte de la condición que es elprimer byte de datos siguiendo la dirección de byte 2 o 4 bytes.

El significado de los bits en los bytes de datos se da en Tabla 1. El primer bit delprimer byte de datos transmitida indica si los datos de frecuencia (primer bit = 0) obomba de carga y la información de los puertos (primer bit = 1) seguirán. Hasta



que un estado de STOP bus I2C es enviado por el controlador, bytes de datosadicionales se pueden introducir sin necesidad de volver a tratar el dispositivo.Esto permite una frecuencia suave barrer para un ajuste fino. Al encender elequipo, los puertos se establecen en el estado de alta impedancia.

La frecuencia de referencia 7,8125 kHz se obtiene dividir la salida del oscilador decristal de 4 MHz por 512. Debido a que la entrada de la señal de RF se divideprimero por 16, el tamaño de paso es de 125 kHz. Un cristal de 3,2 MHz puedeofrecer un paso tamaño de 100 kHz

Tabla 1

Tabla 1 formato de datos de escritura.

Notas

1. MA1 y MA0: bits de dirección programable (ver Tabla 3).

2. A: bit de reconocimiento.

3. N14 a N0: bits de divisor programable.

4. N = 214 × N14 + N13 × 213 + ... + N1 × 21 + N0.

5. CP: corriente de carga de la bomba. CP = 0: 50 mu; CP = 1: 220 mu.

6. P7 a P4 = 1: salidas de colector abierto están activos.

7. P7 a P3 y P0 = 0: las salidas están en estado de alta impedancia.

8. P3 y P0 = 1: salidas de corriente limitada, están activos.

9. T1, T0 y OS = 0, 0 y 0: funcionamiento normal.

10. T1 = 1: Frecuencia de referencia P6 y P7 = = FDIV.



11. T0 = 1: 3-estado de carga de la bomba.

12. OS = 1: salida del amplificador operacional está apagado (varicap unidaddesactivar).

13. X: NC

LEER modo: R / W = 1; véase la Tabla 2

Los datos pueden ser leídos fuera de la TSA5055T estableciendo el R / W poco a1. Después de la dirección del esclavo ha sido reconocido, la TSA5055T generauna señal de confirmación (A) y el primer byte de datos (byte de estado) setransfiere a la línea SDA

(MSB primero). Los datos son válidos en la línea SDA mientras SCL señal de relojes ALTA.

Un segundo byte de datos se puede leer de la TSA5055T si el procesador generauna señal de confirmación de la SDA línea. Fin de la transmisión se producirá si elprocesador hace No envíe una señal de confirmación.

El TSA5055T entonces liberar la línea de datos para permitir la procesador paragenerar una condición de STOP. Cuando los puertos P3 a P7 se usan comoentradas, deben ser programados para su estado de alta impedancia.

La bandera POR (Power-On Reset) se pone a 1 en el encendido y cuando VCCestá por debajo de 3 V. La bandera se pone a cero cuando una final de los datoses detectado por el TSA5055T (final de un LEER secuencia). El control del buclese hizo posible con la en-lock flag FL, que indica cuando el bucle es de enganchede fase (FL = 1).

Tabla 2

Tabla 2 Formato de datos

Notas



1. POR: encendido indicador de reposición (POR = 1 en el encendido).

2. FL: bandera de frenos (FL = 1 cuando el bucle está bloqueado de fase).

3. I2, I1 e I0: la información digital de puertos I / O P7, P5 y P4 respectivamente.

4. A2, A1 y A0: salidas digitales del ADC de 5 niveles.

2 LSB

5. MSB se transmite primero.

Los bits I2, I1 e I0 representan el estado de los puertos I / O P7, P5 y P4,respectivamente. Una lógica '0' indica un nivel bajo y un '1' lógico alto nivel(niveles TTL). Un built-in de 5 niveles de ADC está disponible en el puerto de E / SP6. Este ADC se puede utilizar para alimentar AFC información al controlador dela sección de FI del receptor, como se muestra en la figura 4. La relación entre losbits A2, A1,A0 y la tensión de entrada en el puerto P6 se da en la Tabla 4.

APLICACIONES

• Televisión satelital

• Aeromodelismo.

Fig.6 Datos De Referencia Rápida

2.1Módulo receptor con tecnología FPVSISTEMA DE SONIDO DE TELEVISION



• Sustituye atenuador electrónico de control de volumen convencional

• La alta sensibilidad : v EN ( Lim ) = 200 mV (típico)

• Diodo Zener interno de alimentación regulada

• Excelente rechazo AM : AMR = 50 dB ( típico)

• Distorsión Baja

• Capacidad de unidad de audio 6mAp - p

• Voltaje de salida de audio 7Vp - p

¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.5.

Figura 5 Módulo TA7176AP[28]

Se eligió el módulo TA7176AP para el Receptor de la base terrestre, ya que suconfiguración típica es para demodular TV, además tiene características de bajoconsumo de corriente, salidas de video, alta sensibilidad de recepción, y conectorSMA para la antena yagi.

1.1.1. Estructura vertical de la atmósferaLa atmósfera se divide en 4 regiones muy importantes; pero para este caso lascapas a las cuales estaríamos alcanzando son:

TropósferaLa troposfera es una región atmosférica muy importante ya que esta contiene el75% de la masa total de la atmosfera, en esta se presentan los fenómenos



meteorológicos y biológicos más importantes, además se caracteriza por que amedida que su altura incrementa la temperatura decrece y los vientos son cadavez más intensos, pues su temperatura aumenta a razón de 6.5°C/km en unaatmosfera húmeda y 10°C/km en una atmósfera seca y el viento alcanza valoresde hasta los 10km[16].

EstratósferaEsta región atmosférica se caracteriza porque su temperatura incrementauniformemente según la altura, esta región inicia desde los 15 km y termina a los50km, además no presenta fenómenos meteorológicos, no presenta nubes y losvientos decrecen a mayor altura , otra característica importante es que “en la bajaestratosfera (hasta los 25 km) la temperatura aumenta gradualmente o semantiene constante; arriba de este nivel la temperatura aumenta hasta alcanzarvalores en el rango de 10 a 15°C”[30].

Sistemas FPV“First Person View” Traduce del inglés “Vista en primera persona”, FPVes un sistema que es capaz de proporcionar una imagen de primerapersona, es decir, permite que una persona en el suelo pueda observaruna imagen como si estuviera inmerso dentro de la aeronave, usadoinicialmente en aeromodelismo con alcance de máximo 2 Km, lo cualabre la puerta hacia diversas aplicaciones de investigación agrícola ymeteorológica entre otros.La implementación se logra gracias a la nueva tecnología demicrocámaras y transmisores de video reducidas dimensiones y peso,con potencia suficiente para alcanzar distancias importantes (2-8 Km). Elvuelo FPV requiere de un equipamiento que permita transmitir la imagende video tomada en la aeronave y reproducirla correctamente en tiemporeal en tierra, los principales componentes son los siguientes:

Transmisor y receptor de videoSe han desarrollado transmisores de video de diminutas dimensiones ylivianos en conjunto con la tecnología de las micro cámaras; además lapotencia de transmisión es suficiente para que el envío de video logreun alcance importante. Los transmisores y receptores de video, por logeneral son fabricados para que trabajen en las frecuencias de 900 MHz,



1200 MHz, 2.4 GHz, 5.6 GHz, las cuales son frecuencias de usolibre(Bandas no licenciadas).Estos transmisores y receptores suelen disponer de varios canalesSeleccionables por el usuario, permitiendo el uso de varios equiposfuncionando en simultáneo, sin interferirse entre sí. En la siguiente figurase puede observar un kit básico FPV comercial para aeromodelismo, quecontiene los módulos transmisor/receptor, las dos antenasomnidireccionales con ganancia de 9 dBi y los conectores para video yaudio RCA, No incluye los adaptadores de voltaje, se debió buscar en elmercado, y se adquirieron dos (2) adaptadores ZTE de 12 VDC a 800mA.

Fig.10 Kit FPV [24].

2.1.1 Antena Transmisora

Para la antena transmisora se considera inicialmente la antena incluida en elkit, la cual es una antena omnidireccional de 9dBi en el módulo transmisor [Fig11]. Se tiene en cuenta varias características de la antena, como la ganancia yel patrón de radiación, adicionalmente se tuvo en cuenta que en enlace espunto a punto pero con la particularidad de que la estación base o baseterrestre(Lado A) y el vehículo transmisor es un punto móvil; al estar enmovimiento el vehículo, tendremos pérdidas de señal en los lapsos de tiempoque las antenas no estén en la polarización correcta. De acuerdo a este



análisis previo, se optó por buscar una antena apropiada para disminuir o evitaral máximo las pérdidas de señal, lo cual se traduce en pérdidas de informaciónrecopilada en línea.

Fig. [11] Antena omnidireccional Transmisora. [24]

Se realizan simulaciones del enlace de 40 Km con antenas Yagi con resultadossatisfactorios, simulado con obstrucción y con antenas de 12 dBi de ganancia y0.5 Kg de peso cada una. Teniendo la limitación de peso en el Transmisor, seinvestiga sobre antenas livianas, directivas y con buena ganancia; entre ellas seencuentra la antena tipo “hoja de trébol”, la cual se adapta a las necesidades depeso (7 gramos), dimensiones, y optimización de la potencia de transmisión, parael caso puntual de un punto móvil con línea de vista sin obstrucción. En lasiguiente figura se puede ver la antena:

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Fig. [12].Antena hoja de trébol [24]

2.1.2 Antena ReceptoraLa antena receptora a diferencia de la transmisora, no tiene limitaciones de pesoo dimensiones, ya que va a estar ubicada en la base terrestre. Se decidió elegiruna antena yagi de 12 dBi de ganancia, la mejor opción por la directividad ypracticidad de recepción de la señal de video. En la siguiente figura se puedeobservar la antena y su respectivo patrón de radiación.

Fig 13.Antena yagi 12 dBi.[31]

La transmisión del video se realizará con modulación FM;la cual es usadacomercialmente en radio y TV. A continuación se revisarán los aspectos másimportantes de dicha modulación.

Modulación FM

Fig.14 Modulación Fm [32]



La modulación de frecuencia consiste en variar la frecuencia de la ondaportadora de acuerdo con la intensidad de la onda de información. Laamplitud de la onda modulada es constante e igual que la de la ondaportadora.La frecuencia de la portadora oscila más o menos rápidamente, según laonda moduladora, esto es, si aplicamos una moduladora de 100 Hz , laonda modulada se desplaza arriba y abajo cien veces en un segundorespecto de su frecuencia central , que es la portadora; además el gradode esta variación dependerá del volumen con que modulemos laportadora, a lo que denominamos “índice de modulación”.Debido a que los ruidos o interferencias alteran la amplitud de la onda,no afecta a la información transmitida en FM, puesto que la informaciónse extrae de la variación de frecuencia y no de la amplitud, que esconstante.Como consecuencia de estas características de modulación se puedeobservar cómo la calidad de sonido o imagen es mayor cuandomodulamos en frecuencia que cuando lo hacemos en amplitud.Las emisoras de FM pueden trabajar en bandas de frecuencias muyaltas, en las que las interferencias en AM son importantes; lasestaciones o emisoras comerciales de radio FM tienen frecuencias entre88 y 108 Mhz. El alcance en estas bandas está limitado para que puedahaber emisoras de la misma frecuencia situadas a unos cientos dekilómetros sin que se interfieran entre ellas. La modulación FM se utilizaen medios tan importantes como la televisión y la radio[32].

Espectro Radioeléctrico

Otro aspecto importante a tener en cuenta es la banda de frecuenciasque se va a utilizar y que está regulada por la ANE( Agencia nacionaldel espectro), la cual es la entidad que se encarga de planearestratégicamente el uso del espectro radioeléctrico, así como suvigilancia y control en todo el territorio nacional colombiano[33]. Lasfrecuencias utilizadas están en la banda UHF (300Mhz a 3 Ghz),

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