Capsula SSTV per palloni ad alta quota: 11 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Questo progetto nasce dopo la mongolfiera ServetI nell'estate del 2017 con l'idea di inviare immagini in tempo reale dalla Stratosfera alla Terra. Le immagini che abbiamo scattato sono state archiviate nella memoria dell'rpi e successivamente sono state inviate grazie alla conversione in segnale audio. Le immagini devono essere inviate ogni "x" volte alla stazione di controllo. È stato anche suggerito che queste immagini avrebbero fornito dati come temperatura o altitudine, nonché un'identificazione in modo che chiunque ricevesse l'immagine potesse sapere di cosa si tratta.

In sintesi, un Rpi-z prende le immagini e raccoglie i valori del sensore (temperatura e umidità). Questi valori sono memorizzati in un file CSV e in seguito possiamo usarlo per fare alcuni grafici. La capsula invia immagini SSTV in forma analogica attraverso la radio. È lo stesso sistema utilizzato dalla ISS (International Space Station), ma le nostre immagini hanno una risoluzione inferiore. Grazie ad esso, ci vuole meno tempo per inviare l'immagine.

Passaggio 1: cose di cui abbiamo bisogno

-Il cervello Pi-Zero: https://shop.pimoroni.com/products/raspberry-pi-ze… 10$-Orologio:

Rtc DS3231

-Sensore di temperatura e sensore di pressione barometrica: BMP180-Modulo radio: DRA818V

Solo alcuni componenti:

-10UF CONDENSATORE ELETTROLITICO x2

-0.033UF CONDENSATORE CERAMICO MONOLITICO x2

-150 OHM RESISTENZA x2

-270 OHM RESISTENZA x2

-600 OHM TRASFORMATORE AUDIO x1

-1N4007 diodo x1

-100uF CONDENSATORE ELETTROLITICO

-10nf CONDENSATORE CERAMICO MONOLITICO x1-10K RESISTENZA x3

-1K RESISTENZA x2

-56nH INDUTTORE x2*-68nH INDUTTORE x1*-20pf CONDENSATORE CERAMICO MONOLITICO x2*

-36pf CONDENSATORE CERAMICO MONOLITICO x2*

*Componenti consigliati, la capsula può funzionare senza di essi

Passaggio 2: Pi-Zero

Rpi Zero Occorre installare Raspbian con ambiente grafico, accedendo al menu raspi-config abiliteremo l'interfaccia della fotocamera, I2C e Serial. Ovviamente l'interfaccia grafica non è obbligatoria ma la uso per testare il sistema. Grazie a WS4E, perché spiega una soluzione per SSTV su RPIScarica la cartella SSTV nel nostro repository e trascinala nella tua directory "/home/pi" il codice principale si chiama sstv.sh, quando partirà il codice, abiliterà la comunicazione con la radio modulo e sensore bmp180, inoltre, scatterà foto e le convertirà in audio per trasmetterle via radio in audio.

Puoi provare il sistema utilizzando direttamente il cavo audio maschio-maschio da 3,5 mm o utilizzando il modulo della radio e un altro dispositivo per ricevere i dati come SDR o chiunque walkie-talkie con un'applicazione Android Robot36.

Passaggio 3: dispositivi

Le unità RTC e BMP180 possono essere montate insieme su pcb, grazie ad essa possono condividere la stessa interfaccia di alimentazione e comunicazione. Per configurare questi moduli posso seguire le istruzioni nelle pagine seguenti, che mi hanno aiutato. Installare e configurare bmp180Installare e configurare il modulo RTC

Passaggio 4: impostazioni della fotocamera

Nel nostro progetto potremmo utilizzare qualsiasi fotocamera ma preferiamo utilizzare la raspi-cam v2 per peso, qualità e dimensioni. Nel nostro script utilizziamo l'applicazione Fswebcam per scattare foto e inserire informazioni su nome, data e valori del sensore tramite OSD (dati sullo schermo). Per il corretto rilevamento della telecamera da parte del nostro software abbiamo bisogno di vedere queste istruzioni.

Passaggio 5: uscita audio

Rpi-zero non ha un'uscita audio analogica diretta, ciò richiede l'aggiunta di una piccola scheda audio tramite USB o la creazione di un semplice circuito che generi l'audio attraverso due porte PWM GPIO. Abbiamo provato la prima soluzione con la scheda audio USB ma questa si riavviava ogni volta che la radio veniva messa in TX (Stranger Things). Alla fine, abbiamo utilizzato l'uscita audio tramite il pin PWM. Con diversi componenti, puoi creare un filtro per ottenere un audio migliore.

Abbiamo assemblato il circuito completo con due canali, audio L e R ma ne hai solo bisogno. Inoltre, come potete vedere nelle immagini e nello schema abbiamo aggiunto un trasformatore audio da 600 ohm come isolamento galvanico. Il trasformatore è opzionale ma abbiamo preferito utilizzarlo per evitare interferenze.

Passaggio 6: modulo radio VHF

Il modulo utilizzato era il DRA818V. La comunicazione con il modulo avviene tramite porta seriale quindi dobbiamo abilitarla nei pin GPIO. Nelle ultime versioni RPI c'è un problema nel farlo perché RPI ha un modulo Bluetooth che utilizza gli stessi pin. Alla fine, ho trovato una soluzione per farlo nel link.

Grazie all'uart possiamo stabilire una comunicazione con il modulo per assegnare funzioni di trasmissione, ricezione in radiofrequenza (ricordiamo che è ricetrasmettitore) e altre specificità. Nel nostro caso utilizziamo il modulo solo come trasmettitore e sempre sulla stessa frequenza. Grazie ad un pin GPIO, attiverà il modulo radio PTT (Push to talk) quando vorremo inviare l'immagine.

Un dettaglio molto importante di questo dispositivo è che non tollera l'alimentazione a 5v e lo diciamo per …"esperienza". Quindi possiamo vedere nello schema che c'è un tipico diodo 1N4007 per ridurre la tensione a 4,3 V. Usiamo anche un piccolo transistor per attivare la funzione PTT. La potenza del modulo può essere impostata su 1w o 500mw. Puoi trovare maggiori informazioni su questo modulo nella scheda tecnica.

Passaggio 7: antenna

È un componente importante della capsula. L'antenna invia segnali radio alla stazione base. In altre capsule abbiamo testato con antenna lambda ¼. Tuttavia, per garantire una buona copertura, progettiamo una nuova antenna chiamata Turnstile (dipolo incrociato). Per costruire questa antenna, è necessario un pezzo di cavo da 75 ohm e 2 metri di tubo di alluminio di 6 mm di diametro. Puoi trovare i calcoli e un disegno 3D del pezzo che tiene il dipolo nella parte inferiore della capsula. Abbiamo testato la copertura dell'antenna prima del lancio e, infine, ha inviato con successo immagini di oltre 30 km.

-Valori per calcolare le dimensioni dell'antenna (con i nostri materiali)

Frequenza di SSTV in Spagna: 145.500 Mhz Rapporto di velocità dell'alluminio: 95% Rapporto di velocità del cavo da 75 ohm: 78%

Passaggio 8: alimentazione

Non puoi inviare una batteria alcalina nella stratosfera, arriva fino a -40 ° C e smettono di funzionare. Anche se isolerai il tuo carico utile, vuoi usare batterie al litio usa e getta che funzionano bene a basse temperature.

Se usi un convertitore dc-dc un regolatore di abbandono ultra basso, puoi spremere più tempo di volo dal tuo alimentatore

Usiamo un wattmetro per misurare il consumo elettrico e quindi calcolare quante ore potrebbe funzionare. Abbiamo acquistato il modulo e montato in una piccola scatola, ci siamo subito innamorati di questo dispositivo.

Usiamo un pacco da 6 batterie al litio AA e questo step-down.

Passaggio 9: Capsula di progettazione

Usiamo la "schiuma" per costruire una capsula leggera e isolante. Lo facciamo con CNC al Cesar di Lab. Con un cutter e cura, stavamo introducendo tutti i componenti al suo interno. Abbiamo avvolto la capsula grigia con una coperta termica (Come i veri satelliti;))

Passaggio 10: il giorno del lancio

Abbiamo lanciato il pallone il 2018-02-25 ad Agon, una cittadina vicino a Saragozza, il lancio è avvenuto alle 9:30 e il tempo di volo è stato di 4 ore, con un'altezza massima di 31.400 metri e una temperatura esterna minima di - 48º Centigrado. In totale il pallone ha percorso circa 200 km. Abbiamo potuto continuare il suo viaggio grazie ad un'altra capsule Aprs e al servizio di www.aprs.fi

La traiettoria è stata calcolata grazie al servizio www.predict.habhub.org con grande successo, come si può vedere nella mappa con le linee rosse e gialle.

Altitudine massima: 31.400 metri Velocità massima di discesa registrata: 210 km/h Velocità di discesa terminale registrata: 7 m/s Temperatura minima esterna registrata: da -48ºC a 14.000 metri di altezza

Abbiamo realizzato la capsule SSTV ma questo progetto non avrebbe potuto essere realizzato senza l'aiuto degli altri collaboratori: Nacho, Kike, Juampe, Alejandro, Fran e altri volontari.

Passaggio 11: risultato sorprendente

Grazie a Enrique abbiamo un video riassuntivo del volo dove puoi vedere l'intero processo di lancio. Senza dubbio il miglior regalo dopo il duro lavoro

Primo Premio nella Sfida Spaziale