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
48 \href{/doku.php?id=cs:rmds}{radiových detektorů meteorů}, případně pak i
49 její vizuální varianty (video pozorování
50 \textsuperscript{\href{\#fn\_\_1}{1)}} a bolidové kamery).
51  
52 Účel zařízení je zpřesnit odhad trajektorie temné dráhy meteoritu v
53 atmosféře zavedením korekcí na proudění vzduchových mas během letu. A
54 tím v důsledku zmenšit plochu dopadové elipsy.
55  
56 Údaje o proudech v atmosféře budou získány balónovou sondou vypuštěnou
57 bezprostředně po detekci průletu bolidu atmosférou. Místo vypuštění
58 balónové sondy by mělo být zvoleno automaticky na základě odhadu dráhy
59 meteoru a známých souřadnic balónových sil v síti.
60  
61 Důležitou součástí systému je plně robotizovaná vypouštěcí stanice
62 (balónové silo), která umožní vypuštění sondy ze známých souřadnic bez
63 zásahu lidské obsluhy. Vedlejším produktem takového vývoje bude zařízení
64 schopné v budoucnu automatizovat i vypouštění klasických
65 meteorologických
66 \href{http://en.wikipedia.org/wiki/Radiosonde}{radiosond}.
67  
2852 pomiceva 68 \subsection{Pozemní vypouštěcí box}
2849 kaklik 69  
70 Pozemní stanici balónové sítě bude tvořit kompaktní krabice obsahující
71 techniku potřebnou k vypuštění balónové sondy. Zařízení musí být
72 konstruováno tak, aby bylo schopné vydržet řádově několik roků v
73 pohotovostním režimu, a čekat na příkaz k vypouštění sondy.
74  
75 \subsubsection{Technické požadavky}
76  
77 Většinu řídící elektroniky lze složit z modulů
78 \href{http://www.mlab.cz/}{stavebnice MLAB}
79  
80 \paragraph{Komunikace se sítí stanic}
81  
82 \begin{itemize}
83 \item
84 Ethernet - modulem \href{/doku.php?id=cs:eth}{ETH01A}
85 \item
86 RS232 - \href{/doku.php?id=cs:rs232single}{RS232SINGLE01A}
87 \item
88 GSM (pro odlehlé oblasti)
89 \end{itemize}
90 Zároveň bude potřeba také vybavení pro příjem telemetrie z již
91 vypuštěných radiosond \textsuperscript{\href{\#fn\_\_2}{2)}} z jiných
92 stanic.
93  
94 Tyto požadavky splňuje modul
95 \href{/doku.php?id=cs:stm32f10xrxt}{STM32F10xRxT01A}
96  
97 \paragraph{Napájení systému}
98  
99 \begin{itemize}
100 \item
101 lokální (stand-alone) - Fotovoltaický panel
102 \item
103 Síťové napájení (síťový adaptér + UPS)
104 \end{itemize}
105 \paragraph{Diagnostika poruch}
106  
107 \begin{itemize}
108 \item
109 Kontrola úspěšného startu (měření vztlaku balónu)
110 \item
111 Měření teplot, tlaku plynové náplně, průtoku média do balónu.
112 \item
113 Vlhkost uvnitř krabice (průsak a ztráta vodotěsnosti proražením víka a
114 podobně)
115 \end{itemize}
116 \paragraph{Meteorologická data}
117  
118 \begin{itemize}
119 \item
120 Základní meteorologická čidla (teplota, tlak, rychlost větru) - k
121 určení možnosti startu. \href{/doku.php?id=cs:aws}{AWS01B}
122 \item
123 GPS (pozice stanice a přesný čas) log reportu o startu.
124 \href{/doku.php?id=cs:gps}{GPS01A}
125 \end{itemize}
126 \paragraph{Mechanická konstrukce}
127  
128 \begin{itemize}
129 \item
130 Svařovaná plastová bedna s odstranitelným víkem. Dostatečně těsná, aby
131 nebyla zajímavá pro hlodavce a další havěť.
132 \item
133 Konstrukce navržená tak, aby umožnila vypouštění i současných
134 profesionálních balónových sond.
135 \item
136 Aktivace mechanických prvků přepálením vlákna
137 \item
138 uzavření balónu zatavením hrdla
139 \end{itemize}
140 \subparagraph{Akční členy}
141  
142 Většina akčních členů by měla být konstruována s důrazem na maximální
143 spolehlivost. Akční členy proto pravděpodobně budou pružiny s
2852 pomiceva 144 přepalovacími PE pojistkami (silonové vlákno, nebo stuha
2849 kaklik 145 přepalovaná výkonovým rezistorem) ke spínáni proudu do rezistorů může
146 být využit modul \href{/doku.php?id=cs:nfet4x}{NFET4X01B}
147  
148 \hyperdef{}{firmware}{\paragraph{Firmware}\label{firmware}}
149  
150 \begin{itemize}
151 \item
152 Pozemní stanice by měla mít možnost odmítnout vypuštění na základě
153 zadané konfigurace jejího majitele.
154 \end{itemize}
155 Pro zajištění běhu nezávislých procesů by bylo možná vhodné využít
156 \href{http://www.chibios.org/dokuwiki/doku.php}{ChibiOS/RT}
157  
2852 pomiceva 158 \begin{figure}
159 \centering
160 \includegraphics[width=10cm, height=8cm]{img/blokoveschema1.png}
161 \caption{Blokové schéma pozemního vypouštěcího boxu}
162 \label{fig:blokpozem}
163 \end{figure}
2849 kaklik 164  
165  
166 \subsection{Balónová sonda}
167  
168 Neletový prototyp sondy bude vyvinut za použití modulů stavebnice
169 \href{http://www.mlab.cz/Server/GenIndex/GenIndex.php?lang=cs\&path=/Modules}{MLAB}
170  
171 \href{/doku.php?id=cs:atmegatq32}{ATmegaTQ3201A},
172 \href{/doku.php?id=cs:sdcard}{SDcard01B},
173 \href{/doku.php?id=cs:gps}{GPS01A}
174  
175 \subsubsection{Technické parametry}
176  
177 GPS na sondě by měla být udržovaná ve stavu FIX, aby pak nedocházelo ke
178 zpoždění v důsledku čekání na fix.
179  
180 \paragraph{Komunikace (Telemetrické údaje)}
181  
182 \begin{itemize}
183 \item
184 Primárním cílem je měření rychlosti a směru větru ve známých bodech.
185 \item
186 GPS údaje 10Hz, textový výstup
187 \href{http://en.wikipedia.org/wiki/NMEA\_0183}{NMEA}
188 \item
189 další veličiny jako teploty, tlaky atd. jsou volitelné.
190 \item
191 Radio maják a akustický maják?
192 \item
193 Radiový přenos telemetrie v pásmu 27-450 MHz: možnost bezlicenčních
194 pásem (SVN: VO-R-16, VO-R-10)
195 \item
196 Radiomoduly: \href{http://www.artbrno.cz}{http://www.artbrno.cz},
197 \href{http://www.anaren.com}{http://www.anaren.com}
198 \end{itemize}
199 GPS je potřeba vybrat tak, aby fungovala i ve větších výškách.
200 \textsuperscript{\href{\#fn\_\_3}{3)}}
201  
202 \paragraph{Napájení sondy během letu}
203  
204 \begin{itemize}
205 \item
206 \href{http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium\_battery}{Lithiový článek}
207 (negeneruje teplo, minimální provozní teplota je -60 C)
208 \item
209 Hořčíková baterie (generuje teplo pro temperování elektroniky)
210 \item
211 \href{http://en.wikipedia.org/wiki/Silver-oxide\_battery}{Stříbro-oxidový
212 článek} Vydrží nižší provozní teploty a je ekologicky nezávadný.
213 \item
214 Ideální by bylo použití
215 \href{https://www.youtube.com/watch?feature=player\_embedded\&v=OtM6XJlynkk}{superkapacitorů}
216 \end{itemize}
217 Řešením problému s nízkou teplotou ve vyšších výškách by mohlo být
218 předehřátí sondy při startu.
219  
220 \hyperdef{}{konstrukce}{\paragraph{Konstrukce}\label{konstrukce}}
221  
222 \begin{itemize}
223 \item
224 Balón - \href{http://cs.wikipedia.org/wiki/Polyethylen}{PE} pytel
225 (kvůli životnosti v zabaleném stavu - guma s časem degraduje)
226 \textsuperscript{\href{\#fn\_\_4}{4)}}
227 \item
228 Možnost dálkového odpojení balónu od sondy (ukončení stoupání)
229 \item
230 Prototyp plněný \href{http://cs.wikipedia.org/wiki/Helium}{heliem},
231 i ekologičtější. A vodík navíc lze vyrábět chemicky přímo během
232 vypuštění sondy).
233 \item
234 Splnění požadavků na bezpečnost provozu (letovou, majetkovou a
235 personální)
236 \end{itemize}
237 \paragraph{Firmware}
238  
239 \begin{itemize}
240 \item
241 Záznam dat v gondole balónu mikroSD karta
242 \end{itemize}
243  
2852 pomiceva 244 \begin{figure}
245 \centering
246 \includegraphics[width=10cm, height=8cm]{img/blokoveschema2.png}
247 \caption{Blokové schéma balónové sondy}
248 \label{fig:blokpozem}
249 \end{figure}
2849 kaklik 250  
251 \subsubsection{Legislativní požadavky}
252  
253 Pravidla pro lety volných balónů bez pilota jsou definovány v leteckých
254 předpisech L-2 Pravidla létaní, dodatek 5 a R.
255  
256 \paragraph{Kategorie balónu}
257  
258 Balón by měl spadat do kategorie B2, která je definována jako volný
259 balón s objemem menším než 3,25 m\^{}3, přičemž žádný z rozměrů balónu
260 nepřekračuje 2 m. Rozměr 2 m je rozměr při jeho maximálním
261 naplnění/roztažení.
262  
263 \paragraph{Povolení vyuštění}
264  
265 Užitečné zatížení představují předměty a materiály, které by v případě
266 střetu s letadlem mohly způsobit poškození letadla (zejména prskavky,
267 svítící tyčinky, lámací světla, LED diody apod.) a jakékoliv zatížení o
268 hmotnosti přesahující 0,1 kg. Vzhledem k této definici bude nutné mít
269 pro provoz balónu povolení. Všechny informace ohledně letu (jako je
270 datum, čas, místo vypuštění, užitečné zatížení atp.) musí být zveřejněny
271 v Letecké informační příručce (AIP). Pro vypuštění ve zvláštních
272 případech, jako je mimořádné pozorování, je potřeba upozornit
273 prostřednictvím navigační výstrahy formou zprávy NOTAM, která se musí
274 podat minimálně 24 hodin před vzletem balónu.
275  
276 \paragraph{Materiály}
277  
278 Balón nesmí být plněn hořlavými a výbušnými plyny s výjimkou povolení
279 ÚCL. Omezení pro materiál antény ani baterií nejsou definovány. Materiál
280 balónu také není definován, ale při použití balónu o vysoké svítivosti
281 nebo zhotoveného z materiálů o velké světelné nebo radarové odrazivosti
282 musí být oznámeno nejbližšímu stanovišti letových provozních služeb.
283 Materiál (lano, provázek) spojující balón se sondou nesmí vydržet větší
284 sílu než 230N.
285  
286 \hyperdef{}{dostup}{\paragraph{Dostup}\label{dostup}}
287  
288 Pro dostup nejsou omezení.
289  
290 \paragraph{Místo vypuštění}
291  
292 Omezení se týká všech Zakázaných, Nebezpečných a Omezených prostorů,
293 stejně jako dočasně aktivovaných prostorů v době jejich používaní, s
294 výjimkou kdy tak povolí ÚCL nebo kdy je prostor vyhrazen pro let
295 předmětného balónu. Provoz balónu blízko hranic a letišť je
296 problematický, nedoporučuje se.
297  
298 \paragraph{Řešení legislativních problémů}
299  
300 \begin{itemize}
301 \item
302 Navrhnout bezpečnou sondu, která splní požadavky ÚCL na bezpečnost
303 letu.
304 \item
305 Řídit stoupání a aktivně zabránit vzniku kolize. (Takový systém by
2852 pomiceva 306 mohl zároveň zjednodušit návrat sondy podobně jako
307 \href{http://www.youtube.com/watch?v=rpBnurznFio}{zde})
2849 kaklik 308 \item
309 Autodestrukce při hrozící srážce.
310 \end{itemize}
311 \subsection{Řídící systém sítě}
312  
313 \subsubsection{Zpracování dostupných dat}
314  
315 \begin{itemize}
316 \item
317 Odhad vektoru meteoru v atmosféře
318 \item
319 Záznam dostupných meteorologických dat pro pozdější rekonstrukci
320 (družicové snímky, aktuálně měřené hodnoty ČHMÚ, radarové snímky)
321 \item
322 sběr dat z jednotlivých stanic
323 \item
324 výpočet vektoru a výškových profilů větru
325 \end{itemize}
326 \subsubsection{Rozhodovací proces}
327  
328 Použití nějakého skriptovacího jazyka pro popis procesu
329 \href{http://www.ros.org/wiki/}{ROS}?
330  
331 \begin{itemize}
332 \item
333 Přidělení příkazu ke startu jednotlivým stanicím.
334 \item
335 Přeplánování startu v důsledku neúspěšného vypuštění nebo zamítnutí
336 stanicí.
337 \item
338 Kontrola potenciálního narušení vzdušného prostoru a zakázaných zón.
339 \end{itemize}
340 \subsubsection{Správa systému}
341  
342 \begin{itemize}
343 \item
344 registrace jednotlivých stanic a správa uživatelů v kooperaci s
345 projektem \href{http://www.astrozor.cz/}{Astrozor}
346 \end{itemize}
347  
2852 pomiceva 348 \section{Problémy a jejich řešení}
349 Dosud jsme narazili hned na několik problémů, které ovlivnili naše další rozhodování a realizaci. Mezi ně patří:
2849 kaklik 350 \begin{itemize}
351 \item
2852 pomiceva 352 Potíže s legislativou - omezení týkající se povolení vypuštění balónu. Jedná se předně o omezení váhová a materiálová.
2849 kaklik 353 \item
2852 pomiceva 354 Nemožnost použití vodíku - tato možnost byla jednoduše vyloučena.
2849 kaklik 355 \item
2852 pomiceva 356 Baterie a jejich odolnost vůči mrazu - navrhováno několik variant, v současné době ještě nemáme vybránu jednu konkrétní.
2849 kaklik 357 \item
2852 pomiceva 358 Dostupnost materiálů - aktuálně potíže s dopravou tlakových lahví s héliem.
2849 kaklik 359 \end{itemize}
2852 pomiceva 360 Navrhovaná řešení jednotlivých problémů jsou uvedena v technické části vždy u příslušné kapitoly.
2849 kaklik 361  
2852 pomiceva 362 \newpage
363 \section{Dílčí výsledky a jejich diskuze}
364 Naším prvním dílčím výsledkem je několik návrhů řešení jednotlivých částí popsaných výše.
365 Dále nalezení konkrétních součástí, jejichž objednávka včetně fyzického zajištění se bude realizovat příští týden.
366 Dále se nám podařilo sestrojit prototyp odpalování pružiny pro otevírání víka pozemní vypouštěcí stanice. Tento pokus nejlépe ilustruje toto \href{http://www.mlab.cz/redmine/attachments/download/3/video-2013-03-09-23-43-33.mp4}{video}.
367 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.
2854 pomiceva 368 \begin{figure}[hbtp]
2853 pomiceva 369 \centering
370 \includegraphics[width=10cm, height=8cm]{img/odpalovac2.jpg}
371 \caption{Odpalovač víka}
372 \label{fig:odpalovac}
373 \end{figure}
2849 kaklik 374  
2853 pomiceva 375 \begin{figure}
376 \centering
377 \includegraphics[width=10cm, height=8cm]{img/Kartuse_s_heliem.png}
378 \caption{Lahev hélia}
379 \label{fig:helium}
380 \end{figure}
381  
382 \begin{figure}
383 \centering
384 \includegraphics[width=10cm, height=8cm]{img/Redukcni_ventil.png}
385 \caption{Redukční ventil}
386 \label{fig:ventil}
387 \end{figure}
388  
2852 pomiceva 389 \newpage
390 \section{Doporučení pro příští cvičení}
391 Tato část není příliš vhodná pro naše komentáře neboť pracujeme na samostatném tématu. Co se týká konkrétně našeho týmu, potřebovali bychom k dispozici patřičně vybavenou laboratoř, ve které bychom mohli provádět realizaci.
2855 kaklik 392 Cvičení jsou jinak vedena zajímavě, hodně zaměřena na standardní samostatnou úlohu, což nám vyhovuje.
2852 pomiceva 393  
394 \newpage
395  
2849 kaklik 396 \begin{thebibliography}{99}
2852 pomiceva 397 \bibitem{cement}{například síť CEMeNt}
398 \url{http://cement.fireball.sk/}
399 \bibitem{radiosondy}{radiosondy}
400 \url{http://www.radiosonde.eu/}, \url{http://www.radiosonda.sk/}
401 \bibitem{cocom}{směrnice CoCom}
402 \url{http://en.wikipedia.org/wiki/CoCom\#Legacyi}
403 \bibitem{moguli}{projekt Mogul}
404 \url{http://cs.wikipedia.org/wiki/Projekt\_Moguli}
2849 kaklik 405  
2852 pomiceva 406  
407  
2849 kaklik 408 \end{thebibliography}
409 \end{document}