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Crediti

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Avionica

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Navicella

A 40'000 metri e -60 °C, la navicella dovrà  proteggere telecamere e sensori.

Per poter recuperare i dati video, i dati dei sensori, e tutte le costose apparecchiature a bordo, la realizzazione della navicella è di fondamentale importanza.

Essa sarà realizzata a partire da un contenitore di polistirolo espanso, con l'aggiunta di fogli dello stesso materiale, tagliati e sagomati a mano in modo da lasciare il minimo spazio vuoto interno.

Con questo accorgimento la navicella avrà pareti più spesse e isolerà quindi meglio l'elettronica dalle bassissime temperature esterne (fino a -60°C).

Oltre a questo, la sua costruzione manuale ci permetterà di posizionare all'interno di vani appositamente creati ed in posizioni diverse, i sensori, la telecamera, le batterie, e le antenne. In questo modo, i componenti più sensibili alle basse temperature, saranno posizionati più verso il centro in modo da essere più isolati termicamente rispetto a quelli meno sensibili.

Un altro accorgimento importante è di preriscaldare prima dei test e del lancio le batterie fino a 30°C. All'interno poi saranno posizionati anche degli scaldamani, e la navicella sarà rivestita con fogli di mylar.

Naturalmente nulla verrà lasciato al caso, ed al momento abbiamo scritto un codice test che ci permettera di vedere come varia nel tempo la temperatura, l'umidità, e la tensione della batteria nel tempo, all'interno della navicella quando posizionata in un ambiente a -20°C.

Il test avrà una durata di 5 ore e tutti i dati saranno memorizzati sulla scheda micro SD apposita, in modo da poter essere successivamente analizzati.

Per poter leggere la tensione della batteria che alimenta il nostro arduino, dobbiamo collegare tra loro i cavi + e - della batteria di alimentazione con due resistenze da 47 Kohm collegate in serie. Tra una resistenza e l'altra (in mezzo alle due resistenze), salderemo il filo di segnale, che poi collegeremo ad arduino sul pin A0 (come indicato nel commento all'inizio del codice).

Questo è il codice che abbiamo usato per eseguire il test della navicella

/* Programma per testare l'isolamento termico della navicella dell'aerostato

- Il cavo di segnale MOSI, va collegato al pin 51 di arduino.
- Il cavo di segnale MOSO, va collegato al pin 50 di arduino.
- SCK va collegato al pin 52.
- CS va collegato al pin 53.
- VCC  va collegato al 5V.
- GND va collegato al GND di arduino.
- data temp int = pin 7
*/

#include <OneWire.h>   /*  sensore temperatura interna  */
#include <DHT.h>     //#include <dht11.h>
#include <SPI.h>
#include <SD.h>

#define DHTTYPE DHT11  // definiamo il modello del nostro sensore

// Assegnazione pin
int pinTempExt   = 2;   // pin usato per temperatura esterna
int pinTempInt   = 7;   // pin usato per temperatura interna

unsigned long tempo ;

/* per tensione batteria */
int PinBatt = A0;
int ValPinBatt;
float Vpin_perc;
int   Vbatt;
float calc_res;
float R1 = 10000; //modificare questi valori con i valori realmente utilizzati.
float R2 = 10000;
/* fine per tensione batteria */

//OneWire  ds(pinTempExt);
DHT      dht(pinTempInt, DHTTYPE);
File     myFile;

void   sensTempI_umid(float *temp, float *umid);
float  getTemp();

void setup() {
Serial.begin(9600);
delay( 3000 );
Serial.println("Inizio");
dht.begin();
if (!SD.begin(53) )
Serial.println("Errore su SD");

pinMode (PinBatt, INPUT);
calc_res = (R1 + R2) / R2;

}

void loop()
{
char  buff[80];
// float temperatura = getTemp();  // temp esterna
int tpi = 0;     // temperatura int (gradi celsius)
int umd = 0;     // umidita'

tempo = millis( );
sensTempI_umid(&tpi, &umd);
Serial.print("Letto ");
Serial.print(tpi);
Serial.print(" ");
Serial.print(umd);

/* batteria */
ValPinBatt = analogRead(PinBatt);
Vpin_perc = map (ValPinBatt, 0, 1023, 0, 500);  //legger� 1023 quando ho 5 volt sul pin, quindi scalo 0-1023 in 0-500.
Vbatt = (int) (Vpin_perc * calc_res);
Serial.print(" ");
Serial.println(Vbatt);
/* fine batteria */

myFile = SD.open("TU.txt", FILE_WRITE);
if (myFile)
{
sprintf(buff, "Temp=%d  Umid=%d tens_batt=%d  tempo_trascorso=%lu", tpi, umd, Vbatt, tempo/60000);
Serial.println(buff);
myFile.println(buff);

myFile.close();
}
else
Serial.println("File non aperto");

/* Serial.print("Temperatura = ");
Serial.println(temperatura);       */

//  Serial.print("Temperatura: ");
//  Serial.print(t);
//  Serial.print(" *C  ---  ");
//  Serial.print("Umidita': ");
//  Serial.print(h);
//  Serial.println(" %\n");

delay(300000);//delay(300000);   // aspetta 5 min
}

void  sensTempI_umid(int *temp, int *umid)
{
float tp = dht.readTemperature(); // leggiamo il valore della temperature (in gradi celsius)
float hu = dht.readHumidity();      // leggiamo il valore per l'umidita'

// Controlliamo se le letture sono avvenute correttamente, altrimenti generiamo un messaggio d'errore.
if (isnan(hu) || isnan(tp))
{
Serial.println("Errore. Lettura dei dati non eseguita.");
*temp = 0;
*umid = 0;
}
else
{
*temp = (int) tp;
*umid = (int) hu;
}
}

Questo programma, scrive sulla scheda micro SD un file di testo (.txt) chiamato TU. Il file viene compilato ogni 5 minuti con i dati di temperatura, umidità, tensione della batteria e tempo trascorso in minuti. Ecco un esempio :

Temp=16  Umid=40 tens_batt=818  tempo_trascorso=0
Temp=16  Umid=39 tens_batt=780  tempo_trascorso=5

Navicella Versione 1

Questa in foto è la base di partenza per realizzare la navicella. E' semplicemente una scatola in polistirolo, ed è stata fotografata insieme ad una batteria per dare un'idea delle dimensioni. Per curiosità abbiamo svolto il test precedente solo con la scatola, ma come era prevedibile i risultati sono stati scarsi. Stiamo migliorando l'isolamento termico della navicella, e qui di segiuito potete seguirne lo sviluppo.

Navicella in fase di modifica

Come potete vedere nella foto accanto la navicella ha subito delle modifiche ed attualmente ci stiamo ancora lavorando.

Quello che faremo ora sarà aspettare che la colla usata asciughi completamente, e poi le daremo la forma finale lavorandola con la carta-vetrata. Al termine di ciò sarà rivestita in mylar

L'isolamento della navicella è completo, e la abbiamo nuovamente testata (senza milar).

Abbiamo ottenuto una durata di 4 ore dell'elettronica di bordo. Risultato eccellente, considerando anche il fatto che ad alta quota l'aria sarà rarefatta e quindi la dispersione termica inferiore.

Ora che il test ha dato ottimi risultati con la versione finale della navicella, non ci resta che completare la programmazione software dell'elettronica di bordo, questo perchè quando anche questo step sarà completò, dovremo procedere con piccolissime modifiche della navicella per far passare i cavi delle sonde esterne e dei panelli solari dall'esterno all'interno, per poi procedere finalmente col milar.


La Telecamera


Per questo ambizioso progetto, è stata scelta come telecamera DBPOWER EX5000, in grado di girare riprese in 1080p.

Dato l'alto consumo energetico della telecamera, abbiamo deciso di modificarla, per far si che le batterie siano posizionate all'interno della navicella, dove la temperatura è più alta. In questo modo avremo carica a sufficienza per riprendere circa 3-4 ore. Questo tempo sarà sufficiente per filmare fino alla massima altitudine ed una parte della discesa.

La telecamera sarà posizionata all'interno di un apposito vano ricavato nel polistirolo espanso, in modo che sia adeguatamente bloccata e riparata dalle bassissime temperature.

La scelta di questo particolare posizionamento è dovuta al fatto, che in questo modo sarà anche riparata in caso di impatto violento all'atterraggio.

In questa foto potete vedere la modifica fatta alla videocamera, che consiste nell'aver collegato i contatti interni a dei cavetti ai quali saranno poi collegate le batterie. Esse saranno collocate all'interno della navicella, vicino alle batterie che alimenteranno i sensori.

Invece dei 900 mA originali, le nuove batterie avranno 2400 mA che garantiranno una autonimia decisamente superiore.