Telemetría Ambiental Con Cohete De Agua: 8 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

Hola soy Fabián Picado García y quiero mostrarles cómo elaborar un sistema de telemetría ambiental mediante el empleo de un cohete de agua ، به معنای واقعی کلمه no enfocaremos en la construcción de dos componentes:

a) primero، un cohete y su base de lanzamiento ؛ y

ب) luego، un sistema de recolección de datos corporado al cohete.

De esta forma، concretaremos el principal objetivo de este proyecto، consistente en:

- Medir la concentración de monóxido de carbono (CO) en el aire según la altitude y lugar geográfico mediante un cohete de agua ، para establecer suposible impoctional tóxico en las aves.

Como ya lo habrán notado، es una meta bastante ambiciosa pero قابل درک است. Para hacerlo debemos recolectar diferentes datos (por ejemplo las variaciones de presión y en la aceleración) y ، finalmente، identificar la la concentración en el aire del citado gas (CO) ، para así establecer sus efectos.

Una cosa si es segura، al terminar contaremos con un sistema de telemetría con un costo aproximado de sesenta mil colones y de gran interés ambiental، sea para aportar con la preservación de nuestro hogar: el planeta Tierra.

Ahora sí، ¡manos a la obra!

مرحله 1: مواد ضروری

مواد:

1. Un sensor de presión barométrica.* نسخه:

2. Un acelerómetro.* نسخه:

3. حسگر گاز از مونوکسیدو کربن. نسخه:

4. آردوینو UNO. نسخه:

5. Un Adafruit Featther MO.* نسخه:

6. Un emisor y receptor (2 antenas de cable de cobre*). نسخه:

7. Tres breadboard (ابعاد con las siguientes: verde de 1.5 x 2 cm y blanca de 83 x 54.5 cm). نسخه: الف) https://www.crcibernetica.com/clear-breadboard-8-3… ب)

8. Láminas MDF de 3 mm de grosor para los cortes láser.

9. Tornillos M3X25 y M2X12.

10. Una pantalla LCD. نسخه:

11. کابل های Dos USB (tipo B y tipo Micro USB).

12. Dos botellas de plástico de 3 litros (usadas para refrescos).

13. Una botella de plástico de 2.5 litros (usada para refresco).

14. La mitad de una esfera plástica ، hueca y de 45 mm de diámetro.

15. Una bolsa plástica para basura.

16. Un rollo de pábilo.

17. Una cinta adhesiva y un rollo de tape eléctrico.

18. Dos litros de agua.

19. Una tarjeta memoria Micro SD y adaptador SD.

20. Para la base de lanzamiento del cohete، ocuparemos: 2 لوله PVC با 1/2 "این 6 مترو ، 3 Uniones tipo T de 1/2" PVC ، 3 تاپون از 1/2 "PVC برای فروشنده los tubos ، unión PVC de 2”(lanzador) ، 8 gazas plásticas ، 2 gazas metálicas ، trozo de botella plástica de 2.5 litros (sobrante de la utilizada) ، pegamento para PVC y válvula para aro de carro.

*توجه: estas piezas Requieren de soldadura previa en sus pines.

1. Herramientas: 1. Cautín y soldadura de estaño. 2. Desatornillador. 3. شبیه سازی. 4. تیجراس. 5. Regla. 6. Llave Allen (para ajustar tornillos). 7. برش یا کوشیلا. 8. مارکادور. 9. Computadora (توصیه می شود portátil). 10. Un inflador para bicicleta de 100 PSI.

مرحله 2: Cortar El Cohete

En esta etapa construiremos los módulos، el cono y el paracaídas del cohete. Empezaremos por el compartimiento denominado módulo 2 de mediciones porque aquí se almacenará el sistema de telemetría. Para su elaboración tomamos una de las dos botellas de 3 litros (preferiblemente estas botellas deben tener el cilindro con una superficie lisa) y cortamos con la cuchilla donde termina la superficie plana، en la parte inferior؛ es decir، aproximadamente de la boca de la botella a dicho punto se miden 31 cm (donde se marca en la imagen)، cortándose en línea recta y alrededor de todo el perímetro. Lo que nos interesa conservar es el cilindro pues la parte inferior cortada se desecha. Además، para obtener la nivelación de la presión necesaria del sensor، debe abrirse en este módulo 2 una ventana que ubicaremos en la parte media de la botella، específicamente una distancia de 13 cm de su boca. La ventana se hace en forma rectangular، dibujándose con marcador el contorno con una dimensión 4.5 cm x 7 cm y para realizar los cuatro cortes con la cuchilla les recomiendo introducir dentro de la botella una base o apoyo sólido y encima de este una hoja blanca para que se pueda dallir el rectángulo marcado. Después cubrimos los bordes con tape eléctrico para evitar تصادفات.

Al segundo compartimiento le llamamos módulo 1 de propulsión porque es el que impulsa el cohete durante el despegue. برای توضیح بیشتر در مورد استفاده از بوتلا و استفاده از آن ، می توانید از طریق اصلاح و ایجاد تغییرات استفاده کنید. Eso sí، es bingehîn cerciorarse que no contenga ningún tipo de agujero o filtración porque aquí se vaciarán los 2 litros de agua antes del despegue؛ líquido que funcionará como قابل احتراق del cohete.

Cono del cohete: se elabora con la tercera botella de 2.5 litros، midiéndose 12 cm desde la boca de la botella hacia su base، punto en el cual se realiza un corte con la cuchilla en línea recta y alrededor de todo el diámetro (como se muestra en la imagen). Posteriormente، tomamos la pieza que contiene la boca de la botella (la restante se puede utilizar en la base de lanzamiento) و tapamos la última con la mitad de la esfera de 45 mm de diámetro. La esfera se adhiere a la tapa con tape eléctrico، dándole dos vueltas para que se sujete bien.

Paracaídas: es el componentente que amortigua el aterrizaje، para su construcción usamos una bolsa plástica for basura rectangular with 45 cm x 50 cm، la cual en mi caso difiere de las comunes debido a su forma distinta en la parte inferior (ver imagen). Sin embargo، en la eventualidad de no conseguir de este tipo، la solución es adaptar cualquier bolsa de plástico del supermercado y cuyo tamaño sea de aproximadamente 29 cm x 47 cm (incluyendo en la última medida las agarraderas). Primero، acomodan la bolsa introduciendo los pliegues de los lados para que quede con la forma rectangular indicada (conforme viene empacada cuando todavía no ha sido usada y se aprecia en la foto). Después le cortan las asas o las agarraderas، doblan la bolsa a la mitad، unen con cinta adhesiva ambas partes por el borde inferior y la voltean de afuera hacia adentro، de manera tal que la unión realizada quede a lo interno de la bolsa y lista para ser usada. (Ver las imágenes)

Luego nos ubicamos en la parte superior de la bolsa (por donde zakonshmementee introducen los objetos en esta) y hacemos cinco aberturas، de modo que el perímetro de la bolsa (que por cierto es Mayor en ese borde que en el inferior debido a las porciones dobladas no ha sido utilizada) se divide e identifica con el marcador en cinco fracciones، para obtener el espaciado entre cada abertura que realizaremos. La bolsa que empleo mide 90 cm de perímetro (طولی مشابه a la que presenta la bolsa adaptada) ، por lo que marqué 18 cm de espaciado. Además، cada abertura se efectúa con la tijera، de modo que iniciamos el corte en el borde superior hacia el borde inferior de la bolsa، hasta alcanzar 20 cm de longitud؛ por lo que، una vez cortadas todas las aberturas، se generan 5 franjas en la bolsa. Después، tomamos el pábilo y cortamos un segmento de 70 cm، el cual atamos en el extremo superior de la primera franja de la bolsa، Para hacerlo enrollamos la base inferior de la franja، colocamos el pábilo a una distancia de 7 cm del borde، lo pasamos alrededor del rollo، le hacemos un nudo؛ luego le damos una vuelta más y hacemos un segundo nudo. Seguimos este procedimiento con las cuatro franjas restantes (según la secuencia fotográfica).

Por último، juntamos los cinco segmentos de pábilo y sobre ellos montamos un sexto segmento de pábilo 60 سانتی متر. Hacemos un nudo con todos los hilos، el cual debe quedar bien firme. El extremo final del pábilo se enrolla dos veces en la boca de la botella del módulo 2 y، luego، para unir el paracaídas con el compartimiento de mediciones hacemos otro nudo (como se aprecia en las imágenes).

مرحله 3: Conexiones Eléctricas (گیرنده)

Llegó el momento de realizar las conexiones eléctricas entre la pantalla LCD y la placa de prototipado o breadboard ، con el fin de recibir la señal sobre el inicio de las mediciones.

در ابتدا ، unimos los cables de la pantalla LCD con Arduino UNO y la placa de prototipado (به دنبال ویدیو باشید). Al respecto es importante hacer dos observaciones:

a) Aclarar que para las conexiones de la pantalla nos basamos en el texto: "El libro de proyectos de Arduino" (2014 ، p.116) y para la conexión de cada pin consultamos la hoja de datos del receptor. نسخه:

ب) En la conexión de la pantalla seguiremos la identificación del Arduino UNO (como se ve en la imagen adjunta) ؛ sin embargo، les recomiendo cambiar el potenciómetro por una resistencia fija con un valor de 10 k y conectamos a GND (divisor de tensión)، por lo que no les aconsejo utilisar el elemento propuesto en el citado libro، cuyo ajuste es manual. Lo anterior con el fin de que el bruto de la pantalla se mantenga constante sin requerir ajustes.

به طور معمول ، لازم است که از پروتئین و پروتکل های اولیه استفاده کنید ، در وهله اول به عنوان "گیرنده گیرنده" ، به صورت مستطیل شکل ، 150 x 80 x 80 میلی متر فرم دهی کنید. روشهای ساخت و ساز و ساخت وسایل نقلیه با استفاده از MDF (با ضخامت 3 میلی متر). Descargue el siguiente archivo que contiene las formas con los cortes en láser. Debo indicar que el contorno de las caras del prisma está basado en el diseño elaborado por Thomas de Camino. نسخه:

آرشیو:

Cuando tenemos listos los cortes de la caja، en una de las caras 150 x 80 mm debe empotrarse la pantalla LCD، parsandose primero los cables for una ranura مستطیل شکل، para luego atornillar (con tornillos M3) la pantalla (در ویدئوی دیگر). Con la placa de prototipado y sus circuitos ya terminada ، روش های گیرنده colocar el su su antena. La última debemos hacerla manualmente porque si bien en la hoja de datos می تواند بصورت کاملی از طریق گیرنده های emisor و گیرنده ها ، به این نتیجه برسد که چگونه می توان از آنها استفاده کرد ، و یا از آنها استفاده کرد. Con este propósito les recomiendo enrollar un alambre de cobre en una pieza cilíndrica de 5 mm de dimetro (yo utilizo una pieza de Lego pero pueden usar un lápiz ، lapicero و غیره). La antena es de 21 espiras y se deja un espacio de 2 cm para soldarla en el receptor y así lograr mejor manipulación y funcionamiento (ver el detalle en la secuencia fotográfica).

Para la instalación de la antena al receptor tomé como modelo la hoja de datos antes referida، pero conectando el pin de "data" en la entrada digital 8 del Arduino UNO porque en la hoja lo ubican en el pin 2، el cual ya está ocupado به

Habiendo colocado el receptor y la antena، introducimos la placa del prototipado que debe quedar al frente de los pines de las salidas de alimentación del Arduino UNO؛ es decir، en posición paralela a la pared donde se empotró la pantalla dentro de la caja receptora، para lo cual se engranan las restantes paredes de la caja. En la pared posterior se debe dejar la prevista para la conexión de USB en la ranura cuadrada y el rectangular para la salida de la antena. (نسخه ویدئویی دیگر).

مرحله 4: Conexiones Eléctricas (A Bordo Del Cohete)

En esta etapa vamos a ensamblar el sistema de telemetría que se معرفی posteriormente en el módulo 2 del cohete.

Inicialmente empotramos el microcontrolador o el Adafruit feather M0، el sensor de presión barométrica، el sensor de gas MQ-7 y lasrespondentses breadboard، sea para establecer las conexiones entre sí.

Ante lo dicho ocuparemos una estructura a la cual adherir los indicados componentes. به این معناست که می توانید از دیسکوهای 115 میلی متری به ضخامت 70 50 50 میلی متر استفاده کنید. adjuntándose el archivo para el corte láser. آرشیو:

Tomamos la pieza rectangular y con la ayuda de los tornillos M2 sujetamos cada uno de los componentes en su respectivo espacio. MDL de forma tal que las aberturas de los dos rectángulos paralelos se posicionen en el borde superior izquierdo y seguidamente، colocamos el microcontrolador con el USB hacia abajo، agregándole cuatro espaciadores para lo cual use pio، cua la culace también pueden usarse tuercas o cualquier otro elemento funcional. De esta manera se le da la separación necesaria para lehtar su posterior conexión. Después ponemos el sensor de presión y así، sucesivamente، los restantes componentes، todo según la imagen. Les sugiero pegar las breadboard con tape eléctrico (aunque igual puede emplearse goma، silicona o similares) y colocar la memoria antes del microcontrolador porque، de lo contrario، la tapa inferior no lo permite.

Luego tomamos una de las dos tapas circulares، específicamente la que tiene varios agujeros، y la ponemos en la parte superior، o sea por encima del Adafruit feather M0. En los agujeros de dicha tapa adherimos el acelerómetro y، posteriormente، las respectivas breadboards con las conexiones del circuito. La breadboard blanca y la primera breadboard verde en la pieza مستطیل شکل. La segunda breadboard verde en la tapa superior junto al acelerómetro.

En la breadboard de color blanco conectamos el pin de tierra del microcontrolador a la parte negativa de la tabla y el pin USB lo conectamos a la parte positiva. El pin SDA lo conectamos a una de las filas de la bread board color verde؛ de igual manera، con el pin SCL.

Para conectar el sensor de presión el pin Vcc lo insertamos en la columna positiva. De igual manera، con el pin GND en la columna negativa. در نهایت ، los pines SDA y SCL los conectamos en sus respectivas columnas de la breadboard verde.

از نظر سنسور گاز ، el pin Vcc lo conectamos a la columna positiva y el pin GND en la negativa. Por último، el pin A0 lo conectamos en una de las columnas restantes de la breadboard verde y esta la conectamos con el pin A3 del microcontrolador.

Para el acelerómetro conectamos el pin GND en la columna negativa y el pin Vcc lo conectamos en una de las filas de alimentación de la breadboard verde، luego de aquí al pin 3.3 V de micro controlador. Después، los pines SDA y SCL se unen con la respectiva columna de la breadboard verde.

Por otro lado، en la breadboard que colocamos en la parte superior conectamos el emisor. El pin Vcc y el pin GND se une con la columna positiva y negativa de la indicada barra de alimentación color blanco. Asimismo، el pin de data lo conectamos en la entrada 11 del microcontrolador.

En resen، las conexiones en una de las dos breadboard verdes puede observarse en la imagen adjunta.

Después، pegamos la batería USB en la pieza rectangular، al frente y en posición vertical. A este momento lo único que nos resta is insertar esta estructura en el módulo 2 del cohete، lo cual se hace manualmente y el el momento en que se va a iniciar la recolección de datos. La forma de ingresarla es ubicando la parte donde está la antena de primero. Después debe alinearse con la ventana que abrimos en este compartimiento y así lograr la ventilación necesaria pues al quedar de frente a tal ventana allowirá que el sensor in presión y de gas puedan efectuar las correctas mediciones de altitude y de concentración de CO

مرحله 5: برنامه های Loscar را بارگیری کنید

Ahora debemos descargar los programas en los microcontroladores para que comiencen a funcionar. اطلاعات موجود در مورد ورود به سیستم و حذف اسناد و مدارک: a) نشر داده ها ، ب) دریافت داده ها و دریافت نیازها (I2Cdev.zip، MPU6050.zip، Adafruit_BMP280_zamp) Archivos:

Dentro de cada programa se corporan، a manera de comentario، lasrespondientes explicaciones sobre el funcionamiento general de cada uno de ellos.

Para descargar el programa en el microcontrolador se realizan los siguientes pasos:

-Arduino UNO: conectamos el cable USB de la caja receptora و uno de los puertos USB de la computadora. نرم افزار Arduino IDE desde la pestaña de Herramientas seleccionamos el puerto COM donde el Arduino UNO se conectó (la computadora le indicará dicho puerto). Igual، dentro de la pestaña Herramientas، entramos a Placa y seleccionamos Arduino/Genuino UNO (ver captura de pantalla). در انتها ، با کلیک کردن بر روی زیر کلیک کنید.

-Adafruit feather M0: conectamos el cable USB del sistema de telemetría uno de los puertos USB de la computadora. Ingresamos al software Arduino IDE y desde la pestaña de Herramientas seleccionamos el puerto COM، donde el Adafruit feather M0 se conectó. Nos mantenemos en Herramientas، ahí nos dirigimos a Placa y seleccionamos Adafruit feather M0 (ver captura de pantalla). برای نهایی ، damos را کلیک کنید.

Después، para comprobar el trabajo realizado desde el software ingresamos al monitor serie para uno de los instrumentos construidos y verificamos los datos en pantalla.

مرحله 6: Ensamblar El Cohete Y La Base Del Lanzamiento

Una de las partes más fáciles y emocionantes del proyecto es cuando unimos todas las piezas del cohete para luego dar inicio a la medición de los datos requeridos.

Comenzamos con el empaque del paracaídas، para lo cual doblamos la bolsa a la mitad y luego dividimos la franja que se nos forma en tres porciones. La primera se dobla hacia donde están amarrados los pábilos، luego se dobla la segunda parte en la misma dirección. Después، se toman todos los pábilos unidos con las manos y se rodea la última fracción del paracaídas hasta que los pábilos la rodeen for completeo y ya no queda más pábilo por enrollar. El paquete formado se coloca tapando la boca de la botella del módulo 2، al cual antes habíamos atado el paracaídas. Encima se pone el cono presionado la pieza hacia el módulo 2 (como se observva en las imágenes).

Posteriormente ،responde ensamblar el módulo 1 pero aquí en forma موقتی pues، de manera definitiva، se realizará cuando ya se va a efectuar el despegue y hayamos cargado el líquido que funciona como "قابل احتراق" (como se explica en el siguiente paso) Para realizar este ensamble la parte inferior de la botella se معرفی a presión، sea que quede sujeta por sí misma؛ dentro del módulo 2. Finalmente، deberá reforzarse con tape eléctrico pero está acción -como se ha dicho- se realizará como último paso، sea poco antes de iniciar el vuelo.

Con el cohete ya concluido solo nos falta construir la base de lanzamiento. para cuyo procedimiento pueden visitar las siguientes páginas:

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Además، en la imagen adjunta en el siguiente paso se detallan las partes y medidas que deben tomarse en cuenta para la buildracción de una base similar a la que aquí utilizada.

Finalizada la base de lanzamiento، ajustamos el inflador con la válvula.

مرحله 7: Recolección De Datos (Despegue Del Cohete)

Antes de colocar el cohete en la base de lanzamiento llenamos con dos litros de agua ، کامو قابل احتراق (según se observva en la imagen) ، el módulo 1 de propulsión. Luego se معرفی la boca de la botella del módulo 1 en la base de lanzamiento. Después se ensambla el módulo 2 de mediciones، colocándose encima del módulo 1 y asegurándolo con tape eléctrico en la unión de ambos compartimientos (con، al menos، dos vueltas de tape). در انتها ، برای ثبت نام در پاراگراف در قالب شکل ، می توانید به عنوان راهنمای استفاده از آن در 2 سال پیش از آن ، به عنوان یک منبع جدید شناخته شوید. Cabe aclarar que el cono únicamente se coloca encima sin ningún tipo de seguro o unión para que el viento fácilmente lo pueda desprender cuando inicie la etapa de regreso a tierra.

Preparado el cohete en la base de lanzamiento (cuyas medidas y componentes se observvan en la imagen anexa)، esperamos la señal enviada por el sistema de telemetría que nos indicará cuando todo esté listo para el despegue؛ esto con el fin de asegurarnos que el equipo funcione correctamente for poder recolectar los datos deseados.

Conectamos la caja receptora a la computadora e ingresamos al software Arduino IDE، seleccionamos la tarjeta Arduino/Genuino UNO، el puerto COMrespondiente y entramos al serie series. Tanto en la computadora como en la pantalla LCD de la caja receptors se nos señalará que el sistema está pre am preparado para la obtención de automación de automenzitá la recolección de datos desde tierra.

Con el cohete colocado en la parte superior de la base de lanzamiento (como se visualiza en el video) se pedalea el inflador hasta alcanzar 30 PSI، se acciona el lanzador bajando la pieza de PVC (donde lo indica la flecha) y se hilber el despegue (ویدیوی ver).

Desde el cohete en vuelo، el sistema simultáneamente comienza a almacenar los datos recolectados en la memoria SD interna como a enviarlos a la computadora. Dichos datos serán procesados en la computadora en un libro de Excel tomando como referencia la información guardada en la memoria.

مرحله 8: Análisis De Los Datos Recolectados

Terminado el vuelo del cohete، podemos realizar varias tareas، entre otras:

- Utilizar las variaciones de presión para determinar la altitude alcanzada por el cohete.

- Identificar la concentración de monóxido de carbono en el aire.

Con esta finalidad، concluido el aterrizaje del cohete se معرفی la memoria del sistema de telemetría en la computadora. Ahí encontraremos un archivo “datalogger.txt” del cual copiamos los datos. اطلاعات بیشتر در مورد pegamos en la hoja de Excel llamada "Análisis de datos". Después de haber pegado los datos en la pestaña de Inicio buscamos la función de Reemplazar، cambiamos el punto por la coma y damos click on la opción Reemplazar todos.

Una vez descargada la hoja، hallaremos dos tablas، una denominada "Mediciones sin procesar"، donde se pega la la información recogida y la otra llamada "Mediciones procesadas"، en la cual se registra la concentración de monóxido de carbono (CO) en partes por millón (ppm) ، la aceleración en cada uno de los ejes (g) ، la altitude (msnm) y el ángulo con respecto a los ejes "x" y "y". Además، más abajo، en el mismo documento، se despliegan dos gráficos، uno sobre la concentración de CO en función de la altura y otro de la altura en función del tiempo. En la siguiente página descargue el archivo de Excel ("Análisis de datos").

Con el procesamiento de tales datos، finalmente، podemos definir el posible impo tóxico para el ambiente. Esto porque el monóxido de carbono is un gas incoloro، inoloro e insípido، lo cual refleja su dificultad para ser deteado، por lo que -con la ayuda de estas mediciones- podemos identificar lugares donde su concentración es şaredar.

Para más información sobre el tema، pueden visitar las siguientes páginas:

- Reglamento sobre la calidad del aire en Costa Rica

www.digeca.go.cr/sites/default/files/reglam…

- اطلاعات تکمیلی:

www.estadonacion.or.cr/files/biblioteca_vir…

www.ministeriodesalud.go.cr/index.php/noti…

Es conocido que este compuesto químico afecta tanto a los seres humanos como a la flora y fauna y si bien es cierto también es más común de localizar en la superficie de la tierra، su detección es poco frecuente en otras sura ارتفاعات، donde pod incidencia en animales que zakonshmemente ocupan estos espacios، como ocurre –por ejemplo- con las aves. Además، la telemetría nos allowirá valorar si las concentraciones de CO son Constantes، Independentemente de la altitude؛ o si، por el contrario، se presentan variaciones conforme a la altura alcanzada y a la trayectoria del cohete.