Telemetría Ambiental Con Cohete De Agua: 8 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Hola soy Fabián Picado García y quiero mostrarles cmomo elaborira u sustavu za telemetriju ambijentalnu medijanu el empleo de un cohete de agua, lo cual implica que nos enfocaremos en la construcción de dos komponente:

a) primero, un cohete y su base de lanzamiento; y

b) ako je sistem uključen u sistem za ponovno prikupljanje podataka.

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

- Medir la koncentración de monóxido de carbono (CO) en el aire según la altitud y lugar geográfico mediante un cohete de agua, para establecer su mogući impacto tóxico en las aves.

Como ya lo habrán notado, es una meta bastante ambiciosa pero ostvarivo. Para hacerlo debemos recolectar razlikuje podatke (por ejemplo las variaciones de presión y en la aceleración) y, konačno, identifikuje koncentraciju en el aire del citado gasa (CO), paralelno kao nesposobni sus efekti.

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

Ahora sí, ¡manos a la obra!

Korak 1: Materijali neophodni

Materijali:

1. Un senzor de presión barométrica.* Ver:

2. Un acelerómetro.* Ver:

3. Senzor de gasa za monoksido karbona. Ver:

4. Arduino UNO. Ver:

5. Un Adafruit Featther MO.* Ver:

6. Receptor neispuštača (2 antene sa kabla de cobre*). Ver:

7. Tresne ploče (con las siguientes dimensiones: verde de 1,5 x 2 cm y blanca de 83 x 54,5 cm). Ver: a) https://www.crcibernetica.com/clear-breadboard-8-3… b)

8. Laminatni MDF debljine 3 mm para los cortes láser.

9. Tornillos M3X25 y M2X12.

10. Una pantalla LCD. Ver:

11. Dos kablovi USB (tip B y tipo Micro USB).

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

13. Una botella de plástico od 2,5 litra (usada para refresco).

14. La mitad de una esfera plástica, visina i 45 mm promjera.

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 memorijska memorija Micro SD i adaptador SD.

20. Paralelna osnova lanca, sa kupatilom: 2 tubola od PVC -a od 1/2 "od 6 metroa, 3 jedinice od 1/2 do 1/2" PVC -a, 3 tape od 1/2 "PVC -a za prodaju, unión od PVC -a od 2”(lanzador), 8 gaziranih plinova, 2 gazirana metala, trozo de botella od 2,5 litara (sobrante de la utilizada), pegamento za PVC i valvulu za aromatični miris.

*Napomena: estas piezas requieren de soldadura previa en sus pines.

1. Herramientas: 1. Cautín y soldadura de estaño. 2. Desatornillador. 3. Alicate. 4. Tijeras. 5. Regla. 6. Llave Allen (para ajustar tornillos). 7. Rezač o cuchilli. 8. Marcador. 9. Computadora (preporučljivo portátil). 10. Un inflador para bicicleta de 100 PSI.

Korak 2: Cortar El Cohete

En esta etapa construiremos los módulos, el cono y el paracaídas del cohete. Empezaremos u odjeljku za imenovanje 2 medicinskog porquea koji je almacenaran u sistemu telemetrije. 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 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 senzor, debe abrirse en este módulo 2 una ventana que ubicaremos en la parte media de la botella, posebno na udaljenosti od 13 cm od boce. La ventana se nalazi u obliku pravokutnog oblika, dibujándose con marcador el contorno s dimenzijama 4,5 cm x 7 cm y za realizaciju los cuatro cortes con la cuchilla les recomiendo uvod dentro de la botella una base o apoyo sólido y encima de este una hoja blanca para que se pueda razlikuje el rectángulo marcado. Después cubrimos los bordes con tape eléctrico para evitar accidentes.

Al segundo departmentimiento le llamamos módulo 1 de propulsión porque es el que impulsa el cohete durante el despegue. Su elaboración es muy simple porque se usa la botella en sí, sin añadirle ni hacerle ningún cambio o modificación. Eso sí, es fundamental 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 combustible del cohete.

Cono del cohete: elaborata con la tercera botella od 2,5 litra, midiéndose 12 cm desde la boca de la botella hacia su base, punto en el cual se realizira un corte con la cuchilla en linea 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) y tapamos la última con la mitad de la esfera de 45 mm de diametro. La esfera se adhiere a la tapa con tape eléctrico, dándole dos vueltas para que se sujete bien.

Paracaídas: es el componentsnte que amortigua el aterrizaje, para su construcción usamos una bolsa plástica para basura pravokutne dimenzije 45 cm x 50 cm, la cual en mi caso difiere de las comunes debido u obliku različite en la parte inferior (ver image). Pogrešan embargo, s događajem koji nema usklađenost s tipom, rješenje je prilagođeno kvalitativnoj kutiji za supermerkado i sjajno more s približno 29 cm x 47 cm (uključujući i sve najljepše medite na agarraderama). Primero, acomodan la bolsa uvodi los pliegues de los lados para que quede con la forma pravokutne indikacije (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 ambasador 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 popis para ser usada. (Ver las imágenes)

Luego nos ubicamos en la parte superior de la bolsa (por donde uobičajeno se uvodi u 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 perimetar (uzdužno slično a la que presenta la bolsa adaptada), por lo que marqué 18 cm de espaciado. Además, cada abertura je efektúa con la tijera, de modo que iniciamos el corte en el borde superior hacia el borde inferior de la bolsa, ima alcanzar 20 cm dužine; por lo que, una vez cortadas todas las aberturas, generan 5 franjas en la bolsa. Después, tomamos el pábilo y cortamos un segmento de 70 cm, el cual atamos en el extrememo superior de la primera franja de la bolsa, Para hacerlo enrollamos la base inferior de la franja, colocamos el pábilo a una udaljenost od 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 de 60 cm. Hacemos un nudo con todos los hilos, el cual debe quedar bien firme. El extrememo final del pábilo se enrolla dos veces en la boca de la botella del módulo 2 y, luego, para unir el paracaídas con elpartimiento de mediciones hacemos otro nudo (como se aprecia en las imágenes).

Korak 3: Conexiones Eléctricas (receptor)

Llegó el momento de realizar las conexiones eléctricas entre la pantalla LCD y placa de prototipado or motherboard, con el fin de recibir la señal sobre el inicio de las mediciones.

Uz početne, jednosmerne kablove sa pantalnog LCD ekrana sa Arduino UNO na prototipskoj ploči (video zapis). Ali 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, str. 116) y para la conexión de cada pin consulmos la hoja de datos del receptor. Ver:

b) En la conexión de la pantalla seguiremos la identificación del Arduino UNO (como se ve en la imagen adjunta); grešno embargo, recomiendo cambiar el potenciómetro por una resistancecia fija con un valor de 10 k y conectamos a GND (divisor de tensión), por lo que no les aconsejo iskorištava element propuštanja en citado libro, cuyo ajuste es manual Lo anterior con el fin de que el brillo de la pantalla se mantenga constante sin requerir ajustes.

En segundo orden, dado que es necesaria la protección y estabilidad de la placa de prototipado con sus conexiones, también vamos a elaborar lo que llamamos una "caja receptora", la cual tiene forma de prisma pravokutnog oblika 150 x 80 x 80 mm. Postupak konstruisanja la caja descrita es medijante los cortes i laser de las laminas MDF (debljine 3 mm). Descargue el siguiente archivo que contiene las formas con los cortes en láser. Debo indicira que el contorno de las caras del prisma está basado en el diseño elaborado por Thomas de Camino. Ver:

Arhiva:

Cuando tenemos listos los cortes de la caja, en una de las caras de 150 x 80 mm debe empotras de la pantalla LCD, pasándose primero los cable with una ranura pravokutne, paralelno sa atornillar (con tornillos M3) la pantalla (ver el video). Con la placa de prototipado y sus circuitos ya terminada, procedemos a colocar el receptor y antena. La última debemos hacerla manualmente porque sien en la hoja de datos se vizualizuje como parte del kit demisor y receptor, lo cierto es que no venía en el producto comprado y por ello, tenemos que construirla. S tim u vezi, preporučljivo je upisati un alambre de cobre en pieza cilindrica od 5 mm dijametra (možete iskoristiti piezu Lego za pueden usar un lapiz, lapicero itd.). La antena es de 21 espira y y deja un espacio de 2 cm para soldarla en el receptor y así lograr mejor manipulación y funcionamiento (ver elle detale en la secuencia fotográfica).

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

Habiendo colocado el receptor y antena, predstavlja la placa del prototipado que debe quedar al frente de los pines de las salidas de alimentación del Arduino UNO; es decir, en pozición 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 pravokutni para la salida de la antena. (Ver el video).

Korak 4: Conexiones Eléctricas (A Bordo Del Cohete)

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

Inicijalno empotramosi mikrokontrolatorom ili perjem Adafruit M0, senzorom za preciznu barometricu, senzorom za gas MQ-7 i odgovarajućom opštom pločom, pomorskim parametrom za spajanje sa konekcijom.

Ante lo dicho ocuparemos una estructura a la cual adherir los indicados components. Odnosno, prilagođena integracija integrisane cilindrične diskoteke u dimenzije 115 mm sa prečnikom i pravokutnim pravougaonikom od 70 x 50 mm; adjuntándose el archivo para el corte láser. Arhiva:

Tomamos la pieza pravokutni y con la ayuda de los tornillos M2 sujetamos cada uno de los komponente en su respectivo espacio. Para ello sujetamos la pieza de MDF deforma tal que las aberturas de los dos rectángulos paralelos se pozicionira na el borde superior izquierdo i seguidamente, colocamos el mikrokontroler sa USB hacia abajo, agregándole cuatro espaciadores para lo cual utilice piezas también pueden usarse tuercas o cualquier otro elemento funcional. De esta manera se le da la separación necesaria para facilitar su posterior conexión. Después ponemos el senzor de presión y así, sucesivamente, los restantes components, todo según la image. 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 pero M0. En los agujeros de dicha tapa adherimos el acelerómetro y, posteriormente, las respectivas motherboards con las conexiones del circuito. La breadboard blanca y la primera breadboard verde en la pieza pravokutni. La segunda blackboard verde en la tapa superior junto al acelerómetro.

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

Za povezivanje senzora sa pin -om Vcc lo insertamos en la columnna pozitiva. Degualna manera, kon el pin GND i negativna kolona. Konačno, los pines SDA i SCL los conectamos en sus respectivas columnsnas la labboard verde.

En senzor za plin, pin Vcc lo conectamos a la stubna pozitiva i pin pin GND na negativu. U slučaju da pin A0 ima konektamos i una de las kolumne, nalazi se la labord verde y esta la conectamos sa el pin A3 sa mikrokontrolatora.

Parametri za povezivanje pin pin GND i negativna negativa pin pin Vcc lo conectamos i una lasa filas de alimentación de la breadboard verde, akustični pin 3.3 V za mikrokontroler. Después, los pines SDA i SCL se ne mogu pronaći u skladu s stupcem de la blackboard verde.

Potroda lado, en la blackboard que colocamos en la parte superior conectamos el emisor. El pin Vcc i pin pin GND nisu pozitivni i negativni u odnosu na indikator barra alimentación color blanco. Asimismo, el pin data de lone conectamos en la entrada 11 del microcontrolador.

En resumen, las conexiones en una de las dos breadboard verdes puede observarse en la imagen adjunta.

Después, pegamos batería USB i pieza pravokutni, vanjski i vertikalni. A moment moment lo único que nos resta es insertar esta estructura en el módulo 2 del cohete, lo cual se hace manualmente y en 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 componentimiento y así lograr la ventilación necesaria pues al quedar de frente a tal ventana allowirá que el sensor de presión y gas gasededed efarcar las correctas medicina de altitud y de koncentración de CO koncentracija

Korak 5: Preuzmite Los Programas

Ahora debemos descargar los programmas en los microcontroladores para que comiencen a funcionar. Što se tiče proporskog ingreziranja na stranicama sa siguienteom i preuzimanjem arhivskih denominacija: a) emisije podataka, b) prijema podataka yc) las librerías necesarias (I2Cdev.zip, MPU6050.zip, Adafruit_BMP280_Libliomata-zipmaster-master-master-majstor.zip-master-majstor.zip-master-majstor.html)). Arhiva:

Dentro de cada program se uključuje, manera de comentario, las korespondentents explicaciones sobre el funcionamiento general de cada uno de ellos.

Ako želite da preuzmete program i mikrokontroler, realizujete los siguientes pasos:

-Arduino UNO: USB kabl za povezivanje sa detektorom USB kabla i računarom sa USB porta. U softveru Arduino IDE pronaći ćete sve potrebne informacije o Herramienti za odabir COM -a za Arduino UNO koji je povezan (računalo je označeno kao diho puerto). Igual, dentro de la pestaña Herramientas, entramos a Placa y seleccionamos Arduino/Genuino UNO (ver captura de pantalla). Konačno, damos kliknite na subir i realizirajte ga za preuzimanje.

-Adafrutovo pero M0: konektovan sa USB kabla sa sistema za telemetriju i sa USB računara sa računara. Ingresamos za softver Arduino IDE i destabilan od Herramientas seleccionamos el puerto COM, do Adafruit pera M0 su povezani. Nos mantenemos en Herramientas, ahí nos dirigimos a Placa y seleccionamos Adafruit pero M0 (ver captura de pantalla). Za kraj, kliknite na subir.

Después, para comprobar el trabajo realizado desde software software inresamos al monitor monitor para cada uno de los instrumentos construidos y verificamos los datos en pantalla.

Korak 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 divideimos 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 por completo y y 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 poneo el cono presionado la pieza hacia el módulo 2 (como se observa en las imágenes).

Poslije, odgovarajuća enzamblar el módulo 1 pero aquí en forma provisional pues, de manera definitiva, realizará cuando y a va efectuar el despegue y hayamos cargado el liquido que funciona como "combustible" (como se explica en el siguiente paso). Para realizar este ensamble la parte inferior de la botella se uvodi u presión, sea que quede sujeta por sí misma; dentro del módulo 2. Konačno, deberá reforzarse con tape eléctrico pero está acción -como se ha dicho- realizará como último paso, sea poco antes de iniciar el vuelo.

Con el cohete ya compleido 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 je detaljno las partes y medidas que deben tomarse en cuenta para la construcción de una base similar a la que aquí utilizada.

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

Korak 7: Recolección De Datos (Despegue Del Cohete)

Antes de colocar el cohete en la base de lanzamiento llenamos con dos litros de agua, como combustible (según se observa en la imagen), el módulo 1 de propulsión. Luego će predstaviti la boca de la botella del módulo 1 i la bazu lanzamiento. Después se ensambla el módulo 2 de medicine, colocándose encima del módulo 1 y asegurándolo con tape eléctrico en la unión de ambos departmentimientos (con, al menos, dos vueltas de tape). Konačno, možete se prijaviti s paracaídas en la forma ya exlicada, este se coloca en la boca de la botella del módulo 2 y tapar con el respectivo cono. 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.

Pripremite el cohete en la base de lanzamiento (cuyas medidas y componentsntes se observan en la imagen anexa), esperamos la señal enviada por el system de telemetría que nos indicará cuando todo esté listo para el despegue; esto con el fin de asegurarnos que el equipo funcione correctamente para poder recolectar los datos deseados.

Konektujete la caja receptore na računaru i inženjerski softver za Arduino IDE, selekcionirajte na tarjutu Arduino/Genuino UNO, ili punu COM korespondenciju i ulaz u seriju monitora. Tanto en la computadora como en la pantalla LCD de la caja receptor se ne nalazi u sistemu za pripremu sistema za pripremu informacija o informacijama i automatskim komenzarijama za prikupljanje podataka sa desde tierra.

Con el cohete colocado en la parte superior de la base de lanzamiento (kao što je prikazano na el videu) se nalazi na pedalei el inflador sa alcanzarom od 30 PSI, nalazi se na lanzadoru bajando la pieza od PVC -a (donde lo indica la flecha) i proizvodite el despegue (video).

Desde el cohete en vuelo, el simultaneamente comienza a almacenar los datas recollectados en la memorija SD interna como a enviarlos a la computadora. Datoteke su obrađene na računaru i u biblioteci programa Excel tomando, kao referenca za čuvanje informacija i memoriju.

Korak 8: Análisis De Los Datos Recolectados

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

- Upotrijebite različite varijacije za određivanje visine alcanzada por el cohete.

- Identifikuje la koncentraciju de monóxido de carbono en el aire.

Con esta finalidad zaključuje el aterrizaje del cohete da predstavi memoriju sistema za telemetriju na računaru. Ahí encontraremos un archivo “datalogger.txt” del cual copiamos los datos. Ove informacije sadrže pegamos u Excel -ovoj alami „Análisis de datos“. Después de haber pegado los datas en la pestaña de Inicio buscamos la función de Reemplazar, cambiamos el punto por la coma y damos click en la opción Reemplazar todos.

Una vez descargada la hoja, hallaremos dos tablas, una denominada „Medicinus sin procesar“, donde se pega la informationción prepoznaje y la otra llamada „Mediciones procesadas“, en la cual se registruje koncentracija de monóxido de carbono (CO) en partes por milion (ppm), la aceleración en cada uno de los ejes (g), la altitud (msnm) y el ángulo con respecto a los ejes “x” y “y”. Además, más abajo, en el mismo documento, despliegan dos gráficos, uno sobre la koncentración 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 el possible impacto tocosico para el ambiente. Esto porque el monóxido de carbono es un gas incoloro, inoloro e insípido, lo cual refleja su dificultad para ser detectado, por lo que -con la ayuda de estas mediciones- podemos identificar lugares donde su conteración es Mayor.

Za dodatne informacije o ovoj temi, posjetite web stranicu sa sljedećim stranicama:

- Reglamento sobre la calidad del aire en Costa Rica

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

- Dodatne informacije o komplementarnosti:

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 visina, donde podría incidencia en animales que uobičajeno ocupan estos espacios, como ocurre –por ejemplo- con las aves. Además, la telemetría nos allowirá valorar i las koncentraciones de CO son constantes, Independientemente de la altitud; o si, por el contrario, se presentan variaciones conforme a la altura alcanzada y a la trayectoria del cohete.