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  
3025 kaklik 45 \section{Automaticky vypouštěný sondážní balon}
2849 kaklik 46  
3026 kaklik 47 \subsection{Cíle konstrukce systému}
3025 kaklik 48  
3026 kaklik 49 \subsubsection{Síť pro detekci dopadu meteorů}
50  
51 \begin{figure}
52 \centering
53 \includegraphics[width=15cm, height=9cm]{img/SchemaCeleSite.png}
54 \caption{Schéma celé sítě}
55 \label{fig:blokcelasit}
56 \end{figure}
57  
2849 kaklik 58 Celý systém by měl být robotizovaným doplňkem sítě
3004 kaklik 59 \href{http://wiki.mlab.cz/doku.php?id=cs:rmds}{radiových detektorů meteorů}, případně pak i
60 její vizuální varianty (video pozorování a bolidové kamery).
2849 kaklik 61  
62 Účel zařízení je zpřesnit odhad trajektorie temné dráhy meteoritu v
63 atmosféře zavedením korekcí na proudění vzduchových mas během letu. A
3004 kaklik 64 tím v důsledku zmenšit plochu dopadové elipsy meteoritu na zemský povrch.
2849 kaklik 65  
66 Údaje o proudech v atmosféře budou získány balónovou sondou vypuštěnou
67 bezprostředně po detekci průletu bolidu atmosférou. Místo vypuštění
68 balónové sondy by mělo být zvoleno automaticky na základě odhadu dráhy
69 meteoru a známých souřadnic balónových sil v síti.
70  
71 Důležitou součástí systému je plně robotizovaná vypouštěcí stanice
72 (balónové silo), která umožní vypuštění sondy ze známých souřadnic bez
73 zásahu lidské obsluhy. Vedlejším produktem takového vývoje bude zařízení
74 schopné v budoucnu automatizovat i vypouštění klasických
75 meteorologických
76 \href{http://en.wikipedia.org/wiki/Radiosonde}{radiosond}.
77  
3026 kaklik 78 \subsubsection{Automatické vypouštění meteorologických radiosond}
2849 kaklik 79  
3025 kaklik 80  
3026 kaklik 81 \subsection{Automatické vypouštění plynových balónů}
82  
83  
3025 kaklik 84 \section{Pozemní vypouštěcí box}
85  
3004 kaklik 86 Pozemní stanici balónové sítě tvoří kompaktní krabice obsahující
87 techniku potřebnou k vypuštění balónové sondy. Zařízení je
2849 kaklik 88 konstruováno tak, aby bylo schopné vydržet řádově několik roků v
89 pohotovostním režimu, a čekat na příkaz k vypouštění sondy.
90  
3025 kaklik 91 \subsection{Technické parametry}
2849 kaklik 92  
3005 poskozby 93 Většina řídící elektroniky je složena z modulů
2849 kaklik 94 \href{http://www.mlab.cz/}{stavebnice MLAB}
95  
3004 kaklik 96 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 97  
98 \begin{itemize}
3009 kaklik 99 \item Ethernet - modul \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/ETH01A}{ETH01A}
100 \item Konvertor z TTL na sběrnici CAN \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/TTLCAN01B}{TTLCAN01B}
101 \item Konvertor z TTL na sběrnici RS485. \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/TTLRS48501A}{TTLRS48501A}
102 \item GSM výhodné pro odlehlé oblasti a odesílání informací o poruchách.
103 \item USB - je přímo osazeno na použitém řídícím modulu a lze jej použít jako servisní terminál a k aktualizaci firmwaru pomocí bootloaderu.
2849 kaklik 104 \end{itemize}
105  
3004 kaklik 106 Jako hlavní řídící MCU této jednotky byl vybrán ARM STM32F103R8T v modulu
3009 kaklik 107 \href{/doku.php?id=cs:stm32f10xrxt}{STM32F10xRxT01A}. Firmware je pak dále popsán v kapitole \ref{Box_firmware}.
2849 kaklik 108  
3025 kaklik 109 \subsection{Napájení elektronických subsystémů}
2849 kaklik 110  
3004 kaklik 111 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 112  
3004 kaklik 113  
3025 kaklik 114 \subsection{Mechanická konstrukce}
3004 kaklik 115  
3024 kaklik 116 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.
117 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 118  
3025 kaklik 119 \subsubsection{Akční členy}
3004 kaklik 120  
121 Většina akčních členů je konstruována s důrazem na maximální
122 spolehlivost. Akční členy proto jsou pružiny s
2852 pomiceva 123 přepalovacími PE pojistkami (silonové vlákno, nebo stuha
3005 poskozby 124 přepalovaná výkonovým rezistorem) ke spínáni proudu do rezistorů
3004 kaklik 125 je využit modul \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/NFET4X01B}{NFET4X01B}
2849 kaklik 126  
3009 kaklik 127 Dále se nám podařilo sestrojit prototyp odpalování pružiny pro otevírání víka pozemní vypouštěcí stanice. Tento pokus nejlépe ilustruje toto
128  
129 \href{http://www.mlab.cz/redmine/attachments/download/3/video-2013-03-09-23-43-33.mp4}{video}.
130  
131 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 132  
3009 kaklik 133 \begin{figure}[hbtp]
134 \centering
3025 kaklik 135 \includegraphics[width=10cm]{img/odpalovac2.jpg}
136 \caption{Prototyp pojišťovacího mechanismu}
3009 kaklik 137 \label{fig:odpalovac}
138 \end{figure}
139  
3025 kaklik 140 V produkční verzi by mela být kosntrukce řešena polyfúzně svařovanou plastovou bednou dostatečně těsnou, aby nebyla zajímavá pro hlodavce a další havěť.
141  
142 Rozměry by měly být upraveny tak, aby umožnila vypouštění i současných profesionálních balónových sond.
3009 kaklik 143  
3024 kaklik 144 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.
145  
3025 kaklik 146 \subsubsection{Uzavírací mechanismus balónu}
3024 kaklik 147  
3025 kaklik 148 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.
149 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 150 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 151 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.
152 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 153  
3025 kaklik 154 \begin{figure}[hbtp]
155 \centering
156 \includegraphics[width=15cm]{./img/uzaviraci_mechanismus.jpg}
157 \caption{Nákres uzavíracího mechanismu balónu}
158 \label{fig:uzaviraci_mechanismus_nakres}
159 \end{figure}
3024 kaklik 160  
3026 kaklik 161 \subsection{Diagnostika stavu systému}
162  
163 \begin{itemize}
164 \item
165 Kontrola úspěšného startu (měření vztlaku balónu)
166 \item
167 Měření teplot, tlaku plynové náplně, průtoku média do balónu.
168 \item
169 Vlhkost uvnitř krabice (průsak a ztráta vodotěsnosti proražením víka a
170 podobně)
171 \end{itemize}
172  
173 \subsubsection{Meteorologická data}
174  
175 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.
176  
177  
3025 kaklik 178 \subsection{Firmware pozemní stanice}
3009 kaklik 179 \label{Box_firmware}
2849 kaklik 180  
3025 kaklik 181 \subsubsection{Real-time operační systém}
3005 poskozby 182 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.\\
183 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 184  
3025 kaklik 185 \subsubsection{Funkce firmwaru}
3009 kaklik 186  
3005 poskozby 187 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 188 \paragraph{Blikání LED}
3002 kaklik 189 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 190 \paragraph{Vypouštění}
3002 kaklik 191 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:\\
192 \begin{enumerate}
193 \item Příjem příkazu pro odpal
194 \item Příjem příkazu pro zrušení odpalu
195 \item Probuzení od časovače
196 \end{enumerate}
197 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.\\
198 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 199 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 200 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.\\
201 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.\\
202 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 203  
3025 kaklik 204 \paragraph{Příjem příkazu od uživatele}
3004 kaklik 205  
3002 kaklik 206 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 207  
3025 kaklik 208 \paragraph{Příjem dat z GPS modulu}
3004 kaklik 209  
3002 kaklik 210 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 211 \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.
212  
3026 kaklik 213 \subsubsection{Uživatelské rozhraní}
214  
3005 poskozby 215 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 216  
3002 kaklik 217 \begin{enumerate}
218 \item odpal
219 \item zrus (nebo písmeno "s")
220 \item help
221 \item check
222 \end{enumerate}
3004 kaklik 223  
3005 poskozby 224 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 225  
3002 kaklik 226 \begin{figure}[hbtp]
3006 kaklik 227 \begin{center}
3004 kaklik 228 \includegraphics[height=200mm]{./img/program_flow.png}
3002 kaklik 229 \caption{Funkční diagram firmwaru Automatického vypouštěče}
3005 poskozby 230 \label{fig:Diag_firmware}
3006 kaklik 231 \end{center}
3002 kaklik 232 \end{figure}
233  
234  
3008 kaklik 235 \begin{figure}
3006 kaklik 236 \begin{center}
237 \includegraphics[width=10cm] {./img/Schema_ARM.png}
2852 pomiceva 238 \caption{Blokové schéma pozemního vypouštěcího boxu}
239 \label{fig:blokpozem}
3008 kaklik 240 \end{center}
2852 pomiceva 241 \end{figure}
2849 kaklik 242  
243  
3025 kaklik 244 \section{Balónová sonda}
2849 kaklik 245  
246 Neletový prototyp sondy bude vyvinut za použití modulů stavebnice
247 \href{http://www.mlab.cz/Server/GenIndex/GenIndex.php?lang=cs\&path=/Modules}{MLAB}
248  
249 \href{/doku.php?id=cs:atmegatq32}{ATmegaTQ3201A},
250 \href{/doku.php?id=cs:sdcard}{SDcard01B},
251 \href{/doku.php?id=cs:gps}{GPS01A}
252  
3025 kaklik 253 \subsection{Technické parametry}
2849 kaklik 254  
255 GPS na sondě by měla být udržovaná ve stavu FIX, aby pak nedocházelo ke
256 zpoždění v důsledku čekání na fix.
257  
258 \paragraph{Komunikace (Telemetrické údaje)}
259  
260 \begin{itemize}
261 \item
262 Primárním cílem je měření rychlosti a směru větru ve známých bodech.
263 \item
264 GPS údaje 10Hz, textový výstup
265 \href{http://en.wikipedia.org/wiki/NMEA\_0183}{NMEA}
266 \item
267 další veličiny jako teploty, tlaky atd. jsou volitelné.
268 \item
269 Radio maják a akustický maják?
270 \item
271 Radiový přenos telemetrie v pásmu 27-450 MHz: možnost bezlicenčních
272 pásem (SVN: VO-R-16, VO-R-10)
273 \item
274 Radiomoduly: \href{http://www.artbrno.cz}{http://www.artbrno.cz},
275 \href{http://www.anaren.com}{http://www.anaren.com}
276 \end{itemize}
277 GPS je potřeba vybrat tak, aby fungovala i ve větších výškách.
278 \textsuperscript{\href{\#fn\_\_3}{3)}}
279  
280 \paragraph{Napájení sondy během letu}
281  
282 \begin{itemize}
283 \item
284 \href{http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium\_battery}{Lithiový článek}
285 (negeneruje teplo, minimální provozní teplota je -60 C)
286 \item
287 Hořčíková baterie (generuje teplo pro temperování elektroniky)
288 \item
289 \href{http://en.wikipedia.org/wiki/Silver-oxide\_battery}{Stříbro-oxidový
290 článek} Vydrží nižší provozní teploty a je ekologicky nezávadný.
291 \item
292 Ideální by bylo použití
293 \href{https://www.youtube.com/watch?feature=player\_embedded\&v=OtM6XJlynkk}{superkapacitorů}
294 \end{itemize}
295 Řešením problému s nízkou teplotou ve vyšších výškách by mohlo být
296 předehřátí sondy při startu.
297  
298 \hyperdef{}{konstrukce}{\paragraph{Konstrukce}\label{konstrukce}}
299  
300 \begin{itemize}
301 \item
302 Balón - \href{http://cs.wikipedia.org/wiki/Polyethylen}{PE} pytel
303 (kvůli životnosti v zabaleném stavu - guma s časem degraduje)
304 \textsuperscript{\href{\#fn\_\_4}{4)}}
305 \item
306 Možnost dálkového odpojení balónu od sondy (ukončení stoupání)
307 \item
308 Prototyp plněný \href{http://cs.wikipedia.org/wiki/Helium}{heliem},
309 i ekologičtější. A vodík navíc lze vyrábět chemicky přímo během
310 vypuštění sondy).
311 \item
312 Splnění požadavků na bezpečnost provozu (letovou, majetkovou a
313 personální)
314 \end{itemize}
315 \paragraph{Firmware}
316  
317 \begin{itemize}
318 \item
319 Záznam dat v gondole balónu mikroSD karta
320 \end{itemize}
321  
3008 kaklik 322 \begin{figure}
3006 kaklik 323 \begin{center}
324 \includegraphics[width=10cm]{img/Schema_ATmega.png}
2852 pomiceva 325 \caption{Blokové schéma balónové sondy}
326 \label{fig:blokpozem}
3008 kaklik 327 \end{center}
2852 pomiceva 328 \end{figure}
2849 kaklik 329  
3025 kaklik 330 \subsection{Legislativní požadavky}
2849 kaklik 331  
332 Pravidla pro lety volných balónů bez pilota jsou definovány v leteckých
333 předpisech L-2 Pravidla létaní, dodatek 5 a R.
334  
335 \paragraph{Kategorie balónu}
336  
337 Balón by měl spadat do kategorie B2, která je definována jako volný
3005 poskozby 338 balón s objemem menším než 3,25~$m^{3}$, přičemž žádný z rozměrů balónu
339 nepřekračuje 2~m. Rozměr 2~m je rozměr při jeho maximálním
2849 kaklik 340 naplnění/roztažení.
341  
3005 poskozby 342 \paragraph{Povolení vypuštění}
2849 kaklik 343  
344 Užitečné zatížení představují předměty a materiály, které by v případě
345 střetu s letadlem mohly způsobit poškození letadla (zejména prskavky,
346 svítící tyčinky, lámací světla, LED diody apod.) a jakékoliv zatížení o
347 hmotnosti přesahující 0,1 kg. Vzhledem k této definici bude nutné mít
348 pro provoz balónu povolení. Všechny informace ohledně letu (jako je
349 datum, čas, místo vypuštění, užitečné zatížení atp.) musí být zveřejněny
350 v Letecké informační příručce (AIP). Pro vypuštění ve zvláštních
351 případech, jako je mimořádné pozorování, je potřeba upozornit
352 prostřednictvím navigační výstrahy formou zprávy NOTAM, která se musí
353 podat minimálně 24 hodin před vzletem balónu.
354  
355 \paragraph{Materiály}
356  
357 Balón nesmí být plněn hořlavými a výbušnými plyny s výjimkou povolení
358 ÚCL. Omezení pro materiál antény ani baterií nejsou definovány. Materiál
359 balónu také není definován, ale při použití balónu o vysoké svítivosti
360 nebo zhotoveného z materiálů o velké světelné nebo radarové odrazivosti
3008 kaklik 361 musí být oznámeno vypuštění balónu nejbližšímu stanovišti letových provozních služeb.
2849 kaklik 362 Materiál (lano, provázek) spojující balón se sondou nesmí vydržet větší
3005 poskozby 363 sílu než 230~N.
2849 kaklik 364  
365 \hyperdef{}{dostup}{\paragraph{Dostup}\label{dostup}}
366  
367 Pro dostup nejsou omezení.
368  
369 \paragraph{Místo vypuštění}
370  
371 Omezení se týká všech Zakázaných, Nebezpečných a Omezených prostorů,
372 stejně jako dočasně aktivovaných prostorů v době jejich používaní, s
373 výjimkou kdy tak povolí ÚCL nebo kdy je prostor vyhrazen pro let
374 předmětného balónu. Provoz balónu blízko hranic a letišť je
375 problematický, nedoporučuje se.
376  
377 \paragraph{Řešení legislativních problémů}
378  
379 \begin{itemize}
380 \item
381 Navrhnout bezpečnou sondu, která splní požadavky ÚCL na bezpečnost
382 letu.
383 \item
384 Řídit stoupání a aktivně zabránit vzniku kolize. (Takový systém by
2852 pomiceva 385 mohl zároveň zjednodušit návrat sondy podobně jako
386 \href{http://www.youtube.com/watch?v=rpBnurznFio}{zde})
2849 kaklik 387 \item
388 Autodestrukce při hrozící srážce.
389 \end{itemize}
390  
3025 kaklik 391 \subsection{Meteorologický balón}
2849 kaklik 392  
3025 kaklik 393 \subsubsection{Svařování balónu}
394 nutno doplnit
395  
396 \subsubsection{Evči zpětný ventil}
397 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.
398  
399 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.
400  
401 \begin{figure}
402 \centering
403 \includegraphics[width=10cm]{./img/ZpetnyVentilFoto.JPG}
404 \caption{Zpětný ventil v nohavici balónu - foto}
405 \label{fig:ZpetVentilFoto}
406 \end{figure}
407  
408 \begin{figure}
409 \centering
410 \includegraphics[width=10cm]{./img/ZpetnyVentil.png}
411 \caption{Zpětný ventil v nohavici balónu}
412 \label{fig:ZpetVentil}
413 \end{figure}
414  
415  
416  
417 \section{Řídící systém sítě}
418  
419 \subsection{Zpracování dostupných dat}
420  
2849 kaklik 421 \begin{itemize}
422 \item
423 Odhad vektoru meteoru v atmosféře
424 \item
425 Záznam dostupných meteorologických dat pro pozdější rekonstrukci
426 (družicové snímky, aktuálně měřené hodnoty ČHMÚ, radarové snímky)
427 \item
3005 poskozby 428 Sběr dat z jednotlivých stanic
2849 kaklik 429 \item
3005 poskozby 430 Výpočet vektoru a výškových profilů větru
2849 kaklik 431 \end{itemize}
3025 kaklik 432 \subsection{Rozhodovací proces}
2849 kaklik 433  
434 Použití nějakého skriptovacího jazyka pro popis procesu
435 \href{http://www.ros.org/wiki/}{ROS}?
436  
437 \begin{itemize}
438 \item
439 Přidělení příkazu ke startu jednotlivým stanicím.
440 \item
441 Přeplánování startu v důsledku neúspěšného vypuštění nebo zamítnutí
442 stanicí.
443 \item
444 Kontrola potenciálního narušení vzdušného prostoru a zakázaných zón.
445 \end{itemize}
3025 kaklik 446 \subsection{Správa systému}
2849 kaklik 447  
448 \begin{itemize}
449 \item
3005 poskozby 450 Registrace jednotlivých stanic a správa uživatelů v kooperaci s
2849 kaklik 451 projektem \href{http://www.astrozor.cz/}{Astrozor}
452 \end{itemize}
453  
3009 kaklik 454  
2852 pomiceva 455 Baterie a jejich odolnost vůči mrazu - navrhováno několik variant, v současné době ještě nemáme vybránu jednu konkrétní.
3025 kaklik 456  
457 Dostupnost materiálů - aktuálně potíže s dopravou tlakových lahví s héliem.
2852 pomiceva 458 Navrhovaná řešení jednotlivých problémů jsou uvedena v technické části vždy u příslušné kapitoly.
2849 kaklik 459  
3009 kaklik 460 \section{Pneumatická část napouštěcího systému}
2849 kaklik 461  
3009 kaklik 462 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.
463  
464 Pro dávkování nosného plynu do balónu byly uvažovány dva koncepty.
465  
466 \begin{enumerate}
467 \item Použití jednorázové plynové kartuše naplněné právě potřebným množstvím plynu.
468 \item Použití opakovaně plnitelné tlakové lahve
469 \end{enumerate}
470  
471 \subsection{Tlaková nádoba}
472  
3011 kaklik 473 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 474  
2853 pomiceva 475 \begin{figure}
476 \centering
477 \includegraphics[width=10cm, height=8cm]{img/Kartuse_s_heliem.png}
3011 kaklik 478 \caption{Konstrukce ventilu plynové kartuše s héliem}
2853 pomiceva 479 \label{fig:helium}
480 \end{figure}
481  
3011 kaklik 482 V originálním uspořádání je tlačný kuželový ventil otevírán redukčním ventilem, který je vidět na obrázku \ref{fig:ventil_autogen}
483  
2853 pomiceva 484 \begin{figure}
485 \centering
3011 kaklik 486 \includegraphics[width=10cm]{img/Redukcni_ventil.png}
2853 pomiceva 487 \caption{Redukční ventil}
3011 kaklik 488 \label{fig:ventil_autogen}
2853 pomiceva 489 \end{figure}
490  
3011 kaklik 491 Ten kromě kuželu a přítlačné pružiny obsahuje ještě i zpětný ventil s hadičníkem, který lze z těla redukčního ventilu odšroubovat.
2852 pomiceva 492  
3011 kaklik 493 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 494  
3011 kaklik 495 Z toho důvodu byla použita opakovatelně plnitelná tlaková nádoba v kombinaci s klasickým redukčním ventilem na kyslík.
3009 kaklik 496  
3011 kaklik 497 \begin{figure}
498 \centering
3017 kaklik 499 \includegraphics[width=10cm]{img/Lahev_helium.jpg}
500 \caption{Znovuplnitelná lahev na technické plyny}
501 \label{fig:redukcni_ventil_vodik}
502 \end{figure}
503  
504 \begin{figure}
505 \centering
3011 kaklik 506 \includegraphics[width=10cm]{img/redukcni_ventil_vodik.jpeg}
507 \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)}
508 \label{fig:redukcni_ventil_vodik}
509 \end{figure}
510  
3017 kaklik 511 \begin{figure}
512 \centering
513 \includegraphics[width=10cm]{./img/redukcni-ventil-autogen-kyslik.jpg}
514 \caption{Redukční ventil na kyslík sloužící jako náhrada za vodíkový redukční ventil s levým závitem}
515 \label{fig:redukcni_ventil_vodik}
516 \end{figure}
517  
518  
3011 kaklik 519 Helium je pak dávkováno elektromagnetickým ventilem
520  
521 \begin{figure}
522 \centering
523 \includegraphics[width=10cm]{img/elektromagneticky_ventil.jpg}
524 \caption{Elektromagnetický dávkovací ventil}
525 \label{fig:elmag_ventil}
526 \end{figure}
527  
528 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.
529  
530 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.
531  
532 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.
533  
3025 kaklik 534 \section{Dosažené výsledky}
3015 pomiceva 535  
2852 pomiceva 536 \newpage
537  
2849 kaklik 538 \begin{thebibliography}{99}
2852 pomiceva 539 \bibitem{cement}{například síť CEMeNt}
540 \url{http://cement.fireball.sk/}
541 \bibitem{radiosondy}{radiosondy}
542 \url{http://www.radiosonde.eu/}, \url{http://www.radiosonda.sk/}
543 \bibitem{cocom}{směrnice CoCom}
544 \url{http://en.wikipedia.org/wiki/CoCom\#Legacyi}
545 \bibitem{moguli}{projekt Mogul}
546 \url{http://cs.wikipedia.org/wiki/Projekt\_Moguli}
3002 kaklik 547 \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}
548 \bibitem {ChibiOS/RT}\url{http://www.chibios.org/dokuwiki/doku.php}
2849 kaklik 549 \end{thebibliography}
550 \end{document}