/Designs/Measuring_instruments/ABL01A/DOC/src/zprava.cs.tex/zprava.cs.tex
42,8 → 42,10
\tableofcontents
\newpage
 
\section{Automatický vypouštěč meteobalónů}
\section{Automaticky vypouštěný sondážní balon}
 
\subsection{Cíle využití systému}
 
Celý systém by měl být robotizovaným doplňkem sítě
\href{http://wiki.mlab.cz/doku.php?id=cs:rmds}{radiových detektorů meteorů}, případně pak i
její vizuální varianty (video pozorování a bolidové kamery).
64,14 → 66,17
meteorologických
\href{http://en.wikipedia.org/wiki/Radiosonde}{radiosond}.
 
\subsection{Pozemní vypouštěcí box}
\subsection{Automotické vypouštění meteobalónů}
 
 
\section{Pozemní vypouštěcí box}
 
Pozemní stanici balónové sítě tvoří kompaktní krabice obsahující
techniku potřebnou k vypuštění balónové sondy. Zařízení je
konstruováno tak, aby bylo schopné vydržet řádově několik roků v
pohotovostním režimu, a čekat na příkaz k vypouštění sondy.
 
\subsubsection{Technické parametry}
\subsection{Technické parametry}
 
Většina řídící elektroniky je složena z modulů
\href{http://www.mlab.cz/}{stavebnice MLAB}
89,11 → 94,11
Jako hlavní řídící MCU této jednotky byl vybrán ARM STM32F103R8T v modulu
\href{/doku.php?id=cs:stm32f10xrxt}{STM32F10xRxT01A}. Firmware je pak dále popsán v kapitole \ref{Box_firmware}.
 
\paragraph{Napájení systému}
\subsection{Napájení elektronických subsystémů}
 
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.
 
\subsubsection{Diagnostika poruch}
\subsection{Diagnostika stavu systému}
 
\begin{itemize}
\item
110,12 → 115,12
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.
 
 
\subsubsection{Mechanická konstrukce}
\subsection{Mechanická konstrukce}
 
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.
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.
 
\paragraph{Akční členy}
\subsubsection{Akční členy}
 
Většina akčních členů je konstruována s důrazem na maximální
spolehlivost. Akční členy proto jsou pružiny s
128,45 → 133,48
\href{http://www.mlab.cz/redmine/attachments/download/3/video-2013-03-09-23-43-33.mp4}{video}.
 
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.
 
\begin{figure}[hbtp]
\centering
\includegraphics[width=10cm, height=8cm]{img/odpalovac2.jpg}
\caption{Odpalovač víka}
\includegraphics[width=10cm]{img/odpalovac2.jpg}
\caption{Prototyp pojišťovacího mechanismu}
\label{fig:odpalovac}
\end{figure}
 
V produkční vepSvařovaná plastová bedna Dostatečně těsná, aby
nebyla zajímavá pro hlodavce a další havěť.
Konstrukce navržená tak, aby umožnila vypouštění i současných
profesionálních balónových sond.
Aktivace mechanických prvků přepálením vlákna
uzavření balónu zatavením hrdla
V produkční verzi by mela být kosntrukce řešena polyfúzně svařovanou plastovou bednou dostatečně těsnou, aby nebyla zajímavá pro hlodavce a další havěť.
Rozměry by měly být upraveny tak, aby umožnila vypouštění i současných profesionálních balónových sond.
 
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.
 
\section{Uzavírací mechanismus balónu}
\subsubsection{Uzavírací mechanismus balónu}
 
Jako uzavírací a vypouštěcí systém balónu je použito odporové svařování. Umístěné v lisovacím mechanismu to má za úkol secvaknout nohavici balónu, která přivádí nosný plyn do balónu a následně ji příčně přetavit. Tím dojde k uzavření přívodu do balónu a zároveň k odpoutání balónu od uzavíracího systému. K uvolnění balónu je potřeba dostatečný vztlak, jenž přetrhne natavený materiál a uzavřený balón pak začne stoupat.
Lis je tvořen pohyblivou přítlačnou plochou a pevnou zarážkou s odporovým drátem. Přítlačná plocho je schopna posuvného pohybu po kolejnicích s přírazem k pevné zarážce. O přítlak se starají 2 pružiny umístěné na kolejnicích za plošinou, jak je vidět na obrázku.
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.
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.
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.
Na pevné zarážce je natažen odporový dráty, který má za úkol přetavit nohavici secvaknutou lisem. Aby nedošlo k příliš rychlému přetavení nohavice, je přes odporový drát přetažen pauzovací papír. Pro lepší účinnost systému je pauzovacím papírem potažena i přítlačná plošina. Pauzovací papír se postará o lepší rozložení tepla a zároveň brání přilepení nohavice k lisu.
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.
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.
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}.
 
\begin{figure}[hbtp]
\centering
\includegraphics[width=15cm]{./img/uzaviraci_mechanismus.jpg}
\caption{Nákres uzavíracího mechanismu balónu}
\label{fig:uzaviraci_mechanismus_nakres}
\end{figure}
 
 
\section{Firmware pozemní stanice}
\subsection{Firmware pozemní stanice}
\label{Box_firmware}
 
\subsection{Real-time operační systém}
\subsubsection{Real-time operační systém}
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.\\
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}.
 
\subsection{Vysvětlení funkce firmwaru}
\subsubsection{Funkce firmwaru}
 
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.
\subsubsection{Blikání LED}
\paragraph{Blikání LED}
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.
\subsubsection{Vypouštění}
\paragraph{Vypouštění}
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:\\
\begin{enumerate}
\item Příjem příkazu pro odpal
180,14 → 188,16
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.\\
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.
 
\subsubsection{Příjem příkazu od uživatele}
\paragraph{Příjem příkazu od uživatele}
 
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.
 
\subsubsection{Příjem dat z GPS modulu}
\paragraph{Příjem dat z GPS modulu}
 
Posledním vláknem využívaném ve firmwaru vypouštěče je vlákno, které se stará o příjem a dekódování NMEA zprávy posílané po sériové lince z GPS modulu
\cite{GPS_ublox}. Každou vteřinu je vyčítána NMEA zpráva a z ní je vybrána GPRMC zpráva, ze které je následně získána informace o aktuálním čase, datu a poloze stanice. Tato informace slouží jednak pro přesné logování událostí a zároveň v budoucnu pro snadné lokalizování vypouštěcí stanice.\subsection{Uživatelské rozhraní terminálu}
\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.
 
\subsubsection{Uživatelské rozhraní terminálu}
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:
 
\begin{enumerate}
217,7 → 227,7
\end{figure}
 
 
\subsection{Balónová sonda}
\section{Balónová sonda}
 
Neletový prototyp sondy bude vyvinut za použití modulů stavebnice
\href{http://www.mlab.cz/Server/GenIndex/GenIndex.php?lang=cs\&path=/Modules}{MLAB}
226,7 → 236,7
\href{/doku.php?id=cs:sdcard}{SDcard01B},
\href{/doku.php?id=cs:gps}{GPS01A}
 
\subsubsection{Technické parametry}
\subsection{Technické parametry}
 
GPS na sondě by měla být udržovaná ve stavu FIX, aby pak nedocházelo ke
zpoždění v důsledku čekání na fix.
303,7 → 313,7
\end{center}
\end{figure}
 
\subsubsection{Legislativní požadavky}
\subsection{Legislativní požadavky}
 
Pravidla pro lety volných balónů bez pilota jsou definovány v leteckých
předpisech L-2 Pravidla létaní, dodatek 5 a R.
363,10 → 373,37
\item
Autodestrukce při hrozící srážce.
\end{itemize}
\subsection{Řídící systém sítě}
 
\subsubsection{Zpracování dostupných dat}
\subsection{Meteorologický balón}
 
\subsubsection{Svařování balónu}
nutno doplnit
 
\subsubsection{Evči zpětný ventil}
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.
 
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.
 
\begin{figure}
\centering
\includegraphics[width=10cm]{./img/ZpetnyVentilFoto.JPG}
\caption{Zpětný ventil v nohavici balónu - foto}
\label{fig:ZpetVentilFoto}
\end{figure}
 
\begin{figure}
\centering
\includegraphics[width=10cm]{./img/ZpetnyVentil.png}
\caption{Zpětný ventil v nohavici balónu}
\label{fig:ZpetVentil}
\end{figure}
 
 
 
\section{Řídící systém sítě}
 
\subsection{Zpracování dostupných dat}
 
\begin{itemize}
\item
Odhad vektoru meteoru v atmosféře
378,7 → 415,7
\item
Výpočet vektoru a výškových profilů větru
\end{itemize}
\subsubsection{Rozhodovací proces}
\subsection{Rozhodovací proces}
 
Použití nějakého skriptovacího jazyka pro popis procesu
\href{http://www.ros.org/wiki/}{ROS}?
392,7 → 429,7
\item
Kontrola potenciálního narušení vzdušného prostoru a zakázaných zón.
\end{itemize}
\subsubsection{Správa systému}
\subsection{Správa systému}
 
\begin{itemize}
\item
400,19 → 437,10
projektem \href{http://www.astrozor.cz/}{Astrozor}
\end{itemize}
 
\section{Problémy a jejich řešení}
 
Dosud jsme narazili hned na několik problémů, které ovlivnili naše další rozhodování a realizaci. Mezi ně patří:
\begin{itemize}
\item
Potíže s legislativou - omezení týkající se povolení vypuštění balónu. Jedná se předně o omezení váhová a materiálová.
\item
Nemožnost použití vodíku - tato možnost byla jednoduše vyloučena.
\item
Baterie a jejich odolnost vůči mrazu - navrhováno několik variant, v současné době ještě nemáme vybránu jednu konkrétní.
\item
Dostupnost materiálů - aktuálně potíže s dopravou tlakových lahví s héliem.
\end{itemize}
 
Dostupnost materiálů - aktuálně potíže s dopravou tlakových lahví s héliem.
Navrhovaná řešení jednotlivých problémů jsou uvedena v technické části vždy u příslušné kapitoly.
 
\section{Pneumatická část napouštěcího systému}
489,32 → 517,8
 
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.
 
\subsection{Meteorologický balón}
\section{Dosažené výsledky}
 
\subsubsection{Svařování balónu}
nutno doplnit
 
\subsubsection{Evči zpětný ventil}
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.
 
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.
 
\begin{figure}
\centering
\includegraphics[width=10cm]{./img/ZpetnyVentilFoto.JPG}
\caption{Zpětný ventil v nohavici balónu - foto}
\label{fig:ZpetVentilFoto}
\end{figure}
 
\begin{figure}
\centering
\includegraphics[width=10cm]{./img/ZpetnyVentil.png}
\caption{Zpětný ventil v nohavici balónu}
\label{fig:ZpetVentil}
\end{figure}
 
 
 
\newpage
 
\begin{thebibliography}{99}