Telemetria Ambiental Con Cohete De Agua: 8 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Hola soija Fabián Picado García y quiero mostrarles cómo elaborar un system de telemetría ambiental mediante el empleo de un cohete de agua, lo cual implica que nos enfocaremos en la construction in dos komponentes:

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

b) luego, un system de recolección de datos includerado al cohete.

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

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

Como ya lo habrán notado, es unaa meta bastante ambiciosa pero realizable. Para hacerlo debemos recolectar diferentes datos (por ejemplo las variaciones de presión y en la aceleración) y, finalmente, identifier la koncentration en el aire del citado gas (CO), para así establecer sus efectos.

Una cosa si es segura, al terminalinar contaremos con un system 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!

Vaihe 1: Materiaalit ovat välttämättömiä

Materiaalit:

1. Un sensor de presión barométrica.* Ver:

2. Un acelerómetro.* Ver:

3. Tunnista kaasun monoxido de carbono. Verkkosivusto:

4. Arduino UNO. Verkkosivusto:

5. Un Adafruit Featther MO.* Ver:

6. Päästötön reseptori (2 antenas de cable de cobre*). Verkkosivusto:

7. Tres -leipälaudat (mitoitetut mitat: 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. Láminas MDF de 3 mm de grosor para los cortes láser.

9. Tornillot M3X25 ja M2X12.

10. Ei LCD -näyttöä. Verkkosivusto:

11. USB -kaapelit (tyyppi 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. Micro SD ja SD -sovitin.

20. Para la base de lanzamiento del cohete, ocuparemos: 2 tubos de PVC de 1/2 "de 6 metros, 3 uniones tipo T de 1/2" PVC, 3 tapones de 1/2 "PVC para sellr los tubos, unión de 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.

*Huomautus: 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. Leikkuri tai cuchilla. 8. Marcador. 9. Computadora (suositeltu porttiili). 10. Un inflador para bicicleta de 100 PSI.

Vaihe 2: Cortar El Cohete

En esta etapa buildiremos los módulos, el cono y el paracaídas del cohete. Empezaremos por el compartimiento denominado modeulo 2 de mediciones porque aquí se almacenará el system 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 a una distancia de 13 cm de su boca. La ventana se hace en forma suorakulmainen, dibujándose con marcador el contorno con una dimensión de 4,5 cm x 7 cm y para realizar los cuatro cortes con la cuchilla les recomiendo bevezeto dentro de la botella una base o apoyo sólido y encima de este una hoja blanca para que se pueda differen el rectángulo marcado. Después cubrimos los bordes con tape eléctrico para evitar onnettomuudet.

Al segundo compartimiento le llamamos modeulo 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 or modificación. Eso sí, es fundamental cerciorarse que no contenga ningún tipo de agujero o filterración porque aquí se vaciarán los 2 litros de agua antes del despegue; líquido que funcionará como palava delta.

Cono del cohete: se elabora con la tercera botella de 2.5 litros, mididindose 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) y 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 composente que amortigua el aterrizaje, para su konstruktion usamos una bolsa plástica para basura rectangular de 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). Sinvientikielto, en la evenidid 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 suorakulmainen osoitus (conforme viene empacada cuando todavía no ha sido usada y se aprecia en la photo). 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 list para ser usada. (Ver las imágenes)

Luego nos ubicamos en la parte superior de la bolsa (por donde regularmente se Introducen los objetos en esta) y hacemos cinco aberturas, de modo que el perímetro de la bolsa (que por cierto es pormestari en ese borde que en el inferior debido a las porciones dobladas no ha sido utilizada) se divide e identific con el marcador en cinco fracciones, para obtener el espaciado entre cada abertura que realizaremos. La bolsa que empleo mide 90 cm de perímetro (pituudeltaan samanlainen a la que presenta la bolsa adapada), 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 extrememo 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 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 el compartimiento de mediciones hacemos otro nudo (como se aprecia en las imágenes).

Vaihe 3: Conexiones Eléctricas (reseptori)

Llegó el momento de realizar las conexiones electricas entre la pantalla LCD ja la placa de prototipado or breadboard, con el fin de recibir la señal sobre el inicio de las mediciones.

Ensisijaisesti, unimos los kaapelit de la pantalla LCD con el Arduino UNO y la placa de prototipado (segment video). Kunnioittavasti tärkeitä hacer dos Observaciones:

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

b) En la conexión de la pantalla seguiremos la identifación del Arduino UNO (como se ve en la imagen adjunta); syn embargo, les recomiendo cambiar el potentiometro por una resistencia fija con un valor de 10 k y conectamos a GND (divisor de tensión), por lo que no les aconsejo utilizar el elementento propuesto en el 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 recepttora", la cual tiene forma de prisma suorakulmainen koko 150 x 80 x 80 mm. El procedimiento para konstruktio la caja descrita es mediante los cortes en láser de las láminas MDF (de 3 mm de grosor). 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. Verkkosivusto:

Arkisto:

Cuando tenemos listos los cortes de la caja, en una de las caras de 150 x 80 mm debe empotrarse la pantalla LCD, pass no primero los cable in una ranura rectangular, para luego atornillar (con tornillos M3) la pantalla (ver video). Con la placa de prototipado y sus circuititos ya terminalada, menettelyt ja colocar el reseptori ja antena. La última debemos hacerla manualmente porque si bien en la hoja de datos sí see visualizing como parte del del kit de emissio y reseptori, lo cierto es que no venía en el producto comprado y por ello, tenemos que construction. Con este propósito les recomiendo enrollar un alambre de cobre en una pieza cilíndrica de 5 mm de diámetro (yo utilizo una pieza de Lego pero pueden usar un lápiz, lapicero, etc.). La antena es de 21 espiras y se deja un espacio de 2 cm para soldarla en el receptor and así lograr mejor manipulación y funcionamiento (ver el detalle en la secuencia fotográfica).

Pa la installación de la antena al receptor tomé como modelo la hoja de datos antes referida, per 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.

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 receptor, 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. (Katso video).

Vaihe 4: Conexiones Eléctricas (A Bordo Del Cohete)

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

Lailliset kokemukset mikrokontrolloinnista tai el Adafruit-höyhenestä M0, barométrica-anturin anturi, kaasuanturin MQ-7 ja vastaavan leipälauta, meri para establecer las conexiones entre sí.

Ante lo dicho ocuparemos una estructura a la cual adherir los indicados komponentit. Con este propósito diseñe una con forma cilíndrica integrada por dos discos de 115 mm de diámetro y una pieza rectangular de 70 x 50 mm; adjuntándose el archivo para el corte láser. Arkisto:

Tomamos la pieza suorakulmainen ja con la ayuda de los tornillos M2 sujetamos cada uno de los komponentit en su respectivo espacio. Para ello sujetamos la pieza de MDF 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 utilice piezas circulares de también pueden usarse tuercas tai cualquier otro elemento funcional. De esta manera se le da la separación necesaria para fasitaritar su posterior conexión. Después ponemos el sensor de presión y así, sucesivamente, los restantes komponentes, todo según la imagen. Les sugiero pegar las breadboard con tape eléctrico (aunque igual puede emplearse goma, silicona or samankaltaiset) ja 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 circuitito. La breadboard blanca y la primera breadboard verde en la pieza suorakulmainen. La segunda breadboard verde en la tapa superior junto al acelerómetro.

Tässä on leipälauta, jossa on värikynät ja pienikokoiset mikrokontrollerit, la parte negativa de la tabla ja el pin USB -liitännät. El pin SDA lo conectamos a una de las filas de la bread board color verde; de igual manera, SCL.

Paineanturi, jossa on esipistoke Vcc lo insertamos en la columna positiva. Iguaalinen manera, GND -pin ja negatiivinen kolumni. Lopullinen, los pines SDA ja SCL los conectamos en sus respectivas columnas de la breadboard verde.

Kaasuanturin kaasu, V pin locc, con colorado 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.

Pace 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 control. Después, los pines SDA ja 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 microcontrolador.

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

Después, pegamos la akut USB ja la pieza suorakulmainen, vapaasti ja pystysuunnassa. A este momento lo único que nos resta es insertar esta estructura en el methodulo 2 del cohete, lo cual se hace manualmente y en 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 de presión y de gas puedan effectuar las correctas mediciones de altitude y de koncentración de CO en el aire.

Vaihe 5: Lataa Los Programas

Ahora debemos lataa ohjelmat ja mikrokontroladorit para que comiencen -toiminnolla. Con este propósito ingrese en la siguiente página y descargue los archivos denominados: a) emisión de datos, b) recepción de datos yc) las librerías necesarias (I2Cdev.zip, MPU6050.zip, Adafruit_BMP280_Library-master.zip.). Arkisto:

Dentro de cada -ohjelma sisällytetään, kommentointimenettely, lasrespondientes explicaciones sobre el funcionamiento general de cada uno de ellos.

Ohjelman latausohjelma ja mikrokontrollointi, joka toteutetaan los siguientes pasos:

-Arduino UNO: USB -kaapeli, jossa on kaapeli -vastaanotin ja tietokoneen USB -kaapeli. Ohjelmistossa on 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). Lopullinen, damos click en subir y se realiza la descarga.

-Adafruit -sulka M0: USB -kaapeli, joka on asennettu telemetriaan ja unohdettu USB -tietokoneeseen. Ohjelmiston sisältö Arduino IDE ja des la 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). Loppuun, damos klikkaa ja subir.

Después, para comprobar el trabajo realizado desde el software inresresamos al monitor serie para cada uno de los instrumentos construction and verificamos los datos en pantalla.

Vaihe 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 directcción. 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 complete y ya no queda más pábilo por enrollar. El paquete formado se coloca tapando la boca de la botella del modeulo 2, al cual antes habíamos atado el paracaídas. Encima se pone el cono presionado la pieza hacia el módulo 2 (como se observa en las imágenes).

Posteriormente, kirjeenvaihtomuoto 1 menetelmä veden kautta ja muodollinen väliaikainen pues, de manera definitiva, se realizará cuando ya se va a effectuar el despegue y hayamos cargado el líquido que funciona como "palava" (como se explica en el siguiente paso). Para realizar este ensamble la parte inferior de la botella se esittelee presidentin, sea que quede sujeta por sí misma; dentro del módulo 2. Lopullinen, 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 concluido solo nos falta buildir 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 detaillan las partes y medidas que deben tomarse en cuenta para la construction of una base samankaltainen a la que aquí utilizada.

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

Vaihe 7: Recolección De Datos (Despegue Del Cohete)

Antes de colocar el cohete en la base de lanzamiento llenamos con dos litros de agua, como burnustible (según se observa en la imagen), el módulo 1 de propulsión. Lue lisää la boca de la botella del modeulo 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). Lopullinen, se rekisteröidy el paracaídas en la forma ya explicada, este se coloca en la boca de la botella del modeulo 2 y se 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.

Valmisteleva el cohete en la base de lanzamiento (cuyas medidas y componentses 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.

Conectamos la caja -reseptori ja tietokoneohjelmistot Arduino IDE -ohjelmistoon, valikoituja tarjouksia Arduino/Genuino UNO, joka on COM -kirjeenvaihto ja entramos -monitorisarja. Tietokoneen tietokonekomponentit como en la pantalla LCD de la caja receptora se nos señalará que el system está preparado para la obtención de informationción y automáticamente comenzará 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 tuottaa el epätoivo (video).

Desde el cohete en vuelo, el system simultáneamente comienza and almacenar los datos recolectados en la memoria SD interna como and enviarlos a la computadora. Dichos datos serán processados en la computadora and un libro de Excel tomando como referencia la informationción guardada en la memoria.

Vaihe 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 altitud alcanzada por el cohete.

- Tunniste monoxido de carbono en el aire.

Con esta finalidad, concluido el aterrizaje del cohete se käyttöön la memoria del system de telemetría en la computadora. Tallenna tämä tiedosto ja arkistoi "datalogger.txt", joka on kopioitu datatiedostoihin. Dicha información la 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 en la opción Reemplazar todos.

Una vez descargada la hoja, hallaremos dos tablas, una denominada “Mediciones sin processar”, donde se pega la información recogida y la otra llamada “Mediciones processadas”, en la cual se registerra la koncentración de monóxido de carbono (CO) en partes por millon (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, lisää abajo, en el mismo documento, se despliegan dos gráficos, uno sobre la koncentración de CO en función de la altura ja toinen de la altura en función del tiempo. En la siguiente página descargue el archivo de Excel (”Análisis de datos”).

Con el processamiento de tales datos, finalmente, podemos definir el posible impacto tóxico 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 identifar lugares donde su koncentración es polgár.

Lisää tietoa aiheesta sobre el tema, puiden visitar las siguientes páginas:

- Reglamento sobre la calidad del aire en Costa Rica

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

- Otra informaciónplementaria:

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 other común de localizar en la superficie de la tierra, su detección es poco frecuente en otras korkeudet, donde podría ser pomo incidencia en animales que tavaline mente ocupan estos espacios, como ocurre –por ejemplo- con las aves. Además, la telemetría nos allowirá valorar si 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.