| Line 13... |
Line 13... |
| 13 |
\addtolength{\headsep}{30 pt} |
13 |
\addtolength{\headsep}{30 pt} |
| 14 |
\addtolength{\footskip}{50 pt} |
14 |
\addtolength{\footskip}{50 pt} |
| 15 |
|
15 |
|
| 16 |
\fancyfoot{} |
16 |
\fancyfoot{} |
| 17 |
\fancyfoot{\hspace*{5cm}} |
17 |
\fancyfoot{\hspace*{5cm}} |
| - |
|
18 |
\fancyfoot[L] |
| 18 |
\fancyfoot[L]{\includegraphics[width=1.5cm, height=1.5cm]{img/datamatrix.png} \hspace{0.5cm} pomiceva kakonjak hanuson1 jichapav poskozby} |
19 |
{\includegraphics[width=1.5cm, height=1.5cm]{img/datamatrix.png} \hspace{0.5cm} |
| - |
|
20 |
\begin{tabular}{c} |
| - |
|
21 |
pomiceva \\ |
| - |
|
22 |
kakonjak \\ |
| - |
|
23 |
hanuson1 \\ |
| - |
|
24 |
jichapav \\ |
| - |
|
25 |
poskozby \\ |
| - |
|
26 |
\end{tabular} |
| - |
|
27 |
} |
| 19 |
\fancyfoot[R] {\thepage} |
28 |
\fancyfoot[R] {\thepage} |
| 20 |
|
29 |
|
| 21 |
|
30 |
|
| 22 |
\begin{document} |
31 |
\begin{document} |
| 23 |
\title{Technická zpráva - Automatický vypouštěč meteobalónů} |
32 |
\title{Technická zpráva - Automatický vypouštěč meteobalónů} |
| Line 76... |
Line 85... |
| 76 |
\href{http://en.wikipedia.org/wiki/Radiosonde}{radiosond}. |
85 |
\href{http://en.wikipedia.org/wiki/Radiosonde}{radiosond}. |
| 77 |
|
86 |
|
| 78 |
\subsubsection{Automatické vypouštění meteorologických radiosond} |
87 |
\subsubsection{Automatické vypouštění meteorologických radiosond} |
| 79 |
|
88 |
|
| 80 |
|
89 |
|
| 81 |
\subsection{Automatické vypouštění plynových balónů} |
90 |
\subsection{Stav automatického vypouštění plynových balónů} |
| 82 |
|
91 |
|
| 83 |
|
92 |
|
| 84 |
\section{Pozemní vypouštěcí box} |
93 |
\section{Pozemní vypouštěcí box} |
| 85 |
|
94 |
|
| 86 |
Pozemní stanici balónové sítě tvoří kompaktní krabice obsahující |
95 |
Pozemní stanici balónové sítě tvoří kompaktní krabice obsahující |
| 87 |
techniku potřebnou k vypuštění balónové sondy. Zařízení je |
96 |
techniku potřebnou k vypuštění balónové sondy. Zařízení je |
| 88 |
konstruováno tak, aby bylo schopné vydržet řádově několik roků v |
97 |
konstruováno tak, aby bylo schopné vydržet řádově několik roků v |
| 89 |
pohotovostním režimu, a čekat na příkaz k vypouštění sondy. |
98 |
pohotovostním režimu, a čekat na příkaz k vypouštění sondy. |
| 90 |
|
99 |
|
| 91 |
\subsection{Technické parametry} |
100 |
\subsection{Potřebné parametry} |
| 92 |
|
101 |
|
| 93 |
Většina řídící elektroniky je složena z modulů |
102 |
Většina řídící elektroniky je složena z modulů |
| 94 |
\href{http://www.mlab.cz/}{stavebnice MLAB} |
103 |
\href{http://www.mlab.cz/}{stavebnice MLAB} |
| 95 |
|
104 |
|
| 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: |
105 |
Komunikace s řídícím systémem sítě stanic je aktuálně řešena terminálem na RS232 tvořeného modulem \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/RS232SINGLE01A}{RS232SINGLE01A} respektive jeho USB variantou \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/USB232R01B}{USB232R01B}. Další možnosti připojení jsou následující: |
| Line 104... |
Line 113... |
| 104 |
\end{itemize} |
113 |
\end{itemize} |
| 105 |
|
114 |
|
| 106 |
Jako hlavní řídící MCU této jednotky byl vybrán ARM STM32F103R8T v modulu |
115 |
Jako hlavní řídící MCU této jednotky byl vybrán ARM STM32F103R8T v modulu |
| 107 |
\href{/doku.php?id=cs:stm32f10xrxt}{STM32F10xRxT01A}. Firmware je pak dále popsán v kapitole \ref{Box_firmware}. |
116 |
\href{/doku.php?id=cs:stm32f10xrxt}{STM32F10xRxT01A}. Firmware je pak dále popsán v kapitole \ref{Box_firmware}. |
| 108 |
|
117 |
|
| - |
|
118 |
\subsection{Elektronika pozemní stanice} |
| - |
|
119 |
|
| 109 |
\subsection{Napájení elektronických subsystémů} |
120 |
\subsubsection{Napájení elektronických subsystémů} |
| 110 |
|
121 |
|
| 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. |
122 |
Ve vývojové fázi funkčního vzoru je napájení systému řešeno PC ATX zdrojem, ze kterého jsou využity +5 V a +12 V větve. Toto řešení se neukázalo jako příliš optimální vzhledem ke špatné spolehlivosti PC zdrojů při provozu s nízkou zátěží v dalším prototypu bude proto ATX zdroj pravděpodobně nahrazen jiným spínaným zdrojem určeným pro tento druh aplikace. |
| 112 |
|
123 |
|
| 113 |
|
124 |
|
| 114 |
\subsection{Mechanická konstrukce} |
125 |
\subsection{Mechanická konstrukce} |
| Line 156... |
Line 167... |
| 156 |
\includegraphics[width=15cm]{./img/uzaviraci_mechanismus.jpg} |
167 |
\includegraphics[width=15cm]{./img/uzaviraci_mechanismus.jpg} |
| 157 |
\caption{Nákres uzavíracího mechanismu balónu} |
168 |
\caption{Nákres uzavíracího mechanismu balónu} |
| 158 |
\label{fig:uzaviraci_mechanismus_nakres} |
169 |
\label{fig:uzaviraci_mechanismus_nakres} |
| 159 |
\end{figure} |
170 |
\end{figure} |
| 160 |
|
171 |
|
| - |
|
172 |
\subsubsection{Napouštěcí systém balónu} |
| - |
|
173 |
|
| - |
|
174 |
Pneumatika napouštěče balónu řeší problém dávkování nosného plynu do balónu. Pro experimenty s funkčním vzorem přístroje byl jako nosný plyn vybráno helium, jako bezpečný inertní plyn. |
| - |
|
175 |
|
| - |
|
176 |
Pro dávkování nosného plynu do balónu byly uvažovány dva koncepty. |
| - |
|
177 |
|
| - |
|
178 |
\begin{enumerate} |
| - |
|
179 |
\item Použití jednorázové plynové kartuše naplněné právě potřebným množstvím plynu. |
| - |
|
180 |
\item Použití opakovaně plnitelné tlakové lahve |
| - |
|
181 |
\end{enumerate} |
| - |
|
182 |
|
| - |
|
183 |
\paragraph{Tlaková nádoba} |
| - |
|
184 |
|
| - |
|
185 |
Pro první případ uvažující jednorázovou plynovou náplň byla vybrána tlaková nádoba zobrazena na obrázku \ref{fig:helium}. Její původní plánované využití je pro miniautogeny a je plněna tlakem 100 bar. Výhodou je výstupní šroubení M10x1 a uzavírání tlačným kuželovým ventilem, který by mělo být možné uvolňovat šroubovacím mechanismem. Například s pružně uloženým trnem |
| - |
|
186 |
|
| - |
|
187 |
\begin{figure} |
| - |
|
188 |
\centering |
| - |
|
189 |
\includegraphics[width=10cm, height=8cm]{img/Kartuse_s_heliem.png} |
| - |
|
190 |
\caption{Konstrukce ventilu plynové kartuše s héliem} |
| - |
|
191 |
\label{fig:helium} |
| - |
|
192 |
\end{figure} |
| - |
|
193 |
|
| - |
|
194 |
V originálním uspořádání je tlačný kuželový ventil otevírán redukčním ventilem, který je vidět na obrázku \ref{fig:ventil_autogen} |
| - |
|
195 |
|
| - |
|
196 |
\begin{figure} |
| - |
|
197 |
\centering |
| - |
|
198 |
\includegraphics[width=10cm]{img/Redukcni_ventil.png} |
| - |
|
199 |
\caption{Redukční ventil} |
| - |
|
200 |
\label{fig:ventil_autogen} |
| - |
|
201 |
\end{figure} |
| - |
|
202 |
|
| - |
|
203 |
Ten kromě kuželu a přítlačné pružiny obsahuje ještě i zpětný ventil s hadičníkem, který lze z těla redukčního ventilu odšroubovat. |
| - |
|
204 |
|
| - |
|
205 |
Pro konstrukci prototypu napouštěče balónu jsme ale potřebovali opakovaně experimentovat s procesem napouštění a problém opakovaného naplnění plynové kartuše a otevírání kuželového ventilu se nepodařilo z časových důvodů vhodně vyřešit. |
| - |
|
206 |
|
| - |
|
207 |
Z toho důvodu byla použita opakovatelně plnitelná tlaková nádoba v kombinaci s klasickým redukčním ventilem na kyslík. |
| - |
|
208 |
|
| - |
|
209 |
\begin{figure} |
| - |
|
210 |
\centering |
| - |
|
211 |
\includegraphics[width=10cm]{img/Lahev_helium.jpg} |
| - |
|
212 |
\caption{Znovuplnitelná lahev na technické plyny} |
| - |
|
213 |
\label{fig:redukcni_ventil_vodik} |
| - |
|
214 |
\end{figure} |
| - |
|
215 |
|
| - |
|
216 |
\begin{figure} |
| - |
|
217 |
\centering |
| - |
|
218 |
\includegraphics[width=10cm]{img/redukcni_ventil_vodik.jpeg} |
| - |
|
219 |
\caption{Redukční ventil na vodík - tento ventil byl pořízen s očekáváním lepších parametrů, než ventil kyslíkový, má však ale levý závit. (Jako všechny ventily pro hořlavé plyny splňující normu)} |
| - |
|
220 |
\label{fig:redukcni_ventil_vodik} |
| - |
|
221 |
\end{figure} |
| - |
|
222 |
|
| - |
|
223 |
\begin{figure} |
| - |
|
224 |
\centering |
| - |
|
225 |
\includegraphics[width=10cm]{./img/redukcni-ventil-autogen-kyslik.jpg} |
| - |
|
226 |
\caption{Redukční ventil na kyslík sloužící jako náhrada za vodíkový redukční ventil s levým závitem} |
| - |
|
227 |
\label{fig:redukcni_ventil_vodik} |
| - |
|
228 |
\end{figure} |
| - |
|
229 |
|
| - |
|
230 |
|
| - |
|
231 |
Helium je pak dávkováno elektromagnetickým ventilem |
| - |
|
232 |
|
| - |
|
233 |
\begin{figure} |
| - |
|
234 |
\centering |
| - |
|
235 |
\includegraphics[width=10cm]{img/elektromagneticky_ventil.jpg} |
| - |
|
236 |
\caption{Elektromagnetický dávkovací ventil} |
| - |
|
237 |
\label{fig:elmag_ventil} |
| - |
|
238 |
\end{figure} |
| - |
|
239 |
|
| - |
|
240 |
Toto uspořádání má značnou nevýhodu, že helium je pod stálým tlakem ve značném objemu aparatury a vlivem netěsností a difuze skrz materiály s nízkou hustotou, jako jsou například hadice, nebo pryžová těsnění z ní tak postupně uniká. |
| - |
|
241 |
|
| - |
|
242 |
Toto chování bylo demonstrováno při zkouškách prototypu natlakováním asi 1m dlouhé hadice s průměrem 6 mm přes redukční ventil na jejím druhém konci pak byl připojený manometr na kterém bylo možné sledovat klesání tlaku v hadici. Kdy tlak z původních 0,4 MPa klesl během několika desítek minut na 0,2 MPa. A pak dále přes noc až k nule. Hadice byla k regulačnímu ventilu a manometru připojena kvalitními nástrčnými šroubeními pro technické plyny se závity těsněnými teflonovou páskou. |
| - |
|
243 |
|
| - |
|
244 |
Je tedy jasné, že systém se stále otevřenou tlakovou lahví a regulačním ventilem nemůže být použit v produkční verzi zařízení, neboť nelze zaručit trvanlivost náplně v tlakové nádobě po delší dobu. |
| - |
|
245 |
|
| - |
|
246 |
|
| 161 |
\subsection{Diagnostika stavu systému} |
247 |
\subsection{Diagnostika stavu systému} |
| 162 |
|
248 |
|
| 163 |
\begin{itemize} |
249 |
\begin{itemize} |
| 164 |
\item |
250 |
\item |
| 165 |
Kontrola úspěšného startu (měření vztlaku balónu) |
251 |
Kontrola úspěšného startu (měření vztlaku balónu) |
| Line 248... |
Line 334... |
| 248 |
|
334 |
|
| 249 |
\href{/doku.php?id=cs:atmegatq32}{ATmegaTQ3201A}, |
335 |
\href{/doku.php?id=cs:atmegatq32}{ATmegaTQ3201A}, |
| 250 |
\href{/doku.php?id=cs:sdcard}{SDcard01B}, |
336 |
\href{/doku.php?id=cs:sdcard}{SDcard01B}, |
| 251 |
\href{/doku.php?id=cs:gps}{GPS01A} |
337 |
\href{/doku.php?id=cs:gps}{GPS01A} |
| 252 |
|
338 |
|
| 253 |
\subsection{Technické parametry} |
339 |
\subsection{Potřebné parametry} |
| 254 |
|
340 |
|
| 255 |
GPS na sondě by měla být udržovaná ve stavu FIX, aby pak nedocházelo ke |
341 |
GPS na sondě by měla být udržovaná ve stavu FIX, aby pak nedocházelo ke |
| 256 |
zpoždění v důsledku čekání na fix. |
342 |
zpoždění v důsledku čekání na fix. |
| 257 |
|
343 |
|
| 258 |
\paragraph{Komunikace (Telemetrické údaje)} |
344 |
\paragraph{Komunikace (Telemetrické údaje)} |
| Line 455... |
Line 541... |
| 455 |
Baterie a jejich odolnost vůči mrazu - navrhováno několik variant, v současné době ještě nemáme vybránu jednu konkrétní. |
541 |
Baterie a jejich odolnost vůči mrazu - navrhováno několik variant, v současné době ještě nemáme vybránu jednu konkrétní. |
| 456 |
|
542 |
|
| 457 |
Dostupnost materiálů - aktuálně potíže s dopravou tlakových lahví s héliem. |
543 |
Dostupnost materiálů - aktuálně potíže s dopravou tlakových lahví s héliem. |
| 458 |
Navrhovaná řešení jednotlivých problémů jsou uvedena v technické části vždy u příslušné kapitoly. |
544 |
Navrhovaná řešení jednotlivých problémů jsou uvedena v technické části vždy u příslušné kapitoly. |
| 459 |
|
545 |
|
| 460 |
\section{Pneumatická část napouštěcího systému} |
- |
|
| 461 |
|
- |
|
| 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 |
|
- |
|
| 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 |
- |
|
| 474 |
|
- |
|
| 475 |
\begin{figure} |
- |
|
| 476 |
\centering |
- |
|
| 477 |
\includegraphics[width=10cm, height=8cm]{img/Kartuse_s_heliem.png} |
- |
|
| 478 |
\caption{Konstrukce ventilu plynové kartuše s héliem} |
- |
|
| 479 |
\label{fig:helium} |
- |
|
| 480 |
\end{figure} |
- |
|
| 481 |
|
- |
|
| 482 |
V originálním uspořádání je tlačný kuželový ventil otevírán redukčním ventilem, který je vidět na obrázku \ref{fig:ventil_autogen} |
- |
|
| 483 |
|
- |
|
| 484 |
\begin{figure} |
- |
|
| 485 |
\centering |
- |
|
| 486 |
\includegraphics[width=10cm]{img/Redukcni_ventil.png} |
- |
|
| 487 |
\caption{Redukční ventil} |
- |
|
| 488 |
\label{fig:ventil_autogen} |
- |
|
| 489 |
\end{figure} |
- |
|
| 490 |
|
- |
|
| 491 |
Ten kromě kuželu a přítlačné pružiny obsahuje ještě i zpětný ventil s hadičníkem, který lze z těla redukčního ventilu odšroubovat. |
- |
|
| 492 |
|
- |
|
| 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. |
- |
|
| 494 |
|
- |
|
| 495 |
Z toho důvodu byla použita opakovatelně plnitelná tlaková nádoba v kombinaci s klasickým redukčním ventilem na kyslík. |
- |
|
| 496 |
|
546 |
|
| 497 |
\begin{figure} |
- |
|
| 498 |
\centering |
- |
|
| 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 |
- |
|
| 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 |
|
- |
|
| 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 |
|
- |
|
| 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} |
547 |
\section{Dosažené výsledky} |
| 525 |
\label{fig:elmag_ventil} |
- |
|
| 526 |
\end{figure} |
- |
|
| 527 |
|
548 |
|
| 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 |
|
549 |
|
| 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. |
550 |
\subsection{Možnosti budoucího vývoje zařízení} |
| 531 |
|
551 |
|
| 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 |
|
552 |
|
| 534 |
\section{Dosažené výsledky} |
- |
|
| 535 |
|
553 |
|
| 536 |
\newpage |
554 |
\newpage |
| 537 |
|
555 |
|
| 538 |
\begin{thebibliography}{99} |
556 |
\begin{thebibliography}{99} |
| 539 |
\bibitem{cement}{například síť CEMeNt} |
557 |
\bibitem{cement}{například síť CEMeNt} |