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