Video a obrázky ze zkoušky hoření v -35 °C (zchlazeno v tekutém propanbutanu):

 

Finální zařízení se chová předvídatelně:

• délka hoření 2 s s ostrým náběhem i vyhasnutím
• žádný zbytkový hoření, tah je malý a konstantní
• je lehké (15 g)
• funguje i ve vlhku (palník je glazurovaný) i v mrazu
• výroba je jednoduchá a levná:

Do drobné kulatiny se navrtají potřebné otvory.

Připraví se miniaturní množství paliva.

Nalisuje se do kulatinky.

Do tlustší kolmé díry natlačíme elektrický palníček a drátem ho přivážeme.

A zde se můžete podívat na zařízení v akci. Krátké, jednoduché a efektivní.

Po testu jsme celé zařízení rozřízli, aby bylo jasně vidět, co se tam událo: palníček zapálí maličké množství paliva a horké plyny vyletí otvorem, kde jim v cestě stojí spojovací lanko, které je tím přerušeno.

Elektrickým impuzem z řídící elektroniky Seeeduina se spustí mechanický pohyb, který vykoná potřebnou operaci odpojení – v našem případě vytažení spojovacího čepu a tím uvolnění lanka.

Zde je krátká ukázka na videu:

Rozpojení lanka servem je jednoduché a nenáročné, postačí PWM signál, napájení 5-12V a zem GND.

Nejprve jsem vyrazil do Kladna za Martinem, kde jsme udělali menší poradu a nezbytné testy.
Poprvé jsme vyzkoušeli naši Yagi anténu ve spojení s XBee-PRO modulem a na několik desítek metrů zkušebně přijali data z payloadu. Poté jsme také připravili ground station, který bude přijímat data vyslaná z payload boxu.

Pro long range testování (tedy vzdálenost 20 a více km) jsme hledali vhodná vyvýšená místa v rámci Čech tak, aby mezi pozemní stanicí a payload boxem existovala ideálně přímá viditelnost.
Prohlédli jsme nějaké rozhledny, kopce a nakonec jsem se rozhodl pro horu Říp, konkrétně Mělnickou a Pražskou vyhlídku hory Říp.
Zde se můžete podívat na výhled i vy: Říp – panorama z vyhlídky.

Cesta k Řípu se poměrně protahla vzhledem k objížďkám, ale nakonec jsme se k němu dostali a pozemní tým se přesunul na vyhlídku a založil stanoviště.

Já (Pavel) jsem vzal payload box do auta, zapnul foťák s automatickým CHDK skriptem a vyjel směrem na Mělník, kde jsem udělali první test přenosu. Payload box vysílal svoji polohu, počet viditelných satelitů a teplotu uvnitř boxu.
Zde byla první zastávka (v pozadí je vidět hora Říp) – vzdálenost cca 10km. Test byl úspěšný, datové pakety byly vyslány a přijaty.

Následující fotografie a video je z fotoaparátu v boxu, na kterém běžel náš CHDK skript:

(rušení zvuku je pravděpodobně způsobeno vysíláním XBee modulu)

czANSO video test from payload from Pavel Richter on Vimeo.

Poté jsem pokračoval směrem k Neratovicím, kde jsem se ztratil z linie přímé viditelnosti. Přenos sice zaznamenával výpadky, ale datové pakety stále přicházely. Pokračoval jsem až k obci Předboj (z Řípu je vidět pouze špička):

Nejdelší spojení jsme provedli na 23+km, ale nyní je jasné, že to půjde mnohem dál. Den se chýlil ke konci, Slunce již zapadalo a tak jsme test ukončili s dobrými výsledky.

Pro účely sledování balonu jsem vytvořil czANSO Mission Track Tool, kde jsou 3 dílčí testy a k nim export do mapy (odkazem vygeneruj KML). Fotoaparát Canon A470 s CHDK skriptem, běžel skvěle až do vybití baterií a vzniklo 1.2GB dat.

Model využívá dat z globálního numerického předpovědního systému GFS, Global Forecast systém, který je provozován americkou vědeckou agenturou NOAA, National Oceanic and Atmospheric Administration, a je spouštěn 4x denně (00 UTC, 06 UTC, 12 UTC, a 18 UTC).
Dokáže produkovat data s rozlišením 0.5 stupně (zem. šířky / délky), ve vertikálním rozlišení 64 úrovní. Aplikace CUSF tyto data umí na základě zadaných parametrů (dostup, rychlost stoupání, pozice startu atd. ) zpracovat a zobrazit na mapě predikovanou trajektorii.

CUSF Predict Tool

Aplikace nabídne ke stažení i KML soubor, který lze otevřít pomocí Google Earth, kde najdeme i výškový profil a další.

Úspěšnost předpovědi počasí na období 3 dnů se pohybuje na úrovni 85%. Delší předpověď má vyrazně nižší úspěšnost s každým dalším dnem. Start balonu nelze s ohledem na tuto skutečnost plánovat dlouhodobě dopředu.

S tím souvisí i místo startu, které bude také pravděpodobně upraveno s ohledem na předpověď počasí, zejména směr a sílu větru. Samozřejmě bude určeno mimo letecké zóny CTR, dangerous zóny (LK D1 – LK D7), prohibited zóny (LK P1 – LK P12) a restricted zóny (LK R1 – LK R14).

Zde je pohled na rozdělení vzdušného prostoru ČR:

Vzdušné prostory ČR

Tutu mapu naleznete ve formátu KMZ na adrese: http://www.lloydbailey.net/airspace.html, kde vyberte Czech Republic a otevřete KMZ soubor.
Jsou tam všechny restricted (TRA), prohibited i danger areas (Temelín, Dukovany atd.) i letové CTA/CTR, TMA včetně vertikálních hranic FL.

Před startem se samozřejmě budeme zajímat i o lokální předpověď počasí, například pomocí modelu ALADIN.

Pro finální zapojení jsem teploměry zapojil v režimu aktivního napájení, přesně podle datasheetu, pro ilustraci jsem nalezl obrázek:

DS18B20 - aktivní napájení

Z neznámého důvodu toto zapojení (které jsem 5x pečlivě zkontroloval) nefunguje tak, jak má. Prostě způsobí pád systému.

Několik hodin jsem nad tím koumal, vyměnil čidlo i odpor, různá napětí a různé vstupy, nic.

Problém jsem nevyřešil a tak jsem se vrátil k parazitnímu napájení, které jsem použil jako první po zakoupení čidla.

DS18B20 - parazitní napájení

Elektronika czANSO je tak vyrobena a propojena. Nyní se vše otestuje jako celek a usadí do termoboxu:

2x sada po 12ks – jedna sada pro generální zkoušku, jedna sada pro ostrý let
2x sada po 4ks – jedna sada pro napájení fotoaparátu, jedna sada pro cut-down záchrané zařízení

Balíček dorazil v pořádku:

32ks Energizer Ultimate Lithium L91

Celé zapojení jsem několikrát zkontroloval, ale fyzická chyba nebyla objevena. Proto jsem celé zařízení rozmontoval a umístil GPS modul na samostatnou desku, oddělil napájení, zařadil lepší filtrování výstupu ze stabilizátoru a použil co nejkratší drátové propojky.

Zapojení nyní vypadá následovně:

Nejprve se začali objevovat první viditelné satelity (01, 02):

$GPGGA,,,,,,0,01,,,,,,,*67
$GPVTG,,,,,,,,,N*30
$GPGGA,,,,,,0,02,,,,,,,*64
$GPVTG,,,,,,,,,N*30

Lepší výhled potom znamenal plný GPS fix a první platné poziční věty (pozici jsem odstranil, na místech podtržítek):

$GPGGA,223130.00,____._____,N,_____._____,E,1,05,2.80,00258,M,045,M,,*6A
$GPVTG,310.6,T,310.3,M,000.4,N,000.8,K,A*2A

Tyto čísla znamenají:

• UTC čas – 22:31:30
• pozice
• 1 = platná pozice
• 5 viditelných satelitů
• nadmořská výška 258m

Ve druhé větě například:

• rychlost 000.8 km/h (nepřesnost, modul stál na místě)

Ze zásob jsem vyhrabal i starý LCD displej 16×2, který několik let zobrazoval informace v mé počítačové skříni a napadlo mě změřenou teplotu ihned zobrazovat.

Teplotní čidlo Dallas DS18B20 umožňuje měření teploty za pomoci sběrnice 1-wire. Dokonce napájení čidla může zajišťovat přímo datový vodič. Při minimálním zapojení jsou tedy potřeba pouze 2 dráty – tomuto zapojení se říká parazitní napájení.

Zapojení a další důležité informace lze nalézt v datasheetu součástky. Napájení je v rozsahu 3 – 5.5V, takže není třeba zvláštní napájecí úroveň.

Moje zapojení včetně displeje vypadalo následovně:

Desku GM862 Evaluation Board – Basic 50-Pin jsem opatřil konektory:

Opatrně jsem nasadil GSM/GPRS modul GM862 na titěrný konektor a připojil modul na nepájivé kontaktní pole, které využívám při vývoji prototypů.

Dále bylo potřeba vyřešit napájení, protože GSM modul potřebuje ke svému provozu 3.4-4.2V. Zakoupil jsem tedy nastavitelný regulátor napětí, vypočítal hodnoty odporů a otestoval. Tento modul může ve špičkách odebírat proud až 2A, zdroj proto musí být schopný takovému požadavku vyhovět.
Poslední problém představovali rozdílné logické úrovně – Seeeduino má 5V TTL logiku a GSM modul 2.8V CMOS logiku. Zařadil jsem tedy dělící můstky a pull-up rezistory.

U mobilního operátora Vodafone jsem zakoupil předplacenou SIM kartu a vložil ji do modulu. Celkové sestavení vypadalo následovně:

Další den jsem pracoval na softwarové části a naštěstí jsem nalezl knihovnu, která z velké části uměla s modulem pracovat a posílam mu definované AT příkazy.

Je potřeba:

• inicializace modulu
• nastavení přenosové rychlosti
• zadání PIN kodu
• nastavení evropského kmitočtového pásma
• přihlášení do sítě
• odeslání SMS na zadané číslo

Po pár hodinách se věc podařila, modul se přihlásil do sítě a po mém příkazu odeslal první SMS na můj mobil. Prototyp je funkční. Ukázkové video je zde:

czANSO – GSM module GM862 works fine! from Pavel Richter on Vimeo.

Schema vytvořím později až budou hotové další moduly.