Techi-news.com
Техника, электроника, литература

Автоматический сброс балласта с аэростата

Система устанавливается на аэростат и предназначена для аварийного сброса балласта во избежание столкновения с землей в условиях, когда пилот аэростата по каким-либо причинам не делает этого самостоятельно

Перед началом полета заранее устанавливаются критерии, по которым должен быть сброшен балласт:

Спуск ниже определенной барометрической высоты.

Выход из определенной области или вход в определенную область (определяется текущими координатами GPS) (необязательно)

Ручное удаленное управление через мобильное соединение в случае аварийной ситуации

Автоматическая разгрузка балласта в сборке

В системе предусмотрен двусторонний канал связи через мобильную сеть, что позволяет в любой момент проверить состояние системы, получить текущие координаты, барометрическую высоту, изменить критерий срабатывания и при необходимости вручную подать команду сброса.

Балласт освобождается путем физического разрезания стропы, к которой он прикреплен, с помощью электрических ножниц, управляемых непосредственно с контроллера. Система полностью независима (питается от встроенных аккумуляторов) и не требует каких-либо действий со стороны экипажа во время полета. Все, что требуется – это правильная инициализация системы перед полетом.

Параметры системы:

Главный контроллер — Arduino Uno

Процессор – 16 МГц, ATmega328P

Память контроллера — 2 КБ SRAM, 1 КБ EEPROM.

Модуль GSM GPRS — SIM900

Слот GPRS — GPRS класса 8 и 8, мобильная станция класса B.

Рабочая частота – 850, 900, 1800, 1900 МГц

Частота GPS-антенны – 1575,42 МГц

Усиление GPS-антенны – 28 дБи

Набор датчиков — L3G4200D (гироскоп), ADXL345 (акселерометр), HMC5883L (магнитометр) и BMP085 (барометрический датчик).

Диапазон измеряемого давления – 300..1100 гектопаскалей (+9000..-500 м над уровнем моря)

Время отклика – 7,5 мс.

Источник питания
- 4 батарейки типа АА (логика).
- Аккумулятор LiMn 1500 мАч, 3,6 В (аккумуляторные ножницы)

Рабочая температура – от -40°С до +85°С;

Вес
- 180 г (основные компоненты)
- 650 г (аккумуляторные ножницы)
- ~1 кг (полная сборка включает крепление и корпус)

Размеры
- 90x90x60 мм (коробка с компонентами)
- 300x90x90 мм (аккумуляторные ножницы)

Рабочая температура – от 0 до +45°С;

Основные функции управления системой (через мобильную сеть)

<ол тип="1">

Звонок на номер вставленной SIM-карты - после одного-двух звуков система сбросит звонок и отправит в ответ статусное SMS.

Ответное SMS: H=91,32м(0,34м) Vrt=0,00м/с; Н=48,456421; Е=35,071960; Часы=0км/ч
- H=91,32м – высота над уровнем моря, рассчитываемая по атмосферному давлению, метры.
- (0,34m) – высота относительно нуля, указанного при инициализации. Даже если система находится в той же точке, что и при установке нуля, она может показывать несколько сантиметров в ту или иную сторону (погрешность измерений датчика)
- Vrt=0,00м/с – вертикальная скорость, рассчитанная по изменению высоты за последние 10 секунд N=48,456421; E=35.071960 – координаты GPS
- Hrz=0km/h – горизонтальная скорость, рассчитываемая по изменению координат GPS, км/ч. Если нет приема сигнала GPS (например, в помещении), то вместо последних трех цифр будет быть «Загрузка GPS». Для тестирования GPS-антенну можно разместить на подоконнике или возле открытого окна.

СМС с текстом 0 — устанавливает текущую высоту на ноль и включает автоматику (если она работала раньше).

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

SMS с текстом 1 — активирует ножницы независимо от высоты.

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

СМС с текстом 2 – включает и выключает автоматическую активацию ножниц по значению высоты. Если автоматика уже сработала один раз, то повторное понижение не включит ножницы. С помощью этой команды вы можете повторно включить автоматизацию или принудительно отключить ее.

Ответное SMS – <код>Управление ВКЛ/ВЫКЛ H=91,32м(0,00м) Vrt=0,00м/с; Н=48,456421; Е=35,071960; Hrz=0км/ч

СМС с текстом «3» — запросит текущие настройки автоматизации.

Ответное SMS: «Настройки: CutH=200м; АвтоВкл.H=280м; Сокращения=3;'
- CutH=200м – высота работы ножниц при спуске, метров
- AutoOnH=280м – высота, на которой будет включаться автоматика при подъеме, метров
- Cuts=3 – количество разрезов ножницами

СМС с текстом Set 200,280,3 — задает параметры высоты среза, минимальной высоты подъема и количества срезов.

Ответное SMS <код>Настройки: CutH=200м; АвтоВкл.H=280м; Cuts=3; Параметры сохраняются в памяти контроллера после отключения питания. При следующем включении они будут установлены автоматически. При первом включении, то есть рекомендуется один раз задать эти параметры через СМС. Также запоминается последний номер, на который было отправлено SMS.

Процедура инициализации

Вы приезжаете на локацию и включаете устройство выключателем питания. При этом загорится индикатор «PWR» в углу верхней платы — это сигнализирует о включении питания всей системы. Кроме того, должен загореться индикатор «Статус» — он сигнализирует о том, что сам GSM-модуль включен.

Если индикаторы «Состояние» и «Сеть» загораются, затем гаснут, затем снова загораются – питания GSM-модуля недостаточно для работы

Сразу после включения индикатор «Net» также начинает мигать. Если мигание частое (каждые 0,5-0,8 секунды), значит, идет поиск сети и предпринимается попытка подключения. Если SIM-карта вставлена и соединение есть, то через несколько секунд после включения индикатор «Состояние» начнет мигать медленнее (каждые 2-3 секунды). Это означает, что система зарегистрировалась в мобильной сети и ее можно использовать.

Во время инициализации барометрический датчик записывает текущую высоту и сохраняет ее как ноль. При выходе модуля в рабочий режим он сигнализирует об этом (либо зуммером, либо СМС с текстом «0 OK H=550(+000)» (здесь 550 — высота относительно уровня моря, 000 — относительно нуля) и текущие координаты и высота). При получении СМС с текстом «0» с вашего номера высота/координаты запоминаются заново (как и исходные) и приходит то же самое ответное СМС.

При нажатии кнопки тестирования или получении СМС с текстом «1» ножницы включаются три раза для проверки их работы, ответное СМС с текущим статусом

Схема подключения

Схема подключения автоматической разгрузки балласта

Компоненты

Контроллер Arduino UNO

Сенсорный модуль GY80 (акселерометр + барометр)

GPS-экран Arduino

Активная GPS-антенна

SIM900 GSM/GPRS экран

Реле 5 В для активации ножниц.

Батарейный ящик на 4 батарейки АА

Аккумуляторные ножницы (Bosch 825306 Ciso или аналогичный)

Дальнейшее развитие системы

Добавление в качестве критерия триггера входа или выхода из определенной области (определяемой текущими координатами GPS).

Изменение высоты триггера на основе набора высот для разных координат (на безе топографических картах) для работы в условиях набора высот

Добавление лазерного датчика высоты в дополнение к барометрическому.

Добавление локальной панели управления с возможностью отображения текущих данных о высоте, координат и дополнительного ручного управления сбросом.

Улучшения пользовательского интерфейса — создание мобильного приложения с удобным интерфейсом для инициализации. отображение текущего статуса и управление функциями системы

Фотографии