Rev Author Line No. Line
2849 kaklik 1 \documentclass[12pt,a4paper,twoside]{article}
2 \usepackage[colorlinks=true]{hyperref}
3 \usepackage[utf8]{inputenc}
4 \usepackage[czech]{babel}
5 \usepackage{graphicx}
2852 pomiceva 6 \usepackage{fancyhdr}
7 \usepackage{fullpage}
8 \usepackage[top=5cm, bottom=10cm, left=2.5cm, right=2.5cm]{geometry}
9 \textwidth 16cm \textheight 20cm
10 \topmargin 0cm
2849 kaklik 11 \oddsidemargin 0cm
2852 pomiceva 12 \pagestyle{fancy}
13 \addtolength{\headsep}{30 pt}
14 \addtolength{\footskip}{50 pt}
15  
16 \fancyfoot{}
17 \fancyfoot{\hspace*{5cm}}
18 \fancyfoot[L]{\includegraphics[width=1.5cm, height=1.5cm]{img/datamatrix.png} \hspace{0.5cm} pomiceva kakonjak hanuson1 jichapav poskozby}
19 \fancyfoot[R] {\thepage}
20  
21  
2849 kaklik 22 \begin{document}
2852 pomiceva 23 \title{Technická zpráva - Automatický vypouštěč meteobalónů}
24 \author{Eva Pomíchalová\\ Jakub Kákona\\ Ondřej Hanus\\ Pavel Jícha\\ Zbyněk Poskočil}
2849 kaklik 25 \maketitle
26  
2852 pomiceva 27  
28 \thispagestyle{fancy}
29 \newpage
2849 kaklik 30 \begin{abstract}
2852 pomiceva 31 \input{abstrakt.txt}
32  
2849 kaklik 33 \end{abstract}
2852 pomiceva 34 \newpage
2849 kaklik 35  
36 %%\begin{figure} [htbp]
37 %%\begin{center}
38 %%\includegraphics [width=80mm] {SDRX01B_Top_Big.JPG}
39 %%\end{center}
40 %%\end{figure}
41  
42 \tableofcontents
43 \newpage
44  
2852 pomiceva 45 \section{Automatický vypouštěč meteobalónů}
2849 kaklik 46  
47 Celý systém by měl být robotizovaným doplňkem sítě
3004 kaklik 48 \href{http://wiki.mlab.cz/doku.php?id=cs:rmds}{radiových detektorů meteorů}, případně pak i
49 její vizuální varianty (video pozorování a bolidové kamery).
2849 kaklik 50  
51 Účel zařízení je zpřesnit odhad trajektorie temné dráhy meteoritu v
52 atmosféře zavedením korekcí na proudění vzduchových mas během letu. A
3004 kaklik 53 tím v důsledku zmenšit plochu dopadové elipsy meteoritu na zemský povrch.
2849 kaklik 54  
55 Údaje o proudech v atmosféře budou získány balónovou sondou vypuštěnou
56 bezprostředně po detekci průletu bolidu atmosférou. Místo vypuštění
57 balónové sondy by mělo být zvoleno automaticky na základě odhadu dráhy
58 meteoru a známých souřadnic balónových sil v síti.
59  
60 Důležitou součástí systému je plně robotizovaná vypouštěcí stanice
61 (balónové silo), která umožní vypuštění sondy ze známých souřadnic bez
62 zásahu lidské obsluhy. Vedlejším produktem takového vývoje bude zařízení
63 schopné v budoucnu automatizovat i vypouštění klasických
64 meteorologických
65 \href{http://en.wikipedia.org/wiki/Radiosonde}{radiosond}.
66  
2852 pomiceva 67 \subsection{Pozemní vypouštěcí box}
2849 kaklik 68  
3004 kaklik 69 Pozemní stanici balónové sítě tvoří kompaktní krabice obsahující
70 techniku potřebnou k vypuštění balónové sondy. Zařízení je
2849 kaklik 71 konstruováno tak, aby bylo schopné vydržet řádově několik roků v
72 pohotovostním režimu, a čekat na příkaz k vypouštění sondy.
73  
3004 kaklik 74 \subsubsection{Technické parametry}
2849 kaklik 75  
3005 poskozby 76 Většina řídící elektroniky je složena z modulů
2849 kaklik 77 \href{http://www.mlab.cz/}{stavebnice MLAB}
78  
3004 kaklik 79 Komunikace s řídícím systémem sítě stanic je aktuálně řešena terminálem na RS232 tvořeného modulem \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/RS232SINGLE01A}{RS232SINGLE01A} respektive jeho USB variantou \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/USB232R01B}{USB232R01B}. Další možnosti připojení jsou následující:
2849 kaklik 80  
81 \begin{itemize}
3009 kaklik 82 \item Ethernet - modul \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/ETH01A}{ETH01A}
83 \item Konvertor z TTL na sběrnici CAN \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/TTLCAN01B}{TTLCAN01B}
84 \item Konvertor z TTL na sběrnici RS485. \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/TTLRS48501A}{TTLRS48501A}
85 \item GSM výhodné pro odlehlé oblasti a odesílání informací o poruchách.
86 \item USB - je přímo osazeno na použitém řídícím modulu a lze jej použít jako servisní terminál a k aktualizaci firmwaru pomocí bootloaderu.
2849 kaklik 87 \end{itemize}
88  
3004 kaklik 89 Jako hlavní řídící MCU této jednotky byl vybrán ARM STM32F103R8T v modulu
3009 kaklik 90 \href{/doku.php?id=cs:stm32f10xrxt}{STM32F10xRxT01A}. Firmware je pak dále popsán v kapitole \ref{Box_firmware}.
2849 kaklik 91  
92 \paragraph{Napájení systému}
93  
3004 kaklik 94 Ve vývojové fázi funkčního vzoru je napájení systému řešeno PC ATX zdrojem, ze kterého jsou využity +5 V a +12 V větve. Toto řešení se neukázalo jako příliš optimální vzhledem ke špatné spolehlivosti PC zdrojů při provozu s nízkou zátěží v dalším prototypu bude proto ATX zdroj pravděpodobně nahrazen jiným spínaným zdrojem určeným pro tento druh aplikace.
2849 kaklik 95  
3004 kaklik 96 \subsubsection{Diagnostika poruch}
97  
2849 kaklik 98 \begin{itemize}
99 \item
100 Kontrola úspěšného startu (měření vztlaku balónu)
101 \item
102 Měření teplot, tlaku plynové náplně, průtoku média do balónu.
103 \item
104 Vlhkost uvnitř krabice (průsak a ztráta vodotěsnosti proražením víka a
105 podobně)
106 \end{itemize}
107  
3004 kaklik 108 \subsubsection{Meteorologická data}
2849 kaklik 109  
3004 kaklik 110 Základní meteorologické veličiny nutné pro rozhodnutí o startu jsou snímány lokálně (teplota, tlak, relativní vlhkost, směr rychlost větru) jsou snímány meteostanicí \href{http://wiki.mlab.cz/doku.php?id=cs:aws}{AWS01B} a lokálně zaznamenáván společně s údaji z \href{/doku.php?id=cs:gps}{GPS01A} (pozice stanice a přesný čas) logu a reportu o průběhu startu.
111  
112  
113 \subsubsection{Mechanická konstrukce}
114  
3024 kaklik 115 Box tvoří plastová krabice o rozměrech 57x39x42 cm, zakoupená v IKEI a bočnice a střecha z polykarbonátu. Výsledné uspořádání připomíná psí boudu a bylo takto navrženo za účelem snadného otevírání střechy.
116 Bočnice mají tvar obdélníku, na kterém je posazen přesahující rovnoramenný trojúhelník. Obdélníková část je přichycena ke krabici a na trojúhelníkové části je posazena střecha, která je tvořena ze dvou desek. Tyto střešní desky, které se kvůli dešti navzájem trochu překrývají, jsou uvnitř ve vrcholu střechy spojeny páskou. Při přetavení pásky rezistorem, sjedou samovolně střešní desky po bočnicích na zem. Celý systém je znázorněn na obrázku.
3004 kaklik 117  
3024 kaklik 118 \paragraph{Akční členy}
3004 kaklik 119  
120 Většina akčních členů je konstruována s důrazem na maximální
121 spolehlivost. Akční členy proto jsou pružiny s
2852 pomiceva 122 přepalovacími PE pojistkami (silonové vlákno, nebo stuha
3005 poskozby 123 přepalovaná výkonovým rezistorem) ke spínáni proudu do rezistorů
3004 kaklik 124 je využit modul \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/NFET4X01B}{NFET4X01B}
2849 kaklik 125  
3009 kaklik 126 Dále se nám podařilo sestrojit prototyp odpalování pružiny pro otevírání víka pozemní vypouštěcí stanice. Tento pokus nejlépe ilustruje toto
127  
128 \href{http://www.mlab.cz/redmine/attachments/download/3/video-2013-03-09-23-43-33.mp4}{video}.
129  
130 U tohoto prototypu bylo zjištěno, že doba přepalování je poměrně dlouhá, což není vhodné. Jedním ze záměrů zhotovitele bylo nezničit odpor, což pravděpodobně nebude možné, aby doba spouštění nebyla příliš dlouhá.
131 \begin{figure}[hbtp]
132 \centering
133 \includegraphics[width=10cm, height=8cm]{img/odpalovac2.jpg}
134 \caption{Odpalovač víka}
135 \label{fig:odpalovac}
136 \end{figure}
137  
3024 kaklik 138 V produkční vepSvařovaná plastová bedna Dostatečně těsná, aby
139 nebyla zajímavá pro hlodavce a další havěť.
140 Konstrukce navržená tak, aby umožnila vypouštění i současných
141 profesionálních balónových sond.
142 Aktivace mechanických prvků přepálením vlákna
143 uzavření balónu zatavením hrdla
3009 kaklik 144  
3024 kaklik 145 Jiná možnost otevření střechy, je použít panty. Tyto panty by, držely střešní desky v zavřené poloze a po přepálení pásky rezistorem, by se tyto desky vyklopily do stran, jak je znázorněno na obrázku. Pohyb, který by střešní desky musely vykonat, by byl zajištěn pružinami. Nejvhodnější řešení by bylo použít zkrutnou pružinu, u každého pantu.
146  
147 \section{Uzavírací mechanismus balónu}
148  
149 Jako uzavírací a vypouštěcí systém balónu je použito odporové svařování. Umístěné v lisovacím mechanismu to má za úkol secvaknout nohavici balónu, která přivádí nosný plyn do balónu a následně ji příčně přetavit. Tím dojde k uzavření přívodu do balónu a zároveň k odpoutání balónu od uzavíracího systému. K uvolnění balónu je potřeba dostatečný vztlak, jenž přetrhne natavený materiál a uzavřený balón pak začne stoupat.
150 Lis je tvořen pohyblivou přítlačnou plochou a pevnou zarážkou s odporovým drátem. Přítlačná plocho je schopna posuvného pohybu po kolejnicích s přírazem k pevné zarážce. O přítlak se starají 2 pružiny umístěné na kolejnicích za plošinou, jak je vidět na obrázku.
151 Pro snadnější rozevírání lisu a jeho spuštění je použit naviják, který přitahuje přítlačnou plošinu. Po dostatečném rozevření lisu, je naviják zajištěn páskou, která je vedena přes rezistor. Lis je aktivován tak, že rezistor přetaví pásku, zajišťující naviják. Naviják se uvolní a pružiny sevřou lis.
152 Na pevné zarážce je natažen odporový dráty, který má za úkol přetavit nohavici secvaknutou lisem. Aby nedošlo k příliš rychlému přetavení nohavice, je přes odporový drát přetažen pauzovací papír. Pro lepší účinnost systému je pauzovacím papírem potažena i přítlačná plošina. Pauzovací papír se postará o lepší rozložení tepla a zároveň brání přilepení nohavice k lisu.
153 Pro správnou funkci lisu je důležitá poloha, ve které dosedá přítlačná plošina k zarážce. Přítlačná plošina musí dosedat tak, aby její horní hrana byla v zákrytu s horní hranou odporového drátu. Pokud by plošina dosedala výše, došlo by sice k přetavení, ale balón by se nedokázal vlastní silou odpoutat od systému, protože by byl stále držen lisem. Pokud by plošina dosedala níže, nedošlo by k správnému uzavření a odpoutání balónu. Z těchto důvodů je nutné, aby plošina dosedala přesně na hraně odporového drátu a mohlo tak dojít k správnému uzavření balónu a jeho následnému odpoutání. Správné dosednutí je znázorněno na obrázku.
154  
155  
156  
3004 kaklik 157 \section{Firmware pozemní stanice}
3009 kaklik 158 \label{Box_firmware}
2849 kaklik 159  
3002 kaklik 160 \subsection{Real-time operační systém}
3005 poskozby 161 Pro ovládání celého systému byl zvolen real-time operační systém (RTOS). Ten byl zvolen především pro zjednušení programování vypouštěče, konkrétně nastavování periférií procesoru a řízení vícevláknové aplikace na něm běžící.\\
162 Jako RTOS pro tuto aplikaci tak byl zvolen ChibiOS, který splňuje standardní požadavky na RTOS a také s ním máme zkušenosti s programováním jiných aplikací pod procesory ARM a ovládáním modulů \href{http://www.mlab.cz/}{stavebnice MLAB}.
3009 kaklik 163  
3002 kaklik 164 \subsection{Vysvětlení funkce firmwaru}
3009 kaklik 165  
3005 poskozby 166 Aplikace pro ovládání odpalování se dá rozdělit na čtyři funkční bloky, které jsou realizovány pomocí vláken. Funkční diagram je zobrazen na Obr. \ref{fig:Diag_firmware}. V následujících kapitolách bude podrobněji rozebrána funkce jednotlivých vláken aplikace.
3002 kaklik 167 \subsubsection{Blikání LED}
168 V tomto vlákně je realizované prosté blikání LED, které slouží pro signalizaci běhu programu. Mezi tím, kdy dioda svítí a nebo je vypnutá je vlákno uspáno. Tím je vyřešeno jak časování tak úspora prostředků procesoru.
169 \subsubsection{Vypouštění}
170 Toto vlákno se stará o kompletní sekvenci pro vypuštění balónu. Po spuštění a inicializaci proměnných spadne program do nekonečné smyčky ve které je následně uspán a čeká na probuzení. To nastane ve třech případech:\\
171 \begin{enumerate}
172 \item Příjem příkazu pro odpal
173 \item Příjem příkazu pro zrušení odpalu
174 \item Probuzení od časovače
175 \end{enumerate}
176 Ad. 1. Po příjmu příkazu, který zahajuje celou sekvenci odpalování se vypíše na terminál zpráva o zahájení vypouštění a sepne se pin, na kterém je připojen aktuátor, který otevírá víko krabice, ve které je balón uložen (v době vykonávání každého kroku je na terminál vypisována informace o tom, kolik procent z daného kroku je již vykonáno). Pomocí koncového spínače je snímána informace o tom, zda se střecha opravdu otevřela, pokud se tak nestalo, je celá sekvence ukončena. Pokud snímač indikuje otevření střechy, přistupuje se k dalším kroku.\\
177 Tím je otevření ventilu a tím pádem zahájení napouštění balónu. Tento krok není nijak v současné chvíli zpětnovazebně snímán - je dán pouze čas kdy je ventil otevřen. Do budoucna bychom rádi použili měření průtoku k získání informace, zda je balón opravdu napuštěn daným množstvím plynu.\\
3005 poskozby 178 Třetím krokem celé sekvence je přepálení plastové pojistky, která spouští tavící lis. Po pevně dané časové prodlevě, která by měla stačit pro přetavení, je pomocí koncového spínače zjištěno, zda se pojistka přetavila. Pokud ano, pokračuje se posledním krokem, pokud ne, dochází opět k přerušení odpalovací sekvence a návrat do výchozího stavu.\\
3002 kaklik 179 Posledním krokem je zatavení naplněného balónu. V tomto kroku je opět nadefinován čas, po který dochází k zatavování balónu pomocí odporového drátu. Po uplynutí nadefinované doby je balón zataven a na terminál je vypsána informace o ukončení vypouštění a všechny výstupy jsou v neaktivním stavu.\\
180 Ad. 2. V případě příjmu zprávy, která přikazuje ukončení procesu odpalování, se deaktivují výstupy aktivní během vypouštění a uživatel je informován o úspěšném přerušení celé sekvence.\\
181 Ad. 3. Pro přesné časování během celého procesu odpalování je využito funkce časovače. Ten se v každém kroku odpalování sepne na určitou dobu, která je celočíselným násobkem celkové doby, kterou se čeká v daném kroku. Tento postup byl zvolen z toho důvodu, aby mohla být průběžně aktualizována zpráva pro uživatele vyjadřující čas, který zbývá do ukončení daného úkolu.
3004 kaklik 182  
3002 kaklik 183 \subsubsection{Příjem příkazu od uživatele}
3004 kaklik 184  
3002 kaklik 185 Pro komunikaci s uživatelem je využito sériové linky. Ta se využívá jak pro informování uživatele o aktuálním stavu programu tak zároveň k příjmu příkazů od uživatele. Celý algoritmus příjmu příkazu spočívá ve vyčítání znaků zadaných uživatelem znak za znakem až do té chvíle, kdy je stisknut ENTER a nebo je překročena maximální délka příkazu. Poté se buď zadaný příkaz dekóduje a následně provede a nebo je vypsána informace, že příkaz nebyl rozeznán.
3004 kaklik 186  
3002 kaklik 187 \subsubsection{Příjem dat z GPS modulu}
3004 kaklik 188  
3002 kaklik 189 Posledním vláknem využívaném ve firmwaru vypouštěče je vlákno, které se stará o příjem a dekódování NMEA zprávy posílané po sériové lince z GPS modulu
3005 poskozby 190 \cite{GPS_ublox}. Každou vteřinu je vyčítána NMEA zpráva a z ní je vybrána GPRMC zpráva, ze které je následně získána informace o aktuálním čase, datu a poloze stanice. Tato informace slouží jednak pro přesné logování událostí a zároveň v budoucnu pro snadné lokalizování vypouštěcí stanice.\subsection{Uživatelské rozhraní terminálu}
191 Při spuštění terminálu se po resetu programu procesoru vypíše úvodní zpráva s nápovědou, na kterých výstupních pinech procesoru jsou připojeny jednotlivé akční členy. Poté program přechází do pohotovostního režimu a čeká na příkaz od uživatele. Tyto příkazy jsou:
3004 kaklik 192  
3002 kaklik 193 \begin{enumerate}
194 \item odpal
195 \item zrus (nebo písmeno "s")
196 \item help
197 \item check
198 \end{enumerate}
3004 kaklik 199  
3005 poskozby 200 Příkaz \textbf{odpal} spustí vypouštěcí sekvenci probuzením daného vlákna pro vypouštění. Příkaz \textbf{zrus} zastaví vypouštěcí sekvenci, pokud byla zahájena a informuje o tom výpisem o ukončení vypouštění. Zároveň jde vypouštění zrušit okamžitě stisknutím "s" bez nutnosti potvrzovat příkaz enterem. Příkaz \textbf{help} vypíše stejnou úvodní zprávu jako po resetu programu. Poslední příkaz \textbf{check}, lze použít pro kontrolu stavu vypouštěče před začátkem vypouštění. Po zadání tohoto příkazu jsou na terminál vypsány informace o aktuálních stavech použitých senzorů. Lze tak například zkontrolovat, že střecha není zajištěna, nebo že je lis již spuštěn.
2849 kaklik 201  
3002 kaklik 202 \begin{figure}[hbtp]
3006 kaklik 203 \begin{center}
3004 kaklik 204 \includegraphics[height=200mm]{./img/program_flow.png}
3002 kaklik 205 \caption{Funkční diagram firmwaru Automatického vypouštěče}
3005 poskozby 206 \label{fig:Diag_firmware}
3006 kaklik 207 \end{center}
3002 kaklik 208 \end{figure}
209  
210  
3008 kaklik 211 \begin{figure}
3006 kaklik 212 \begin{center}
213 \includegraphics[width=10cm] {./img/Schema_ARM.png}
2852 pomiceva 214 \caption{Blokové schéma pozemního vypouštěcího boxu}
215 \label{fig:blokpozem}
3008 kaklik 216 \end{center}
2852 pomiceva 217 \end{figure}
2849 kaklik 218  
219  
220 \subsection{Balónová sonda}
221  
222 Neletový prototyp sondy bude vyvinut za použití modulů stavebnice
223 \href{http://www.mlab.cz/Server/GenIndex/GenIndex.php?lang=cs\&path=/Modules}{MLAB}
224  
225 \href{/doku.php?id=cs:atmegatq32}{ATmegaTQ3201A},
226 \href{/doku.php?id=cs:sdcard}{SDcard01B},
227 \href{/doku.php?id=cs:gps}{GPS01A}
228  
229 \subsubsection{Technické parametry}
230  
231 GPS na sondě by měla být udržovaná ve stavu FIX, aby pak nedocházelo ke
232 zpoždění v důsledku čekání na fix.
233  
234 \paragraph{Komunikace (Telemetrické údaje)}
235  
236 \begin{itemize}
237 \item
238 Primárním cílem je měření rychlosti a směru větru ve známých bodech.
239 \item
240 GPS údaje 10Hz, textový výstup
241 \href{http://en.wikipedia.org/wiki/NMEA\_0183}{NMEA}
242 \item
243 další veličiny jako teploty, tlaky atd. jsou volitelné.
244 \item
245 Radio maják a akustický maják?
246 \item
247 Radiový přenos telemetrie v pásmu 27-450 MHz: možnost bezlicenčních
248 pásem (SVN: VO-R-16, VO-R-10)
249 \item
250 Radiomoduly: \href{http://www.artbrno.cz}{http://www.artbrno.cz},
251 \href{http://www.anaren.com}{http://www.anaren.com}
252 \end{itemize}
253 GPS je potřeba vybrat tak, aby fungovala i ve větších výškách.
254 \textsuperscript{\href{\#fn\_\_3}{3)}}
255  
256 \paragraph{Napájení sondy během letu}
257  
258 \begin{itemize}
259 \item
260 \href{http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium\_battery}{Lithiový článek}
261 (negeneruje teplo, minimální provozní teplota je -60 C)
262 \item
263 Hořčíková baterie (generuje teplo pro temperování elektroniky)
264 \item
265 \href{http://en.wikipedia.org/wiki/Silver-oxide\_battery}{Stříbro-oxidový
266 článek} Vydrží nižší provozní teploty a je ekologicky nezávadný.
267 \item
268 Ideální by bylo použití
269 \href{https://www.youtube.com/watch?feature=player\_embedded\&v=OtM6XJlynkk}{superkapacitorů}
270 \end{itemize}
271 Řešením problému s nízkou teplotou ve vyšších výškách by mohlo být
272 předehřátí sondy při startu.
273  
274 \hyperdef{}{konstrukce}{\paragraph{Konstrukce}\label{konstrukce}}
275  
276 \begin{itemize}
277 \item
278 Balón - \href{http://cs.wikipedia.org/wiki/Polyethylen}{PE} pytel
279 (kvůli životnosti v zabaleném stavu - guma s časem degraduje)
280 \textsuperscript{\href{\#fn\_\_4}{4)}}
281 \item
282 Možnost dálkového odpojení balónu od sondy (ukončení stoupání)
283 \item
284 Prototyp plněný \href{http://cs.wikipedia.org/wiki/Helium}{heliem},
285 i ekologičtější. A vodík navíc lze vyrábět chemicky přímo během
286 vypuštění sondy).
287 \item
288 Splnění požadavků na bezpečnost provozu (letovou, majetkovou a
289 personální)
290 \end{itemize}
291 \paragraph{Firmware}
292  
293 \begin{itemize}
294 \item
295 Záznam dat v gondole balónu mikroSD karta
296 \end{itemize}
297  
3008 kaklik 298 \begin{figure}
3006 kaklik 299 \begin{center}
300 \includegraphics[width=10cm]{img/Schema_ATmega.png}
2852 pomiceva 301 \caption{Blokové schéma balónové sondy}
302 \label{fig:blokpozem}
3008 kaklik 303 \end{center}
2852 pomiceva 304 \end{figure}
2849 kaklik 305  
306 \subsubsection{Legislativní požadavky}
307  
308 Pravidla pro lety volných balónů bez pilota jsou definovány v leteckých
309 předpisech L-2 Pravidla létaní, dodatek 5 a R.
310  
311 \paragraph{Kategorie balónu}
312  
313 Balón by měl spadat do kategorie B2, která je definována jako volný
3005 poskozby 314 balón s objemem menším než 3,25~$m^{3}$, přičemž žádný z rozměrů balónu
315 nepřekračuje 2~m. Rozměr 2~m je rozměr při jeho maximálním
2849 kaklik 316 naplnění/roztažení.
317  
3005 poskozby 318 \paragraph{Povolení vypuštění}
2849 kaklik 319  
320 Užitečné zatížení představují předměty a materiály, které by v případě
321 střetu s letadlem mohly způsobit poškození letadla (zejména prskavky,
322 svítící tyčinky, lámací světla, LED diody apod.) a jakékoliv zatížení o
323 hmotnosti přesahující 0,1 kg. Vzhledem k této definici bude nutné mít
324 pro provoz balónu povolení. Všechny informace ohledně letu (jako je
325 datum, čas, místo vypuštění, užitečné zatížení atp.) musí být zveřejněny
326 v Letecké informační příručce (AIP). Pro vypuštění ve zvláštních
327 případech, jako je mimořádné pozorování, je potřeba upozornit
328 prostřednictvím navigační výstrahy formou zprávy NOTAM, která se musí
329 podat minimálně 24 hodin před vzletem balónu.
330  
331 \paragraph{Materiály}
332  
333 Balón nesmí být plněn hořlavými a výbušnými plyny s výjimkou povolení
334 ÚCL. Omezení pro materiál antény ani baterií nejsou definovány. Materiál
335 balónu také není definován, ale při použití balónu o vysoké svítivosti
336 nebo zhotoveného z materiálů o velké světelné nebo radarové odrazivosti
3008 kaklik 337 musí být oznámeno vypuštění balónu nejbližšímu stanovišti letových provozních služeb.
2849 kaklik 338 Materiál (lano, provázek) spojující balón se sondou nesmí vydržet větší
3005 poskozby 339 sílu než 230~N.
2849 kaklik 340  
341 \hyperdef{}{dostup}{\paragraph{Dostup}\label{dostup}}
342  
343 Pro dostup nejsou omezení.
344  
345 \paragraph{Místo vypuštění}
346  
347 Omezení se týká všech Zakázaných, Nebezpečných a Omezených prostorů,
348 stejně jako dočasně aktivovaných prostorů v době jejich používaní, s
349 výjimkou kdy tak povolí ÚCL nebo kdy je prostor vyhrazen pro let
350 předmětného balónu. Provoz balónu blízko hranic a letišť je
351 problematický, nedoporučuje se.
352  
353 \paragraph{Řešení legislativních problémů}
354  
355 \begin{itemize}
356 \item
357 Navrhnout bezpečnou sondu, která splní požadavky ÚCL na bezpečnost
358 letu.
359 \item
360 Řídit stoupání a aktivně zabránit vzniku kolize. (Takový systém by
2852 pomiceva 361 mohl zároveň zjednodušit návrat sondy podobně jako
362 \href{http://www.youtube.com/watch?v=rpBnurznFio}{zde})
2849 kaklik 363 \item
364 Autodestrukce při hrozící srážce.
365 \end{itemize}
366 \subsection{Řídící systém sítě}
367  
368 \subsubsection{Zpracování dostupných dat}
369  
370 \begin{itemize}
371 \item
372 Odhad vektoru meteoru v atmosféře
373 \item
374 Záznam dostupných meteorologických dat pro pozdější rekonstrukci
375 (družicové snímky, aktuálně měřené hodnoty ČHMÚ, radarové snímky)
376 \item
3005 poskozby 377 Sběr dat z jednotlivých stanic
2849 kaklik 378 \item
3005 poskozby 379 Výpočet vektoru a výškových profilů větru
2849 kaklik 380 \end{itemize}
381 \subsubsection{Rozhodovací proces}
382  
383 Použití nějakého skriptovacího jazyka pro popis procesu
384 \href{http://www.ros.org/wiki/}{ROS}?
385  
386 \begin{itemize}
387 \item
388 Přidělení příkazu ke startu jednotlivým stanicím.
389 \item
390 Přeplánování startu v důsledku neúspěšného vypuštění nebo zamítnutí
391 stanicí.
392 \item
393 Kontrola potenciálního narušení vzdušného prostoru a zakázaných zón.
394 \end{itemize}
395 \subsubsection{Správa systému}
396  
397 \begin{itemize}
398 \item
3005 poskozby 399 Registrace jednotlivých stanic a správa uživatelů v kooperaci s
2849 kaklik 400 projektem \href{http://www.astrozor.cz/}{Astrozor}
401 \end{itemize}
402  
2852 pomiceva 403 \section{Problémy a jejich řešení}
3009 kaklik 404  
2852 pomiceva 405 Dosud jsme narazili hned na několik problémů, které ovlivnili naše další rozhodování a realizaci. Mezi ně patří:
2849 kaklik 406 \begin{itemize}
407 \item
2852 pomiceva 408 Potíže s legislativou - omezení týkající se povolení vypuštění balónu. Jedná se předně o omezení váhová a materiálová.
2849 kaklik 409 \item
2852 pomiceva 410 Nemožnost použití vodíku - tato možnost byla jednoduše vyloučena.
2849 kaklik 411 \item
2852 pomiceva 412 Baterie a jejich odolnost vůči mrazu - navrhováno několik variant, v současné době ještě nemáme vybránu jednu konkrétní.
2849 kaklik 413 \item
2852 pomiceva 414 Dostupnost materiálů - aktuálně potíže s dopravou tlakových lahví s héliem.
2849 kaklik 415 \end{itemize}
2852 pomiceva 416 Navrhovaná řešení jednotlivých problémů jsou uvedena v technické části vždy u příslušné kapitoly.
2849 kaklik 417  
3009 kaklik 418 \section{Pneumatická část napouštěcího systému}
2849 kaklik 419  
3009 kaklik 420 Pneumatika napouštěče balónu řeší problém dávkování nosného plynu do balónu. Pro experimenty s funkčním vzorem přístroje byl jako nosný plyn vybráno helium, jako bezpečný inertní plyn.
421  
422 Pro dávkování nosného plynu do balónu byly uvažovány dva koncepty.
423  
424 \begin{enumerate}
425 \item Použití jednorázové plynové kartuše naplněné právě potřebným množstvím plynu.
426 \item Použití opakovaně plnitelné tlakové lahve
427 \end{enumerate}
428  
429 \subsection{Tlaková nádoba}
430  
3011 kaklik 431 Pro první případ uvažující jednorázovou plynovou náplň byla vybrána tlaková nádoba zobrazena na obrázku \ref{fig:helium}. Její původní plánované využití je pro miniautogeny a je plněna tlakem 100 bar. Výhodou je výstupní šroubení M10x1 a uzavírání tlačným kuželovým ventilem, který by mělo být možné uvolňovat šroubovacím mechanismem. Například s pružně uloženým trnem
3009 kaklik 432  
2853 pomiceva 433 \begin{figure}
434 \centering
435 \includegraphics[width=10cm, height=8cm]{img/Kartuse_s_heliem.png}
3011 kaklik 436 \caption{Konstrukce ventilu plynové kartuše s héliem}
2853 pomiceva 437 \label{fig:helium}
438 \end{figure}
439  
3011 kaklik 440 V originálním uspořádání je tlačný kuželový ventil otevírán redukčním ventilem, který je vidět na obrázku \ref{fig:ventil_autogen}
441  
2853 pomiceva 442 \begin{figure}
443 \centering
3011 kaklik 444 \includegraphics[width=10cm]{img/Redukcni_ventil.png}
2853 pomiceva 445 \caption{Redukční ventil}
3011 kaklik 446 \label{fig:ventil_autogen}
2853 pomiceva 447 \end{figure}
448  
3011 kaklik 449 Ten kromě kuželu a přítlačné pružiny obsahuje ještě i zpětný ventil s hadičníkem, který lze z těla redukčního ventilu odšroubovat.
2852 pomiceva 450  
3011 kaklik 451 Pro konstrukci prototypu napouštěče balónu jsme ale potřebovali opakovaně experimentovat s procesem napouštění a problém opakovaného naplnění plynové kartuše a otevírání kuželového ventilu se nepodařilo z časových důvodů vhodně vyřešit.
3009 kaklik 452  
3011 kaklik 453 Z toho důvodu byla použita opakovatelně plnitelná tlaková nádoba v kombinaci s klasickým redukčním ventilem na kyslík.
3009 kaklik 454  
3011 kaklik 455 \begin{figure}
456 \centering
3017 kaklik 457 \includegraphics[width=10cm]{img/Lahev_helium.jpg}
458 \caption{Znovuplnitelná lahev na technické plyny}
459 \label{fig:redukcni_ventil_vodik}
460 \end{figure}
461  
462 \begin{figure}
463 \centering
3011 kaklik 464 \includegraphics[width=10cm]{img/redukcni_ventil_vodik.jpeg}
465 \caption{Redukční ventil na vodík - tento ventil byl pořízen s očekáváním lepších parametrů, než ventil kyslíkový, má však ale levý závit. (Jako všechny ventily pro hořlavé plyny splňující normu)}
466 \label{fig:redukcni_ventil_vodik}
467 \end{figure}
468  
3017 kaklik 469 \begin{figure}
470 \centering
471 \includegraphics[width=10cm]{./img/redukcni-ventil-autogen-kyslik.jpg}
472 \caption{Redukční ventil na kyslík sloužící jako náhrada za vodíkový redukční ventil s levým závitem}
473 \label{fig:redukcni_ventil_vodik}
474 \end{figure}
475  
476  
3011 kaklik 477 Helium je pak dávkováno elektromagnetickým ventilem
478  
479 \begin{figure}
480 \centering
481 \includegraphics[width=10cm]{img/elektromagneticky_ventil.jpg}
482 \caption{Elektromagnetický dávkovací ventil}
483 \label{fig:elmag_ventil}
484 \end{figure}
485  
486 Toto uspořádání má značnou nevýhodu, že helium je pod stálým tlakem ve značném objemu aparatury a vlivem netěsností a difuze skrz materiály s nízkou hustotou, jako jsou například hadice, nebo pryžová těsnění z ní tak postupně uniká.
487  
488 Toto chování bylo demonstrováno při zkouškách prototypu natlakováním asi 1m dlouhé hadice s průměrem 6 mm přes redukční ventil na jejím druhém konci pak byl připojený manometr na kterém bylo možné sledovat klesání tlaku v hadici. Kdy tlak z původních 0,4 MPa klesl během několika desítek minut na 0,2 MPa. A pak dále přes noc až k nule. Hadice byla k regulačnímu ventilu a manometru připojena kvalitními nástrčnými šroubeními pro technické plyny se závity těsněnými teflonovou páskou.
489  
490 Je tedy jasné, že systém se stále otevřenou tlakovou lahví a regulačním ventilem nemůže být použit v produkční verzi zařízení, neboť nelze zaručit trvanlivost náplně v tlakové nádobě po delší dobu.
491  
3015 pomiceva 492 \subsection{Meteorologický balón}
493  
494 \subsubsection{Svařování balónu}
495 nutno doplnit
496  
497 \subsubsection{Evči zpětný ventil}
498 Při jednom pokusu (původně neúspěšném) o nastavení nohavice pro nafukování a zatavování balónu se nám podařilo přijít na velice zajímavý, překvapivě jednoduchý a efektivní způsob řešení zpětného ventilu \ref{fig:ZpetVentilFoto}. Zatavovací mechanismus bude použit v každém případě, ale jako pojistku lze použít tento ventil.
499  
500 V podstatě jde o přerušení nohavice a následné napojení „nasunutím“ jedné části do druhé (obrázek \ref{fig:ZpetVentil}). Pokud nasuneme spodní část do vrchní (připojené k balónu) a upevníme například pomocí lepicí pásky. Budeme schopni balón bez problémů napustit. Ovšem při pokusu balón vypustit zjistíme, že je to téměř nemožné. Ta část nohavice, které je nasunutá uvnitř, se totiž vlivem opačného tlaku vzduchu (nebo jiného plynu) zdeformuje a zablokuje průchod. Tímto způsobem můžeme velice levně, jednoduše a efektivně vytvořit zpětný ventil, který by měl být pro naše účely naprosto dostačující.
501  
502 \begin{figure}
503 \centering
3024 kaklik 504 \includegraphics[width=10cm]{./img/ZpetnyVentilFoto.JPG}
3015 pomiceva 505 \caption{Zpětný ventil v nohavici balónu - foto}
506 \label{fig:ZpetVentilFoto}
507 \end{figure}
508  
509 \begin{figure}
510 \centering
3024 kaklik 511 \includegraphics[width=10cm]{./img/ZpetnyVentil.png}
3015 pomiceva 512 \caption{Zpětný ventil v nohavici balónu}
513 \label{fig:ZpetVentil}
514 \end{figure}
515  
516  
517  
2852 pomiceva 518 \newpage
519  
2849 kaklik 520 \begin{thebibliography}{99}
2852 pomiceva 521 \bibitem{cement}{například síť CEMeNt}
522 \url{http://cement.fireball.sk/}
523 \bibitem{radiosondy}{radiosondy}
524 \url{http://www.radiosonde.eu/}, \url{http://www.radiosonda.sk/}
525 \bibitem{cocom}{směrnice CoCom}
526 \url{http://en.wikipedia.org/wiki/CoCom\#Legacyi}
527 \bibitem{moguli}{projekt Mogul}
528 \url{http://cs.wikipedia.org/wiki/Projekt\_Moguli}
3002 kaklik 529 \bibitem {GPS_ublox}{UBLOX. LEA-6 series [online]. 2013 [cit. 2013-05-12]. Dostupné z: http://www.u-blox.com/en/gps-modules/pvt-modules/lea-6-family.html}
530 \bibitem {ChibiOS/RT}\url{http://www.chibios.org/dokuwiki/doku.php}
2849 kaklik 531 \end{thebibliography}
532 \end{document}