\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]{img/datamatrix.png} \begin{tabular}{cc}
 pomiceva & jichapav \\ 
 kakonjak & poskozby\\
 hanuson1 & \\
 \end{tabular}  
}
\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{Automaticky vypouštěný sondážní balon}

\subsection{Cíle konstrukce systému}

\subsubsection{Síť pro detekci dopadu meteorů}

\begin{figure}
  \centering
  \includegraphics[width=15cm, height=9cm]{img/SchemaCeleSite.png}
  \caption{Schéma celé sítě}
  \label{fig:blokcelasit}
\end{figure}

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).

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 meteoritu na zemský povrch.

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}.

\subsubsection{Automatické vypouštění meteorologických radiosond}


\subsection{Stav automatického vypouštění plynových balónů}


\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.

\subsection{Potřebné parametry}

Většina řídící elektroniky je složena z modulů
\href{http://www.mlab.cz/}{stavebnice MLAB}

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: 

\begin{itemize}
\item Ethernet - modul \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/ETH01A}{ETH01A} 
\item Konvertor z TTL na sběrnici CAN \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/TTLCAN01B}{TTLCAN01B} 
\item Konvertor z TTL na sběrnici RS485. \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/TTLRS48501A}{TTLRS48501A} 
\item GSM výhodné pro odlehlé oblasti a odesílání informací o poruchách.
\item USB - je přímo osazeno na použitém řídícím modulu a lze jej použít jako servisní terminál a k aktualizaci firmwaru pomocí bootloaderu. 
\end{itemize}

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}.

\subsection{Elektronika pozemní stanice}

\subsubsection{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. 

Výhodným řešením by také mohlo být využití fotovoltaických článků, které by v případě umístění na odsuvné střeše bylo možné využít k detekci zakrytí střechy.


\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.

\subsubsection{Akční členy}

Většina akčních členů je konstruována s důrazem na maximální
spolehlivost. Akční členy proto jsou pružiny s
přepalovacími PE pojistkami (silonové vlákno, nebo stuha
přepalovaná výkonovým rezistorem) ke spínáni proudu do rezistorů
je využit modul \href{http://www.mlab.cz/PermaLink/NFET4X01B}{NFET4X01B}

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]{img/odpalovac2.jpg}
 \caption{Prototyp pojišťovacího mechanismu}
\label{fig:odpalovac}
\end{figure}

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.

\subsubsection{Uzavírací mechanismus balónu}

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 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}

\subsubsection{Napouštěcí systém balónu}

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. 

Pro dávkování nosného plynu do balónu byly uvažovány dva koncepty.

\begin{enumerate}
\item Použití jednorázové plynové kartuše naplněné právě potřebným množstvím plynu. 
\item Použití opakovaně plnitelné tlakové lahve 
\end{enumerate}

\paragraph{Tlaková nádoba}

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 

\begin{figure}
 \centering
 \includegraphics[width=10cm, height=8cm]{img/Kartuse_s_heliem.png}
 \caption{Konstrukce ventilu plynové kartuše s héliem}
\label{fig:helium}
\end{figure}

V originálním uspořádání je tlačný kuželový ventil otevírán redukčním ventilem, který je vidět na obrázku \ref{fig:ventil_autogen}

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

Ten kromě kuželu a přítlačné pružiny obsahuje ještě i zpětný ventil s hadičníkem, který lze z těla redukčního ventilu odšroubovat. 

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. 

Z toho důvodu byla použita opakovatelně plnitelná tlaková nádoba v kombinaci s klasickým redukčním ventilem na kyslík. 

\begin{figure}
 \centering
 \includegraphics[width=10cm]{img/Lahev_helium.jpg}
 \caption{Znovuplnitelná lahev na technické plyny}
\label{fig:refillable_gas_cilinder}
\end{figure}

\begin{figure}
 \centering
 \includegraphics[width=10cm]{img/redukcni_ventil_vodik.jpeg}
 \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)}
\label{fig:redukcni_ventil_vodik}
\end{figure}

\begin{figure}
 \centering
 \includegraphics[width=10cm]{./img/redukcni-ventil-autogen-kyslik.jpg}
 \caption{Redukční ventil na kyslík sloužící jako náhrada za vodíkový redukční ventil s levým závitem}
\label{fig:redukcni_ventil_kyslik}
\end{figure}


Helium je pak dávkováno elektromagnetickým ventilem 

\begin{figure}
 \centering
 \includegraphics[width=10cm]{img/elektromagneticky_ventil.jpg}
 \caption{Elektromagnetický dávkovací ventil}
\label{fig:elmag_ventil}
\end{figure}

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. 

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. 

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{Diagnostika stavu systému}

\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}

\subsubsection{Meteorologická data}

  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. 


\subsection{Firmware pozemní stanice}
\label{Box_firmware}

\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}.

\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.
\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.
\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
\item Příjem příkazu pro zrušení odpalu
\item Probuzení od časovače
\end{enumerate}
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.\\
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.\\
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.\\
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.\\
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.

\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.

\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.

\subsubsection{Uživatelské rozhraní}

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}
\item odpal
\item zrus (nebo písmeno "s")
\item help
\item check
\end{enumerate}

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.

\begin{figure}[hbtp]
\begin{center}
\includegraphics[height=200mm]{./img/program_flow.png}
\caption{Funkční diagram firmwaru Automatického vypouštěče}
\label{fig:Diag_firmware}
\end{center}
\end{figure}


\begin{figure}
\begin{center}
  \includegraphics[width=10cm] {./img/Schema_ARM.png}
  \caption{Blokové schéma pozemního vypouštěcího boxu}
\label{fig:blokpozem}
\end{center}
\end{figure}


\section{Balónová sonda}

Hlavním úkolem meteorologické sondy je v případě použití systému ke zpřesnění dráhy o dopadu meteoritu změření směru a rychlostí větru. Z tohoto hlediska jde proto o meteorologickou sondu označovanou jako \href{http://en.wikipedia.org/wiki/Rawinsonde}{Rawinsonde}. 

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}

\subsection{Potřebné 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}
\begin{center}
 \includegraphics[width=10cm]{img/Schema_ATmega.png}
 \caption{Blokové schéma balónové sondy}
\label{fig:blokpozem}
\end{center}
\end{figure}

\subsection{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 vypuštění}

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 vypuštění balónu nejbližšímu stanovišti letových provozních služeb.
Materiál (lano, provázek) spojující balón se sondou nesmí vydržet větší
sílu než 230~N.

\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 viz 
  \href{http://www.youtube.com/watch?v=rpBnurznFio}{zde})
\item Autodestrukce při hrozící srážce.
\end{itemize}

\subsection{Meteorologický balón}
Balón pro meteorologickou sondu je samostatný problém neboť sonda stoupá během letu do výšek až 30 km a dochází tak k namáhání balónu rychlou změnou teploty a nízkými teplotami (-60 $^\circ$).   Zárověň se přibližně 13x zvětší objem balónu.

Nosné meteorologické balóny jsou proto obvykle vyráběny z latexu. A jsou používány jako tlakové, což znamená, že nosný plyn je uvnitř pod stálým tlakem mírně větším, než je tlak okolního prostředí. Důvod jejich používání je pravděpodobně jednak historický a také důsledkem faktu, že jiné meteorologické balony se běžně komerčně nevyrábějí. Jejich rozměry a parametry jsou však značně mizerné, protože jejich hmotnosti se pohybují v rozsahu stovek gramů, až jednotek kilogramů přičemž nosnost je přibližně srovnatelná s jejich hmotností.  

\subsubsection{Svařování balónu}




\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
\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}
\subsection{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}
\subsection{Správa systému}

\begin{itemize}
\item
  Registrace jednotlivých stanic a správa uživatelů v kooperaci s
  projektem \href{http://www.astrozor.cz/}{Astrozor}
\end{itemize}


 Baterie a jejich odolnost vůči mrazu - navrhováno několik variant, v současné době ještě nemáme vybránu jednu konkrétní.

Dostupnost materiálů - aktuálně potíže s dopravou tlakových lahví s héliem.
Navrhovaná řešení jednotlivých problémů jsou uvedena v technické části vždy u příslušné kapitoly.


\section{Dosažené výsledky}

Byl vyvinut funkční vzor pozemní stanice automatického vypouštěče  a demonstrován jeho fungující stav. Tento prototyp poslouží pro další experimenty a k dalšímu zdokonalení konstrukce.   

\subsection{Možnosti budoucího vývoje zařízení}

V produkční verzi zařízení by bylo potřeba zejména vylepšit mechanickou konstrukci vypouštěcího boxu, tak aby byla odolnější proti povětrnostním vlivům. 
Dále by bylo potřebné vylepšit firmware tak, aby časování sekvence fungovalo korektním způsobem.
 
\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}
\bibitem{Parafoil_Return_Vehicle}{Autonomous Parafoil Return Vehicle} 
\url{http://mbed.org/users/lhiggs/notebook/autonomous-parafoil-return-vehicle/}
\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}
\bibitem {ChibiOS/RT}\url{http://www.chibios.org/dokuwiki/doku.php}
\end{thebibliography}
\end{document}