\documentclass[12pt,a4paper,twoside]{article}
\usepackage[colorlinks=true]{hyperref}
\usepackage[utf8]{inputenc}
\usepackage[czech]{babel}
\usepackage{graphicx}
\usepackage{fancyhdr}
\usepackage{fullpage}
\usepackage[top=5cm, bottom=10cm, left=2.5cm, right=2.5cm]{geometry}
\textwidth 16cm \textheight 20cm
\topmargin 0cm 
\oddsidemargin 0cm
\pagestyle{fancy}
\addtolength{\headsep}{30 pt}
\addtolength{\footskip}{50 pt}

\fancyfoot{}
\fancyfoot{\hspace*{5cm}}
\fancyfoot[L]{\includegraphics[width=1.5cm, height=1.5cm]{img/datamatrix.png} \hspace{0.5cm}  pomiceva kakonjak hanuson1 jichapav poskozby}
\fancyfoot[R] {\thepage}


\begin{document}
\title{Technická zpráva - Automatický vypouštěč meteobalónů}
\author{Eva Pomíchalová\\ Jakub Kákona\\ Ondřej Hanus\\ Pavel Jícha\\ Zbyněk Poskočil}
\maketitle


\thispagestyle{fancy}
\newpage
\begin{abstract}
\input{abstrakt.txt}

\end{abstract}
\newpage

%%\begin{figure} [htbp]
%%\begin{center}
%%\includegraphics [width=80mm] {SDRX01B_Top_Big.JPG} 
%%\end{center}
%%\end{figure}

\tableofcontents
\newpage

\section{Automatický vypouštěč meteobalónů}

Celý systém by měl být robotizovaným doplňkem sítě
\href{/doku.php?id=cs:rmds}{radiových detektorů meteorů}, případně pak i
její vizuální varianty (video pozorování
\textsuperscript{\href{\#fn\_\_1}{1)}} a bolidové kamery).

Účel zařízení je zpřesnit odhad trajektorie temné dráhy meteoritu v
atmosféře zavedením korekcí na proudění vzduchových mas během letu. A
tím v důsledku zmenšit plochu dopadové elipsy.

Údaje o proudech v atmosféře budou získány balónovou sondou vypuštěnou
bezprostředně po detekci průletu bolidu atmosférou. Místo vypuštění
balónové sondy by mělo být zvoleno automaticky na základě odhadu dráhy
meteoru a známých souřadnic balónových sil v síti.

Důležitou součástí systému je plně robotizovaná vypouštěcí stanice
(balónové silo), která umožní vypuštění sondy ze známých souřadnic bez
zásahu lidské obsluhy. Vedlejším produktem takového vývoje bude zařízení
schopné v budoucnu automatizovat i vypouštění klasických
meteorologických
\href{http://en.wikipedia.org/wiki/Radiosonde}{radiosond}.

\subsection{Pozemní vypouštěcí box}

Pozemní stanici balónové sítě bude tvořit kompaktní krabice obsahující
techniku potřebnou k vypuštění balónové sondy. Zařízení musí být
konstruováno tak, aby bylo schopné vydržet řádově několik roků v
pohotovostním režimu, a čekat na příkaz k vypouštění sondy.

\subsubsection{Technické požadavky}

Většinu řídící elektroniky lze složit z modulů
\href{http://www.mlab.cz/}{stavebnice MLAB}

\paragraph{Komunikace se sítí stanic}

\begin{itemize}
\item
  Ethernet - modulem \href{/doku.php?id=cs:eth}{ETH01A}
\item
  RS232 - \href{/doku.php?id=cs:rs232single}{RS232SINGLE01A}
\item
  GSM (pro odlehlé oblasti)
\end{itemize}
Zároveň bude potřeba také vybavení pro příjem telemetrie z již
vypuštěných radiosond \textsuperscript{\href{\#fn\_\_2}{2)}} z jiných
stanic.

Tyto požadavky splňuje modul
\href{/doku.php?id=cs:stm32f10xrxt}{STM32F10xRxT01A}

\paragraph{Napájení systému}

\begin{itemize}
\item
  lokální (stand-alone) - Fotovoltaický panel
\item
  Síťové napájení (síťový adaptér + UPS)
\end{itemize}
\paragraph{Diagnostika poruch}

\begin{itemize}
\item
  Kontrola úspěšného startu (měření vztlaku balónu)
\item
  Měření teplot, tlaku plynové náplně, průtoku média do balónu.
\item
  Vlhkost uvnitř krabice (průsak a ztráta vodotěsnosti proražením víka a
  podobně)
\end{itemize}
\paragraph{Meteorologická data}

\begin{itemize}
\item
  Základní meteorologická čidla (teplota, tlak, rychlost větru) - k
  určení možnosti startu. \href{/doku.php?id=cs:aws}{AWS01B}
\item
  GPS (pozice stanice a přesný čas)  log reportu o startu.
  \href{/doku.php?id=cs:gps}{GPS01A}
\end{itemize}
\paragraph{Mechanická konstrukce}

\begin{itemize}
\item
  Svařovaná plastová bedna s odstranitelným víkem. Dostatečně těsná, aby
  nebyla zajímavá pro hlodavce a další havěť.
\item
  Konstrukce navržená tak, aby umožnila vypouštění i současných
  profesionálních balónových sond.
\item
  Aktivace mechanických prvků přepálením vlákna
\item
  uzavření balónu zatavením hrdla
\end{itemize}
\subparagraph{Akční členy}

Většina akčních členů by měla být konstruována s důrazem na maximální
spolehlivost. Akční členy proto pravděpodobně budou pružiny s
přepalovacími PE pojistkami (silonové vlákno, nebo stuha
přepalovaná výkonovým rezistorem) ke spínáni proudu do rezistorů může
být využit modul \href{/doku.php?id=cs:nfet4x}{NFET4X01B}

\hyperdef{}{firmware}{\paragraph{Firmware}\label{firmware}}

\begin{itemize}
\item
  Pozemní stanice by měla mít možnost odmítnout vypuštění na základě
  zadané konfigurace jejího majitele.
\end{itemize}
Pro zajištění běhu nezávislých procesů by bylo možná vhodné využít
\href{http://www.chibios.org/dokuwiki/doku.php}{ChibiOS/RT}

\begin{figure}
  \centering
  \includegraphics[width=10cm, height=8cm]{img/blokoveschema1.png}
  \caption{Blokové schéma pozemního vypouštěcího boxu}
\label{fig:blokpozem}
\end{figure}


\subsection{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}

\href{/doku.php?id=cs:atmegatq32}{ATmegaTQ3201A},
\href{/doku.php?id=cs:sdcard}{SDcard01B},
\href{/doku.php?id=cs:gps}{GPS01A}

\subsubsection{Technické parametry}

GPS na sondě by měla být udržovaná ve stavu FIX, aby pak nedocházelo ke
zpoždění v důsledku čekání na fix.

\paragraph{Komunikace (Telemetrické údaje)}

\begin{itemize}
\item
  Primárním cílem je měření rychlosti a směru větru ve známých bodech.
\item
  GPS údaje 10Hz, textový výstup
  \href{http://en.wikipedia.org/wiki/NMEA\_0183}{NMEA}
\item
  další veličiny jako teploty, tlaky atd. jsou volitelné.
\item
  Radio maják a akustický maják?
\item
  Radiový přenos telemetrie v pásmu 27-450 MHz: možnost bezlicenčních
  pásem (SVN: VO-R-16, VO-R-10)
\item
  Radiomoduly: \href{http://www.artbrno.cz}{http://www.artbrno.cz},
  \href{http://www.anaren.com}{http://www.anaren.com}
\end{itemize}
GPS je potřeba vybrat tak, aby fungovala i ve větších výškách.
\textsuperscript{\href{\#fn\_\_3}{3)}}

\paragraph{Napájení sondy během letu}

\begin{itemize}
\item
  \href{http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium\_battery}{Lithiový článek}
  (negeneruje teplo, minimální provozní teplota je -60 C)
\item
  Hořčíková baterie (generuje teplo pro temperování elektroniky)
\item
  \href{http://en.wikipedia.org/wiki/Silver-oxide\_battery}{Stříbro-oxidový
  článek} Vydrží nižší provozní teploty a je ekologicky nezávadný.
\item
  Ideální by bylo použití
  \href{https://www.youtube.com/watch?feature=player\_embedded\&v=OtM6XJlynkk}{superkapacitorů}
\end{itemize}
Řešením problému s nízkou teplotou ve vyšších výškách by mohlo být
předehřátí sondy při startu.

\hyperdef{}{konstrukce}{\paragraph{Konstrukce}\label{konstrukce}}

\begin{itemize}
\item
  Balón - \href{http://cs.wikipedia.org/wiki/Polyethylen}{PE} pytel
  (kvůli životnosti v zabaleném stavu - guma s časem degraduje)
  \textsuperscript{\href{\#fn\_\_4}{4)}}
\item
  Možnost dálkového odpojení balónu od sondy (ukončení stoupání)
\item
  Prototyp plněný \href{http://cs.wikipedia.org/wiki/Helium}{heliem},
  i ekologičtější. A vodík navíc lze vyrábět chemicky přímo během
  vypuštění sondy).
\item
  Splnění požadavků na bezpečnost provozu (letovou, majetkovou a
  personální)
\end{itemize}
\paragraph{Firmware}

\begin{itemize}
\item
  Záznam dat v gondole balónu  mikroSD karta
\end{itemize}

\begin{figure}
 \centering
 \includegraphics[width=10cm, height=8cm]{img/blokoveschema2.png}
 \caption{Blokové schéma balónové sondy}
\label{fig:blokpozem}
\end{figure}

\subsubsection{Legislativní požadavky}

Pravidla pro lety volných balónů bez pilota jsou definovány v leteckých
předpisech L-2 Pravidla létaní, dodatek 5 a R.

\paragraph{Kategorie balónu}

Balón by měl spadat do kategorie B2, která je definována jako volný
balón s objemem menším než 3,25 m\^{}3, přičemž žádný z rozměrů balónu
nepřekračuje 2 m. Rozměr 2 m je rozměr při jeho maximálním
naplnění/roztažení.

\paragraph{Povolení vyuštění}

Užitečné zatížení představují předměty a materiály, které by v případě
střetu s letadlem mohly způsobit poškození letadla (zejména prskavky,
svítící tyčinky, lámací světla, LED diody apod.) a jakékoliv zatížení o
hmotnosti přesahující 0,1 kg. Vzhledem k této definici bude nutné mít
pro provoz balónu povolení. Všechny informace ohledně letu (jako je
datum, čas, místo vypuštění, užitečné zatížení atp.) musí být zveřejněny
v Letecké informační příručce (AIP). Pro vypuštění ve zvláštních
případech, jako je mimořádné pozorování, je potřeba upozornit
prostřednictvím navigační výstrahy formou zprávy NOTAM, která se musí
podat minimálně 24 hodin před vzletem balónu.

\paragraph{Materiály}

Balón nesmí být plněn hořlavými a výbušnými plyny s výjimkou povolení
ÚCL. Omezení pro materiál antény ani baterií nejsou definovány. Materiál
balónu také není definován, ale při použití balónu o vysoké svítivosti
nebo zhotoveného z materiálů o velké světelné nebo radarové odrazivosti
musí být oznámeno nejbližšímu stanovišti letových provozních služeb.
Materiál (lano, provázek) spojující balón se sondou nesmí vydržet větší
sílu než 230N.

\hyperdef{}{dostup}{\paragraph{Dostup}\label{dostup}}

Pro dostup nejsou omezení.

\paragraph{Místo vypuštění}

Omezení se týká všech Zakázaných, Nebezpečných a Omezených prostorů,
stejně jako dočasně aktivovaných prostorů v době jejich používaní, s
výjimkou kdy tak povolí ÚCL nebo kdy je prostor vyhrazen pro let
předmětného balónu. Provoz balónu blízko hranic a letišť je
problematický, nedoporučuje se.

\paragraph{Řešení legislativních problémů}

\begin{itemize}
\item
  Navrhnout bezpečnou sondu, která splní požadavky ÚCL na bezpečnost
  letu.
\item
  Řídit stoupání a aktivně zabránit vzniku kolize. (Takový systém by
  mohl zároveň zjednodušit návrat sondy podobně jako
  \href{http://www.youtube.com/watch?v=rpBnurznFio}{zde})
\item
  Autodestrukce při hrozící srážce.
\end{itemize}
\subsection{Řídící systém sítě}

\subsubsection{Zpracování dostupných dat}

\begin{itemize}
\item
  Odhad vektoru meteoru v atmosféře
\item
  Záznam dostupných meteorologických dat pro pozdější rekonstrukci
  (družicové snímky, aktuálně měřené hodnoty ČHMÚ, radarové snímky)
\item
  sběr dat z jednotlivých stanic
\item
  výpočet vektoru a výškových profilů větru
\end{itemize}
\subsubsection{Rozhodovací proces}

Použití nějakého skriptovacího jazyka pro popis procesu
\href{http://www.ros.org/wiki/}{ROS}?

\begin{itemize}
\item
  Přidělení příkazu ke startu jednotlivým stanicím.
\item
  Přeplánování startu v důsledku neúspěšného vypuštění nebo zamítnutí
  stanicí.
\item
  Kontrola potenciálního narušení vzdušného prostoru a zakázaných zón.
\end{itemize}
\subsubsection{Správa systému}

\begin{itemize}
\item
  registrace jednotlivých stanic a správa uživatelů v kooperaci s
  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}
Navrhovaná řešení jednotlivých problémů jsou uvedena v technické části vždy u příslušné kapitoly.

\newpage
\section{Dílčí výsledky a jejich diskuze}
Naším prvním dílčím výsledkem je několik návrhů řešení jednotlivých částí popsaných výše.
Dále nalezení konkrétních součástí, jejichž objednávka včetně fyzického zajištění se bude realizovat příští týden.
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}.
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}
\label{fig:odpalovac}
\end{figure}

\begin{figure}
 \centering
 \includegraphics[width=10cm, height=8cm]{img/Kartuse_s_heliem.png}
 \caption{Lahev hélia}
\label{fig:helium}
\end{figure}

\begin{figure}
 \centering
 \includegraphics[width=10cm, height=8cm]{img/Redukcni_ventil.png}
 \caption{Redukční ventil}
\label{fig:ventil}
\end{figure}

\newpage
\section{Doporučení pro příští cvičení}
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.
Cvičení jsou jinak vedena zajímavě, hodně zaměřena na standardní samostatnou úlohu, což nám vyhovuje.

\newpage

\begin{thebibliography}{99}
\bibitem{cement}{například síť CEMeNt} 
\url{http://cement.fireball.sk/}
\bibitem{radiosondy}{radiosondy} 
\url{http://www.radiosonde.eu/}, \url{http://www.radiosonda.sk/}
\bibitem{cocom}{směrnice CoCom} 
\url{http://en.wikipedia.org/wiki/CoCom\#Legacyi}
\bibitem{moguli}{projekt Mogul} 
\url{http://cs.wikipedia.org/wiki/Projekt\_Moguli}



\end{thebibliography}
\end{document}