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}}
3027 kaklik 18 \fancyfoot[L]
19 {\includegraphics[width=1.5cm, height=1.5cm]{img/datamatrix.png} \hspace{0.5cm}
20 \begin{tabular}{c}
21 pomiceva \\
22 kakonjak \\
23 hanuson1 \\
24 jichapav \\
25 poskozby \\
26 \end{tabular}
27 }
2852 pomiceva 28 \fancyfoot[R] {\thepage}
29  
30  
2849 kaklik 31 \begin{document}
2852 pomiceva 32 \title{Technická zpráva - Automatický vypouštěč meteobalónů}
33 \author{Eva Pomíchalová\\ Jakub Kákona\\ Ondřej Hanus\\ Pavel Jícha\\ Zbyněk Poskočil}
2849 kaklik 34 \maketitle
35  
2852 pomiceva 36  
37 \thispagestyle{fancy}
38 \newpage
2849 kaklik 39 \begin{abstract}
2852 pomiceva 40 \input{abstrakt.txt}
41  
2849 kaklik 42 \end{abstract}
2852 pomiceva 43 \newpage
2849 kaklik 44  
45 %%\begin{figure} [htbp]
46 %%\begin{center}
47 %%\includegraphics [width=80mm] {SDRX01B_Top_Big.JPG}
48 %%\end{center}
49 %%\end{figure}
50  
51 \tableofcontents
52 \newpage
53  
3025 kaklik 54 \section{Automaticky vypouštěný sondážní balon}
2849 kaklik 55  
3026 kaklik 56 \subsection{Cíle konstrukce systému}
3025 kaklik 57  
3026 kaklik 58 \subsubsection{Síť pro detekci dopadu meteorů}
59  
60 \begin{figure}
61 \centering
62 \includegraphics[width=15cm, height=9cm]{img/SchemaCeleSite.png}
63 \caption{Schéma celé sítě}
64 \label{fig:blokcelasit}
65 \end{figure}
66  
2849 kaklik 67 Celý systém by měl být robotizovaným doplňkem sítě
3004 kaklik 68 \href{http://wiki.mlab.cz/doku.php?id=cs:rmds}{radiových detektorů meteorů}, případně pak i
69 její vizuální varianty (video pozorování a bolidové kamery).
2849 kaklik 70  
71 Účel zařízení je zpřesnit odhad trajektorie temné dráhy meteoritu v
72 atmosféře zavedením korekcí na proudění vzduchových mas během letu. A
3004 kaklik 73 tím v důsledku zmenšit plochu dopadové elipsy meteoritu na zemský povrch.
2849 kaklik 74  
75 Údaje o proudech v atmosféře budou získány balónovou sondou vypuštěnou
76 bezprostředně po detekci průletu bolidu atmosférou. Místo vypuštění
77 balónové sondy by mělo být zvoleno automaticky na základě odhadu dráhy
78 meteoru a známých souřadnic balónových sil v síti.
79  
80 Důležitou součástí systému je plně robotizovaná vypouštěcí stanice
81 (balónové silo), která umožní vypuštění sondy ze známých souřadnic bez
82 zásahu lidské obsluhy. Vedlejším produktem takového vývoje bude zařízení
83 schopné v budoucnu automatizovat i vypouštění klasických
84 meteorologických
85 \href{http://en.wikipedia.org/wiki/Radiosonde}{radiosond}.
86  
3026 kaklik 87 \subsubsection{Automatické vypouštění meteorologických radiosond}
2849 kaklik 88  
3025 kaklik 89  
3027 kaklik 90 \subsection{Stav automatického vypouštění plynových balónů}
3026 kaklik 91  
92  
3025 kaklik 93 \section{Pozemní vypouštěcí box}
94  
3004 kaklik 95 Pozemní stanici balónové sítě tvoří kompaktní krabice obsahující
96 techniku potřebnou k vypuštění balónové sondy. Zařízení je
2849 kaklik 97 konstruováno tak, aby bylo schopné vydržet řádově několik roků v
98 pohotovostním režimu, a čekat na příkaz k vypouštění sondy.
99  
3027 kaklik 100 \subsection{Potřebné parametry}
2849 kaklik 101  
3005 poskozby 102 Většina řídící elektroniky je složena z modulů
2849 kaklik 103 \href{http://www.mlab.cz/}{stavebnice MLAB}
104  
3004 kaklik 105 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 106  
107 \begin{itemize}
3009 kaklik 108 \item Ethernet - modul \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/ETH01A}{ETH01A}
109 \item Konvertor z TTL na sběrnici CAN \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/TTLCAN01B}{TTLCAN01B}
110 \item Konvertor z TTL na sběrnici RS485. \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/TTLRS48501A}{TTLRS48501A}
111 \item GSM výhodné pro odlehlé oblasti a odesílání informací o poruchách.
112 \item USB - je přímo osazeno na použitém řídícím modulu a lze jej použít jako servisní terminál a k aktualizaci firmwaru pomocí bootloaderu.
2849 kaklik 113 \end{itemize}
114  
3004 kaklik 115 Jako hlavní řídící MCU této jednotky byl vybrán ARM STM32F103R8T v modulu
3009 kaklik 116 \href{/doku.php?id=cs:stm32f10xrxt}{STM32F10xRxT01A}. Firmware je pak dále popsán v kapitole \ref{Box_firmware}.
2849 kaklik 117  
3027 kaklik 118 \subsection{Elektronika pozemní stanice}
2849 kaklik 119  
3027 kaklik 120 \subsubsection{Napájení elektronických subsystémů}
121  
3004 kaklik 122 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 123  
3004 kaklik 124  
3025 kaklik 125 \subsection{Mechanická konstrukce}
3004 kaklik 126  
3024 kaklik 127 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.
128 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 129  
3025 kaklik 130 \subsubsection{Akční členy}
3004 kaklik 131  
132 Většina akčních členů je konstruována s důrazem na maximální
133 spolehlivost. Akční členy proto jsou pružiny s
2852 pomiceva 134 přepalovacími PE pojistkami (silonové vlákno, nebo stuha
3005 poskozby 135 přepalovaná výkonovým rezistorem) ke spínáni proudu do rezistorů
3004 kaklik 136 je využit modul \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/NFET4X01B}{NFET4X01B}
2849 kaklik 137  
3009 kaklik 138 Dále se nám podařilo sestrojit prototyp odpalování pružiny pro otevírání víka pozemní vypouštěcí stanice. Tento pokus nejlépe ilustruje toto
139  
140 \href{http://www.mlab.cz/redmine/attachments/download/3/video-2013-03-09-23-43-33.mp4}{video}.
141  
142 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.
3025 kaklik 143  
3009 kaklik 144 \begin{figure}[hbtp]
145 \centering
3025 kaklik 146 \includegraphics[width=10cm]{img/odpalovac2.jpg}
147 \caption{Prototyp pojišťovacího mechanismu}
3009 kaklik 148 \label{fig:odpalovac}
149 \end{figure}
150  
3025 kaklik 151 V produkční verzi by mela být kosntrukce řešena polyfúzně svařovanou plastovou bednou dostatečně těsnou, aby nebyla zajímavá pro hlodavce a další havěť.
152  
153 Rozměry by měly být upraveny tak, aby umožnila vypouštění i současných profesionálních balónových sond.
3009 kaklik 154  
3024 kaklik 155 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.
156  
3025 kaklik 157 \subsubsection{Uzavírací mechanismus balónu}
3024 kaklik 158  
3025 kaklik 159 Jako uzavírací a vypouštěcí systém balónu je použito odporové svařování. Umístěné v lisovacím mechanismu to má za úkol scvaknout 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.
160 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 dvě pružiny umístěné na kolejnicích za plošinou, jak je vidět na obrázku.
3024 kaklik 161 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.
3025 kaklik 162 Na pevné zarážce je natažen odporový dráty, který má za úkol přetavit nohavici scvaknutou 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.
163 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 \ref{fig:uzaviraci_mechanismus_nakres}.
3024 kaklik 164  
3025 kaklik 165 \begin{figure}[hbtp]
166 \centering
167 \includegraphics[width=15cm]{./img/uzaviraci_mechanismus.jpg}
168 \caption{Nákres uzavíracího mechanismu balónu}
169 \label{fig:uzaviraci_mechanismus_nakres}
170 \end{figure}
3024 kaklik 171  
3027 kaklik 172 \subsubsection{Napouštěcí systém balónu}
173  
174 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.
175  
176 Pro dávkování nosného plynu do balónu byly uvažovány dva koncepty.
177  
178 \begin{enumerate}
179 \item Použití jednorázové plynové kartuše naplněné právě potřebným množstvím plynu.
180 \item Použití opakovaně plnitelné tlakové lahve
181 \end{enumerate}
182  
183 \paragraph{Tlaková nádoba}
184  
185 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
186  
187 \begin{figure}
188 \centering
189 \includegraphics[width=10cm, height=8cm]{img/Kartuse_s_heliem.png}
190 \caption{Konstrukce ventilu plynové kartuše s héliem}
191 \label{fig:helium}
192 \end{figure}
193  
194 V originálním uspořádání je tlačný kuželový ventil otevírán redukčním ventilem, který je vidět na obrázku \ref{fig:ventil_autogen}
195  
196 \begin{figure}
197 \centering
198 \includegraphics[width=10cm]{img/Redukcni_ventil.png}
199 \caption{Redukční ventil}
200 \label{fig:ventil_autogen}
201 \end{figure}
202  
203 Ten kromě kuželu a přítlačné pružiny obsahuje ještě i zpětný ventil s hadičníkem, který lze z těla redukčního ventilu odšroubovat.
204  
205 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.
206  
207 Z toho důvodu byla použita opakovatelně plnitelná tlaková nádoba v kombinaci s klasickým redukčním ventilem na kyslík.
208  
209 \begin{figure}
210 \centering
211 \includegraphics[width=10cm]{img/Lahev_helium.jpg}
212 \caption{Znovuplnitelná lahev na technické plyny}
213 \label{fig:redukcni_ventil_vodik}
214 \end{figure}
215  
216 \begin{figure}
217 \centering
218 \includegraphics[width=10cm]{img/redukcni_ventil_vodik.jpeg}
219 \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)}
220 \label{fig:redukcni_ventil_vodik}
221 \end{figure}
222  
223 \begin{figure}
224 \centering
225 \includegraphics[width=10cm]{./img/redukcni-ventil-autogen-kyslik.jpg}
226 \caption{Redukční ventil na kyslík sloužící jako náhrada za vodíkový redukční ventil s levým závitem}
227 \label{fig:redukcni_ventil_vodik}
228 \end{figure}
229  
230  
231 Helium je pak dávkováno elektromagnetickým ventilem
232  
233 \begin{figure}
234 \centering
235 \includegraphics[width=10cm]{img/elektromagneticky_ventil.jpg}
236 \caption{Elektromagnetický dávkovací ventil}
237 \label{fig:elmag_ventil}
238 \end{figure}
239  
240 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.
241  
242 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.
243  
244 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.
245  
246  
3026 kaklik 247 \subsection{Diagnostika stavu systému}
248  
249 \begin{itemize}
250 \item
251 Kontrola úspěšného startu (měření vztlaku balónu)
252 \item
253 Měření teplot, tlaku plynové náplně, průtoku média do balónu.
254 \item
255 Vlhkost uvnitř krabice (průsak a ztráta vodotěsnosti proražením víka a
256 podobně)
257 \end{itemize}
258  
259 \subsubsection{Meteorologická data}
260  
261 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.
262  
263  
3025 kaklik 264 \subsection{Firmware pozemní stanice}
3009 kaklik 265 \label{Box_firmware}
2849 kaklik 266  
3025 kaklik 267 \subsubsection{Real-time operační systém}
3005 poskozby 268 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.\\
269 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 270  
3025 kaklik 271 \subsubsection{Funkce firmwaru}
3009 kaklik 272  
3005 poskozby 273 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.
3025 kaklik 274 \paragraph{Blikání LED}
3002 kaklik 275 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.
3025 kaklik 276 \paragraph{Vypouštění}
3002 kaklik 277 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:\\
278 \begin{enumerate}
279 \item Příjem příkazu pro odpal
280 \item Příjem příkazu pro zrušení odpalu
281 \item Probuzení od časovače
282 \end{enumerate}
283 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.\\
284 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 285 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 286 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.\\
287 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.\\
288 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 289  
3025 kaklik 290 \paragraph{Příjem příkazu od uživatele}
3004 kaklik 291  
3002 kaklik 292 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 293  
3025 kaklik 294 \paragraph{Příjem dat z GPS modulu}
3004 kaklik 295  
3002 kaklik 296 Posledním vláknem využívaném ve firmwaru vypouštěče je vlákno, které se stará o příjem a dekódování NMEA zprávy posílané po sériové lince z GPS modulu
3025 kaklik 297 \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.
298  
3026 kaklik 299 \subsubsection{Uživatelské rozhraní}
300  
3005 poskozby 301 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 302  
3002 kaklik 303 \begin{enumerate}
304 \item odpal
305 \item zrus (nebo písmeno "s")
306 \item help
307 \item check
308 \end{enumerate}
3004 kaklik 309  
3005 poskozby 310 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 311  
3002 kaklik 312 \begin{figure}[hbtp]
3006 kaklik 313 \begin{center}
3004 kaklik 314 \includegraphics[height=200mm]{./img/program_flow.png}
3002 kaklik 315 \caption{Funkční diagram firmwaru Automatického vypouštěče}
3005 poskozby 316 \label{fig:Diag_firmware}
3006 kaklik 317 \end{center}
3002 kaklik 318 \end{figure}
319  
320  
3008 kaklik 321 \begin{figure}
3006 kaklik 322 \begin{center}
323 \includegraphics[width=10cm] {./img/Schema_ARM.png}
2852 pomiceva 324 \caption{Blokové schéma pozemního vypouštěcího boxu}
325 \label{fig:blokpozem}
3008 kaklik 326 \end{center}
2852 pomiceva 327 \end{figure}
2849 kaklik 328  
329  
3025 kaklik 330 \section{Balónová sonda}
2849 kaklik 331  
332 Neletový prototyp sondy bude vyvinut za použití modulů stavebnice
333 \href{http://www.mlab.cz/Server/GenIndex/GenIndex.php?lang=cs\&path=/Modules}{MLAB}
334  
335 \href{/doku.php?id=cs:atmegatq32}{ATmegaTQ3201A},
336 \href{/doku.php?id=cs:sdcard}{SDcard01B},
337 \href{/doku.php?id=cs:gps}{GPS01A}
338  
3027 kaklik 339 \subsection{Potřebné parametry}
2849 kaklik 340  
341 GPS na sondě by měla být udržovaná ve stavu FIX, aby pak nedocházelo ke
342 zpoždění v důsledku čekání na fix.
343  
344 \paragraph{Komunikace (Telemetrické údaje)}
345  
346 \begin{itemize}
347 \item
348 Primárním cílem je měření rychlosti a směru větru ve známých bodech.
349 \item
350 GPS údaje 10Hz, textový výstup
351 \href{http://en.wikipedia.org/wiki/NMEA\_0183}{NMEA}
352 \item
353 další veličiny jako teploty, tlaky atd. jsou volitelné.
354 \item
355 Radio maják a akustický maják?
356 \item
357 Radiový přenos telemetrie v pásmu 27-450 MHz: možnost bezlicenčních
358 pásem (SVN: VO-R-16, VO-R-10)
359 \item
360 Radiomoduly: \href{http://www.artbrno.cz}{http://www.artbrno.cz},
361 \href{http://www.anaren.com}{http://www.anaren.com}
362 \end{itemize}
363 GPS je potřeba vybrat tak, aby fungovala i ve větších výškách.
364 \textsuperscript{\href{\#fn\_\_3}{3)}}
365  
366 \paragraph{Napájení sondy během letu}
367  
368 \begin{itemize}
369 \item
370 \href{http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium\_battery}{Lithiový článek}
371 (negeneruje teplo, minimální provozní teplota je -60 C)
372 \item
373 Hořčíková baterie (generuje teplo pro temperování elektroniky)
374 \item
375 \href{http://en.wikipedia.org/wiki/Silver-oxide\_battery}{Stříbro-oxidový
376 článek} Vydrží nižší provozní teploty a je ekologicky nezávadný.
377 \item
378 Ideální by bylo použití
379 \href{https://www.youtube.com/watch?feature=player\_embedded\&v=OtM6XJlynkk}{superkapacitorů}
380 \end{itemize}
381 Řešením problému s nízkou teplotou ve vyšších výškách by mohlo být
382 předehřátí sondy při startu.
383  
384 \hyperdef{}{konstrukce}{\paragraph{Konstrukce}\label{konstrukce}}
385  
386 \begin{itemize}
387 \item
388 Balón - \href{http://cs.wikipedia.org/wiki/Polyethylen}{PE} pytel
389 (kvůli životnosti v zabaleném stavu - guma s časem degraduje)
390 \textsuperscript{\href{\#fn\_\_4}{4)}}
391 \item
392 Možnost dálkového odpojení balónu od sondy (ukončení stoupání)
393 \item
394 Prototyp plněný \href{http://cs.wikipedia.org/wiki/Helium}{heliem},
395 i ekologičtější. A vodík navíc lze vyrábět chemicky přímo během
396 vypuštění sondy).
397 \item
398 Splnění požadavků na bezpečnost provozu (letovou, majetkovou a
399 personální)
400 \end{itemize}
401 \paragraph{Firmware}
402  
403 \begin{itemize}
404 \item
405 Záznam dat v gondole balónu mikroSD karta
406 \end{itemize}
407  
3008 kaklik 408 \begin{figure}
3006 kaklik 409 \begin{center}
410 \includegraphics[width=10cm]{img/Schema_ATmega.png}
2852 pomiceva 411 \caption{Blokové schéma balónové sondy}
412 \label{fig:blokpozem}
3008 kaklik 413 \end{center}
2852 pomiceva 414 \end{figure}
2849 kaklik 415  
3025 kaklik 416 \subsection{Legislativní požadavky}
2849 kaklik 417  
418 Pravidla pro lety volných balónů bez pilota jsou definovány v leteckých
419 předpisech L-2 Pravidla létaní, dodatek 5 a R.
420  
421 \paragraph{Kategorie balónu}
422  
423 Balón by měl spadat do kategorie B2, která je definována jako volný
3005 poskozby 424 balón s objemem menším než 3,25~$m^{3}$, přičemž žádný z rozměrů balónu
425 nepřekračuje 2~m. Rozměr 2~m je rozměr při jeho maximálním
2849 kaklik 426 naplnění/roztažení.
427  
3005 poskozby 428 \paragraph{Povolení vypuštění}
2849 kaklik 429  
430 Užitečné zatížení představují předměty a materiály, které by v případě
431 střetu s letadlem mohly způsobit poškození letadla (zejména prskavky,
432 svítící tyčinky, lámací světla, LED diody apod.) a jakékoliv zatížení o
433 hmotnosti přesahující 0,1 kg. Vzhledem k této definici bude nutné mít
434 pro provoz balónu povolení. Všechny informace ohledně letu (jako je
435 datum, čas, místo vypuštění, užitečné zatížení atp.) musí být zveřejněny
436 v Letecké informační příručce (AIP). Pro vypuštění ve zvláštních
437 případech, jako je mimořádné pozorování, je potřeba upozornit
438 prostřednictvím navigační výstrahy formou zprávy NOTAM, která se musí
439 podat minimálně 24 hodin před vzletem balónu.
440  
441 \paragraph{Materiály}
442  
443 Balón nesmí být plněn hořlavými a výbušnými plyny s výjimkou povolení
444 ÚCL. Omezení pro materiál antény ani baterií nejsou definovány. Materiál
445 balónu také není definován, ale při použití balónu o vysoké svítivosti
446 nebo zhotoveného z materiálů o velké světelné nebo radarové odrazivosti
3008 kaklik 447 musí být oznámeno vypuštění balónu nejbližšímu stanovišti letových provozních služeb.
2849 kaklik 448 Materiál (lano, provázek) spojující balón se sondou nesmí vydržet větší
3005 poskozby 449 sílu než 230~N.
2849 kaklik 450  
451 \hyperdef{}{dostup}{\paragraph{Dostup}\label{dostup}}
452  
453 Pro dostup nejsou omezení.
454  
455 \paragraph{Místo vypuštění}
456  
457 Omezení se týká všech Zakázaných, Nebezpečných a Omezených prostorů,
458 stejně jako dočasně aktivovaných prostorů v době jejich používaní, s
459 výjimkou kdy tak povolí ÚCL nebo kdy je prostor vyhrazen pro let
460 předmětného balónu. Provoz balónu blízko hranic a letišť je
461 problematický, nedoporučuje se.
462  
463 \paragraph{Řešení legislativních problémů}
464  
465 \begin{itemize}
466 \item
467 Navrhnout bezpečnou sondu, která splní požadavky ÚCL na bezpečnost
468 letu.
469 \item
470 Řídit stoupání a aktivně zabránit vzniku kolize. (Takový systém by
2852 pomiceva 471 mohl zároveň zjednodušit návrat sondy podobně jako
472 \href{http://www.youtube.com/watch?v=rpBnurznFio}{zde})
2849 kaklik 473 \item
474 Autodestrukce při hrozící srážce.
475 \end{itemize}
476  
3025 kaklik 477 \subsection{Meteorologický balón}
2849 kaklik 478  
3025 kaklik 479 \subsubsection{Svařování balónu}
480 nutno doplnit
481  
482 \subsubsection{Evči zpětný ventil}
483 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.
484  
485 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.
486  
487 \begin{figure}
488 \centering
489 \includegraphics[width=10cm]{./img/ZpetnyVentilFoto.JPG}
490 \caption{Zpětný ventil v nohavici balónu - foto}
491 \label{fig:ZpetVentilFoto}
492 \end{figure}
493  
494 \begin{figure}
495 \centering
496 \includegraphics[width=10cm]{./img/ZpetnyVentil.png}
497 \caption{Zpětný ventil v nohavici balónu}
498 \label{fig:ZpetVentil}
499 \end{figure}
500  
501  
502  
503 \section{Řídící systém sítě}
504  
505 \subsection{Zpracování dostupných dat}
506  
2849 kaklik 507 \begin{itemize}
508 \item
509 Odhad vektoru meteoru v atmosféře
510 \item
511 Záznam dostupných meteorologických dat pro pozdější rekonstrukci
512 (družicové snímky, aktuálně měřené hodnoty ČHMÚ, radarové snímky)
513 \item
3005 poskozby 514 Sběr dat z jednotlivých stanic
2849 kaklik 515 \item
3005 poskozby 516 Výpočet vektoru a výškových profilů větru
2849 kaklik 517 \end{itemize}
3025 kaklik 518 \subsection{Rozhodovací proces}
2849 kaklik 519  
520 Použití nějakého skriptovacího jazyka pro popis procesu
521 \href{http://www.ros.org/wiki/}{ROS}?
522  
523 \begin{itemize}
524 \item
525 Přidělení příkazu ke startu jednotlivým stanicím.
526 \item
527 Přeplánování startu v důsledku neúspěšného vypuštění nebo zamítnutí
528 stanicí.
529 \item
530 Kontrola potenciálního narušení vzdušného prostoru a zakázaných zón.
531 \end{itemize}
3025 kaklik 532 \subsection{Správa systému}
2849 kaklik 533  
534 \begin{itemize}
535 \item
3005 poskozby 536 Registrace jednotlivých stanic a správa uživatelů v kooperaci s
2849 kaklik 537 projektem \href{http://www.astrozor.cz/}{Astrozor}
538 \end{itemize}
539  
3009 kaklik 540  
2852 pomiceva 541 Baterie a jejich odolnost vůči mrazu - navrhováno několik variant, v současné době ještě nemáme vybránu jednu konkrétní.
3025 kaklik 542  
543 Dostupnost materiálů - aktuálně potíže s dopravou tlakových lahví s héliem.
2852 pomiceva 544 Navrhovaná řešení jednotlivých problémů jsou uvedena v technické části vždy u příslušné kapitoly.
2849 kaklik 545  
546  
3027 kaklik 547 \section{Dosažené výsledky}
3009 kaklik 548  
549  
3027 kaklik 550 \subsection{Možnosti budoucího vývoje zařízení}
3009 kaklik 551  
552  
553  
2852 pomiceva 554 \newpage
555  
2849 kaklik 556 \begin{thebibliography}{99}
2852 pomiceva 557 \bibitem{cement}{například síť CEMeNt}
558 \url{http://cement.fireball.sk/}
559 \bibitem{radiosondy}{radiosondy}
560 \url{http://www.radiosonde.eu/}, \url{http://www.radiosonda.sk/}
561 \bibitem{cocom}{směrnice CoCom}
562 \url{http://en.wikipedia.org/wiki/CoCom\#Legacyi}
563 \bibitem{moguli}{projekt Mogul}
564 \url{http://cs.wikipedia.org/wiki/Projekt\_Moguli}
3002 kaklik 565 \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}
566 \bibitem {ChibiOS/RT}\url{http://www.chibios.org/dokuwiki/doku.php}
2849 kaklik 567 \end{thebibliography}
568 \end{document}