Автоматичне скидання баласту з аеростату

Система встановлюється на аеростат і призначена для аварійного скидання баласту, щоб уникнути зіткнення із землею в умовах, коли пілот аеростату з якихось причин не робить цього самостійно

Перед початком польоту заздалегідь встановлюються критерії, за якими має бути скинутий баласт:

• Спуск нижче за певну барометричну висоту.
• Вихід із певної області або вхід до певної області (визначається поточними координатами GPS) (необов'язково)
• Ручне віддалене керування через мобільне з'єднання у разі аварійної ситуації

У системі передбачено двосторонній канал зв'язку через мобільну мережу, що дозволяє в будь-який момент перевірити стан системи, отримати поточні координати, барометричну висоту, змінити критерій спрацьовування та за необхідності вручну подати команду скидання.

Баласт звільняється шляхом фізичного розрізання стропи, до якої він прикріплений, за допомогою електричних ножиць, керованих безпосередньо з контролера. Система повністю незалежна (живиться від вбудованих акумуляторів) і не вимагає будь-яких дій з боку екіпажу під час польоту. Все, що потрібно – це правильна ініціалізація системи перед польотом.

Параметри системи:

• Головний контролер - Arduino Uno
• Процесор – 16 МГц, ATmega328P
• Пам'ять контролера - 2 КБ SRAM, 1 КБ EEPROM.
• Модуль GSM GPRS - SIM900
• Слот GPRS — GPRS класу 8 та 8, мобільна станція класу B.
• Робоча частота – 850, 900, 1800, 1900 МГц
• Частота GPS-антени – 1575,42 МГц
• Посилення GPS-антени – 28 дБі
• Набір датчиків - L3G4200D (гіроскоп), ADXL345 (акселерометр), HMC5883L (магнітометр) та BMP085 (барометричний датчик).
• Діапазон вимірюваного тиску – 300..1100 гектопаскалів (+9000..-500 м над рівнем моря)
• Час відгуку – 7,5 мс.
• Джерело харчування

  • 4 батареї типу АА (логіка).
  • Акумулятор LiMn 1500 мАг, 3,6 В (акумуляторні ножиці)

• Робоча температура – від -40°С до +85°С;
• Вага

  • 180 г (основні компоненти)
  • 650 г (акумуляторні ножиці)
  • ~1 кг (повне складання включає кріплення та корпус)

• Розміри

  • 90x90x60 мм (коробка з компонентами)
  • 300x90x90 мм (акумуляторні ножиці)

• Робоча температура – від 0 до +45°С;

Основні функції управління системою (через мобільну мережу)

<ол тип="1">

Дзвінок на номер вставленої SIM-картки - після одного-двох звуків система скине дзвінок і надішле у відповідь статусне SMS.

• Відповідне SMS: H=91,32м(0,34м) Vrt=0,00м/с; Н = 48,456421; Е = 35,071960; Годинник=0км/год

  • H=91,32м – висота над рівнем моря, що розраховується за атмосферним тиском, метри.
  • (0,34m) – висота щодо нуля, вказаного при ініціалізації. Навіть якщо система знаходиться в тій же точці, що і при встановленні нуля, вона може показувати кілька сантиметрів у той чи інший бік (похибка вимірювання датчика)
  • Vrt=0,00м/с – вертикальна швидкість, розрахована зі зміни висоти протягом останніх 10 секунд N=48,456421; E=35.071960 – координати GPS
  • Hrz=0km/h – горизонтальна швидкість, що розраховується за зміною координат GPS, км/год. Якщо немає прийому сигналу GPS (наприклад, у приміщенні), то замість останніх трьох цифр буде «Завантаження GPS». Для тестування GPS-антену можна розмістити на підвіконні або біля відкритого вікна.

СМС із текстом 0 — встановлює поточну висоту на нуль і включає автоматику (якщо вона працювала раніше).

• Відповідне SMS – <код>0 OK H=91,32м(0,00м) Vrt=0,00м/с; Н = 48,456421; Е = 35,071960; Hrz=0км/год

SMS із текстом 1 — активує ножиці незалежно від висоти.

• Відповідне SMS – <код>1 OK H=91,32м(0,00м) Vrt=0,00м/с; Н = 48,456421; Е = 35,071960; Hrz=0км/год

СМС з текстом 2 – включає та вимикає автоматичну активацію ножиць за значенням висоти. Якщо автоматика вже спрацювала один раз, повторне зниження не включить ножиці. За допомогою цієї команди ви можете повторно включити автоматизацію або примусово вимкнути її.

• Відповідне SMS – <код>Управління ВКЛ/ВИМК H=91,32м(0,00м) Vrt=0,00м/с; Н = 48,456421; Е = 35,071960; Hrz=0км/год

СМС із текстом «3» — запросить поточні налаштування автоматизації.

• Відповідне SMS: «Налаштування: CutH=200м; АвтоВкл.H = 280м; Скорочення = 3;

  • CutH=200м – висота роботи ножиць при спуску, метрів
  • AutoOnH=280м – висота, на якій включатиметься автоматика при підйомі, метрів
  • Cuts=3 – кількість розрізів ножицями

СМС із текстом Set 200,280,3 — задає параметри висоти зрізу, мінімальної висоти підйому та кількості зрізів.

• Відповідне SMS <код>Налаштування: CutH=200м; Автовкл.H = 280м; Cuts=3; Параметри зберігаються в пам'яті контролера після вимкнення живлення. Під час наступного увімкнення їх буде встановлено автоматично. При першому увімкненні, тобто рекомендується один раз задати ці параметри через СМС. Також запам'ятовується останній номер, на який надіслано SMS.

 

Процедура ініціалізації

Ви приїжджаєте на локацію та вмикаєте пристрій вимикачем живлення. При цьому засвітиться індикатор «PWR» у кутку верхньої плати – це сигналізує про включення живлення всієї системи. Крім того, має спалахнути індикатор «Статус» — він сигналізує про те, що сам GSM-модуль увімкнений.

Якщо індикатори «Стан» та «Мережа» загоряються, потім гаснуть, потім знову загоряються – живлення GSM-модуля недостатньо для роботи

Відразу після ввімкнення індикатор Net також починає блимати. Якщо миготіння часто (кожні 0,5-0,8 секунди), значить, йде пошук мережі і робиться спроба підключення. Якщо SIM-картка вставлена і з'єднання є, через кілька секунд після ввімкнення індикатор «Стан» почне блимати повільніше (кожні 2-3 секунди). Це означає, що система зареєструвалася в мобільній мережі та її можна використовувати.

Під час ініціалізації барометричний датчик записує поточну висоту та зберігає її як нуль. При виході модуля в робочий режим він сигналізує про це (зуммером, або СМС з текстом «0 OK H=550(+000)» (тут 550 — висота щодо рівня моря, 000 — щодо нуля) і поточні координати і висота). При отриманні СМС з текстом «0» з вашого номера висота/координати запам'ятовуються заново (як і вихідні) і приходить те саме відповідь СМС.

При натисканні кнопки тестування або отриманні СМС з текстом «1» ножиці включаються три рази для перевірки їх роботи, у відповідь СМС із поточним статусом

Схема підключення

Компоненти

• Контролер Arduino UNO
• Сенсорний модуль GY80 (акселерометр + барометр)
• GPS-екран Arduino
• Активна GPS-антена
• SIM900 GSM/GPRS екран
• Реле 5 В для активації ножиць.
• Батарний ящик на 4 батареї АА
• Акумуляторні ножиці (Bosch 825306 Ciso або аналогічний)

Дальній розвиток системи

• Додавання як критерій тригера входу або виходу з певної області (яка визначається поточними координатами GPS).

• Зміна висоти тригера на основі набору висот для різних координат (без топографічних карт) для роботи в умовах набору висот

• Додавання лазерного датчика висоти на додаток до барометричного.

• Додавання локальної панелі керування з можливістю відображення поточних даних про висоту, координат та додаткового ручного керування скиданням.

• Поліпшення інтерфейсу користувача — створення мобільного додатка зі зручним інтерфейсом для ініціалізації. відображення поточного статусу та керування функціями системи

Фотографії

https://github.com/Brabn/AutomaticBallast23 /3c1d7302-0958-42c9-9710-e73c9e247fef